建筑材料课件第11章绝热材料及吸声材料

第11章

绝热材料及吸声材料在建筑中主要作为保温、隔热用的材料,通称为绝热材料。绝热材料的一般特性是表观密度小,导热性低。表观密度通常小于500kg/m3,热导率小于0.15W/(m·K)吸声材料是一种能在较大程度上吸收由空气传递的声波能量的建筑材料。在音乐厅、影剧院、大会堂、播音室和地下空间等内部的墙面、地面、顶棚等部位,适当采用吸声材料,能改善声波在室内传播的质量,保持良好的音响效果。

第1节

绝热材料建筑中,绝热材料使用的部位主要是围护结构(墙体、天花板和门窗等),也可以用于受力不大的承力结构。在选用绝热材料时,应根据建筑物的用途、围护结构的构造、施工条件和方法、材料来源及供应情况等条件确定。绝热材料的作用原理和基本要求绝热材料的作用原理就是多孔、低密度和低热导率。材料的热导率决定于材料成分、内部结构和构造,也与介质温度和材料含水量等因素有关：1.·材料构造和表观密度的影响

固体物质的导热能力要比空气大得多,因此表观密度小的材料,孔隙率高,热导率小；当表观密度低于某一极限时,热导率反有增大，这是由于孔隙增大,且互相连通的孔隙增多,而使热对流作用加强之故。在孔隙率相同条件下,孔隙尺寸大,热导率就大；孔隙互相连通比封闭而不相连通的情况热导率大。2.湿度和温度的影响

材料受潮后,其热导率增大,在多孔材料中更为明显。这是由于在材料的孔隙中有了水分(包括水蒸气和液态水),热导率增大；部分水分结成冰后

,热导率将更大。

材料的热导率随温度增高而增大。当温度在0~50℃时这种影响并不显著,只有处于高温或低温下的材料,才考虑这种温度影响。3.热流方向的影响

对于各向异性的材料,如木材等纤维质材料,当热流平行于纤维延伸方向时,热流受到阻力小,而热流垂直于纤维方向时,热流受到阻力大。在以上各项因素中,以表观密度和湿度的影响为最大。常用绝热材料的种类

无机绝热材料：主要用矿物质原料制成,常用的有松散颗粒、纤维制成品（板、块、卷材、套管等）。特点是：不易腐朽,耐高温不会燃烧,可用于热工设备。1.纤维材料(1)石棉及其制品：石棉是纤维状天然矿物,主要特点是便于松解、纤维柔软,具有绝热、耐火、耐热、耐酸碱、隔声等特性。常加工成石棉粉,制成石棉纸板、石棉毡等石棉制品应用。

石棉粉是石棉与胶粘剂混合而成的粉状材料,施工时可调制成灰泥,也可事先制成板或块材。常用的有碳酸镁石棉粉、硅藻土石棉粉等，

可用于900℃以下的热表面。

(2)矿渣棉及其制品:是以高炉矿渣为主要原料,经熔化,用喷吹法或离心法而制成的纤维材料。矿渣棉具有质轻、热导率小、不燃、防蛀、耐腐蚀、吸声性好等特点。常用沥青或酚醛树脂为胶粘剂,制成各种规格的板、毡、管壳等制品。矿渣棉制品的主要技术性能如表11-2。(3)玻璃棉及其制品:玻璃棉是玻璃纤维的一种,具有表观密度小,热导率低,耐温性高等特点。玻璃棉制品的性能指标如表11-3。2.松散颗粒材料:常用的有膨胀蛭石和膨胀珍珠岩两种。(1)膨胀蛭石及其制品:蛭石是一种天然矿物，在850~1000℃的温度下锻烧时,体积急剧膨胀,单片的颗粒体积能膨胀5~20倍,故名膨胀蛭石。膨胀蛭石的主要特性是:表观密度为80~200kg/m3,热导率为0.046~0.07W/(m·k)。

松散膨胀蛭石可铺设于墙壁、楼板、屋面等夹层中,作为绝热、隔声之用,吸水性较大使用时应注意防潮。

膨胀蛭石也可以与水泥、水玻璃等胶凝材料配合,或现浇,或预制成板,用于墙、楼板和屋面板等构件的绝热。

水泥膨胀蛭石制品是用10~15%体积的水泥,85~90%的膨胀蛭石,加适量水,经拌和、成型和养护而成。水泥膨胀蛭石制品的表观密度为300~400kg/m3,热导率为0.08~0.1W/(m·K),抗压强度为0.2~1MPa,耐热温度为600℃。

水玻璃膨胀蛭石制品是以膨胀蛭石、水玻璃和适量氟硅酸钠

(Na2SiF6)配制而成,表观密度为300~400kg/m3,相应的热导率为0.079~0.084W/(m·K),抗压强度为0.35~0.65MPa,耐热温度为900℃。(2)膨胀珍珠岩及其制:珍珠岩是一种天然的火山熔岩,由于具有珍珠光泽、锻烧时体积膨胀而得名。膨胀珍珠岩是一种白色或灰白色的颗粒,呈蜂窝泡沫状,具有表观密度小、热导率低、低温绝热性能好、吸湿性小、无味、无毒、不燃烧、抗菌、耐腐蚀等特点。在建筑上,广泛用于围护结构、低温及超低温保冷设备、热工设备的绝热,也用于制作吸声材料。

膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为主,配合适量胶凝材料(水泥、水玻璃等),经过拌和、成型,或养护、或干燥后而成的具有一定形状的板、块、管壳等制品。几种膨胀珍珠岩制品的技术性能如表11-4。膨胀珍珠岩制品具有表现密度小、热导率低、抗压强度高等特点,所以在建筑工程中获得了广泛的应用。沥青膨胀珍珠岩由于具有绝热和防水双重性能,故在屋面工程中应用较多。3.无机多孔制品:泡沫砼、加气砼、微孔硅酸钙和泡沫玻璃。(1)泡沫混凝土：表观密度一般为300~900kg/m3,热导率为0.110~0.170W/(m·K),抗压强度为0.8~1.5MPa。以水泥、粉煤灰为主,加入适量石灰、石膏及泡沫剂,混合后经机械搅拌、成型、蒸汽养护而成。(2)加气混凝土:表观密度为400~1000kg/m3,抗压强度在3~10MPa以上,热导率为0.10W/(m·K)左右。(3)泡沫玻璃:用碎玻璃掺发泡剂烧胀而成的绝热材料,表观密度为150~220kg/m3,热导率为0.04~0.05W/(m·K),抗压强度为1~2MPa。

有机绝热材料1.泡沫塑料:是以合成树脂为基料,加入发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助材料,经加热发泡而制成的一种高效能绝热材料。我国目前生产的有聚苯乙烯、聚氨酯等泡沫塑料,其性能指标如表11-5

聚苯乙烯泡沫塑料的吸水性小,耐低温,耐酸碱,且有一定的弹性。硬质聚氯乙烯泡沫塑料具有不吸水、不燃、耐酸碱、耐油等特点。硬质聚氨酯泡沫塑料是塑料中重量最轻者,但吸水性强,强度低。2.软木板:由于软木中含有大量微小的封闭气孔,并含有大量的树脂,所以热导率小,吸水性小,防腐和防水性好,表观密度为150~250kg/m3,热导率为0.046~0.07W/(m·K),软木板是一种高级绝热材料,也是一种优良的吸声、防振材料,用于冷藏库和某些重要的工程。3.木丝板:是以木材下脚料刨成均匀的木丝,加入水玻璃溶液与普通水泥混合,经铺模、冷压成型、干燥、养护而制成。根据压实程度,可分为保温用木丝板和构造用木丝板两种,性能指标如表11-6

4.软质纤维板：表观密度约为300~350kg/m3,热导率约为0.05W/(m·K),相应的抗折强度为1~2MPa,用于一般民用建筑的墙面和屋面的绝热。5.轻质钙塑板:是由轻质碳酸钙和高压聚乙烯,加入适量发泡剂、交联剂、润滑剂及颜料等,经热压加工成,表观密度为100~150kg/m3,热导率约为0.046W/(m·K),抗折强度为0.7~1.1MPa,抗压强度为0.1~0.3MPa,吸水率为3~9%,使用温度为80℃以下。轻质钙塑板具有绝热和防水性能,可用于屋面的绝热。6.其他有机绝热材料还有毛毡、蜂窝板等玻璃绝热材料（同前面介绍的节能玻璃）

在建筑物立面装饰的各种玻璃幕墙,除可起到装饰作用外

,还可起保温隔热作用。

玻璃绝热材料有中空玻璃、热反射玻璃(也称镀膜玻璃)、吸热玻璃(红外线玻璃)、双层玻璃、新型防热片(窗用绝热薄膜)等。

玻璃绝热材料用于门窗代替普通平板玻璃可以节省大量的采暖或制冷能量。第2节

吸声材料是一种能在较大程度上吸收由空气传递的声波能量的建筑材料

,在建筑物内部适当采用吸声材料,目的是改善声波的传播质量,保持良好的听觉效果。音乐厅、影剧院、大会堂、播音室和一些地下空间是需要采用吸声材料的构筑物。吸声材料的吸声性能以吸声系数(α)表示:是表示材料吸声能力大小的量值,是声波遇到材料表面时,被吸收的声能(E)与入射声能(Eo)之比,用下式表示:

α=E/Eo

Eo-传递给材料的全部入射声能;

E-被材料吸收的声能。声能被吸收的情形如图11-2,材料的吸声特性除与声波方向有关外,还与声波的频率有关,同一材料,对于高、中、低不同频率的吸声系数不同。为了全面反映材料的吸声特性,通常取125、250、500、1000、2000、4000Hz六个频率的吸声系数来表示材料吸声的频率特性,六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料,可称为吸声材料。材料的气孔越多,且是开放和相互连通的,吸声性能越好。吸声材料强度较低、易吸湿,安装和使用时应注意。吸声材料的类型及其结构型式

1.多孔性吸声材料：具有大量内外连通的微孔，是比较常用的一种吸声材料,它具有良好的高频吸声性能。当声波入射到材料表面时,声波顺着微孔进入材料内部,引起空隙内的空气振动,由于摩擦、空气粘滞阻力和材料内部的热传导作用,使相当一部分声能转化为热能而被吸收。材料的吸声性能与材料的表观密度和内部构造有关。

在建筑装修中,吸声材料的厚度,材料背后是否有空气层,以及材料的表团状况,对吸声性能都有影响。(1)材料表观密度和构造的影响：表观密度增加,能使低频吸声效果有所提高,但高频吸声性能却下降；孔隙率高,孔隙细小,吸声性能较好;孔隙过大,效果较差。(2)材料厚度的影响：低频吸声系数一般随厚度的增加而提高,但对高频的影响不显著。几种常用多孔吸声材料的适宜厚度见表11-7。(3)背后空气层的影响：吸声材料一般是周边固定在龙骨架上,背后空气层的作用相当于增加了材料的厚度,当材料离墙面的安装距离(即空气层厚度)等于1/4波长的奇数倍时,可获得最大的吸声系数。(4)表面特征的影响：保持孔隙的联通和表面开口,当材料吸湿或表面喷涂油漆,会大太降低吸声材料的吸声效果。2.薄板振动吸声结构:将胶合板、薄木板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板等薄板材的周边固定在龙骨上,并在背后留有空气层,即构成薄板振动吸声结构。在声波作用下薄板发生振动(图11-3),板内部和龙骨间出现摩擦损耗,使声能转变为热能。由于低频声波比高频声波容易激起薄板产生振动,所以具有低频的吸声特性。建筑中常用的薄板振动吸声结构的共振频率约在80~300Hz之间。在共振