《土木工程材料 第2版》 课件 第10、11章 建筑节能材料与功能材料、石材与木材

第十章

建筑节能材料

与功能材料吸声材料4灌浆材料3建筑防火材料21建筑节能材料10建筑节能材料与功能材料吸声材料4灌浆材料3建筑防火材料21建筑节能材料10建筑节能材料与功能材料10.1建筑节能材料建筑节能在建筑物的规划、设计、新建（改建、扩建）、改造和使用过程中，采用节能型的技术、工艺、设备、材料和产品，提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率。利用可再生能源，在保证室内热环境质量的前提下，减少供热、空调制冷制热、照明、热水供应的能耗程。10.1.1建筑节能材料的分类按材料热学性质建筑节能材料产品类型示例建筑保温隔热材料节能墙体材料加气混凝土砌块、泡沫混凝土砌块、EPS砌块外墙保温材料岩棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、泡沫玻璃、真空保温材料门窗材料中空玻璃、真空玻璃、镀膜玻璃屋面材料水泥膨胀珍珠岩及制品、加气混凝土屋面板、泡沫混凝土相变材料固-固相变材料、固-液相变材料等建筑节能材料分类建筑保温隔热材料相变材料10.1.1建筑节能材料的分类相变材料只能在一段时间内阻止热量传递，当时间延长后，体系温度最终与环境温度相同；而保温隔热材料可以通过控制材料厚度，使保温体系的温度长时间处于设定温度。相变材料的相变过程相变材料与保温隔热材料盒子内部空气升温曲线示意图10.1.1建筑节能材料的分类设相变材料的质量为m，温度由T1变化到T2，经过相变温度Tc（如图10-1），则相变材料在T1-T2温度之间所吸收的总热量Q为：相变材料墙体室内外温度变化示意图10.1.2保温隔热材料建筑保温隔热材料大致可以分成两大类，一类是兼具保温隔热和结构分隔功能的材料，如节能墙体屋面材料等；另一类是仅具保温隔热作用的材料，使用时攀附在结构材料一侧，如外墙保温隔热材料。具有保温功能的节能墙体屋面材料中空玻璃加气混凝土砌块泡沫混凝土砌块真空玻璃镀膜玻璃水泥膨胀珍珠岩制品水泥聚苯板10.1.2保温隔热材料外墙保温材料聚苯乙烯泡沫塑料岩棉玻璃棉硬质聚氨酯泡沫塑料以天然岩石玄武岩、辉绿岩等为基本原料，经高温熔融，采用高速离心设备或其他方法将高温熔体甩拉成非连续性纤维采用石灰石、石英砂、白云石、蜡石等天然矿石为主要原料，配合一些纯碱、硼砂等化工原料，在熔融状态下借助于外力经火焰法、离心喷吹法或蒸汽立吹法制得的极细的絮状纤维材料。以聚苯乙烯树脂为主要原料，经发泡剂发泡制成的内部具有无数封闭微孔的材料。以聚合物多元醇(聚醚或聚酯)和异氰酸酯为主体材料，在催化剂、稳定剂、发泡剂等助剂的作用下，经混合后发泡反应而制成的硬质塑料。泡沫玻璃由碎玻璃、发泡剂、改性添加剂和发泡促进剂等，经过细粉碎和均匀混合后，再经过高温熔化，发泡、退火而制成的无机多孔玻璃材料。10.1.2保温隔热材料建筑保温隔热材料的选择原则使用温度体积密度防火性防水性高效性使用年限吸声材料4灌浆材料3建筑防火材料21建筑节能材料10建筑节能材料与功能材料10.2.1建筑防火与民用建筑耐火等级

民用建筑的耐火等级分为四级：对于承重墙，耐火等级为一级、二级和三级耐火极限分别为3.0小时、2.5小时和2.0小时，且构件为不燃烧体；对于耐火等级四级，耐火极限为0.5小时，构件至少为难燃烧体。10.2.2耐火极限及其测试方法耐火极限指在标准耐火试验条件下，建筑构件、配件或结构从受到火的作用时起，到失去稳定性、完整性或隔热性时止所用时间，用小时表示。式中，T——炉内温度，℃；t——时间，min。10.2.2耐火极限及其测试方法耐火极限试验炉标准时间-温度曲线其耐火性能以承载能力、完整性和隔热性等方面进行综合判定。10.2.3建筑材料燃烧性能等级燃烧性能等级名

称A不燃材料（制品）B1难燃材料（制品）B2可燃材料（制品）B3易燃材料（制品）建筑材料及制品的燃烧性能等级10.2.4建筑防火材料介绍防火板材防火板类型外形尺寸mm密度kg/m3最高使用温度℃导热系数W/(m·K)执行标准纸面石膏板3600×1200×(9-18)800600~0.19GB/T9775纤维增强硅酸钙板3000×1200×(5-20)600-1500600≤0.28JC/T564硬硅钙石防火板2440×1220×(12-50)400-6001100≤0.08-蛭石防火板1000×610×(20-65)400-8001000~0.11-玻镁平板3000×1300×(2-20)1200-1500600≤0.29JC688-2006常用防火板主要技术性能参数10.2.4建筑防火材料介绍常用柔性防火材料主要技术性能材料名称参考尺寸mm密度kg/m3比热容kJ/(kg·℃)导热系数W/(m·K)执行标准陶瓷纤维棉毡1000×500×(10-50)≤3500.84≤0.06GB3003矿渣棉毡1000×250×50≤1200.75≤0.048GB11835岩棉毡900×900×50200--≤0.049GB11835玻璃棉毡1200×600×50≤48--≤0.048GB15762柔性防火板材10.2.4建筑防火材料介绍钢结构防火涂料类型及特征类型代号涂层特性主要成份膨胀型B遇火膨胀，形成多孔碳化层，涂层厚度一般小于以有机树脂为基料，掺加发泡剂、阻燃剂、成炭剂等非膨胀型H遇火不膨胀，自身有良好的隔热性，涂层厚度8以无机绝热材料（如膨胀蛭石、漂珠、矿物纤维）为主，掺加无机粘结剂等防火涂料10.2.4建筑防火材料介绍无机防火堵料有机防火堵料阻火包阻火圈防火封堵材料吸声材料4灌浆材料3建筑防火材料21建筑节能材料10建筑节能材料与功能材料10.3.1水泥基灌浆材料

水泥基灌浆材料由水泥为基本材料，适量的细骨料及加入少量的混凝土外加剂及其它材料组成的干混材料，加水拌合后具有大流动度，早强、高强、微膨胀的性能。项目技术指标ⅠⅡⅢⅣ流动度/mm初始流动度-≥340≥290≥65030min流动度保留值-≥310≥260≥550按流动度分为项目技术指标A50A60A70A85抗压强度/MPa1d≥15≥20≥25≥353d≥30≥40≥45≥6028d≥50≥60≥70≥85竖向膨胀率/%3h0.1%~3.5%24h与3h膨胀率之差0.02%~0.50%对钢筋有无锈蚀作用无泌水率%0按抗压强度分为10.3.2水玻璃灌浆材料水玻璃灌浆材料具有较强的粘结性。促凝剂名称浆液强度（10－2×Pa·s）胶凝时间固结体抗压强度（9.8×104Pa）灌浆方法氯化钙100瞬时＜30双液铝酸钠5～10数分～几十分钟＜20单液碳酸氢钠2～5数秒～几十分钟3～5单液磷酸3～5数秒～几十分钟3～5单液氟硅酸3～5几秒～几十分钟20～40单液或双液乙二醛2～4几秒～几十分钟＜20单液或双液高锰酸钾2～3几秒～几十分钟2～3单液或双液促凝剂对水玻璃灌浆材料性能的影响10.3灌浆材料

丙烯酰胺灌浆材料环氧树脂灌浆材料甲基丙烯酸甲酯灌浆材料聚氨酯灌浆材料以环氧树脂为主体，加入一定比例的固化剂、促凝剂、稀释剂、增韧剂等成分而组成的一种化学灌浆材料粘度比水低，渗透力强，扩散半径大，可灌入0.05～0.1mm的细微裂隙，聚合后强度和粘结力都很高，光稳定性和耐酸碱性均较好丙烯酰胺灌浆材料粘度低，与水接近，可灌性极好。形成的聚合体抗渗性强，结石后强度高，胶凝工作时间可控，特别适用于地下工程的渗漏补强和混凝土工程结构补强吸声材料4灌浆材料3建筑防火材料21建筑节能材料10建筑节能材料与功能材料10.4.1材料的吸声性能

当声波遇到材料表面时，一部分声反射；另一部分则穿透材料；其余的部分传递给材料被吸收。这些被吸收的能量(E)与入射声能(E0)之比，称为吸声系数，它是评定材料吸声性能好坏的主要指标。α——材料的吸声系数；E——被材料吸收的(包括透过)声能；E0——传递给材料的全部入射声能。10.4.2选用吸声材料的基本要求

气孔开放且相互连通强度较低，易于吸湿尽可能选用吸声系数较高的材料注意吸声材料和隔声材料的区别10.4.3吸声材料的类型及其结构形式共振腔吸声结构多孔吸声材料薄板振动吸声结构穿孔板组合共振吸声结构柔性吸声材料悬挂空间吸声体帘幕吸声体10.4.4隔声材料隔声是指一种材料入射声能与透过声能相差的分贝数，值愈大，其隔声性能愈好。对固体声隔声最有效的措施是采用不连续的结构处理。注意不能简单把吸声材料做隔声材料来使用。第十一章

石材与木材木材21石材11石材与木材木材21石材11石材与木材11.1.1岩石的形成与分类变质岩岩浆岩沉积岩是地壳深处的岩浆侵入地壳或喷出地表后冷凝形成的岩石，又称火成岩。在地表条件下，由母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）风化剥蚀的产物经搬运、沉积和硬结成岩作用而形成的岩石。碎屑岩黏土岩化学岩生物化学岩类地下岩石经历高温或高压之后，成分和结构发生改变后形成的新岩石。根据岩石的成因，可将岩石分为以下三类：11.1.2石材的主要技术性质物理指标表观密度吸水性耐水性对于同种石材，其表观密度越大，则抗压强度越高，吸水率越小，耐久性越好，导热性越好。石材的吸水性主要与其矿物组成、孔隙率及孔隙特征有关。石材的吸水性对其强度和耐久性影响很大。岩石中含有粘土或易溶物时，会在其吸水后使其强度下降。大部分岩石由于内部致密，孔隙率小，故耐水性较好。11.1.2石材的主要技术性质抗压强度冲击韧性硬度耐磨性力学性质11.1.2石材的主要技术性质抗压强度石材的强度等级分为MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20等七个等级。立方体边长（mm）2001501007050换算系数1.431.281.1410.86石材强度等级的换算系数11.1.2石材的主要技术性质冲击韧性硬度石材的冲击韧性主要取决于其矿物组成与结构一般抗压强度越高的石材，其硬度越高耐磨性石材的组成矿物越坚硬、结构越致密、抗压强度和冲击韧性较高时，则其耐磨性较好。11.1.3石材的破坏及防护天然石材在使用过程中受周围环境的影响，如水分的浸渍与渗透，空气中有害气体的侵蚀及光、热或外力的作用等，会发生风化而逐渐破坏。合理选材表面处理木材21石材11石材与木材11.2.1木材的分类与构造木材的分类（1）针叶和阔叶（2）外长树和内长树（3）红木及硬杂木（4）乔木、灌木、藤本、匍匐类树木11.2.1木材的分类与构造木材的宏观构造木材是各向异性材料。将树干部分进行切割，可得到木材的横切面、径切面和弦切面。心材的材质硬，密度大，渗透性低，耐久性、耐腐性均较边材高。11.2.1木材的分类与构造树干的三个切面1-横切面；2-径切面；3-弦切面；4-树皮；5-木质部；6-年轮；7-髓线；8-髓心木材的年轮和春材夏材1-春材（早材）2-夏材（晚材）木材的宏观构造11.2.1木材的分类与构造

马尾松的显微构造

柞木的显微构造1-管胞；2-髓线；3-树脂道1—导管；2—髓线；3—木纤维木材的微观构造11.2.2木材的主要性能化学性质纤维素、半纤维素、木质素是木材细胞壁的主要组成，其中纤维素占50%左右。此外，还有少量的油脂、树脂、果胶质、蛋白质、无机物等等。由此可见，木材的组成主要是一些天然高分子化合物。木材的化学性质复杂多变。11.2.2木材的主要性能物理性质湿胀干缩密度与表观密度吸湿率与含水率木材的表观密度愈大，其湿胀干缩率也愈大。木材很易从周围环境中吸收水分，其含水量随所处环境的湿度变化而不同。木材含水量的多少与木材的表观密度、强度、耐久性、加工性、导热性和导电性等有着一定关系。木材含水率在纤维饱和点以内进行干燥时，会产生干缩。表观密度大，夏材含量越多，胀缩就大。11.2.2木材的主要性能含水量对松木胀缩变形的影响木材干燥后截面形状的改变物理性质11.2.3木材的力学性质抗压强度木材的顺纹抗压强度较高，仅次于顺纹抗拉和抗弯强度，且木材的疵病对其影响较小。木材用于受压构件非常广泛，由于构造的不均匀性，抗压强度可分为顺纹受压和横纹受压。木材横纹抗压强度比顺纹抗压强度低得多，通常只有顺纹抗压强度的10%~20%。11.2.3木材的力学性质木材的顺纹抗拉强度是木材各种力学强度中最高的。木材单纤维的抗拉强度可达80MPa~200MPa。因此顺纹受拉破坏时往往不是纤维被拉断而是纤维间被撕裂。抗拉强度11.2.3木材的力学性质木材受弯曲时内部应力十分复杂，上部是顺纹受压，下部为顺纹受拉，在水平面中还有剪切力作用。木材受弯破坏时，通常是受压区首先达到强度极限。木材的抗弯强度很高，为顺纹抗压强度的1.5~2倍。抗弯强度11.2.3木材的力学性质木材的剪切（a)顺纹剪切；(b)横纹剪切；(c)横纹切断

顺纹抗剪强度很小，一般为同一方向抗压强度(顺纹抗压强度)的15%~30%。抗剪强度11.2.3木材的力学性质抗压抗拉抗弯抗剪顺纹横纹顺纹横纹顺纹横纹11/10-1/32-31/20-1/31.5-21/7-1/31/2-1木材各种强度的大小关系11.2.3木材的力学性质影响木材强度的主要因素