土木工程材料 第十章纯来材利吸声材料 张
土木工程材料 第十章 绝热材料和吸声材料 张德思教授 主讲
●第一节绝热材料 在建筑上,将主要作为保温、隔热使用的 材料通称为绝热材料。绝热材料通常导热 系数(λ)值应不大于0.23W/(mK),热 阻(R)值应不小于4.35(m2K)/W。此 外,绝热材料尚应满足:表观密度不大于 600kg/m3,抗压强度大于0.3MPa,构造简 单,施工容易,造价低等
第一节 绝热材料 在建筑上，将主要作为保温、隔热使用的 材料通称为绝热材料。绝热材料通常导热 系数（λ）值应不大于0.23W／(m·K)，热 阻（Ｒ）值应不小于4.35（m 2·K）/W。此 外，绝热材料尚应满足：表观密度不大于 600kg／m 3 ，抗压强度大于0.3MPa，构造简 单，施工容易，造价低等
1.影响材料导热系数的因素 影响材料保温性能的主要因素是导热系 数的大小,导热系数愈小,保温性能愈好。材 料的导热系数受以下因素影响 ●(1)材料的性质。不同的材料其导热系数是 不同的,一般说来,导热系数值以金属最大 非金属次之,液体较小,而气体更小。对于同 种材料,内部结构不同,导热系数也差别很 大。一般结晶结构的为最大,微晶体结构的次 之,玻璃体结构的最小。但对于多孔的绝热材 料来说,由于孔隙率高,气体(空气)对导热 系数的影响起着主要作用,而固体部分的结构 无论是晶态或玻璃态对其影响都不大
1. 影响材料导热系数的因素 影响材料保温性能的主要因素是导热系 数的大小，导热系数愈小，保温性能愈好。材 料的导热系数受以下因素影响： （１）材料的性质。不同的材料其导热系数是 不同的，一般说来，导热系数值以金属最大， 非金属次之，液体较小，而气体更小。对于同 一种材料，内部结构不同，导热系数也差别很 大。一般结晶结构的为最大，微晶体结构的次 之，玻璃体结构的最小。但对于多孔的绝热材 料来说，由于孔隙率高，气体（空气）对导热 系数的影响起着主要作用，而固体部分的结构 无论是晶态或玻璃态对其影响都不大
(2)表观密度与孔隙特征。由于材料中 固体物质的导热能力比空气要大得多,故 表观密度小的材料,因其孔隙率大,导热 系数就小。 。在孔隙率相同的条件下,孔隙尺寸愈大, 导热系数就愈大;互相连通孔隙比封闭孔 隙导热性要高。 对于表观密度很小的材料,特别是纤维状 材料(如超细玻璃纤维),当其表观密度 低于某一极限值时,导热系数反而会增大, 这是由于孔隙增大且互相连通的孔隙大大 增多,而使对流作用加强的结果。因此这 类材料存在一最佳表观密度,即在这个表 观密度时导热系数最小
（２）表观密度与孔隙特征。由于材料中 固体物质的导热能力比空气要大得多，故 表观密度小的材料，因其孔隙率大，导热 系数就小。 在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸愈大， 导热系数就愈大；互相连通孔隙比封闭孔 隙导热性要高。 对于表观密度很小的材料，特别是纤维状 材料（如超细玻璃纤维），当其表观密度 低于某一极限值时，导热系数反而会增大， 这是由于孔隙增大且互相连通的孔隙大大 增多，而使对流作用加强的结果。因此这 类材料存在一最佳表观密度，即在这个表 观密度时导热系数最小
(3)湿度。材料吸湿受潮后,其导热系数就会增大, 这在多孔材料中最为明显。这是由于当材料的孔隙中有 了水分(包括水蒸气)后,则孔隙中蒸汽的扩散和水分 子的热传导将起主要传热作用,而水的λ为0.58W/ (m·K),比空气的λ=0.029W/(m·k)大20倍左 右。如果孔隙中的水结成了冰,则冰的λ=233W (m·K),其结果使材料的导热系数更加增大。故绝 热材料在应用时必须注意防水避潮。 (4)温度。材料的导热系数随温度的升高而增大,因 为温度升高时,材料固体分子的热运动增强,同时材料 孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加。但 这种影响,当温度在O~50°C范围内时并不显著,只有 对处于高温或负温下的材料,才要考虑温度的影响 (5)热流方向。对于各向异性的材料,如木材等纤维 质的材料,当热流平行于纤维方向时,热流受到阻力小 而热流垂直于纤维方向时,受到的阻力就大
（３）湿度。材料吸湿受潮后，其导热系数就会增大， 这在多孔材料中最为明显。这是由于当材料的孔隙中有 了水分（包括水蒸气）后，则孔隙中蒸汽的扩散和水分 子的热传导将起主要传热作用，而水的λ为0.58Ｗ／ （ｍ·Ｋ），比空气的λ=0.029Ｗ／（ｍ·Ｋ）大20倍左 右。如果孔隙中的水结成了冰，则冰的λ=2.33 Ｗ／ （ｍ·Ｋ），其结果使材料的导热系数更加增大。故绝 热材料在应用时必须注意防水避潮。 （４）温度。材料的导热系数随温度的升高而增大，因 为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时材料 孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加。但 这种影响，当温度在０～50℃范围内时并不显著，只有 对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响。 （５）热流方向。对于各向异性的材料，如木材等纤维 质的材料，当热流平行于纤维方向时，热流受到阻力小， 而热流垂直于纤维方向时，受到的阻力就大
第二节建筑上常用保温材料 1.纤维状保温隔热材料 。(Ⅰ)石棉及其制品。石棉是一种天然矿物纤维,主要 化学成分是含水硅酸镁,具有耐火、耐热、耐酸碱、绝 热、防腐、隔音及绝缘等特性。常制成石棉粉、石棉纸 板、石棉毡等制品,用于建筑工程的高效能保温及防火 覆盖等。 (2)矿棉及其制品。矿棉一般包括矿渣棉和岩石棉。 矿渣棉所用原料有髙炉硬矿渣、铜矿渣等,并加一些调 节原料(钙质和硅质原料)。岩棉的主要原料为天然岩 石(白云石、花岗石、玄武岩等)。上述原料经熔融后 用喷吹法或离心法制成细纤维。矿棉具有轻质、不燃、 绝热和电绝缘等性能,且原料来源广,成本较低。可 制成矿棉板、矿棉毡及管壳等。可用作建筑物的墙壁 屋顶、天花板等处的保温和吸声材料,以及热力管道的 保温材料
第二节 建筑上常用保温材料 1. 纤维状保温隔热材料 （ｌ）石棉及其制品。石棉是一种天然矿物纤维，主要 化学成分是含水硅酸镁，具有耐火、耐热、耐酸碱、绝 热、防腐、隔音及绝缘等特性。常制成石棉粉、石棉纸 板、石棉毡等制品，用于建筑工程的高效能保温及防火 覆盖等。 （2）矿棉及其制品。矿棉一般包括矿渣棉和岩石棉。 矿渣棉所用原料有高炉硬矿渣、铜矿渣等，并加一些调 节原料（钙质和硅质原料）。岩棉的主要原料为天然岩 石（白云石、花岗石、玄武岩等）。上述原料经熔融后， 用喷吹法或离心法制成细纤维。矿棉具有轻质、不燃、 绝热和电绝缘等性能，且原料来源广，成本较低。可 制成矿棉板、矿棉毡及管壳等。可用作建筑物的墙壁、 屋顶、天花板等处的保温和吸声材料，以及热力管道的 保温材料
●(3)玻璃棉及其制品。玻璃棉是用玻璃 原料或碎玻璃经熔融后制成纤维状材料, 包括短棉和超细棉两种。 (4)植物纤维复合板。系以植物纤维为 主要材料加入胶结料和填料而制成。如木 丝板是以木材下脚料制成木丝,加入硅酸 钠溶液及普通硅酸盐水泥混合,经成型 冷压、养护、干燥而制成。甘蔗板是以甘 蔗渣为原料,经过蒸制、加压、干燥等工 序制成的一种轻质、吸声、保温材料
（３）玻璃棉及其制品。玻璃棉是用玻璃 原料或碎玻璃经熔融后制成纤维状材料， 包括短棉和超细棉两种。 （４）植物纤维复合板。系以植物纤维为 主要材料加入胶结料和填料而制成。如木 丝板是以木材下脚料制成木丝，加入硅酸 钠溶液及普通硅酸盐水泥混合，经成型、 冷压、养护、干燥而制成。甘蔗板是以甘 蔗渣为原料，经过蒸制、加压、干燥等工 序制成的一种轻质、吸声、保温材料
2.散粒状保温隔热材料 (1)膨胀蛭石及其制品。蛭石是一种天然 矿物,经850~1000°0燃烧,体积急剧膨 胀(可膨胀5~20倍)而成为松散颗粒, 其堆积密度为80~200kg/m3,导热系数 0.046~0.0wW/′(mK),用于填充墙壁、楼 板及平屋顶,保温效果佳。可在1000 1100°C下使用。 膨胀蛭石也可与水泥、水玻璃等胶凝 材料配合,制成砖、板、管壳等用于围护 结构及管道保温
2. 散粒状保温隔热材料 （1）膨胀蛭石及其制品。蛭石是一种天然 矿物，经850～1000°C燃烧，体积急剧膨 胀 (可膨胀５～20倍)而成为松散颗粒， 其堆积密度为80～200kg／m 3 ，导热系数 0.046～0.07W/ (m·K)，用于填充墙壁、楼 板及平屋顶，保温效果佳。可在1000～ 1100℃下使用。 膨胀蛭石也可与水泥、水玻璃等胶凝 材料配合，制成砖、板、管壳等用于围护 结构及管道保温
●(2)膨胀珍珠岩及其制品。膨胀珍珠岩 是由天然珍珠岩、黑耀岩或松脂岩为原料, 经煅烧体积急剧膨胀(约20倍)而得蜂窝 状白色或灰白色松散颗料。堆积密度为 40~300kg/m3,A=0.025~0.048W/ (m·K),耐热800°G,为高效能保温保 冷填充材料。 ●膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨 料,配以适量胶凝材料,经拌和、成型、 养护(或干燥、或焙烧)后两制成的板、 砖、管等产品
（２）膨胀珍珠岩及其制品。膨胀珍珠岩 是由天然珍珠岩、黑耀岩或松脂岩为原料， 经煅烧体积急剧膨胀（约20倍）而得蜂窝 状白色或灰白色松散颗料。堆积密度为 40～300kg／m 3 ，λ=0.025～0.048 Ｗ／ (ｍ·Ｋ)，耐热800 °C，为高效能保温保 冷填充材料。 膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨 料，配以适量胶凝材料，经拌和、成型、 养护（或干燥、或焙烧）后两制成的板、 砖、管等产品
3.多孔性保温隔热材料 (1)微孔硅酸钙制品。微孔硅酸钙制品是用粉状二氧 化硅材料(硅藻土)、石灰、纤维增强材料及水等经搅 拌、成型、蒸压处理和千燥等工序而制成。用于围护结 构及管道保温。 ●(2)泡沫玻璃。它是采用碎玻璃加入1%~2%发泡 剂(石灰石或碳化钙〕,经粉磨、混合、装模,在 800℃C下烧成后形成含有大量封闭气泡(直径0.1~5mm 的制品。它具有导热系数小、抗压强度和抗冻性高、耐 久性好等特点,且易于进行锯切、钻孔等机械加工,为 高级保温材料,也常用于冷藏库隔热。 ●(3)多孔混凝土和轻骨料混凝土。 (4)泡沫塑料。泡沫塑料是以合成树脂为基料,加入 定剂量的发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助材料经加热发 泡而制成的轻质保温、防震材料。目前我国生产的有聚 苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯及脲醛树脂等泡沫塑料
3. 多孔性保温隔热材料 (１) 微孔硅酸钙制品。微孔硅酸钙制品是用粉状二氧 化硅材料（硅藻土）、石灰、纤维增强材料及水等经搅 拌、成型、蒸压处理和干燥等工序而制成。用于围护结 构及管道保温。 (２) 泡沫玻璃。它是采用碎玻璃加入１％～２％发泡 剂（石灰石或碳化钙），经粉磨、混合、装模，在 800℃下烧成后形成含有大量封闭气泡（直径0.1～5mm） 的制品。它具有导热系数小、抗压强度和抗冻性高、耐 久性好等特点，且易于进行锯切、钻孔等机械加工，为 高级保温材料，也常用于冷藏库隔热。 (３) 多孔混凝土和轻骨料混凝土。 (4) 泡沫塑料。泡沫塑料是以合成树脂为基料，加入一 定剂量的发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助材料经加热发 泡而制成的轻质保温、防震材料。目前我国生产的有聚 苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯及 脲醛树脂等泡沫塑料