第9章 建筑功能材料

一月231

9.0

學(xué)習(xí)目標(biāo)9.1建筑防水堵水材料

9.2絕熱材料

9.3吸聲與隔聲材料

9.4建筑功能材料的新發(fā)展一月232本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)：

(1)掌握防水及堵水材料的主要類型及性能特點(diǎn)。

(2)了解絕熱材料的基本要求，土木工程中常用絕熱材料的性能特點(diǎn)及其應(yīng)用。

(3)了解吸聲材料、隔音材料的性能特點(diǎn)。

(4)了解其它功能材料新進(jìn)展。一月233

防水材料的分類(2)防水材料的性能與選用

①防水卷材②防水涂料③建筑密封材料(3)建筑堵水材料的種類與用途一月234

防水材料是指具有防止建筑工程免受雨水、地下水、生活用水浸蝕的材料。堵水材料還需滿足帶水操作的施工要求。防水材料的分類

1.建筑防水材料依據(jù)其外觀形態(tài)可分為防水卷材、防水涂料、密封材料和剛性防水材料四大系列。

2.可根據(jù)其特性分為柔性和剛性兩類。一月235

防水卷材主要包括瀝青防水卷材、高聚物改性瀝青防水卷材和合成高分子防水卷材三大類。瀝青防水卷材瀝青紙?zhí)ビ蜌譃r青玻璃布油氈瀝青玻璃纖維胎油氈低溫柔性差，胎體易腐爛，耐用年限短；適用于地下防水、防腐層，以及屋面防水層及管道(熱管道除外)等的防腐保護(hù)層；

性能與用途與玻璃布油氈相似。

瀝青防水卷材屬于傳統(tǒng)的防水卷材，是采用原紙、纖維織物、纖維氈等胎體浸涂瀝青，表面撒布粉狀、粒狀或片狀材料制成可卷曲的片狀防水材料。是我國(guó)目前產(chǎn)量最大的防水材料，成本較低，屬較低檔的防水卷材，但因存在污染環(huán)境和容易起鼓、老化和滲漏等工程質(zhì)量問題。

一月236

高聚物改性防水卷材是將填充、改性材料等添加劑摻入瀝青材料或其他主體材料中，經(jīng)混煉、壓延或擠出成型而成的卷材。其克服了傳統(tǒng)瀝青防水卷材的不足，具有高溫不流淌、低溫不脆裂、拉伸強(qiáng)度較高、延伸率較大等優(yōu)異性能。SBS改性瀝青防水卷材APP改性瀝青防水卷材最大特點(diǎn)是低溫柔性好，冷熱地區(qū)均適用，特別適用于寒冷地區(qū)，可用于一般防水等級(jí)的屋面、地下防水工程、特殊結(jié)構(gòu)防水工程。接近SBS改性瀝青防水卷材。其最突出的特點(diǎn)是耐高溫性能好，130℃高溫下不流淌，特別適合高溫地區(qū)或太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈地區(qū)使用。一月237

合成高分子防水卷材是以合成橡膠、合成樹脂或兩者共混體系為基料，加入適量化學(xué)助劑，經(jīng)塑煉、混煉、壓延或擠出成型、硫化、定型等工序加工制成的可卷曲的防水卷材。這種防水卷材拉伸強(qiáng)度和抗撕裂強(qiáng)度高，斷裂伸長(zhǎng)率極大，耐熱性和低溫柔性好，耐腐蝕，耐老化，性能優(yōu)異。Ⅰ級(jí)防水構(gòu)造必須有一道合成高分子防水卷材。作為主要成膜物質(zhì)的高分子材料溶解于有機(jī)溶劑中，成為溶液。特點(diǎn)：涂料干燥快，結(jié)膜較薄而致密，粘結(jié)性較好；生產(chǎn)工藝較簡(jiǎn)易，涂料貯存穩(wěn)定性較好；易燃、易爆、有毒，生產(chǎn)、貯存及使用時(shí)要注意安全；由于溶劑揮發(fā)快，對(duì)環(huán)境有污染。一月238防水涂料：是一種流態(tài)或半流態(tài)物質(zhì)，經(jīng)刷、噴等工藝，固化后在基層表面形成無接縫的防水涂膜。溶劑型水乳型反應(yīng)型主要成膜物質(zhì)的高分子材料以極微小的顆粒穩(wěn)定懸浮在水中，成為乳液狀涂料。特性：涂料干燥較慢，一次成膜的致密性較溶劑型涂料低，粘結(jié)性稍差，一般不宜在5℃以下施工；貯存期一般不超過半年；無毒，不燃，操作簡(jiǎn)便，不污染環(huán)境；生產(chǎn)成本較低。主要成膜物質(zhì)的高分子材料以雙組分或單組分構(gòu)成涂料，與相應(yīng)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成固態(tài)結(jié)膜。特點(diǎn)：無收縮，涂膜致密；攪拌均勻，才能確保質(zhì)量；價(jià)格較貴。一月239

建筑密封材料是能承受位移，嵌入建筑接縫中起氣密或水密作用的定形和不定形的材料。它既起到防水作用，又起到防塵、隔汽與隔聲作用。如密封條、止水帶、建筑膩?zhàn)拥?。?yīng)具有良好的粘結(jié)性，高水密性和氣密性，良好的耐高低溫性和抗老化性能，具有一定的彈塑性和拉伸-壓縮循環(huán)性能。一月2310建筑堵水材料主要用于房屋建筑、構(gòu)筑物、水土建筑等在有水或潮濕環(huán)境下的防水堵漏。故需滿足帶水操作的施工要求。按施工方式，建筑堵漏止水材料分為灌漿材料、柔性嵌縫材料、剛性止水材料及剛性抹面材料。建筑堵水材料特點(diǎn)和用途見表9-1一月2311

在建筑中，習(xí)慣上把用于控制室內(nèi)熱量外流的材料叫做保溫材料；把防止室外熱量進(jìn)入室內(nèi)的材料叫做隔熱材料。保溫、隔熱材料統(tǒng)稱為絕熱材料。

材料保溫隔熱性能的好壞由材料的導(dǎo)熱系數(shù)的大小來評(píng)價(jià)，導(dǎo)熱系數(shù)越小，保溫隔熱性能越好，反之亦然。一月2312材料的熱物理量熱物理量的影響因素提高材料或復(fù)合體的絕熱性能的途徑絕熱材料的性能要求絕熱材料的組成與結(jié)構(gòu)一月2313絕熱就是最大限度地阻抗熱流的傳遞(傳熱)，傳熱是指熱量從高溫區(qū)向低溫區(qū)的自發(fā)流動(dòng)，是一種由于溫差引起的能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。按照傳熱的物理機(jī)理，傳熱過程主要通過三種方式進(jìn)行：導(dǎo)熱、對(duì)流和熱輻射。

絕熱材料須具有較小的導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流傳熱系數(shù)和輻射傳熱系數(shù)，或由絕熱材料組成的復(fù)合體具有較高的熱阻值或較小的傳熱系數(shù)。

一月2314材料的組成與結(jié)構(gòu)材料的表觀密度孔隙的大小與特征濕度或含水率熱流方向與溫度一月2315有機(jī)高分子材料的導(dǎo)熱系數(shù)小于無機(jī)材料；在無機(jī)材料中，非金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)小于金屬材料；氣態(tài)物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)小于液態(tài)物質(zhì)，液態(tài)物質(zhì)小于固體材料；固體材料而言，一般分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，結(jié)晶程度越低，導(dǎo)熱系數(shù)越小；無定形結(jié)構(gòu)的材料的導(dǎo)熱系數(shù)小于晶體材料。一月2316隨著表觀密度的減小，其導(dǎo)熱系數(shù)變??；對(duì)于多孔絕熱材料，只有當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流傳熱系數(shù)和輻射傳熱系數(shù)三者之和最小時(shí)，才具有很好的絕熱性能。此時(shí)的材料表觀密度稱為最佳密度，對(duì)于纖維制品，一般為32～48kg/m3，對(duì)于泡沫制品，一般為16～40kg/m3。一月2317當(dāng)表觀密度相同時(shí)，孔隙的尺寸越小，導(dǎo)熱系數(shù)越?。划?dāng)孔隙尺寸小于50nm時(shí)，空氣將完全被氣孔壁吸附，孔隙接近于真空狀態(tài)，導(dǎo)熱系數(shù)降至最小，孔隙只有輻射傳熱；當(dāng)孔隙尺寸大到一定程度后，由于空氣對(duì)流的出現(xiàn)使導(dǎo)熱系數(shù)變大。一月2318孔隙開口而且相互連通的比封閉而互不連通的導(dǎo)熱系數(shù)大，而且孔隙中的空氣可能發(fā)生對(duì)流傳熱；多而小的封閉孔隙，不但對(duì)導(dǎo)熱傳熱，而且對(duì)對(duì)流傳熱和輻射傳熱的熱阻抗都是有利的。一月2319由于水的導(dǎo)熱系數(shù)為0.5815W/(mK)，比靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)0.02326W/(mK)大，因此，當(dāng)環(huán)境濕度較高時(shí)，材料內(nèi)部孔隙會(huì)吸收水分使其平衡含水率相應(yīng)提高，導(dǎo)熱系數(shù)相應(yīng)增大。若受凍（冰λ=2.33W/m·K）則導(dǎo)熱能力更大。一月2320對(duì)于各向異性材料，如纖維狀材料，當(dāng)熱流方向平行于纖維延伸方向時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)較大；垂直于纖維延伸方向時(shí)，則導(dǎo)熱系數(shù)較小。由于輻射傳熱的影響，多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般隨著溫度的升高而增大。一月2321降低材料的表觀密度，使其表觀密度符合絕熱最佳密度。在其他條件允許的情況下，盡量使用有機(jī)高分子材料或無定形的無機(jī)材料。在表觀密度一定的情況下，應(yīng)使得材料內(nèi)部的孔隙數(shù)量盡可能的多、尺寸盡可能的小，且互不連通。使用纖維材料時(shí)，應(yīng)盡量減小纖維的直徑。一月2322利用空氣夾層制成材料的復(fù)合體，夾層的厚度應(yīng)盡量小，以防止空氣對(duì)流的發(fā)生。在可能的條件下，采用真空化處理或充填導(dǎo)熱系數(shù)小于空氣的氣體，可使得多孔材料的傳熱量降到最低。一月2323絕熱材料的傳熱系數(shù)要盡可能的小，表觀密度盡可能為最佳密度。通常絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)小0.23W/(mK)，表觀密度小于500kg/m3。絕熱材料吸水率要低，應(yīng)盡量不吸水和吸潮。如不可避免時(shí)，需對(duì)材料進(jìn)行憎水處理或用防水材料包覆。一月2324由于建筑安裝施工和使用的需要，絕熱材料須具有與施工方法和使用條件相適應(yīng)的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱溫度。一般而言，絕熱材料的抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于0.3MPa；耐熱溫度為自重下產(chǎn)生2％變形時(shí)的溫度。絕熱材料應(yīng)具有與使用環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性和一定的耐久性，而且應(yīng)對(duì)環(huán)境和人體無害。一月2325絕熱材料的組成金屬絕熱材料：不銹鋼、鋁箔、銅箔、泡沫鋁等。無機(jī)絕熱材料：天然礦物材料和人工合成材料。有機(jī)絕熱材料：動(dòng)植物材料和合成高分子材料。絕熱材料的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造纖維狀結(jié)構(gòu)：石棉與石棉制品，動(dòng)植物纖維；多孔結(jié)構(gòu)：多孔結(jié)構(gòu)材料有散粒狀和微孔塊狀；層狀結(jié)構(gòu)：層狀結(jié)構(gòu)有層疊和夾層結(jié)構(gòu)。一月2326天然礦物材料主要有由硅鋁酸鹽水化物構(gòu)成的巖石，如蛭石、珍珠巖等，它們經(jīng)加熱使所含水分子氣化、膨脹形成多孔材料；

天然形成的多孔巖石，如浮石、海泡石、硅藻土、火山渣等；

天然纖維狀礦物，如石棉等。無機(jī)絕熱材料主要成分一月2327人工合成礦物材料主要有經(jīng)發(fā)泡工藝制成的多孔材料：如泡沫水泥、泡沫玻璃、加氣混凝土、微孔硅酸鈣、微孔鋁酸鈣等；有經(jīng)熔融拉（噴吹）絲工藝制成的纖維材料，如礦渣棉、玻璃棉、巖棉和硅酸鋁棉等。一月2328有機(jī)絕熱材料主要成分動(dòng)物材料有由蛋白質(zhì)構(gòu)成的纖維材料，如羊毛；植物材料主要是由纖維素構(gòu)成的軟木、木屑、刨花、蘆葦、棉花等。合成高分子材料主要是經(jīng)發(fā)泡工藝制成的各種塑料和橡膠，如泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氯乙烯、泡沫聚氨酯、泡沫酚醛塑料和泡沫橡膠等；反輻射性能好的塑料薄膜也可用作絕熱材料。一月2329結(jié)構(gòu)類型舉例纖維狀天然的石棉與石棉制品、植物纖維、動(dòng)物纖維人造的巖棉與巖棉制品、礦渣棉及其制品、玻璃棉及其制品、化學(xué)纖維散粒狀天然的浮石、火山渣、硅藻土、爐渣、植物碎屑人造的膨脹珍珠巖及其制品、膨脹蛭石及其制品、陶粒與陶砂制品微孔狀天然的硅藻土、沸石巖、軟木人造的加氣混凝土、泡沫玻璃、泡沫石膏、泡沫水泥、泡沫塑料層狀天然的木夾板人造的塑料板、吸熱玻璃板、中空玻璃、蜂窩夾芯板、鋁箔、泡沫夾層板常用絕熱材料結(jié)構(gòu)類型一月2330吸聲材料在建筑物中的作用主要是用以改善室內(nèi)收聽條件、消除回音以及控制和降低噪聲干擾等。材料通過將入射的聲能轉(zhuǎn)變換成機(jī)械能或熱能而被吸收起到吸聲作用。一月2331通過聲波進(jìn)入材料內(nèi)部的微孔，與孔壁發(fā)生摩擦轉(zhuǎn)換為熱能被吸收；通過入射聲波使材料振動(dòng)，將聲能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能被吸收；空腔內(nèi)的空氣與聲波產(chǎn)生共振，將聲能轉(zhuǎn)換為摩擦被吸收。一月2332材料的吸聲性能的優(yōu)劣以吸聲系數(shù)衡量。吸聲系數(shù)是指被吸收的聲能與聲波傳遞給材料的全部聲能的百分比。在聲波頻率為125、250、500、1000、2000、4000Hz六個(gè)頻率的平均吸聲系數(shù)大于0.2的材料，稱為吸聲材料。一月2333吸聲系數(shù)的影響因素材料的表觀密度同種多孔材料隨表觀密度增大，其低頻吸聲系數(shù)提高，而高頻吸聲系數(shù)降低。孔隙及其特征孔隙率大且孔隙均勻細(xì)小，吸聲系數(shù)越高，若孔隙過大，則吸聲效果變差。封閉不連通的孔隙不利于吸聲，而開口而互相連通的孔隙越多，吸聲效果越好。一月2334材料的厚度：材料厚度增加，低頻吸聲系數(shù)增加，而對(duì)高頻吸聲系數(shù)影響不大。過厚則變化不明顯。材料背面的條件：如果吸聲材料背面留有一定的空氣層，相當(dāng)于增加了材料的厚度，可以提高吸聲系數(shù)。當(dāng)空氣層厚度等于聲波波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，可以獲得最大的吸聲系數(shù)。一月2335吸聲材料的結(jié)構(gòu)類型根據(jù)吸聲原理和方式，吸聲材料一般具有三種結(jié)構(gòu)形式：多孔結(jié)構(gòu)、共振吸聲結(jié)構(gòu)和特殊吸聲結(jié)構(gòu)。多孔吸聲材料的構(gòu)造特征是材料內(nèi)部含有大量互相貫通的微孔，如纖維狀和微孔狀泡沫材料等。共振吸聲結(jié)構(gòu)主要有單個(gè)共振器、孔板式共振吸聲結(jié)構(gòu)和薄板式共振結(jié)構(gòu)三種。特殊吸聲結(jié)構(gòu)是一種懸掛于室內(nèi)的吸聲結(jié)構(gòu)，常用的形式有矩形體、平板狀、圓柱狀、圓錐狀、棱錐狀、球狀和多面體等。一月2336無機(jī)材料厚度cm各種頻率(Hz)下的吸聲系數(shù)裝置情況125250500100020004000吸聲磚6.50.050.070.10.120.16－石膏板－0.030.050.060.090.040.06貼實(shí)水泥蛭石板4.0－0.140.460.780.50.6貼實(shí)石膏砂漿2.20.240.120.090.30.320.83墻面粉刷水泥珍珠巖板50.160.460.640.480.560.56水泥砂漿1.70.210.160.250.40.420.48常用材料的吸聲系數(shù)

一月2337泡沫材料厚度cm各種頻率(Hz)下的吸聲系數(shù)裝置情況125250500100020004000泡沫玻璃4.40.110.320.520.440.520.33貼實(shí)脲醛泡沫塑料5.0

0.220.290.400.680.950.94貼實(shí)泡沫水泥2.00.180.050.220.480.220.32緊靠基層粉刷吸聲蜂窩板－0.270.120.420.860.480.30泡沫塑料1.00.030.060.120.410.850.67常用材料的吸聲系數(shù)

一月2338隔聲材料

建筑上把主要起隔絕聲音作用的材料稱為隔聲材料。隔聲材料主要用于外墻、門窗、隔墻以及隔斷等。隔聲可分為隔絕空氣聲（通過空氣傳播的聲音）和隔絕固體聲（通過撞擊或振動(dòng)傳播的聲音）。兩者的隔聲原理截然不同。一月2339對(duì)于空氣聲，根據(jù)聲學(xué)中的“質(zhì)量定律”，其傳聲的大小主要取決于墻或板的單位面積質(zhì)量，質(zhì)量越大，越不易震動(dòng)，則隔聲效果越好?？諝饴暤母艚^主要是反射，因此必須選擇密實(shí)、沉重的如粘土磚、鋼板等作為隔聲材料。一月2340對(duì)于隔絕固體聲音最有效的措施是采用不連續(xù)結(jié)構(gòu)處理。即在墻壁和承重梁之間，房屋的框架和墻壁及樓板之間加彈性襯墊，這些襯墊的材料大多可以采用上述的吸聲材料，如毛氈、軟木等。將固體聲轉(zhuǎn)換成空氣聲后而被吸聲材料吸收。一月2341建筑功能材料發(fā)展迅速，三個(gè)發(fā)展方向：一是注重環(huán)境協(xié)調(diào)性，注重健康環(huán)保；二是復(fù)合多功能；三是智能化。一月2342綠色建筑功能材料

綠色建材又稱生態(tài)建材、環(huán)保建材等，其本質(zhì)內(nèi)涵是相通的，即采用清潔生產(chǎn)技術(shù)，少用天然資源和能源，大量使用工農(nóng)業(yè)或城市廢棄物生產(chǎn)無毒害、無污染、達(dá)生命周期后可回收再利用，有利于環(huán)境保護(hù)和人體健康的建筑材料。一月23