外墻保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)影響因素及實(shí)驗(yàn)分析

外墻保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)影響因素及實(shí)驗(yàn)分析摘要：分析建筑外墻保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，選擇合適且高效能的建筑材料，能對(duì)建筑物的保溫性能起到很好的幫助。本文分析了幾種常用的保溫節(jié)能材料，對(duì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)和保溫性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，探求不同保溫材料的密度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了XPS聚苯乙烯泡沫塑料和EPS聚苯乙烯泡沫塑料保溫材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)之間沒(méi)有特殊的關(guān)系，水泥基復(fù)合保溫砂漿和建筑垃圾為骨料的硅酸鹽保溫節(jié)能材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著密度的增大而增加。關(guān)鍵詞：保溫材料；導(dǎo)熱系數(shù)；表觀密度引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)，建筑行業(yè)的發(fā)展達(dá)到了空前的高度，建筑技術(shù)和建筑材料在人們的探索創(chuàng)新下逐漸完善。建筑外墻的材料選擇使用對(duì)建筑的保溫效果有著極大的影響，如果分析選用不對(duì)就會(huì)增加建筑的能耗。因此如何對(duì)外墻保溫材料進(jìn)行分析選擇成為了人們關(guān)心的問(wèn)題。下面對(duì)4種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)和密度的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究說(shuō)明。1材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素1.1材料的組成與結(jié)構(gòu)有機(jī)高分子材料的導(dǎo)熱系數(shù)小于無(wú)機(jī)材料。無(wú)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)的導(dǎo)熱系數(shù)小于固體。1.2表觀密度表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。其體積既包括固體部分的體積，也包括空隙的體積。隨著孔隙率的提高或表觀密度的降低，其導(dǎo)熱系數(shù)變小。其中，材料的導(dǎo)熱系數(shù)并不是隨著表觀密度的減小而無(wú)限降低的，當(dāng)表觀密度小于某個(gè)臨界值后，由于孔隙率太高，空隙中的空氣開(kāi)始產(chǎn)生對(duì)流；同時(shí)由于氣體對(duì)熱輻射的阻抗能力很低，如果孔隙率過(guò)高，輻射傳熱也相應(yīng)加強(qiáng)，這時(shí)材料的導(dǎo)熱系數(shù)反而增大。1.3空隙的大小與特征在表觀密度相同的條件下，材料孔隙的尺寸越小，導(dǎo)熱系數(shù)越小。當(dāng)孔徑小到一定尺寸后，孔隙中的空氣完全被孔壁吸附，導(dǎo)熱系數(shù)降到最??；當(dāng)孔隙體積大到一定程度，孔隙內(nèi)部空氣出現(xiàn)對(duì)流，導(dǎo)熱系數(shù)變大。對(duì)于相同孔隙率和孔徑尺寸，當(dāng)孔隙彼此連通時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)較大；當(dāng)孔隙彼此密閉時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)較小。2保溫材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)在試驗(yàn)中，我們選取了大量的保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)據(jù)，對(duì)常用的XPS聚苯乙烯泡沫塑料、EPS聚苯乙烯泡沫塑料和水泥基復(fù)合保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)與密度的關(guān)系進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)也對(duì)建筑垃圾為細(xì)骨料的硅酸鹽保溫節(jié)能材料的導(dǎo)熱系數(shù)與密度及孔徑大小進(jìn)行分析，進(jìn)而得到一些結(jié)論。2.1XPS聚苯乙烯泡沫塑料的密度與導(dǎo)熱系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示，從表中可以看出，相同密度的XPS聚苯乙烯泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)離散很大，導(dǎo)熱系數(shù)并不一定隨著密度的增大而增加。分析原因，主要與生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)所用的原材料有關(guān)，因?yàn)閄PS聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯樹(shù)脂或其共聚物為主要成分，添加少量外加劑，經(jīng)加熱擠塑成型制成的，含有大量封閉的微小孔隙，因此在密度相同或相差不大的情況下，孔隙率越大，封閉孔隙越多，其導(dǎo)熱系數(shù)越小。目前，工程中常用的XPS聚苯乙烯泡沫塑料的密度集中分布在31?40(kg/m3)之間，導(dǎo)熱系數(shù)集中分布在0.022?0.035[W/(m.K)]范圍內(nèi)。表1XPS聚苯乙烯泡沫塑料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系2.2EPS保溫板表觀密度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系從表2可以看出，相同密度的EPS聚苯乙烯泡沫塑料導(dǎo)熱系數(shù)離散也很大，導(dǎo)熱系數(shù)并不一定隨著密度的增大而增加。分析原因，這主要與生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)所用的原材料有關(guān)，因?yàn)镋PS泡沫塑料板是由可發(fā)性的聚苯乙烯珠粒加熱預(yù)發(fā)泡后，在模具中加熱成型。EPS由完全封閉的多面體形蜂窩構(gòu)成，蜂窩直徑為0.2?0.5mm，蜂窩壁厚為0.001mm。EPS由約98%的空氣和2%的聚苯乙烯組成，截留在蜂窩內(nèi)的空氣是惰性氣體，對(duì)聚苯乙烯泡沫塑料優(yōu)良的絕熱性能起決定性的作用。由于原料的質(zhì)量不同，即使密度相近，材料內(nèi)所形成蜂窩的數(shù)量及大小也會(huì)不同，從而導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)有很大的差異。目前，工程中常用的EPS聚苯乙烯泡沫塑料密度集中分布在16?25(kg/m3)，導(dǎo)熱系數(shù)集中分布在0.033?0.041[W/(m.K)]之間。表2EPS保溫板密度和導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系2.3水泥基復(fù)合保溫砂漿表觀密度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系從表3可以看出，相同密度的水泥基復(fù)合保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)雖不完全相同，但相差數(shù)值不大，除少量異常數(shù)值外，導(dǎo)熱系數(shù)隨著密度的增大線(xiàn)性增加。目前工程中常用的水泥基復(fù)合保溫砂漿的密度集中分布在250?450(kg/m3)，導(dǎo)熱系數(shù)集中分布在0.050?0.090[W/(m.K)]之間。選取不同孔徑的水泥基復(fù)合保溫砂漿，在材料密度為260kg/m3,9°C恒重的條件下測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)果如表4。表4水泥基復(fù)合保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)和孔徑的關(guān)系保溫砂漿成型硬化后，其孔隙的孔徑比聚苯乙烯泡沫塑料的要大得多，孔隙率與密閉孔隙數(shù)量和密度有很大關(guān)系。相對(duì)來(lái)說(shuō)，密度較小的保溫砂漿，孔隙率較大，密閉孔隙較多，導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較小。對(duì)同樣密度而言，小孔徑材料比大孔徑材料導(dǎo)熱系數(shù)要大。2.4建筑垃圾為骨料的硅酸鹽保溫材料密度和導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系針對(duì)國(guó)內(nèi)日益增多的建筑垃圾，將建筑垃圾粉碎球磨細(xì)化后應(yīng)用于硅酸鹽保溫材料中，調(diào)配主要使用膠凝材料、填充材料、建筑垃圾、外加劑、增強(qiáng)劑等材料，制備具有保溫功能的建筑垃圾為細(xì)骨料的鹽基多孔材料，并研究這種硅酸鹽保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素和變化規(guī)律。同時(shí)，研究這種硅酸鹽保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)和水泥基復(fù)合保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行對(duì)照分析。表5建筑垃圾為骨料的硅酸鹽保溫材料密度和導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系由表5可知：隨著材料密度的升高，導(dǎo)熱系數(shù)不斷增大，導(dǎo)熱系數(shù)與材料容重呈正相關(guān)系。在180-330(kg/m3)密度情況下，水泥基復(fù)合保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)比建筑垃圾為骨料的硅酸鹽保溫材料要小，在密度較大時(shí)，兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)基本相同，但總體都偏大，也失去了比較保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的意義。通過(guò)這些對(duì)比研究，對(duì)建筑垃圾為骨料的硅酸鹽保溫節(jié)能材料配方及工藝的進(jìn)一步改良提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。選取不同孔徑的建筑垃圾為骨料的硅酸鹽保溫材料，在材料密度為260kg/m3,9C恒重的條件下測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表6。表6建筑垃圾為骨料的硅酸鹽保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)和孔徑的關(guān)系由表6可知，在相同容重條件下，大孔徑材料比小孔徑材料導(dǎo)熱系數(shù)要小，孔徑過(guò)低(<0.7mm)，導(dǎo)熱系數(shù)升高。究其原因，主要是由于孔徑過(guò)小時(shí)，氣體對(duì)流的效應(yīng)逐漸減弱，孔壁的數(shù)量在不斷增加，傳熱路徑不斷延長(zhǎng)，從而造成對(duì)流傳熱的比例減小，通過(guò)導(dǎo)熱進(jìn)行熱量傳遞的比例變大，從而造成導(dǎo)熱系數(shù)反而上升。3結(jié)束語(yǔ)從上文我們可以看出，XPS聚苯乙烯泡沫塑料材料和EPS聚苯乙烯泡沫塑料材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)之間沒(méi)有必要的關(guān)系。在研究保溫材料的時(shí)候，材料的導(dǎo)熱系數(shù)和表觀密度都是重要研究因素。硅酸鹽保溫材料的保溫