第十二章 絕熱材料和吸聲材料

第十二章絕熱材料和吸聲材料第1頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)絕熱材料一、概念：

在建筑上起絕熱（即隔熱、保溫）作用，且導(dǎo)熱系數(shù)（λ）值應(yīng)不大于0.23W／(m·K)，熱阻（Ｒ）值應(yīng)不小于4.35（m2·K）/W的材料通稱為絕熱材料。此外，絕熱材料尚應(yīng)滿足：表觀密度不大于600kg／m3，抗壓強(qiáng)度大于0.3MPa，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工容易，造價(jià)低等。第2頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素影響材料保溫性能的主要因素是導(dǎo)熱系數(shù)的大小，導(dǎo)熱系數(shù)愈小，保溫性能愈好。材料的導(dǎo)熱系數(shù)受以下因素影響：1)材料的性質(zhì)。不同的材料其導(dǎo)熱系數(shù)是不同的，一般說(shuō)來(lái)，導(dǎo)熱系數(shù)值以金屬最大，非金屬次之，液體較小，而氣體更小。對(duì)于同一種材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)熱系數(shù)也差別很大。一般結(jié)晶結(jié)構(gòu)的為最大，微晶體結(jié)構(gòu)的次之，玻璃體結(jié)構(gòu)的最小。但對(duì)于多孔的絕熱材料來(lái)說(shuō)，由于孔隙率高，氣體（空氣）對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響起著主要作用，而固體部分的結(jié)構(gòu)無(wú)論是晶態(tài)或玻璃態(tài)對(duì)其影響都不大。第3頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三２）表觀密度與孔隙特征。由于材料中固體物質(zhì)的導(dǎo)熱能力比空氣要大得多，故表觀密度小的材料，因其孔隙率大，導(dǎo)熱系數(shù)就小。在孔隙率相同的條件下，孔隙尺寸愈大，導(dǎo)熱系數(shù)就愈大；互相連通孔隙比封閉孔隙導(dǎo)熱性要高。對(duì)于表觀密度很小的材料，特別是纖維狀材料（如超細(xì)玻璃纖維），當(dāng)其表觀密度低于某一極限值時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)反而會(huì)增大，這是由于孔隙增大且互相連通的孔隙大大增多，而使對(duì)流作用加強(qiáng)的結(jié)果。因此這類材料存在一最佳表觀密度，即在這個(gè)表觀密度時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)最小。第4頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三３）濕度。材料吸濕受潮后，其導(dǎo)熱系數(shù)就會(huì)增大，這在多孔材料中最為明顯。這是由于當(dāng)材料的孔隙中有了水分（包括水蒸氣）后，則孔隙中蒸汽的擴(kuò)散和水分子的熱傳導(dǎo)將起主要傳熱作用，而水的λ為0.58Ｗ／（ｍ·Ｋ），比空氣的λ=0.029Ｗ／（ｍ·Ｋ）大20倍左右。如果孔隙中的水結(jié)成了冰，則冰的λ=2.33Ｗ／（ｍ·Ｋ），其結(jié)果使材料的導(dǎo)熱系數(shù)更加增大。故絕熱材料在應(yīng)用時(shí)必須注意防水避潮。第5頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三４）溫度。材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大，因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，材料固體分子的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，同時(shí)材料孔隙中空氣的導(dǎo)熱和孔壁間的輻射作用也有所增加。但這種影響，當(dāng)溫度在０～50℃范圍內(nèi)時(shí)并不顯著，只有對(duì)處于高溫或負(fù)溫下的材料，才要考慮溫度的影響。５）熱流方向。對(duì)于各向異性的材料，如木材等纖維質(zhì)的材料，當(dāng)熱流平行于纖維方向時(shí)，熱流受到阻力小，而熱流垂直于纖維方向時(shí)，受到的阻力就大。第6頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、建筑上常用保溫材料1.纖維狀保溫隔熱材料（ｌ）石棉及其制品。石棉是一種天然礦物纖維，主要化學(xué)成分是含水硅酸鎂，具有耐火、耐熱、耐酸堿、絕熱、防腐、隔音及絕緣等特性。常制成石棉粉、石棉紙板、石棉氈等制品，用于建筑工程的高效能保溫及防火覆蓋等。（2）礦棉及其制品。礦棉一般包括礦渣棉和巖石棉。礦渣棉所用原料有高爐硬礦渣、銅礦渣等，并加一些調(diào)節(jié)原料（鈣質(zhì)和硅質(zhì)原料）。巖棉的主要原料為天然巖石（白云石、花崗石、玄武巖等）。上述原料經(jīng)熔融后，用噴吹法或離心法制成細(xì)纖維。礦棉具有輕質(zhì)、不燃、絕熱和電絕緣等性能，且原料來(lái)源廣，成本較低?？芍瞥傻V棉板、礦棉氈及管殼等?？捎米鹘ㄖ锏膲Ρ?、屋頂、天花板等處的保溫和吸聲材料，以及熱力管道的保溫材料。第7頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（３）玻璃棉及其制品。玻璃棉是用玻璃原料或碎玻璃經(jīng)熔融后制成纖維狀材料，包括短棉和超細(xì)棉兩種。（４）植物纖維復(fù)合板。系以植物纖維為主要材料加入膠結(jié)料和填料而制成。如木絲板是以木材下腳料制成木絲，加入硅酸鈉溶液及普通硅酸鹽水泥混合，經(jīng)成型、冷壓、養(yǎng)護(hù)、干燥而制成。甘蔗板是以甘蔗渣為原料，經(jīng)過(guò)蒸制、加壓、干燥等工序制成的一種輕質(zhì)、吸聲、保溫材料。第8頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.散粒狀保溫隔熱材料（1）膨脹蛭石及其制品。蛭石是一種天然礦物，經(jīng)850～1000°C燃燒，體積急劇膨脹(可膨脹５～20倍)而成為松散顆粒，其堆積密度為80～200kg／m3，導(dǎo)熱系數(shù)0.046～0.07W/(m·K)，用于填充墻壁、樓板及平屋頂，保溫效果佳?？稍?000～1100℃下使用。膨脹蛭石也可與水泥、水玻璃等膠凝材料配合，制成磚、板、管殼等用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)及管道保溫。第9頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（２）膨脹珍珠巖及其制品。膨脹珍珠巖是由天然珍珠巖、黑耀巖或松脂巖為原料，經(jīng)煅燒體積急劇膨脹（約20倍）而得蜂窩狀白色或灰白色松散顆料。堆積密度為40～300kg／m3，λ=0.025～0.048Ｗ／(ｍ·Ｋ)，耐熱800°C，為高效能保溫保冷填充材料。膨脹珍珠巖制品是以膨脹珍珠巖為骨料，配以適量膠凝材料，經(jīng)拌和、成型、養(yǎng)護(hù)（或干燥、或焙燒）后兩制成的板、磚、管等產(chǎn)品。第10頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.多孔性保溫隔熱材料(１)

微孔硅酸鈣制品。微孔硅酸鈣制品是用粉狀二氧化硅材料（硅藻土）、石灰、纖維增強(qiáng)材料及水等經(jīng)攪拌、成型、蒸壓處理和干燥等工序而制成。用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)及管道保溫。(２)泡沫玻璃。它是采用碎玻璃加入１％～２％發(fā)泡劑（石灰石或碳化鈣），經(jīng)粉磨、混合、裝模，在800℃下燒成后形成含有大量封閉氣泡（直徑0.1～5mm）的制品。它具有導(dǎo)熱系數(shù)小、抗壓強(qiáng)度和抗凍性高、耐久性好等特點(diǎn)，且易于進(jìn)行鋸切、鉆孔等機(jī)械加工，為高級(jí)保溫材料，也常用于冷藏庫(kù)隔熱。第11頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(３)

多孔混凝土和輕骨料混凝土。(4)泡沫塑料。泡沫塑料是以合成樹脂為基料，加入一定劑量的發(fā)泡劑、催化劑、穩(wěn)定劑等輔助材料經(jīng)加熱發(fā)泡而制成的輕質(zhì)保溫、防震材料。目前我國(guó)生產(chǎn)的有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯及脲醛樹脂等泡沫塑料。4.其他保溫隔熱材料（１）軟木板。軟木也叫栓木。軟木板是用栓皮、櫟樹皮或黃菠蘿樹皮為原料，經(jīng)破碎后與皮膠溶液拌和，再加壓成型，在80℃的干燥室中干燥一晝夜而制成。軟木板具有表觀密度小，導(dǎo)熱性低，抗?jié)B和防腐性能高等特點(diǎn)。第12頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）蜂窩板。蜂窩板是由兩塊較薄的面板，牢固地粘結(jié)在一層較厚的蜂窩狀芯材兩面而制成的板材，亦稱蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。蜂窩狀芯材是用浸漬過(guò)合成樹脂（酚醛、聚酯等）的牛皮紙、玻璃布和鋁片等，經(jīng)加工粘合成六角形空腹（蜂窩狀）的整塊芯材。常用的面板為浸漬過(guò)樹脂的牛皮紙、玻璃布或不經(jīng)樹脂浸漬的膠合板、纖維板、石膏板等。面板必須采用合適的膠粘劑與芯材牢固地粘合在一起，才能顯示出蜂窩板的優(yōu)異特性，即具有比強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性低和抗震性好等多種功能。第13頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.關(guān)于隔熱材料的概念隔熱材料應(yīng)能阻抗室外熱量的傳入，以及減小室外空氣溫度波動(dòng)對(duì)內(nèi)表面溫度影響。材料隔熱性能的優(yōu)劣，不僅與材料的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)，而且與導(dǎo)溫系數(shù)、蓄熱系數(shù)有關(guān)。在建筑中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計(jì)時(shí)，除了采用隔熱材料外，還可以采取其他措施，起到隔熱的效果，如：：外表面做淺色飾面，如淺色粉刷、淺色涂層和淺色面磚等；窗戶采用絕熱薄膜；設(shè)置通風(fēng)層，如通風(fēng)屋頂、通風(fēng)墻等；采用多排孔的混凝土或輕骨料混凝土空心砌塊墻體。采用蓄水屋頂、有土或無(wú)土植被屋頂，以及墻面垂直綠化等。第14頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)吸聲材料

1.材料吸聲的原理及技術(shù)指標(biāo)聲音起源于物體的振動(dòng)，它迫使鄰近的空氣跟著振動(dòng)而成為聲波，并在空氣介質(zhì)中向四周傳播。當(dāng)聲波遇到材料表面時(shí)，一部分被反射；另一部分穿透材料，其余的部分則傳遞給材料，在材料的孔隙中引起空氣分子與孔壁的摩擦和粘滯阻力，其間相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收掉。這些被吸收的能量（Ｅ）（包括部分穿透材料的聲能在內(nèi)）與傳遞給材料的全部聲能（E0）之比，是評(píng)定材料吸聲性能好壞的主要指標(biāo)，稱為吸聲系數(shù)（α），用公式表示為 第15頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三吸聲系數(shù)與聲音的頻率及聲音的入射方向有關(guān)。因此吸聲系數(shù)用聲音從各方向入射的吸收平均值表示，并應(yīng)指出是對(duì)哪一頻率的吸收。通常采用常用規(guī)定的六個(gè)頻率：125、250、500、1000、2000、4000Hz。任何材料對(duì)聲音都能吸收，只是吸收程度有很大的不同。通常是將對(duì)上述六個(gè)頻率的平均吸聲系數(shù)大于0.2的材料，列為吸聲材料。吸聲材料大多為疏松多孔的材料，如礦渣棉、毯子等，其吸聲機(jī)理是聲波深入材料的孔隙，且孔隙多為內(nèi)部互相貫通的開(kāi)口孔，受到空氣分子摩擦和粘滯阻力，以及使細(xì)小纖維作機(jī)械振動(dòng)，從而使聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。這類多孔性吸聲材料的吸聲系數(shù)，一般從低頻到高頻逐漸增大，故對(duì)高頻和中頻的聲音吸收效果較好。第16頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.影響多孔性材料吸聲性能的因素（１）材料的表觀密度。對(duì)同一種多孔材料（例如超細(xì)玻璃纖維）而言，當(dāng)其表觀密度增大時(shí)（即空隙率減小時(shí)），對(duì)低頻的吸聲效果有所提高，而對(duì)高頻的吸聲效果則有所降低。（２）材料的厚度。增加多孔材料的厚度，可提高對(duì)低頻的吸聲效果，而對(duì)高頻則沒(méi)有多大的影響。（３）材料的孔隙特征?？紫队嘤?xì)小，吸聲效果愈好。如果孔隙太大，則效果就差。如果材料中的孔隙大部分為單獨(dú)的封閉的氣泡（如聚氯乙烯泡沫塑料），則因聲波不能進(jìn)入，從吸聲機(jī)理上來(lái)講，就不屬多孔性吸聲材料。當(dāng)多孔材料表面涂刷油漆或材料吸濕時(shí)，則因材料的孔隙被水分或涂料所堵塞，其吸聲效果亦將大大降低。第17頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、建筑上常用吸聲材料及安裝方法建筑工程中常用吸聲材料有：石膏砂漿（摻有水泥、玻璃纖維）、石膏砂漿（摻有水泥、石棉纖維）、水泥膨脹珍珠巖板、礦渣棉、瀝青礦渣棉氈、玻璃棉、起細(xì)玻璃棉、泡沫玻璃、泡沫塑料、軟木板、木絲板、穿孔纖維板、工業(yè)毛氈、地毯、帷幕等。除了采用多孔吸聲材料吸聲外，還可將材料組成不同的吸聲結(jié)構(gòu)，達(dá)到更好的吸聲效果。常用的吸聲結(jié)構(gòu)形式有薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)和穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。第18頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)系采用薄板釘牢在靠墻的木龍骨上，薄板與板后的空氣層構(gòu)成了薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)是用穿孔的膠合板、纖維板、金屬板或石膏板等為結(jié)構(gòu)主體，與板后的墻面之間的空氣層（空氣層中有時(shí)可填充多孔材料）構(gòu)成吸聲結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)吸聲的頻帶較寬，對(duì)中頻的吸聲能力最強(qiáng)。第19頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.關(guān)于隔聲材料的概念必須指出：吸聲性能好的材料，不能簡(jiǎn)單地就把它們作為隔聲材料來(lái)使用。人們要隔絕的聲音按著傳播的