《土木工程材料 第2版》 課件 第10、11章 建筑節(jié)能材料與功能材料、石材與木材

第十章

建筑節(jié)能材料

與功能材料吸聲材料4灌漿材料3建筑防火材料21建筑節(jié)能材料10建筑節(jié)能材料與功能材料吸聲材料4灌漿材料3建筑防火材料21建筑節(jié)能材料10建筑節(jié)能材料與功能材料10.1建筑節(jié)能材料建筑節(jié)能在建筑物的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、新建（改建、擴(kuò)建）、改造和使用過程中，采用節(jié)能型的技術(shù)、工藝、設(shè)備、材料和產(chǎn)品，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調(diào)制冷制熱系統(tǒng)效率。利用可再生能源，在保證室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下，減少供熱、空調(diào)制冷制熱、照明、熱水供應(yīng)的能耗程。10.1.1建筑節(jié)能材料的分類按材料熱學(xué)性質(zhì)建筑節(jié)能材料產(chǎn)品類型示例建筑保溫隔熱材料節(jié)能墻體材料加氣混凝土砌塊、泡沫混凝土砌塊、EPS砌塊外墻保溫材料巖棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、泡沫玻璃、真空保溫材料門窗材料中空玻璃、真空玻璃、鍍膜玻璃屋面材料水泥膨脹珍珠巖及制品、加氣混凝土屋面板、泡沫混凝土相變材料固-固相變材料、固-液相變材料等建筑節(jié)能材料分類建筑保溫隔熱材料相變材料10.1.1建筑節(jié)能材料的分類相變材料只能在一段時(shí)間內(nèi)阻止熱量傳遞，當(dāng)時(shí)間延長后，體系溫度最終與環(huán)境溫度相同；而保溫隔熱材料可以通過控制材料厚度，使保溫體系的溫度長時(shí)間處于設(shè)定溫度。相變材料的相變過程相變材料與保溫隔熱材料盒子內(nèi)部空氣升溫曲線示意圖10.1.1建筑節(jié)能材料的分類設(shè)相變材料的質(zhì)量為m，溫度由T1變化到T2，經(jīng)過相變溫度Tc（如圖10-1），則相變材料在T1-T2溫度之間所吸收的總熱量Q為：相變材料墻體室內(nèi)外溫度變化示意圖10.1.2保溫隔熱材料建筑保溫隔熱材料大致可以分成兩大類，一類是兼具保溫隔熱和結(jié)構(gòu)分隔功能的材料，如節(jié)能墻體屋面材料等；另一類是僅具保溫隔熱作用的材料，使用時(shí)攀附在結(jié)構(gòu)材料一側(cè)，如外墻保溫隔熱材料。具有保溫功能的節(jié)能墻體屋面材料中空玻璃加氣混凝土砌塊泡沫混凝土砌塊真空玻璃鍍膜玻璃水泥膨脹珍珠巖制品水泥聚苯板10.1.2保溫隔熱材料外墻保溫材料聚苯乙烯泡沫塑料巖棉玻璃棉硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料以天然巖石玄武巖、輝綠巖等為基本原料，經(jīng)高溫熔融，采用高速離心設(shè)備或其他方法將高溫熔體甩拉成非連續(xù)性纖維采用石灰石、石英砂、白云石、蠟石等天然礦石為主要原料，配合一些純堿、硼砂等化工原料，在熔融狀態(tài)下借助于外力經(jīng)火焰法、離心噴吹法或蒸汽立吹法制得的極細(xì)的絮狀纖維材料。以聚苯乙烯樹脂為主要原料，經(jīng)發(fā)泡劑發(fā)泡制成的內(nèi)部具有無數(shù)封閉微孔的材料。以聚合物多元醇(聚醚或聚酯)和異氰酸酯為主體材料，在催化劑、穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑等助劑的作用下，經(jīng)混合后發(fā)泡反應(yīng)而制成的硬質(zhì)塑料。泡沫玻璃由碎玻璃、發(fā)泡劑、改性添加劑和發(fā)泡促進(jìn)劑等，經(jīng)過細(xì)粉碎和均勻混合后，再經(jīng)過高溫熔化，發(fā)泡、退火而制成的無機(jī)多孔玻璃材料。10.1.2保溫隔熱材料建筑保溫隔熱材料的選擇原則使用溫度體積密度防火性防水性高效性使用年限吸聲材料4灌漿材料3建筑防火材料21建筑節(jié)能材料10建筑節(jié)能材料與功能材料10.2.1建筑防火與民用建筑耐火等級(jí)

民用建筑的耐火等級(jí)分為四級(jí)：對(duì)于承重墻，耐火等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)耐火極限分別為3.0小時(shí)、2.5小時(shí)和2.0小時(shí)，且構(gòu)件為不燃燒體；對(duì)于耐火等級(jí)四級(jí)，耐火極限為0.5小時(shí)，構(gòu)件至少為難燃燒體。10.2.2耐火極限及其測(cè)試方法耐火極限指在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下，建筑構(gòu)件、配件或結(jié)構(gòu)從受到火的作用時(shí)起，到失去穩(wěn)定性、完整性或隔熱性時(shí)止所用時(shí)間，用小時(shí)表示。式中，T——爐內(nèi)溫度，℃；t——時(shí)間，min。10.2.2耐火極限及其測(cè)試方法耐火極限試驗(yàn)爐標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間-溫度曲線其耐火性能以承載能力、完整性和隔熱性等方面進(jìn)行綜合判定。10.2.3建筑材料燃燒性能等級(jí)燃燒性能等級(jí)名

稱A不燃材料（制品）B1難燃材料（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燒性能等級(jí)10.2.4建筑防火材料介紹防火板材防火板類型外形尺寸mm密度kg/m3最高使用溫度℃導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·K)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)紙面石膏板3600×1200×(9-18)800600~0.19GB/T9775纖維增強(qiáng)硅酸鈣板3000×1200×(5-20)600-1500600≤0.28JC/T564硬硅鈣石防火板2440×1220×(12-50)400-6001100≤0.08-蛭石防火板1000×610×(20-65)400-8001000~0.11-玻鎂平板3000×1300×(2-20)1200-1500600≤0.29JC688-2006常用防火板主要技術(shù)性能參數(shù)10.2.4建筑防火材料介紹常用柔性防火材料主要技術(shù)性能材料名稱參考尺寸mm密度kg/m3比熱容kJ/(kg·℃)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·K)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)陶瓷纖維棉氈1000×500×(10-50)≤3500.84≤0.06GB3003礦渣棉氈1000×250×50≤1200.75≤0.048GB11835巖棉氈900×900×50200--≤0.049GB11835玻璃棉氈1200×600×50≤48--≤0.048GB15762柔性防火板材10.2.4建筑防火材料介紹鋼結(jié)構(gòu)防火涂料類型及特征類型代號(hào)涂層特性主要成份膨脹型B遇火膨脹，形成多孔碳化層，涂層厚度一般小于以有機(jī)樹脂為基料，摻加發(fā)泡劑、阻燃劑、成炭劑等非膨脹型H遇火不膨脹，自身有良好的隔熱性，涂層厚度8以無機(jī)絕熱材料（如膨脹蛭石、漂珠、礦物纖維）為主，摻加無機(jī)粘結(jié)劑等防火涂料10.2.4建筑防火材料介紹無機(jī)防火堵料有機(jī)防火堵料阻火包阻火圈防火封堵材料吸聲材料4灌漿材料3建筑防火材料21建筑節(jié)能材料10建筑節(jié)能材料與功能材料10.3.1水泥基灌漿材料

水泥基灌漿材料由水泥為基本材料，適量的細(xì)骨料及加入少量的混凝土外加劑及其它材料組成的干混材料，加水拌合后具有大流動(dòng)度，早強(qiáng)、高強(qiáng)、微膨脹的性能。項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)ⅠⅡⅢⅣ流動(dòng)度/mm初始流動(dòng)度-≥340≥290≥65030min流動(dòng)度保留值-≥310≥260≥550按流動(dòng)度分為項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)A50A60A70A85抗壓強(qiáng)度/MPa1d≥15≥20≥25≥353d≥30≥40≥45≥6028d≥50≥60≥70≥85豎向膨脹率/%3h0.1%~3.5%24h與3h膨脹率之差0.02%~0.50%對(duì)鋼筋有無銹蝕作用無泌水率%0按抗壓強(qiáng)度分為10.3.2水玻璃灌漿材料水玻璃灌漿材料具有較強(qiáng)的粘結(jié)性。促凝劑名稱漿液強(qiáng)度（10－2×Pa·s）膠凝時(shí)間固結(jié)體抗壓強(qiáng)度（9.8×104Pa）灌漿方法氯化鈣100瞬時(shí)＜30雙液鋁酸鈉5～10數(shù)分～幾十分鐘＜20單液碳酸氫鈉2～5數(shù)秒～幾十分鐘3～5單液磷酸3～5數(shù)秒～幾十分鐘3～5單液氟硅酸3～5幾秒～幾十分鐘20～40單液或雙液乙二醛2～4幾秒～幾十分鐘＜20單液或雙液高錳酸鉀2～3幾秒～幾十分鐘2～3單液或雙液促凝劑對(duì)水玻璃灌漿材料性能的影響10.3灌漿材料

丙烯酰胺灌漿材料環(huán)氧樹脂灌漿材料甲基丙烯酸甲酯灌漿材料聚氨酯灌漿材料以環(huán)氧樹脂為主體，加入一定比例的固化劑、促凝劑、稀釋劑、增韌劑等成分而組成的一種化學(xué)灌漿材料粘度比水低，滲透力強(qiáng)，擴(kuò)散半徑大，可灌入0.05～0.1mm的細(xì)微裂隙，聚合后強(qiáng)度和粘結(jié)力都很高，光穩(wěn)定性和耐酸堿性均較好丙烯酰胺灌漿材料粘度低，與水接近，可灌性極好。形成的聚合體抗?jié)B性強(qiáng)，結(jié)石后強(qiáng)度高，膠凝工作時(shí)間可控，特別適用于地下工程的滲漏補(bǔ)強(qiáng)和混凝土工程結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)吸聲材料4灌漿材料3建筑防火材料21建筑節(jié)能材料10建筑節(jié)能材料與功能材料10.4.1材料的吸聲性能

當(dāng)聲波遇到材料表面時(shí)，一部分聲反射；另一部分則穿透材料；其余的部分傳遞給材料被吸收。這些被吸收的能量(E)與入射聲能(E0)之比，稱為吸聲系數(shù)，它是評(píng)定材料吸聲性能好壞的主要指標(biāo)。α——材料的吸聲系數(shù)；E——被材料吸收的(包括透過)聲能；E0——傳遞給材料的全部入射聲能。10.4.2選用吸聲材料的基本要求

氣孔開放且相互連通強(qiáng)度較低，易于吸濕盡可能選用吸聲系數(shù)較高的材料注意吸聲材料和隔聲材料的區(qū)別10.4.3吸聲材料的類型及其結(jié)構(gòu)形式共振腔吸聲結(jié)構(gòu)多孔吸聲材料薄板振動(dòng)吸聲結(jié)構(gòu)穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)柔性吸聲材料懸掛空間吸聲體簾幕吸聲體10.4.4隔聲材料隔聲是指一種材料入射聲能與透過聲能相差的分貝數(shù)，值愈大，其隔聲性能愈好。對(duì)固體聲隔聲最有效的措施是采用不連續(xù)的結(jié)構(gòu)處理。注意不能簡(jiǎn)單把吸聲材料做隔聲材料來使用。第十一章

石材與木材木材21石材11石材與木材木材21石材11石材與木材11.1.1巖石的形成與分類變質(zhì)巖巖漿巖沉積巖是地殼深處的巖漿侵入地殼或噴出地表后冷凝形成的巖石，又稱火成巖。在地表?xiàng)l件下，由母巖（巖漿巖、變質(zhì)巖和早已形成的沉積巖）風(fēng)化剝蝕的產(chǎn)物經(jīng)搬運(yùn)、沉積和硬結(jié)成巖作用而形成的巖石。碎屑巖黏土巖化學(xué)巖生物化學(xué)巖類地下巖石經(jīng)歷高溫或高壓之后，成分和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變后形成的新巖石。根據(jù)巖石的成因，可將巖石分為以下三類：11.1.2石材的主要技術(shù)性質(zhì)物理指標(biāo)表觀密度吸水性耐水性對(duì)于同種石材，其表觀密度越大，則抗壓強(qiáng)度越高，吸水率越小，耐久性越好，導(dǎo)熱性越好。石材的吸水性主要與其礦物組成、孔隙率及孔隙特征有關(guān)。石材的吸水性對(duì)其強(qiáng)度和耐久性影響很大。巖石中含有粘土或易溶物時(shí)，會(huì)在其吸水后使其強(qiáng)度下降。大部分巖石由于內(nèi)部致密，孔隙率小，故耐水性較好。11.1.2石材的主要技術(shù)性質(zhì)抗壓強(qiáng)度沖擊韌性硬度耐磨性力學(xué)性質(zhì)11.1.2石材的主要技術(shù)性質(zhì)抗壓強(qiáng)度石材的強(qiáng)度等級(jí)分為MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20等七個(gè)等級(jí)。立方體邊長（mm）2001501007050換算系數(shù)1.431.281.1410.86石材強(qiáng)度等級(jí)的換算系數(shù)11.1.2石材的主要技術(shù)性質(zhì)沖擊韌性硬度石材的沖擊韌性主要取決于其礦物組成與結(jié)構(gòu)一般抗壓強(qiáng)度越高的石材，其硬度越高耐磨性石材的組成礦物越堅(jiān)硬、結(jié)構(gòu)越致密、抗壓強(qiáng)度和沖擊韌性較高時(shí)，則其耐磨性較好。11.1.3石材的破壞及防護(hù)天然石材在使用過程中受周圍環(huán)境的影響，如水分的浸漬與滲透，空氣中有害氣體的侵蝕及光、熱或外力的作用等，會(huì)發(fā)生風(fēng)化而逐漸破壞。合理選材表面處理木材21石材11石材與木材11.2.1木材的分類與構(gòu)造木材的分類（1）針葉和闊葉（2）外長樹和內(nèi)長樹（3）紅木及硬雜木（4）喬木、灌木、藤本、匍匐類樹木11.2.1木材的分類與構(gòu)造木材的宏觀構(gòu)造木材是各向異性材料。將樹干部分進(jìn)行切割，可得到木材的橫切面、徑切面和弦切面。心材的材質(zhì)硬，密度大，滲透性低，耐久性、耐腐性均較邊材高。11.2.1木材的分類與構(gòu)造樹干的三個(gè)切面1-橫切面；2-徑切面；3-弦切面；4-樹皮；5-木質(zhì)部；6-年輪；7-髓線；8-髓心木材的年輪和春材夏材1-春材（早材）2-夏材（晚材）木材的宏觀構(gòu)造11.2.1木材的分類與構(gòu)造

馬尾松的顯微構(gòu)造

柞木的顯微構(gòu)造1-管胞；2-髓線；3-樹脂道1—導(dǎo)管；2—髓線；3—木纖維木材的微觀構(gòu)造11.2.2木材的主要性能化學(xué)性質(zhì)纖維素、半纖維素、木質(zhì)素是木材細(xì)胞壁的主要組成，其中纖維素占50%左右。此外，還有少量的油脂、樹脂、果膠質(zhì)、蛋白質(zhì)、無機(jī)物等等。由此可見，木材的組成主要是一些天然高分子化合物。木材的化學(xué)性質(zhì)復(fù)雜多變。11.2.2木材的主要性能物理性質(zhì)濕脹干縮密度與表觀密度吸濕率與含水率木材的表觀密度愈大，其濕脹干縮率也愈大。木材很易從周圍環(huán)境中吸收水分，其含水量隨所處環(huán)境的濕度變化而不同。木材含水量的多少與木材的表觀密度、強(qiáng)度、耐久性、加工性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性等有著一定關(guān)系。木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以內(nèi)進(jìn)行干燥時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干縮。表觀密度大，夏材含量越多，脹縮就大。11.2.2木材的主要性能含水量對(duì)松木脹縮變形的影響木材干燥后截面形狀的改變物理性質(zhì)11.2.3木材的力學(xué)性質(zhì)抗壓強(qiáng)度木材的順紋抗壓強(qiáng)度較高，僅次于順紋抗拉和抗彎強(qiáng)度，且木材的疵病對(duì)其影響較小。木材用于受壓構(gòu)件非常廣泛，由于構(gòu)造的不均勻性，抗壓強(qiáng)度可分為順紋受壓和橫紋受壓。木材橫紋抗壓強(qiáng)度比順紋抗壓強(qiáng)度低得多，通常只有順紋抗壓強(qiáng)度的10%~20%。11.2.3木材的力學(xué)性質(zhì)木材的順紋抗拉強(qiáng)度是木材各種力學(xué)強(qiáng)度中最高的。木材單纖維的抗拉強(qiáng)度可達(dá)80MPa~200MPa。因此順紋受拉破壞時(shí)往往不是纖維被拉斷而是纖維間被撕裂?？估瓘?qiáng)度11.2.3木材的力學(xué)性質(zhì)木材受彎曲時(shí)內(nèi)部應(yīng)力十分復(fù)雜，上部是順紋受壓，下部為順紋受拉，在水平面中還有剪切力作用。木材受彎破壞時(shí)，通常是受壓區(qū)首先達(dá)到強(qiáng)度極限。木材的抗彎強(qiáng)度很高，為順紋抗壓強(qiáng)度的1.5~2倍?？箯潖?qiáng)度11.2.3木材的力學(xué)性質(zhì)木材的剪切（a)順紋剪切；(b)橫紋剪切；(c)橫紋切斷

順紋抗剪強(qiáng)度很小，一般為同一方向抗壓強(qiáng)度(順紋抗壓強(qiáng)度)的15%~30%?？辜魪?qiáng)度11.2.3木材的力學(xué)性質(zhì)抗壓抗拉抗彎抗剪順紋橫紋順紋橫紋順紋橫紋11/10-1/32-31/20-1/31.5-21/7-1/31/2-1木材各種強(qiáng)度的大小關(guān)系11.2.3木材的力學(xué)性質(zhì)影響木材強(qiáng)度的主要因素