《建筑材料》課件-第14章

第14章絕熱和吸聲材料14.1絕熱材料14.2吸聲材料 14.1絕熱材料

絕熱材料是用于減少結(jié)構(gòu)物與環(huán)境熱交換的一種功能材料，是保溫材料和隔熱材料的總稱。在建筑工程中絕熱材料主要用于墻體、屋蓋的保溫隔熱，熱工設(shè)備、熱力管道的保溫，有時也用于冬季施工保溫，一般空調(diào)房間、冷藏室、冷庫等的圍護(hù)結(jié)構(gòu)上也大量使用。

建筑工程中使用絕熱材料，一般要求其導(dǎo)熱系數(shù)不宜小于0.17W/（m·K）,表觀密度不大于600kg/m3,抗壓強(qiáng)度不小于0.3MPa。在具體選用時，還要根據(jù)工程的特點(diǎn)，考慮材料的耐久性、耐火性、耐侵蝕性等是否滿足要求。14.1.1影響材料性能的因素

熱量通過三種傳遞方式傳遞：傳導(dǎo)、對流和熱輻射。

傳導(dǎo)是指熱量由高溫物體流向低溫物體或者由物體的高溫部分流向低溫部分，是由于物體各部分直接接觸的物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)作熱運(yùn)動而引起的熱能傳遞過程。對流是指較熱的液體或氣體因熱膨脹使其密度減小從而上升，冷的液體或氣體補(bǔ)充過來，形成循環(huán)流動，通過循環(huán)流動傳遞熱量的方式。輻射是指靠電磁波傳遞熱量的方式。圖14.1熱量通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)過程在熱傳遞過程中，往往同時存在兩種或三種傳熱方式；但因材料都是多孔的，孔壁之間的熱輻射和孔隙中空氣的對流作用與熱傳導(dǎo)相比，所占的比例很小，所以在建筑熱工設(shè)計時通常主要考慮熱傳導(dǎo)。

熱量通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)過程如圖14.1所示。實(shí)踐證明，在穩(wěn)定導(dǎo)熱的情況下，通過壁體的傳熱量Q與壁體材料的導(dǎo)熱能力、壁面之間的溫差、傳熱面積和傳熱時間成正比，與壁體的厚度成反比，其計算公式見式（2－15(b)）。關(guān)于影響材料導(dǎo)熱的因素第2章已作介紹，這里不再表述。14.1.2常用絕熱材料及其性能

1．無機(jī)纖維狀絕熱材料

1）石棉及其制品

石棉是天然礦物纖維材料，主要成分是含水硅酸鎂、硅酸鐵，是由天然蛇紋石或角閃石經(jīng)松解而成。它具有耐火、耐熱、耐酸堿、絕熱、防腐、隔聲及絕緣等性能。除用作填充材料外，石棉還可與水泥、硅酸鎂等結(jié)合制成石棉制品絕熱材料，用于建筑工程的高效保溫及防火覆蓋等。

2）礦棉及其制品

巖棉和礦渣棉統(tǒng)稱為礦棉。礦渣棉的原料主要是工業(yè)廢料礦渣；巖棉的主要原料是天然巖石，經(jīng)熔融后，用噴吹法或離心法制成。礦棉具有輕質(zhì)、不燃、絕熱和電絕緣等性能，且原料來源豐富，成本較低；可制成礦棉板、礦棉氈及管套等，可用于建筑的墻壁、屋頂、天花板等處的保溫材料及熱力管的保溫材料。

3）玻璃棉及制品

玻璃棉是用玻璃原料或碎玻璃經(jīng)熔融后制成的一種纖維狀材料，包括短棉和超細(xì)棉兩種。短棉可制成瀝青玻璃棉氈、板等制品；超細(xì)棉可制成普通超細(xì)棉氈、板，也可制成無堿超細(xì)玻璃棉氈等，用于房屋建筑中的保溫及管道保溫。

4）陶瓷纖維

陶瓷纖維以氧化硅、氧化鋁為原料，經(jīng)高溫熔融、噴吹制成，可制成氈、毯、紙、繩等制品，最高使用溫度可達(dá)1100℃～1300℃，用于高溫絕熱。

2．無機(jī)散粒狀絕熱材料

1）膨脹蛭石及其制品

膨脹蛭石是由天然蛭石經(jīng)破碎、煅燒膨脹后制成的松散顆粒狀材料，λ=（0.046～0.070）W/（m·K）,最高使用溫度為1000℃～1100℃，主要用于填充墻壁、樓板及平屋頂?shù)?，保溫效果好，使用時應(yīng)注意防潮。

膨脹蛭石除用作填充材料外，也可與水泥、水玻璃等膠凝材料配合制成磚、板、管件等用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)及管道保溫。

2）膨脹珍珠巖

膨脹珍珠巖是由天然蛭石經(jīng)破碎、煅燒膨脹后制成的，呈蜂窩泡沫狀的白色或灰白色顆粒材料，導(dǎo)熱系數(shù)λ=（0.047～0.070）W/（m·K），最高使用溫度可以達(dá)到800℃，最低使用溫度為-200℃，輕質(zhì)、吸濕性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、不燃燒、耐腐蝕、施工方便。廣泛應(yīng)用于建筑工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、低溫和超低溫制冷設(shè)備、熱工設(shè)備等的絕熱保溫。

膨脹珍珠巖制品是膨脹珍珠巖配以適量的膠凝材料，經(jīng)拌和、成型、養(yǎng)護(hù)而成的板、磚、管件等制品。

3．無機(jī)多孔類絕熱材料

1）硅藻土

硅藻土是一種硅藻的水生植物的殘骸。硅藻土是由微小的硅藻殼構(gòu)成的，硅藻殼內(nèi)又包含大量極其細(xì)小的微孔。硅藻土的孔隙率為50％～80％，因而具有很好的保溫絕熱性能。其導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.060W/（m·K），最高使用溫度為900℃。硅藻土常用作填充料或制成硅藻土磚。

2）微孔硅酸鈣制品

微孔硅酸鈣制品是用硅藻土、石灰、石英砂、纖維增強(qiáng)材料及水等經(jīng)攪拌成型并蒸壓和干燥等工序制成的。其導(dǎo)熱系數(shù)λ=（0.047～0.056）W/（m·K），最高使用溫度為650℃～1000℃，用于建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)和管道保溫，效果比水泥膨脹珍珠巖和水泥蛭石好。

3）泡沫玻璃

泡沫玻璃是碎玻璃加入一定的發(fā)泡劑，經(jīng)粉磨、混合、裝模，在800℃下煅燒生成具有大量封閉氣泡的多孔材料。泡沫玻璃具有導(dǎo)熱系數(shù)小、抗壓強(qiáng)度高、抗凍性好、耐久性好等特點(diǎn)，并且可鋸切、鉆孔、黏結(jié)，是一種高級絕熱材料，可用來砌筑墻體，也可用于冷藏設(shè)備的保溫等。

4.多孔混凝土

多孔混凝土主要有加氣混凝土和泡沫混凝土。其特性是孔隙率大，表觀密度小，又有一定的強(qiáng)度，所以常用作圍護(hù)墻體的保溫隔熱材料。

5.有機(jī)絕熱材料

1）泡沫塑料

泡沫塑料是以各種樹脂為基料，加入一定量的發(fā)泡劑、催發(fā)劑和穩(wěn)定劑等輔助材料，經(jīng)加熱發(fā)泡而制成的一種新型輕質(zhì)保溫材料。泡沫塑料的種類很多，均以所用樹脂來取名。

泡沫塑料具有表觀密度小、絕熱性能好、加工方便等優(yōu)點(diǎn)。我國目前應(yīng)用得最多的是苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料和脲醛泡沫塑料等。其可用于屋面、墻面保溫及冷藏庫絕熱，常填充在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中或夾在兩層其他材料中間作夾心板。

2）植物纖維類絕熱板

以植物纖維為主要成分的板材，常用作絕熱材料，包括各種軟質(zhì)纖維板。

（1）軟木板。軟木板是用拴皮櫟樹或黃菠蘿樹皮為原料，經(jīng)破碎后與皮膠溶液拌和，加壓成型，在80℃的干燥室內(nèi)干燥一晝夜而制成的。軟木板具有表觀密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、抗?jié)B和防腐性能好的特點(diǎn)。

（2）蜂窩板。蜂窩板是由兩塊較薄的面板，牢固地黏結(jié)在一層較厚的蜂窩狀芯材兩面制成的板材，也稱蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。蜂窩板的特點(diǎn)是強(qiáng)度大、導(dǎo)熱系數(shù)小、抗震好，可以制成輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)用板材，也可以制成絕熱性能良好的非結(jié)構(gòu)用板材和隔聲材料。 14.2吸聲材料

14.2.1材料的吸聲原理

聲音是由于物體的振動引起的，物體振動迫使臨近的空氣跟著振動而成為聲波，并在空氣介質(zhì)中向四周傳播。聲音在傳播過程中，一部分由于聲能隨著距離的增大而擴(kuò)散，另一部分則因空氣分子的吸收而減弱。聲能的這種減弱現(xiàn)象，在室外空曠處尤為明顯，但在室內(nèi)，這種現(xiàn)象就不太明顯，而主要是靠室內(nèi)的墻壁、頂棚和地板等材料表面對聲能的吸收來使聲音減弱。當(dāng)聲波遇到材料表面時，一部分被反射，一部分穿透材料，其余部分則被材料吸收。這些被吸收的能量（包括穿透部分的聲能）與入射聲能之比，稱為吸聲系數(shù)α。其計算公式為（14－1）式中：α——材料的吸聲系數(shù)；

E1——材料吸收的聲能；

E2——穿透材料的聲能；

E0——入射的全部聲能。當(dāng)入射聲能全部被吸收時，吸收系數(shù)等于1，一般材料的吸聲系數(shù)在0～1之間。

材料的吸聲性能除了與材料本身性質(zhì)、厚度及材料的表面特征有關(guān)外，還與聲音的頻率及聲音的入射方向有關(guān)。為了全面反映材料的吸聲性能，通常采用125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz6個頻率的吸聲系數(shù)表示材料吸聲的頻率特征。任何材料均能不同程度地吸收聲音，通常把6個頻率的平均吸聲系數(shù)大于0.2的材料，稱為吸聲材料。14.2.2建筑上常用的吸聲材料表14－1建筑常用吸聲材料表14－1建筑常用吸聲材料14.2.3吸聲材料的類型及其結(jié)構(gòu)形式

1.多孔性吸聲材料

多孔性吸聲材料是比較常用的一種吸聲材料，具有良好的中高頻吸聲性能。多孔性吸聲材料具有大量內(nèi)外連通的微孔和連續(xù)的氣泡，通氣性良好。當(dāng)聲波入射到材料表面時，聲波很快地順著微孔進(jìn)入材料的內(nèi)部，引起孔隙內(nèi)的空氣震動，由于摩擦、空氣黏滯阻力和材料內(nèi)部的熱傳導(dǎo)作用，使相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收。多孔材料吸聲的先決條件是聲波易進(jìn)入微孔，不僅在材料內(nèi)部，在材料表面上也應(yīng)當(dāng)是多孔的。

材料的吸聲性能與材料的表觀密度和內(nèi)部構(gòu)造有關(guān)。在建筑裝修中，吸聲材料的厚度、材料背后的空氣層以及材料的表面狀況，對吸聲性能都有影響。

1）材料表觀密度和構(gòu)造的影響

多孔材料的表觀密度增大，意味著微孔減少，能使低頻吸聲效果有所提高，但高頻吸聲性能下降。材料孔隙率高、孔隙細(xì)小,吸聲性能就越好；但孔隙過小，效果反而較差。過多的封閉微孔，對吸聲并不一定有利。

2）材料厚度的影響

多孔材料的低頻吸聲系數(shù)一般隨著厚度的增加而提高，但增加厚度對高頻影響不顯著。材料的厚度增加到一定程度后，吸聲效果的變化就不明顯。因此，為提高材料吸聲性能而無限制地增加厚度是不適宜的。

3）背后空層的影響

大部分吸聲材料都是周邊固定在龍骨上，安裝在距墻面5mm～15mm處。材料背后空氣層的作用相當(dāng)于增加了材料的厚度，吸聲效能一般隨空氣層厚度增加而提高。當(dāng)材料距墻面的安裝距離等于1/4波長的奇數(shù)倍時，可獲得最大的吸聲系數(shù)。根據(jù)這個原理，利用調(diào)整材料背后空氣層厚度的辦法，可達(dá)到提高吸聲效果的目的。

4）表面特征的影響

吸聲材料的表面的空洞和開口孔隙，對吸聲是有利的。當(dāng)材料吸濕或表面噴涂油漆、孔口充水或堵塞，會大大降低吸聲材料的吸聲效果。

多孔性吸聲材料的結(jié)構(gòu)與絕熱材料相同，都是多孔性材料，但在材料孔隙特征要求上有很大的差別：絕熱材料要求具有封閉的互不連通的氣孔，但吸聲材料則要求氣孔是連通的，而且這種氣孔越多，則吸聲性能越好。2.薄板振動吸聲結(jié)構(gòu)

薄板振動吸聲結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是具有低頻率吸聲特性，同時還有助聲波的擴(kuò)散。建筑中常用膠合板、薄木板、硬質(zhì)纖維板、石膏板、石棉水泥板或金屬板等，將它們周邊固定在墻或頂棚的龍骨上，并在背后留有空氣層，即薄板振動吸聲結(jié)構(gòu)。

薄板振動吸聲結(jié)構(gòu)是板在聲波作用下發(fā)生振動，板振動時由于板內(nèi)部和龍骨間出現(xiàn)摩擦損耗，使聲能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動能，從而起到吸聲作用。由于低頻聲波比高頻聲波容易激起薄板產(chǎn)生振動，所以具有低頻吸聲特性。

3.柔性吸聲材料

具有密閉氣孔和一定彈性的材料，例如聚氯乙烯泡沫塑料，表面仍為多孔材料，但因具有密閉氣孔，聲波引起的空氣振動不易直接傳遞直至材料內(nèi)部，只能相應(yīng)地產(chǎn)生振動，在振動過程中由于克服材料內(nèi)部的摩擦而消耗了聲能，引起聲波的衰減。這種材料的吸聲性能是在一定的頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)一個或多個吸聲頻率。

4.穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)

穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)具有適合中頻的吸聲特性。這種吸聲結(jié)構(gòu)與單獨(dú)的共振吸聲器相似，可看做是多個單獨(dú)共振器并聯(lián)而成。這種吸聲結(jié)構(gòu)由穿孔板的膠合板、硬質(zhì)纖維板、石膏板、石棉水泥板、鋁合板和薄鋼板等，將周邊固定在龍骨上，并在背后設(shè)置空氣層而構(gòu)成。這種吸聲結(jié)構(gòu)在建筑中使用較為普遍。14.2.4隔聲材料

隔聲是指材料阻止聲波透過的能力。隔聲性能的好壞用材料的入射聲能與透過聲能相差的分貝數(shù)表示，差值越大，隔聲性能越好。

通常要隔絕的聲音按照傳