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1、第十章 绝热吸声材料,土 木 工 程 材 料 学,李庚英E-mail: 电话：8367533 汕头大学土木工程系,绝热材料的性能要求,导热性指材料传递热量的能力。材料的导热能力用导热系数表示。导热系数的物理意义为：在稳定传热条件下，当材料层单位厚度内的温差为1时，在1h内通过1m2表面积的热量。材料导热系数越大，导热性能越好。工程上将导热系数0.23W/mK的材料称为绝热材料。,影响材料导热系数的因素有：材料组成：材料的导热系数由大到小为，金属材料无机非金属材料有机材料。微观结构：相同组成的材料，结晶结构的导热系数最大，微晶结构次之，玻璃体结构最小，如水淬矿渣就是一种较好的绝热材料。 孔隙率：
2、孔隙率越大，材料导热系数越小。孔隙特征：在孔隙相同时，孔径越大，孔隙间连通越多，导热系数越大。含水率：由于水的导热系数=0.58W/mK，远大于空气，故材料含水率增加后其导热系数将明显增加，若受冻（冰=2.33W/mK，）则导热能力更大。,绝热材料除应具有较小的导热系数外，还应具有适宜的或一定的强度、抗冻性、耐水性、防火性、耐热性和耐低温性、耐腐蚀性，有时还需具有较小的吸湿性或吸水性等。室内外之间的热交换除了通过材料的传导传热方式外，辐射传热也是一种重要的传热方式，铝箔等金属薄膜，由于具有很强的反射能力，具有隔绝辐射传热的作用，因而也是理想的绝热材料。,绝热材料的种类及使用要点,绝热材料按照它
3、们的化学组成可以分为无机绝热材料和有机绝热材料。常用无机绝热材料有多孔轻质类无机绝热材料、纤维状无机绝热材料和泡沫状无机绝热材料；常用有机绝热材料有泡沫塑料和硬质泡沫橡胶。,常用无机绝热材料,多孔轻质类无机绝热材料 纤维状无机绝热材料 A. 矿物棉 B. 玻璃纤维 泡沫状无机绝热材料 A. 泡沫玻璃 B. 多孔混凝土,多孔轻质类无机绝热材料,蛭石是一种有代表性的多孔轻质类无机绝热材料，它主要含复杂的镁、铁含水铝硅酸盐矿物，由云母类矿物经风化而成，具有层状结构。将天然蛭石经破碎、预热后快速通过煅烧带可使蛭石膨胀2030倍。膨胀蛭石的导热系数约为0.0460.070W/mK，可在1000的高温下使
4、用。主要用于建筑夹层，但需注意防潮。膨胀蛭石也可用水泥、水玻璃等胶结材胶结成板，用作板壁绝热，但导热系数值比松散状要大，一般为0.080.10W/mK。,矿物棉,岩棉和矿渣棉统称矿物棉，由熔融的岩石经喷吹制成的纤维材料称为岩棉，由熔融矿渣经喷吹制成的纤维材料称为矿渣棉。将矿物棉与有机胶结剂结合可以制成矿棉板、毡、管壳等制品，其堆积密度约为45150kg/m3，导热系数约为0.0490.044W/mK。由于低堆积密度的矿棉内空气可发生对流而导热，因而，堆积密度低的矿物棉导热系数反而略高。最高使用温度约为600。矿棉也可制成粒状棉用作填充材料，其缺点是吸水性大、弹性小。,B. 玻璃纤维,玻璃纤维一
5、般分为长纤维和短纤维。短纤维相互纵横交错在一起，构成了多孔结构的玻璃棉，常用于作绝热材料。玻璃棉堆积密度约45150kg/m3，导热系数约为0.0410.035W/mK。玻璃纤维制品的纤维直径对其导热系数有较大影响，导热系数随纤维直径增大而增加。以玻璃纤维为主要原料的保温隔热制品主要有：沥青玻璃棉毡和酚醛玻璃棉板，以及各种玻璃毡、玻璃毯等，通常用于房屋建筑的墙体保温层。,泡沫玻璃,泡沫玻璃是用玻璃细粉和发泡剂（石灰石、碳化钙和焦炭）经粉磨、混合、装模、煅烧（800左右）而得到的多孔材料。泡沫玻璃导热系数小、抗压强度高、抗冻性好、耐久性好，并且对水分、水蒸汽和其它气体具有不渗透性，还容易进行机械
6、加工，可锯、钻、车及打钉等。表观密度为150200kg/m3的泡沫玻璃，其导热系数约为0.0420.048W/mK，抗压强度达0.550.16MPa。泡沫玻璃作为绝热材料在建筑上主要用于保温墙体、地板、天花板及屋顶保温。可用于寒冷地区建筑低层的建筑物。,多孔混凝土,多孔混凝土是指具有大量均匀分布、直径小于2mm的封闭气孔的轻质混凝土，主要有泡沫混凝土和加气混凝土。随着表观密度减小，多孔混凝土的绝热效果而增加，但强度下降。,常用有机绝热材料,泡沫塑料泡沫塑料是以各种树脂为基料，加入各种辅助料经加热发泡制得的轻质保温材料。泡沫塑料目前广泛用作建筑上的保温隔音材料，其表观密度很小，隔热性能好，加工使
7、用方便。常用的泡沫塑料有聚苯乙烯泡沫塑料、脲醛泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、泡沫酚醛塑料等。,硬质泡沫橡胶硬质泡沫橡胶用化学发泡法制成。特点是导热系数小而强度大。硬质泡沫橡胶的表观密度在0.0640.12g/cm3之间。表观密度越小，保温性能越好，但强度越低。硬质泡沫橡胶的抗碱和盐的侵蚀能力较强，但强的无机酸及有机酸对它有侵蚀作用。它不溶于醇等弱溶剂，但易被某些强有机溶剂软化溶解。硬质泡沫橡胶为热塑性材料，耐热性不好，在65左右开始软化。硬质泡沫橡胶有良好的低温性能，低温下强度较高且较好的体积稳定性，可用于冷冻库。,绝热材料的结构特征,绝热材料一般系轻质、疏松多孔的，且孔隙最好不
8、连通，可为松散颗粒或纤维状，欲获得此类绝热材料，可从以下几方面着手：利用天然多孔或纤维状的材料为主要组成材料，如软木、浮石、甘蔗板等；在材料中掺入加气剂或者泡沫剂以形成多孔结构，如加气混凝土、泡沫塑料等；在材料中加入能被烧去或于高温下可分解出气体而形成多孔的材料，如多孔套陶瓷；材料本身在高温下自行膨胀为多孔结构，如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石。,吸声材料,1) 吸声材料的定义当声波遇到材料表面时，被吸收声能与入射声能之比，称为吸声系数。通常取125，250，500，1000，2000，4000（Hz）等六个频率的吸声系数来表示材料的吸声频率特性。凡六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，称为吸声材料。
9、,(2) 吸声材料及其结构吸声材料和吸声结构的种类很多，按其材料结构状况可分为多孔吸声材料、共振吸声结构和其它吸声结构三大类。吸声材料的气孔是开放的，且互相连通，其气孔越多，吸收性能越好。大多数吸收强度较低，因此，吸收材料应设置在护壁台度以上，以免碰撞坏。多孔吸收材料易于吸湿，安装时应考虑胀缩的影响,隔声材料,建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。隔声材料主要用于外墙、门窗、隔墙以及隔断等。隔声可分为隔绝空气声（通过空气传播的声音）和隔绝固体声（通过撞击或振动传播的声音）。两者的隔声原理截然不同。对于空气声，根据声学中的质量定律，其传声的大小主要取决于墙或板的单位面积质量，质量越大，越
10、不易震动，则隔声效果越好。可以认为：固体声的隔绝主要是吸收，这和吸声材料是一致的；而空气声的隔绝主要是反射，因此必须选择密实、沉重的如粘土砖、钢板等作为隔声材料。 对于隔绝固体声音最有效的措施是采用不连续结构处理。即在墙壁和承重梁之间，房屋的框架和墙壁及楼板之间加弹性衬垫，这些衬垫的材料大多可以采用上述的吸声材料，如毛毡、软木等。将固体声转换成空气声后而被吸声材料吸收。,吸声材料及其结构,多孔吸声材料多孔吸声材料，包括纤维状、颗粒状和泡沫状，其对低频声的吸收比较差；多孔吸声材料的构造特征是：材料从表到里具有大量内外连通的微小间隙和连续气泡，有一定的通气性。这些结构特征和隔热材料的结构特征有区别
11、，隔热材料要求的是封闭的微孔。多孔吸声材料是普遍应用的吸声材料，其中包括各种纤维材料：玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉等无机纤维，棉、毛、麻、棕丝、草质或木质纤维等有机纤维。纤维材料有的直接以松散状使用，有时可用粘着剂制成毡片或板材，如玻璃棉毡、岩棉板、草纸板、木丝板、软质纤维板等等。微孔吸声砖等也属于多孔吸声材料。泡沫塑料，如果其中的孔隙相互连通并通向外表，可作为多孔吸声材料。,共振吸声结构其中包括单个共振器、穿孔板共振吸声结构、博板共振吸声结构，常采用共振吸声原理来解决低频声的吸收。其装饰性强并有足够的强度，故在建筑物中使用比较广泛。,吸声结构空间吸声体：它是共振吸声结构和多孔吸声材料的结合，可预先制作，可根据不同的使用场合和条件，因地制宜地设计成各种形式，同时具吸声及艺术效果。强吸声结构：常用于消声室等特殊场合。有代表性地还有吸声尖劈等。,
