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1、土 木 工 程 材 料第十 章 绝热 材料 和吸 声材 料主 讲|第一节 绝热材料|在建筑上，将主要作为保温、隔热使用的 材料通称为绝热材料。绝热材料通常导热 系数（）值应不大于0.23W(mK)，热 阻（）值应不小于4.35（m2K）/W。此 外，绝热材料尚应满足：表观密度不大于 600kgm3，抗压强度大于0.3MPa，构造简 单，施工容易，造价低等。|1. 影响材料导热系数的因素| 影响材料保温性能的主要因素是导热系数 的大小，导热系数愈小，保温性能愈好。材料 的导热系数受以下因素影响：|（）材料的性质。不同的材料其导热系数是 不同的，一般说来，导热系数值以金属最大， 非金属次之，液体较
2、小，而气体更小。对于同 一种材料，内部结构不同，导热系数也差别很 大。一般结晶结构的为最大，微晶体结构的次 之，玻璃体结构的最小。但对于多孔的绝热材 料来说，由于孔隙率高，气体（空气）对导热 系数的影响起着主要作用，而固体部分的结构 无论是晶态或玻璃态对其影响都不大。|（）表观密度与孔隙特征。由于材料中 固体物质的导热能力比空气要大得多，故 表观密度小的材料，因其孔隙率大，导热 系数就小。|在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸愈大， 导热系数就愈大；互相连通孔隙比封闭孔 隙导热性要高。|对于表观密度很小的材料，特别是纤维状 材料（如超细玻璃纤维），当其表观密度 低于某一极限值时，导热系数反而会增大
3、，这是由于孔隙增大且互相连通的孔隙大 大增多，而使对流作用加强的结果。因此 这类材料存在一最佳表观密度，即在这个 表观密度时导热系数最小。|（）湿度。材料吸湿受潮后，其导热系数就会增大， 这在多孔材料中最为明显。这是由于当材料的孔隙中有 了水分（包括水蒸气）后，则孔隙中蒸汽的扩散和水分 子的热传导将起主要传热作用，而水的为0.58（ ），比空气的=0.029（）大20倍左 右。如果孔隙中的水结成了冰，则冰的=2.33 （ ），其结果使材料的导热系数更加增大。故绝热 材料在应用时必须注意防水避潮。|（）温度。材料的导热系数随温度的升高而增大，因 为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时材料
4、孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加。但 这种影响，当温度在50范围内时并不显著，只有 对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响。|（）热流方向。对于各向异性的材料，如木材等纤维 质的材料，当热流平行于纤维方向时，热流受到阻力小 ，而热流垂直于纤维方向时，受到的阻力就大。|第二节 建筑上常用保温材料|1. 纤维状保温隔热材料|（）石棉及其制品。石棉是一种天然矿物纤维，主要 化学成分是含水硅酸镁，具有耐火、耐热、耐酸碱、绝 热、防腐、隔音及绝缘等特性。常制成石棉粉、石棉纸 板、石棉毡等制品，用于建筑工程的高效能保温及防火 覆盖等。|（2）矿棉及其制品。矿棉一般包括矿渣棉和岩石棉。 矿
5、渣棉所用原料有高炉硬矿渣、铜矿渣等，并加一些调 节原料（钙质和硅质原料）。岩棉的主要原料为天然岩 石（白云石、花岗石、玄武岩等）。上述原料经熔融后 ，用喷吹法或离心法制成细纤维。矿棉具有轻质、不燃 、绝热和电绝缘等性能，且原料来源广，成本较低。可 制成矿棉板、矿棉毡及管壳等。可用作建筑物的墙壁、 屋顶、天花板等处的保温和吸声材料，以及热力管道的 保温材料。|（）玻璃棉及其制品。玻璃棉是用玻璃 原料或碎玻璃经熔融后制成纤维状材料， 包括短棉和超细棉两种。|（）植物纤维复合板。系以植物纤维为 主要材料加入胶结料和填料而制成。如木 丝板是以木材下脚料制成木丝，加入硅酸 钠溶液及普通硅酸盐水泥混合，经
6、成型、 冷压、养护、干燥而制成。甘蔗板是以甘 蔗渣为原料，经过蒸制、加压、干燥等工 序制成的一种轻质、吸声、保温材料。|2. 散粒状保温隔热材料|（1）膨胀蛭石及其制品。蛭石是一种天然 矿物，经8501000C燃烧，体积急剧膨 胀 (可膨胀20倍)而成为松散颗粒，其 堆积密度为80200kgm3，导热系数 0.0460.07W/ (mK)，用于填充墙壁、 楼板及平屋顶，保温效果佳。可在1000 1100下使用。| 膨胀蛭石也可与水泥、水玻璃等胶凝 材料配合，制成砖、板、管壳等用于围护 结构及管道保温。|（）膨胀珍珠岩及其制品。膨胀珍珠岩 是由天然珍珠岩、黑耀岩或松脂岩为原料 ，经煅烧体积急剧膨
7、胀（约20倍）而得蜂 窝状白色或灰白色松散颗料。堆积密度为 40300kgm3，=0.0250.048 ( )，耐热800 C，为高效能保温保 冷填充材料。| 膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨 料，配以适量胶凝材料，经拌和、成型、 养护（或干燥、或焙烧）后两制成的板、 砖、管等产品。|3. 多孔性保温隔热材料|() 微孔硅酸钙制品。微孔硅酸钙制品是用粉状二氧 化硅材料（硅藻土）、石灰、纤维增强材料及水等经搅 拌、成型、蒸压处理和干燥等工序而制成。用于围护结 构及管道保温。|() 泡沫玻璃。它是采用碎玻璃加入发泡 剂（石灰石或碳化钙），经粉磨、混合、装模，在 800下烧成后形成含有大量封闭气泡（
8、直径0.15mm ）的制品。它具有导热系数小、抗压强度和抗冻性高、 耐久性好等特点，且易于进行锯切、钻孔等机械加工， 为高级保温材料，也常用于冷藏库隔热。|() 多孔混凝土和轻骨料混凝土。|(4) 泡沫塑料。泡沫塑料是以合成树脂为基料，加入一 定剂量的发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助材料经加热发 泡而制成的轻质保温、防震材料。目前我国生产的有聚 苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯及 脲醛树脂等泡沫塑料。|4. 其他保温隔热材料|（）软木板。软木也叫栓木。软木板是用栓皮、栎树 皮或黄菠萝树皮为原料，经破碎后与皮胶溶液拌和，再 加压成型，在80的干燥室中干燥一昼夜而制成。软木 板具有表观密度小，导热性低，抗渗和
9、防腐性能高等特 点。|（2）蜂窝板。蜂窝板是由两块较薄的面板，牢固地粘 结在一层较厚的蜂窝状芯材两面而制成的板材，亦称蜂 窝夹层结构。蜂窝状芯材是用浸渍过合成树脂（酚醛、 聚酯等）的牛皮纸、玻璃布和铝片等，经加工粘合成六 角形空腹（蜂窝状）的整块芯材。常用的面板为浸渍过 树脂的牛皮纸、玻璃布或不经树脂浸渍的胶合板、纤维 板、石膏板等。面板必须采用合适的胶粘剂与芯材牢固 地粘合在一起，才能显示出蜂窝板的优异特性，即具有 比强度大、导热性低和抗震性好等多种功能。|5. 关于隔热材料的概念| 隔热材料应能阻抗室外热量的传入，以及减小室 外空气温度波动对内表面温度影响。材料隔热性能 的优劣，不仅与材料
10、的导热系数有关，而且与导温 系数、蓄热系数有关。|在建筑中，围护结构隔热设计时，除了采用隔热材 料外，还可以采取其他措施，起到隔热的效果，如 ：|外表面做浅色饰面，如浅色粉刷、浅色涂层和浅色 面砖等；窗户采用绝热薄膜；|设置通风层，如通风屋顶、通风墙等；|采用多排孔的混凝土或轻骨料混凝土空心砌块墙体 。|采用蓄水屋顶、有土或无土植被屋顶，以及墙面垂 直绿化等。|第三节 吸声材料|1. 材料吸声的原理及技术指标| 声音起源于物体的振动，它迫使邻近的空气跟着振 动而成为声波，并在空气介质中向四周传播。 当声 波遇到材料表面时，一部分被反射另一部分穿透材料，其余的部分则传递给材料，在 材料的孔隙中引
11、起空气分子与孔壁的摩擦和粘滞阻 力，其间相当一部分声能转化为热能而被吸收掉。 这些被吸收的能量（）（包括部分穿透材料的声 能在内）与传递给材料的全部声能（E0）之比，是评 定材料吸声性能好坏的主要指标，称为吸声系数（ ），用公式表示为|吸声系数与声音的频率及声音的入射方向有关。因 此吸声系数用声音从各方向入射的吸收平均值表示 ，并应指出是对哪一频率的吸收。通常采用常用规 定的六个频率：125、250、500、1000、2000、4000 Hz。任何材料对声音都能吸收，只是吸收程度有很 大的不同。通常是将对上述六个频率的平均吸声系 数大于0.2的材料，列为吸声材料。| 吸声材料大多为疏松多孔的材
12、料，如矿渣棉、毯子 等，其吸声机理是声波深入材料的孔隙，且孔隙多 为内部互相贯通的开口孔，受到空气分子摩擦和粘 滞阻力，以及使细小纤维作机械振动，从而使声能 转变为热能。这类多孔性吸声材料的吸声系数，一 般从低频到高频逐渐增大，故对高频和中频的声音 吸收效果较好。|2. 影响多孔性材料吸声性能的因素|（）材料的表观密度。对同一种多孔材料（例如超 细玻璃纤维）而言，当其表观密度增大时（即空隙率 减小时），对低频的吸声效果有所提高，而对高频的 吸声效果则有所降低。|（）材料的厚度。增加多孔材料的厚度，可提高对 低频的吸声效果，而对高频则没有多大的影响。|（）材料的孔隙特征。孔隙愈多愈细小，吸声效果
13、 愈好。如果孔隙太大，则效果就差。如果材料中的孔 隙大部分为单独的封闭的气泡（如聚氯乙烯泡沫塑料 ），则因声波不能进入，从吸声机理上来讲，就不属 多孔性吸声材料。当多孔材料表面涂刷油漆或材料吸 湿时，则因材料的孔隙被水分或涂料所堵塞，其吸声 效果亦将大大降低。|3. 建筑上常用吸声材料及安装方法|建筑工程中常用吸声材料有：石膏砂浆（掺 有水泥、玻璃纤维）、石膏砂浆（掺有水泥 、石棉纤维）、水泥膨胀珍珠岩板、矿渣棉 、沥青矿渣棉毡、玻璃棉、起细玻璃棉、泡 沫玻璃、泡沫塑料、软木板、木丝板、穿孔 纤维板、工业毛毡、地毯、帷幕等。|除了采用多孔吸声材料吸声外，还可将材料 组成不同的吸声结构，达到更好
14、的吸声效果 。常用的吸声结构形式有薄板共振吸声结构 和穿孔板吸声结构。|薄板共振吸声结构系采用薄板钉牢在靠墙 的木龙骨上，薄板与板后的空气层构成了 薄板共振吸声结构。 穿孔板吸声结构是 用穿孔的胶合板、纤维板、金属板或石膏 板等为结构主体，与板后的墙面之间的空 气层（空气层中有时可填充多孔材料）构 成吸声结构。该结构吸声的频带较宽，对 中频的吸声能力最强。|4. 关于隔声材料的概念|必须指出：吸声性能好的材料，不能简单地就把它 们作为隔声材料来使用。 人们要隔绝的声音按着传 播的途径可分为空气声（由于空气的振动）和固体 声（由于固体的撞击或振动）两种。对隔空气声， 根据声学中的“质量定律”，墙
15、或板传声的大小， 主要取决于其单位面积质量，质量越大，越不易振 动，则隔声效果越好，故对此必须选用密实、沉重 的材料（如粘土砖、钢板、钢筋混凝土）作为隔声 材料。对隔固体声最有效的措施是采用不连续的结 构处理，即在墙壁和承重梁之间、房屋的框架和隔 墙及楼板之间加弹性衬垫，如毛毡、软木、橡皮等 材料，或在楼板上加弹性地毯。#|例11-1什么是绝热材料？工程上对绝热材料有哪些要求 ？|解|绝热材料是指导热系数（）值应不大于0.23W (mK)的隔热保温效果好的建筑材料。|工程上首先要求绝热材料有较低的导热系数。其次，要 求绝热材料应该是轻质的，其表观密度不大于600kg m3。同时要满足运输、施工
16、中强度要求（抗压强度大于 0.3MPa）。此外，还要求材料吸湿性要小，或者易于防 水，否则会明显降低保温性。| 对材料的导热系数应在相对湿度为条 件下材料达到平衡含水状态下进行测定。工程上还要求 材料施工容易，造价低廉，具有较好的技术经济效益。|例11-2材料绝热的基本原理是什么？|解| 热在本质上是组成物质的分子、原子和电子等在 物质内部的移动、转动和振动所产生的能量。在任何 介质中，当存在着温度差时，就会产生热的传递现象 ，热能将由温度较高的部分传递至温度较低的部分。 不同的建筑材料具有不同的保温隔热性能，主要体现 在材料的导热系数上，导热系数愈小，保温性能愈好 。|传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。一 般来说，三种传热方式总是共存的，但因绝热性能良 好的材料常是多孔的，虽然在材料的孔隙内有着空气 ，起着辐射和对流作用，但与热传导相比，热辐射和 对流所占的比例
