土木工程材料之絕熱材料和吸聲材料

1、土木工程材料第一節(jié)絕熱材料勒在建筑上，將主要作為保溫、隔熱使用的 材料通稱為絕熱材料。絕熱材料通常導(dǎo)熱 系數(shù)(入)值應(yīng)不大于0. 23W / (mK), 熱阻(R )值應(yīng)不小于4. 35 (m2K) /Wo 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 簡單，施工容易，造價低等。倉仁影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素物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:倉（1）材料的性質(zhì)。不同的材料其導(dǎo)熱系數(shù)是 不同的，一般說來，導(dǎo)熱系數(shù)值以金屬最大， 非金屬次之，號體較小，而氣體更小。對于同 一種材料，內(nèi)部

2、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。但對于多孔的絕熱材 料來說，由于孔隙率高，氣體（空氣）對導(dǎo)熱 系數(shù)的影響起著主要作用，而固體部分的結(jié)構(gòu) 無論是晶態(tài)或玻璃態(tài)對其影響都不大。(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。物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 隙尊熱性要咼。嘔惚蠶黑歡:鑼鑑低于某一極限值時，導(dǎo)熱系數(shù)反而會增大, 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

3、，即在這個表 觀密度時導(dǎo)熱系數(shù)最小。物(3)濕度。材料吸濕受潮后，其導(dǎo)熱系數(shù)就會增大， 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，而水的入為0. 58W/ (m K),比空氣的入=0. 029W / (mK)大20倍 左右。如果孔隙中的水結(jié)成了冰，則冰的入=2. 33 W/(mK),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)用時必須注意防水避潮。總(4)溫度。材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大，因 為溫度升高時，材料固體分子的熱運(yùn)動增強(qiáng)，同時材料 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

4、，當(dāng)溫度在050°C范圍內(nèi)時并不顯著，只有 對處于高溫或負(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，熱流受到阻力小, 而熱流垂直于纖維方向時，受到的阻力就大。第二節(jié)建筑上常用保溫材料1.纖維狀保溫隔熱材料(I)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

5、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，且原料來源廣，成本較低。可 制成礦棉板、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。(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

6、為原料，經(jīng)過蒸制、加壓、干燥等工 序制成的一種輕質(zhì)、吸聲、保溫材料。倉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)8501000° C燃燒，體積急劇膨 脹(可膨脹520倍)而成為松散顆粒， 真堆積密度為80200kg / m3,導(dǎo)熱系數(shù) 0. 0460. 07W/ (mK),用于填充墻壁、 樓板及平屋頂，保溫效果佳?？稍?000 11 oo°c下使用。e 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。（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)熾燒體積急劇膨脹（約20倍）而

7、得蜂窩 狀白色或灰白色松散顆料。堆積密度為40 300kg / m3, X =0. 025 0.048 W / (m K),耐檢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。e4.其他保溫隔熱材料e (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，

8、在 800°C下燒成后形成含有大量封閉氣泡(直徑0.15mm： 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，且易于進(jìn)行鋸切、鉆孔等機(jī)械加工，為 高級保溫材料，也常用于冷藏庫隔熱。o (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、防農(nóng)材料。目前我國生產(chǎn)的有聚 苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯及 腺醛樹脂等泡沫塑料。« ( 1 )軟木板。軟木也叫栓木。軟木板是用栓皮、棟樹 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°C的干燥室

9、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°e (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 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【 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)熱性低和抗農(nóng)性好等多種功能。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

10、外空氣溫度波動對內(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)計時，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，誌外表面做淺色飾面，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；誌采用多排孔的混凝土或輕骨料混凝土空心砌塊墻體。 令采用蓄水屋頂、有土或無土植被屋頂，以及墻面垂 直綠化等。第三節(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，它迫使鄰近的空氣跟著振 動而成為聲波，并在空氣介質(zhì)中向四周傳播。當(dāng)聲 波遇到材料表面時，一部分被反射另一部分穿透材料，其

11、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(Eo)之比，是評 定材料吸聲性能好壞的主要指標(biāo)，稱為吸聲系數(shù)(a),用公式表示為尊吸聲系數(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)指出是對哪一頻率的吸收。通常采用常用規(guī)定 的六個頻率：125、250、500、1000、2000、4000 Hzo任何材料對聲音都能吸收，只是吸收程度有很 大的不同。通常是將對上述六個頻率的平均吸聲系 數(shù)大于0.2的材料，列

12、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，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，故對高頻和中頻的聲音吸收效果較好。毬2.影響多孔性材料吸聲性能的因素（1 ）材料的表觀密度。對同一種多孔材料（例如超 細(xì)玻璃纖維）而言，當(dāng)其表觀密度增大時（即空隙率 減小時），對低頻的吸聲效果有所提高，而對高頻的 吸聲效果則有所降低。毬（2）材料的厚度。增加多孔材料的厚度，可提高對 低頻的吸聲效果，而對高頻則沒有多大的影響。（3）材

13、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，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。3.建筑上常用吸聲材料及安裝方法倉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。誌除了采用多孔吸聲材料吸聲外，還可將

14、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)。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，對總4.關(guān)于隔聲材料的概念必須指出：吸聲性能好的材料，不能簡單地就把它 們作為隔聲材料來使用。人們要隔絕的聲音按著傳 播的途徑可分為空氣聲（由于空氣的振動）和固體 聲（由于固體的撞擊或振動）兩種。對隔空氣聲， 根據(jù)聲學(xué)中的“質(zhì)量定律”,

15、墻或板傳聲的大小， 主要取決于其單位面積質(zhì)量，質(zhì)量越大，越不易振 動，則隔聲效果越好，故對此必須選用密實、沉重 的材料（如粘土磚、鋼板、鋼筋混凝土）作為隔聲 材料。對隔固體聲最有效的措施是采用不連續(xù)的結(jié) 構(gòu)處理，即在墻壁和承重梁之間、房屋的框架和隔 墻及樓板之間加彈性襯墊，如毛氈、軟木、橡皮等 材料，或在樓板上加彈性地毯。#尊例們T什么是絕熱材料？工程上對絕熱材料有哪些要求: 蛛解簽絕熱材料是指導(dǎo)熱系數(shù)（入）值應(yīng)不大于0. 23W / （mK） 的隔熱保溫效果好的建筑材料。o工程上首先要求絕熱材料有較低的導(dǎo)熱系數(shù)。其次，要 求絕熱材料應(yīng)該是輕質(zhì)的，其表觀密度不大于600kg / m3。同時要滿

16、足運(yùn)輸、施工中強(qiáng)度要求（抗壓強(qiáng)度大于 0.3MPa） o此外，還要求材料吸濕性要小，或者易于防 水，否則會明顯降低保溫性。對材料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)在相對濕度為80%8 5 %條 件下材料達(dá)到平衡含水狀態(tài)下進(jìn)行測定。工程上還要求 材料施工容易，造價低廉，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益?？偫?2材料絕熱的基本原理是什么？蛛解總熱在本質(zhì)上是組成物質(zhì)的分子、原子和電子等在物質(zhì)內(nèi)部的移動、轉(zhuǎn)動和振動所產(chǎn)生的能量。在任何 介質(zhì)中，當(dāng)存在著溫度差時，就會產(chǎn)生熱的傳遞現(xiàn)象, 熱能將由溫度較高的部分傳遞至溫度較低的部分。不 同的建筑材料具有不同的保溫隔熱性能，主要體現(xiàn)在 材料的導(dǎo)熱系數(shù)上，導(dǎo)熱系數(shù)愈小，保溫性能愈好。誌傳熱

17、的基本方式有熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射三種。一 般來說，三種傳熱方式總是共存的，但因絕熱性能良 好的材料常是多孔的，雖然在材料的孔隙內(nèi)有著空氣, 起著輻射和對流作用，但與熱傳導(dǎo)相比，熱輻射和對 流所占的比例很小，故在建筑熱工計算時通常不予考 慮。尊例行-3絕熱材料為什么總是輕質(zhì)的？使用時為什么一 定要注意防潮？物解由于材料中固體物質(zhì)的導(dǎo)熱能力要比空氣的導(dǎo)熱能力 大得多，因此，一般的輕質(zhì)材料，其表觀密度較小， 導(dǎo)熱系數(shù)也較小。所以絕熱材料總是輕質(zhì)的。a材料吸濕受潮后，其導(dǎo)熱系數(shù)就增大，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， 而水的入為0

18、. 58W / (mK),比空氣的入=0. 029 W/ (mK)大20倍左右。如果孔隙中的水結(jié)成了 冰，則冰的入=2. 33 W/ (mK),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)用時必須注意 防水避潮。物例"-4試述材料的吸聲性能及其表示方法？什 么是吸聲材料？物解倉吸聲性能是指材料能夠吸收由空氣傳遞的聲波 能量的性質(zhì)。以吸聲系數(shù)（a）表示。吸聲系 數(shù)是這些被吸收的能量（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 （Eo）之比，用公式表示為常用規(guī)定的六個頻率：125、250、500、1000、 2000、4000 Hz的平均吸聲系數(shù)（a）來表示。平均吸聲

19、系數(shù)大于02的材料，列為吸聲材料。 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，弄應(yīng)扌會由是対哪一韻率藥吸收。例們-5簡述吸聲材料的基本特征？解聲吸聲材料的基本特征是=e ( 1 )多孔性。吸聲材料孔隙率幾乎達(dá) 70% 90%；聲 (2)開口孔隙率大、透氣性好；e (3)體積密度適宜，過大會使透氣性 降低而使吸聲性能降低；常采取硬質(zhì)板上鉆孔，背后留空氣夾層 或填以柔性吸聲材料做成吸聲結(jié)構(gòu)的形式， 以提高吸聲系數(shù)。尊例們-6試述多孔材料、穿孔材料及薄板共振結(jié)構(gòu)的吸聲原理。隨著材料的表觀密度和厚度的增加，材料吸聲性 能有何變化？多孔材料、穿孔材料的吸聲原理在于：聲波深入材料的 孔隙，且孔隙多為內(nèi)部互相貫通的開口孔，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，從而 使聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋１“骞舱窠Y(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)，大大提高了吸音效果。毬對同一種多孔材料，當(dāng)其表觀密度增大時（即空隙率減 小時），對低頻的吸