土木工程材料之绝热材料和吸声材料

对材料的导热系数应在相对湿度为８０％～８５％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 。
(２) 泡沫玻璃。它是采用碎玻璃加入１％～２％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（直径0.1～5mm ）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。
(３) 多孔混凝土和轻骨料混凝土。
（２）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 ，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。
（３）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λ为0.58Ｗ／（ ｍ·Ｋ），比空气的λ=0.029Ｗ／（ｍ·Ｋ）大20倍左 右。如果孔隙中的水结成了冰，则冰的λ=2.33 Ｗ／（ ｍ·Ｋ），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。
(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
（１）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，抗渗和防腐性能高等特 点。
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850～1000°C燃烧，体积急剧膨 胀 (可膨胀５～20倍)而成为松散颗粒， 其堆积密度为80～200kg／m3，导热系数 0.046～0.07W/ (m·K)，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。
（２）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 ，经煅烧体积急剧膨胀（约20倍）而得蜂 窝状白色或灰白色松散颗料。堆积密度为 40～300kg／m3，λ=0.025～0.048 Ｗ／( ｍ·Ｋ)，耐热800 °C，为高效能保温保 冷填充材料。
土 木 工 程 材 料
绝热 材料 和吸
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（λ）值应不大于0.23W／(m·K)， 热阻（Ｒ）值应不小于4.35（m2·K）/W。 此外，绝热材料尚应满足：表观密度不大 于600kg／m3，抗压强度大于0.3MPa，构造 简单，施工容易，造价低等。
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
（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。
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
(１) 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。
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。
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
（３）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。
（４）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。
（４）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 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０～50℃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。
（５）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。
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 对流所占的比例很小，故在建筑热工计算时通常不予
例11-3绝热材料为什么总是轻质的？使用时为什么一 定要注意防潮？
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：
（１）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。
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（Ｅ）（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（
α），用公式表示为
E
E0
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。
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；
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（λ）值应不大于0.23W／ (m·K)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。
吸声材料大多为疏松多孔的材料，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
第二节 建筑上常用保温材料
1. 纤维状保温隔热材料
（ｌ）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 、