12绝热材料和吸声隔声材料土木工程材料(建筑材料)

材料导热系数和热容量是设计建筑围护结构（墙体、屋面）进行热工计算的重要参数，
设计时应选用导热系数较小而比热容较大的建筑材料，以使建筑物保持室内温度的稳定Pa
性。
ge :8
❖ 定义——控制室内热量外流的材料叫做保温材料
防止热量进入室内的材料叫做隔热材料
保温、隔热材料统称为绝热材料。
（λ＜0.175W/m· K）。
浮石、火山渣、硅藻土、矿渣、植物碎屑
膨胀珍珠岩及其制品、膨胀蛭石及其制品、、陶粒与陶粒制品、空心 氧化铝球及其制品
硅藻土、沸石岩泉华、软木
加气混凝土、泡沫水泥、泡沫石膏、泡沫粘土、泡沫菱苦土、泡沫水 玻璃、泡沫玻璃、泡沫塑料、微孔硅酸钙、微孔磷酸钙微孔碳酸钙
木板
塑料板、吸热玻璃板、铝膜、镀膜玻璃、中空玻璃蜂窝夹心板空腹门 窗
Pa ge :1
5
2. 温度稳定性
——指材料在受热作用下保持原有性能不变的能力，通 常用其不致丧失绝热性能的极限温度来表示。
3. 吸湿性
——指绝热材料从潮湿环境中吸收水分的能力。
4. 强度
——通常采用抗压和抗折强度来表示，一般不宜将绝热 材料用于承受外界载荷部位。
Pa ge :1
6
绝热材料的成分类型
绝热材料是指用于建筑围护结构或热工设备、阻抗热流传 递的材料或材料复合体。既包括保温、隔热材料，又包括保 冷材料。
— 使用绝热材料的意义
❖ 满足建筑空间或热工设备的冷、热环境。 ❖ 节约能源。通过使用绝热围护材料，可在现有基础上节能
50%-80%。日本的节能实践证明，使用1吨节能材料可节约标 准煤3吨/年，其节能效益是材料生产成本的10倍。
镀膜玻璃
复合绝 热材料
金属与有机 材料复合
铝塑反射板、铝箔夹心隔热膜
有机与无机 非金属复合
吸热涂层玻璃板
Pa ge :1
8
绝热材料的结构类型
大类 类
举例
纤维状 散粒状 微孔状 层状
天然 人造 天然 人造 天然 人造 天然 人造
石棉与石棉制品、动物纤维、植物纤维
岩棉与岩棉制品、矿棉及其制品、玻璃棉及其制品、硅酸铝棉及其制 品、化学纤维与纤维植物
ge :1
1
纤维型:绝热性能与纤维布置的方向有关
t1
t2
B
对于纤维质材料，不同方向上导热的性能不同：
（B）与纤维平行的方向上，导热系数较高，绝热性能要差些
Pa ge
:1
2
反射型
Io
IB
I I I 热辐射的
吸收性能吸收率A
A
B
0
热辐射的 反射性能-
反射率B
IA IB 1
Io Io
IA
AB 1
膨胀珍珠岩及其绝热制品
➢ 物理性能——白色，微孔结构，散粒状构造；
微孔尺寸:1-10μm级；
颗粒尺寸:0.15-2.5mm； 常温导热系数:0.042-0.076W/(m· K); 安全使用温度：-200～1000℃。
Pa ge :2
1
➢ 基本绝热原理——珍珠岩属于玻璃质材料，在其软
化温度范围内，表现出很高的粘滞性，既能发生显著 的变形而不破裂，又可阻止气体外逸。此时其内的化 学结合水发生蒸发，在珍珠岩流体中产生大量的气泡， 粘滞的软化体随气泡的不断生成与长大发生显著的体 积膨胀。在气孔长大到一定程度但尚无合并之时迅速 冷却，气泡将保留于膨胀的珍珠岩颗粒内部，形成微 孔构造。
大类 类 亚类
举例
黑色金属 不锈钢板 金属
有色金属 铝箔、铜箔
天然矿物 浮石、火山渣、硅藻土、石棉、海泡石
无机 绝热 材料 非金
属
加工矿物 合成材料
膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶粒与陶砂、泡沫石棉、泡 沫石膏、泡沫粘土、泡沫菱苦土、炭化石灰
微孔硅酸钙、微孔铝酸钙、微孔碳酸镁、泡沫玻璃、 加气混凝土、泡沫水泥、岩棉、玻璃棉、硅酸铝棉、 泡沫水玻璃、中空玻璃
ge
:4
热传递机理—（2）对流
t2
t1
对流：对流仅发生于流体中，它是指由于流体的宏观运动使流体各部分 之间发生相对位移而导致的热量传递过程 。
Pa ge :5
两个物理量——λ、C
➢ 导热系数λ（W/m· k ）— 厚度为1m的材料，当温
度每改变1K时，在1h时间内通过1m2面积的传热量。
传热面积 传热时间
导热系数：λ∝堆积密度。当0.1~0.8mm的颗粒 含量在50%以上时，其λ不会大于0.052W/m.K。 在真空状态下，越细的颗粒， λ越小。
Pa ge :3
1
耐热性：膨胀珍珠岩的耐火度为1280-
合 烧结型 烧结型微孔玻璃
成 型
胶凝型
泡沫水泥、泡沫石膏、泡沫菱苦土、泡沫水玻璃、微孔铝酸钙、微孔硅酸钙、加 气混凝土等
交联型 各种泡沫塑料
复 混合型 硅酸盐保温涂料、石棉硅钙板、炭化石灰板
合 复层型 蜂窝夹心板、铝箔夹心板
Pa
型 拼装型 中空玻璃
ge :2
0
——散粒状绝热材料主要利用颗粒内部的孔隙与颗粒之间 的空隙阻止热流的传递。
珍珠岩的化学成分范围
质量百分比 68.0~75.0
0.1~0.1 9.0~14. 0 0.9~4.0 0.5~0.7 0.03~0.05
化学成分 MgO CaO Na2O K2O P2O5 H2O
质量百分比
0.4~1.0
1.0~2.0
2.5~5. 0
1.5~4.5
0.01~0.04
3.0~6.0
Pa ge :2
Pa ge :2
2
料粒制备 水分调整 烧胀 冷却 筛分 制品加工
➢ 原材料及技术要求 —— 珍珠岩是酸性含水火山玻璃质岩石的总称，主要包括珍珠岩、
黑耀岩、 松脂岩三种岩石，由火山喷发急速冷却而成。 —— 珍珠岩的质量等级:在工业上除要求SiO2应占70%左右，H2O
占4% ~ 6% ，Fe2O3+FeO＜ 2.0% 外，主要通过其物理性质— 膨胀倍数划分质量等级。
Io—外来热辐射能量；IB—反射的能量； IA—吸收的能量
由A+B=1可以看出，凡是反射能力强的材料，吸收热辐射的能力就小；反之，
吸收能力强，则其反射率就越小
Pa
ge
:1
3
❖ 绝热材料的性能 1.导热系数及其影响因素 ➢材料的物质构成——化学组成和分子结构比较简单的物
质比结构复杂的物质的导热系数要大。 λ有机高分子＜ λ无机材料； λ非金属＜ λ金属 ➢孔隙率——可将孔隙或空隙中的气体视为无对流的静
➢ 绝热机理——材料孔隙中空气的导 Q 热系数大大小于固体的导热系数，
同时孔隙的存在使热量在固相中
的传递路线增加，从而传热阻力
增加，传热速度大为减缓。
t2
Pa ge :1
0
纤维型:绝热性能与纤维布置的方向有关
t1
t2
t1
Q t2
A
对于纤维质材料，不同方向上导热的性能不同：
Pa
（A）与纤维垂直的方向上，导热系数较低，绝热性能好
Q x (T1 T2 ) A t
t1 t2
Qx
(T1 T2 ) A t
Q
Q
λ↑≡导热能力强； λ↓≡绝热性能好
x
固体材料的导热系数有相当重要的实际和理论意义。高炉和锅炉的设计需要知道隔热材料从高温到环
境温度的导热系数数据；核反应堆中燃料元件的最高使用温度直接与其导热系数有关；航空和宇航Pa应
0.058~ 0.087
0.048~ 0.074
0.038~ 0.045
0.07~ 0.09
0.07~ 0.12
0.065~ 0.15
≤650 ≤1000
≤90 ≤400 ≤650
耐酸性较弱
耐酸性强，耐水性弱
耐热性强
吸水率低，耐水性强
绝热性能相对较差
Pa ge :3
0
密度：散粒的堆积密度一般为50~150kg/m3，总 孔隙率为90%~98%。粒度为0.1~0.8mm的颗粒具 有最小的堆积密度和最大的孔隙率。
工业废渣 膨胀矿渣、炉渣、粉煤灰、废砖瓦 Pa ge :1 7
绝热材料的成分类型 —续
动植物
软木、纸屑、木屑、刨花、麦糠、稻壳、玉 米芯、芦苇、蔓草、棉花、羊毛
有机绝 矿 物 泡沫沥青
热材料
合成高分子
泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氨酯、泡沫尿醛树脂、 泡沫酚醛树脂、泡沫橡胶、钙塑绝热板
金属与无机 非金属复合
用方面所遇到的极限温度环境，燃料的低温存储等都需要准确知道材料的导热系数。
ge :7
➢ 材料的比热容—质量为1g的材料，当温度升高或降低1K时所吸 收或放出的热量。
C Q m (T2 T1)
C—材料的比热容，J/(g· K)； Q—材料吸收或放出的热量，J； m—材料的质量，g； T2-T1 —材料受热或冷却前后温差，K
➢ 绝热材料的选用
——导热系数λ＜0.175W/m· K，表观密度＜ 600kg/m3，
抗压强度＞0.3MPa
绝大多数建筑材料的导热系数介于0.029-3.49W/m·K之间。应该指出，即使是同一种材
料，其导热系数也并不是常数，与材料的湿度等因素有关。
Pa ge
:9
❖ 绝热材料的基本类型
多孔型
t1
Pa ge :2
3
➢实验室简易焙烧膨胀倍数K0与工业焙烧膨胀倍数Ks对比
等级
堆积密度 （kg/m3）
K0(倍)
Ks (倍)
Fe2O3+FeO
用途
Ⅰ
≤80
≥3.5
≥15
＜1.0
生产优质膨胀珍珠岩
Ⅱ
≤150
≥2.5