绝热材料

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45～150kg/m3，导热系数 约为0.049～0.044W/m· K。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。
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 械加工，可锯、钻、车及打钉等。表观密度为 150～200kg/m3的泡沫玻璃，其导热系数约为 0.042～0.048W/m· K，抗压强度达0.55～0.16MPa。 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
• ①泡沫塑料
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。
• 绝热材料按照它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
①多孔轻质类无机绝热材料 ②纤维状无机绝热材料
A. 矿物棉 B. 玻璃纤维 ③泡沫状无机绝热材料 A. 泡沫玻璃 B. 多孔混凝土
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
• 建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。隔
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。
• (2) 吸声材料及其结构
• 影响材料导热系数的因素有：
金属材料＞无机非金属材料＞有机材料。 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。 隙间连通越多，导热系数越大。 λ=0.58W/m·K， 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λ=2.33W/m·K，）则 导热能力更大。
• ②硬质泡沫橡胶
导热系数小而强度大。硬质泡沫橡胶的表观密 度在0.064～0.12g/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。
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20～30倍。膨胀蛭石的导热系数约为 0.046～0.070W/m· K，可在1000℃的高温下使 用。主要用于建筑夹层，但需注意防潮。 结成板，用作板壁绝热，但导热系数值比松散 状要大，一般为0.08～0.10W/m· K。
• 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。
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： ①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； ②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； ③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； ④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。
• ②共振吸声结构
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。
• ③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。
土木工程材料学
第十章 绝热吸声材料
李庚英
E-mail: gyli@stu.edu.cn 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 λ<0.23W/m·K的材料称为绝热材料。
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 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。
隔声材料
Βιβλιοθήκη Baidu声材料及其结构
• ①多孔吸声材料
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， 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。
B. 玻璃纤维
• 玻璃纤维一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45～ 150kg/m3，导热系数约为0.041～0.035W/m· K。 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。