保溫隔熱材料和吸聲材料

1、第九章 保溫隔熱材料和吸聲材料保溫隔熱材料和吸聲材料都是功能性材料。建筑功能材料是賦予建筑物特殊功能的材料，因?yàn)樘厥夤δ芤?，如保溫隔熱、吸聲、隔聲、裝飾、防火、防水等，難以用建筑結(jié)構(gòu)材料來(lái)滿足要求，需要采用特殊功能材料來(lái)實(shí)現(xiàn)人們對(duì)建筑物諸多使用功能的需求。保溫隔熱材料和吸聲材料，都具有質(zhì)輕、多孔或纖維狀的特點(diǎn)。高層建筑、城市高架橋、高速公路等土木工程中均非常重視這類材料的開發(fā)與應(yīng)用。 第一節(jié)第一節(jié) 保溫隔熱材料保溫隔熱材料 保溫隔熱材料是防止住宅、生產(chǎn)車間、公共建筑及各種熱工設(shè)備中熱量傳遞的材料，也稱為絕熱材料。在土木工程中，保溫隔熱材料主要用于墻體和屋頂保溫隔熱，以及熱工設(shè)備、采暖和空調(diào)管

2、道的保溫，在冷藏設(shè)備中則大量用作隔熱。一、保溫隔熱材料的作用原理及影響因素一、保溫隔熱材料的作用原理及影響因素（一）保溫隔熱材料的作用原理（一）保溫隔熱材料的作用原理傳熱的基本形式有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三種。保溫隔熱性能良好的材料是多孔且封閉的，與熱傳導(dǎo)相比，熱對(duì)流和熱輻射所占的比例很小，主要考慮熱傳導(dǎo)。 工程中，通常把導(dǎo)熱系數(shù)小于0.23W/m k的材料稱為保溫隔熱材料（又稱為絕熱材料）。（二）影響材料保溫隔熱性能的主要因素（二）影響材料保溫隔熱性能的主要因素1.1.材料的組成及微觀結(jié)構(gòu)。材料的組成及微觀結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)熱系數(shù)以金屬最大，非金屬次之，液體再之，氣體最小。結(jié)晶體結(jié)構(gòu)的最大，

3、微晶體結(jié)構(gòu)的次之，玻璃體結(jié)構(gòu)的最小。對(duì)于保溫隔熱材料來(lái)說(shuō)，由于孔隙率大，氣體（空氣）對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)起主要作用，而固體部分的結(jié)構(gòu)不論是晶態(tài)還是玻璃態(tài)，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響均不大。 2. 孔隙率與孔隙特征。孔隙率與孔隙特征。材料的孔隙率愈大（表觀密度愈?。?，一般來(lái)說(shuō)，材料的導(dǎo)熱系數(shù)也愈小?？紫堵氏嗤瑫r(shí)，孔徑愈小、孔隙分布愈均勻，其導(dǎo)熱系數(shù)愈??；材料中孔隙封閉時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)比孔隙連通時(shí)的要小。對(duì)于纖維狀材料，當(dāng)纖維之間壓實(shí)至某一表觀密度時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)最小，該表觀密度稱為最佳表觀密度。當(dāng)纖維材料的表觀密度小于最佳表觀密度時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)反而增大，這是由于孔隙增大且相互連通，引起空氣對(duì)流的結(jié)果。 3. 3. 材料的

4、濕度。材料的濕度。 材料吸濕受潮后，其導(dǎo)熱系數(shù)增大，這在多孔材料中最為明顯。因此，保溫隔熱材料應(yīng)特別注意防水防潮。 蒸汽滲透是值得注意的問(wèn)題。水蒸汽能從溫度較高的一側(cè)滲入材料，當(dāng)水蒸汽在材料孔隙中達(dá)到最大飽和度時(shí)就凝結(jié)成水，從而使溫度較低的一側(cè)表面上出現(xiàn)冷凝水滴，這不僅大大提高了導(dǎo)熱性，而且還會(huì)降低材料的強(qiáng)度和耐久性。防止的方法是在可能出現(xiàn)冷凝水的界面上，用瀝青卷材、鋁箔或塑料薄膜等憎水性材料加做隔蒸汽層。 4. 材料的溫度。材料的溫度。材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大，但這種影響，當(dāng)溫度在050范圍內(nèi)時(shí)并不顯著，只有對(duì)處于高溫或負(fù)溫下的材料，才要考慮溫度的影響。5. 5. 熱流方向。熱流方向

5、。對(duì)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(shí)，熱流受阻小，故導(dǎo)熱系數(shù)大，而熱流垂直于纖維方向時(shí)，熱流受阻大，故導(dǎo)熱系數(shù)小。對(duì)材料的保溫隔熱性能影響最大的是材料的表觀密度和濕度。因而在測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，也必須測(cè)定材料的表觀密度。 二、常用保溫隔熱材料二、常用保溫隔熱材料保溫隔熱材料按化學(xué)成分可分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類；按材料的構(gòu)造可分為纖維狀、松散粒狀和多孔狀三種。通?？芍瞥砂?、片、卷材或管殼等多種型式的制品。無(wú)機(jī)保溫隔熱材料的表觀密度較大，但不易腐朽，不會(huì)燃燒，有的能耐高溫。有機(jī)保溫隔熱材料則質(zhì)輕，絕熱性能好，但耐熱性較差。 （一）纖維狀保溫隔熱材料（一）纖維狀保溫隔熱材

6、料這類材料主要是以礦棉、石棉、玻璃棉及植物纖維等為主要原料，制成板、筒、氈等形狀的制品，廣泛用于住宅建筑和熱工設(shè)備、管道等的保溫隔熱。這類保溫隔熱材料通常也是良好的吸聲材料。（二）散粒狀保溫隔熱材料（二）散粒狀保溫隔熱材料 包括：膨脹蛭石及其制品，膨脹珍珠巖及其制品，天然和人工陶粒，有機(jī)泡沫顆粒。 （三）多孔性板塊保溫隔熱材料（三）多孔性板塊保溫隔熱材料包括：微孔硅酸鈣制品，泡沫玻璃，泡沫混凝土，加氣混凝土，硅藻土，泡沫塑料。 （四）其他保溫隔熱材料（四）其他保溫隔熱材料包括：軟木板（栓木），蜂窩板，窗用絕熱薄膜。 華大建材樣品室保溫隔熱材料樣品華大建材樣品室保溫隔熱材料樣品栓木栓木穿孔吸聲石

7、膏板穿孔吸聲石膏板巖棉氈巖棉氈珍珠巖和膨珍珠巖和膨脹珍珠巖脹珍珠巖栓木栓木玻璃纖維玻璃纖維高鋁水泥耐火澆筑料高鋁水泥耐火澆筑料聚苯乙烯顆粒聚苯乙烯顆粒陶粒陶粒聚乙烯泡沫聚乙烯泡沫加氣混凝土加氣混凝土聚氨酯泡沫聚氨酯泡沫浮石浮石聚苯板聚苯板粉煤灰粉煤灰加氣混加氣混凝土凝土瀝青膨脹珍珠巖瀝青膨脹珍珠巖砂加氣混凝土砂加氣混凝土彩鋼夾芯板彩鋼夾芯板現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡聚氨酯現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡聚氨酯鋁箔面聚氨酯夾芯板鋁箔面聚氨酯夾芯板石粉加氣混凝土石粉加氣混凝土浮石浮石彩鋼聚苯夾芯板彩鋼聚苯夾芯板輕質(zhì)混凝土復(fù)合墻板輕質(zhì)混凝土復(fù)合墻板陶粒陶粒聚苯顆粒聚苯顆粒加氣混凝土加氣混凝土粉煤灰粉煤灰微孔硅酸鈣微孔硅酸鈣鋁箔面聚氨鋁箔面聚

8、氨酯夾芯板酯夾芯板聚苯顆粒聚苯顆粒珍珠巖和膨珍珠巖和膨脹珍珠巖脹珍珠巖栓木栓木栓木栓木石棉石棉巖棉氈巖棉氈穿孔吸聲石膏板穿孔吸聲石膏板輕質(zhì)混凝土復(fù)合墻板輕質(zhì)混凝土復(fù)合墻板浮石浮石加氣加氣混凝混凝土土加氣加氣混凝混凝土土聚苯聚苯板板現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡聚氨酯現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡聚氨酯三、保溫隔熱材料的選用及基本要求三、保溫隔熱材料的選用及基本要求選用保溫隔熱材料時(shí)，應(yīng)滿足的基本要求是：導(dǎo)熱系數(shù)不宜大于0.23W/m k ，表觀密度不宜大于600kg/m3，抗壓強(qiáng)度則應(yīng)大于0.3MPa。在選用保溫隔熱材料時(shí)，應(yīng)結(jié)合建筑物的用途、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、施工難易、材料來(lái)源和經(jīng)濟(jì)核算等綜合考慮。對(duì)于一些特殊建筑物，還必須考慮保溫隔熱

9、材料的使用溫度條件、不燃性、化學(xué)穩(wěn)定性及耐久性等。第二節(jié)第二節(jié) 吸聲材料吸聲材料 一、吸聲材料的作用原理一、吸聲材料的作用原理聲音在傳播過(guò)程中，一部分聲能隨著距離增大而擴(kuò)散，另一部分聲能則因空氣分子的吸收而減弱。聲能的這種減弱現(xiàn)象，在室外空曠處頗為明顯，但在室內(nèi)如果房間空間并不大，上述這種聲能減弱就不起主要作用，而重要的是室內(nèi)墻壁、天花板、地板等材料表面對(duì)聲能吸收。當(dāng)聲波遇到材料表面時(shí)，一部分被反射，另一部分穿透材料，其余的聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收。被材料吸收的聲能E（包括部分穿透材料的聲能在內(nèi)）與原先傳遞給材料的全部聲能E0之比，是評(píng)定材料吸聲性能好壞的主要指標(biāo)，稱為吸聲系數(shù)。 材料的吸聲性能

10、除了與材料本身性質(zhì)、厚度及材料表面狀況（有無(wú)空氣層及空氣層的厚度）有關(guān)外，還與聲波的入射角及頻率有關(guān)。因此，吸聲系數(shù)用聲音從各個(gè)方向入射的平均值表示，并應(yīng)指出是對(duì)哪一頻率的吸收。一般而言，材料內(nèi)部開放連通的氣孔越多，吸聲性能越好。同一材料，對(duì)于高、中、低不同頻率的吸聲系數(shù)不同。為了全面反映材料的吸聲性能，規(guī)定取125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz等6個(gè)頻率的吸聲系數(shù)來(lái)表示材料的吸聲特性。對(duì)上述6個(gè)頻率的平均吸聲系數(shù)大于0.2的材料，認(rèn)為是吸聲材料。 二、吸聲材料的結(jié)構(gòu)形式二、吸聲材料的結(jié)構(gòu)形式1. 多孔吸聲結(jié)構(gòu)多孔吸聲結(jié)構(gòu)多孔性吸聲材料是常用的一種吸聲材

11、料，它具有良好的中高頻吸聲性能。多孔性吸聲材料具有大量的內(nèi)外連通微孔，通氣性良好。當(dāng)聲波入射到材料表面時(shí)，聲波很快地順著微孔進(jìn)入材料內(nèi)部，引起孔隙內(nèi)的空氣振動(dòng)，由于摩擦，空氣粘滯阻力和材料內(nèi)部的熱傳導(dǎo)作用，使相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收。 影響多孔性材料吸聲性能的主要因素：（1）材料的孔隙率與孔隙特征的影響。）材料的孔隙率與孔隙特征的影響。材料的孔隙率愈大（表觀密度愈?。?、開口連通孔隙愈多，吸聲性能愈好；材料的孔隙率相同時(shí)，開口連通孔隙的孔徑愈細(xì)小、分布愈均勻，吸聲性能愈好。當(dāng)材料吸濕或表面噴涂油漆、空隙充水或堵塞，會(huì)大大降低吸聲材料的吸聲效果。（2 2）材料表觀密度的影響。）材料表觀密度

12、的影響。多孔材料表觀密度增加，意味著微孔減小，能使低頻吸聲效果有所提高，但高頻吸聲性能卻下降。 （3）材料厚度的影響。）材料厚度的影響。多孔材料的低頻吸聲系數(shù)，一般隨著厚度的增加而提高，但厚度對(duì)高頻影響不顯著。材料的厚度增加到一定程度后，吸聲效果的變化就不明顯。所以為提高材料吸聲效果而無(wú)限制地增加厚度是不適宜的。（4）背后空氣層的影響。）背后空氣層的影響。大部分吸聲材料都是固定在龍骨上，材料背后空氣層的作用相當(dāng)于增加了材料的厚度，吸聲效果一般隨著空氣層厚度增加而提高。當(dāng)材料背后空氣層厚度等于1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，可獲得最大的吸聲系數(shù)，根據(jù)這個(gè)原理，調(diào)整材料背后空氣層厚度，可以提高其吸聲效果。

13、2. 薄板振動(dòng)吸聲結(jié)構(gòu)薄板振動(dòng)吸聲結(jié)構(gòu)薄板振動(dòng)吸聲結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是具有低頻吸聲特性，同時(shí)還有助于聲波的擴(kuò)散。建筑中常用膠合板、薄木板、硬質(zhì)纖維板、石膏板、石棉水泥板或金屬板等，把它們固定在墻或頂棚的龍骨上，并在背后留有空氣層，即成薄板振動(dòng)吸聲結(jié)構(gòu)。土木工程中常用的薄板振動(dòng)吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率約在80300Hz之間，在此共振頻率附近的吸聲系數(shù)最大，約為0.20.5，而在其他共振頻率附近的吸聲系數(shù)就較低。 3. 共振吸聲結(jié)構(gòu)共振吸聲結(jié)構(gòu)共振吸聲結(jié)構(gòu)具有密閉的空腔和較小的開口孔隙，很像個(gè)瓶子。當(dāng)瓶腔內(nèi)空氣收到外力激蕩，會(huì)按一定的頻率振動(dòng)，這就是共振吸聲器。為了獲得較寬頻率帶的吸聲性能，常采用組合共振吸聲結(jié)

14、構(gòu)或穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)。 4. 穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)具有適合中頻的吸聲特性。這種吸聲結(jié)構(gòu)與單獨(dú)的共振吸聲器相似，可看作是多個(gè)單獨(dú)共振吸聲器并聯(lián)而成。穿孔板厚度、穿孔率、孔徑、孔距、背后空氣層厚度以及是否填充多孔吸聲材料等，都直接影響吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲性能。這種吸聲結(jié)構(gòu)由穿孔的膠合板、硬質(zhì)纖維板、石膏板、石棉水泥板、鋁合板、薄鋼板等，固定在龍骨上，并在背后設(shè)置空氣層而構(gòu)成，這種吸聲材料在建筑中使用比較普遍。 5. 柔性吸聲結(jié)構(gòu)柔性吸聲結(jié)構(gòu)具有密閉氣孔和一定彈性的材料，如聚氯乙稀泡沫塑料，表面仍為多孔材料，但因其有密閉氣孔，聲波引起的空氣振動(dòng)不是直接傳

15、遞至材料內(nèi)部，只能相應(yīng)的產(chǎn)生振動(dòng)，在振動(dòng)過(guò)程中由于克服材料內(nèi)部的摩擦而消耗聲能，引起聲波衰減。6. 6. 懸掛空間吸聲結(jié)構(gòu)懸掛空間吸聲結(jié)構(gòu)懸掛于空間的吸聲體，由于聲波與吸聲材料的兩個(gè)或兩個(gè)以上的表面接觸，增加了有效的吸聲面積，產(chǎn)生邊緣效應(yīng)，加上聲波的衍射作用，大大提高吸聲效果。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)不通的使用部位和要求，設(shè)計(jì)成各種形式的懸掛空間吸聲結(jié)構(gòu)。7. 簾幕吸聲結(jié)構(gòu)簾幕吸聲結(jié)構(gòu)簾幕吸聲結(jié)構(gòu)是用具有通氣性能的紡織品，安裝在離開墻面或窗洞一段距離處，背后設(shè)置空氣層。這種吸聲體對(duì)中、高頻都有一定的吸聲效果。簾幕的吸聲效果還與所用材料種類有關(guān)。簾幕吸聲體安裝拆卸方便，兼具裝飾作用，應(yīng)用價(jià)值高。 三、吸聲材料的選用及安裝注意事項(xiàng)三、吸聲材料的選用及安裝注意事項(xiàng)1. 應(yīng)將其安裝在最容易接觸聲波和反射次數(shù)最多的表面上，而不應(yīng)把它集中在天花板或某一面的墻壁上，并應(yīng)比較均勻地分布在室內(nèi)各表面上。2. 吸聲材料強(qiáng)度一般較低，應(yīng)設(shè)置在護(hù)壁線以上。3. 多孔吸聲材料往往易于吸濕，安裝時(shí)應(yīng)考慮到濕脹干縮的影響。4. 選用的吸聲材料應(yīng)不易蟲蛀、腐朽，且不易燃燒