第九章建筑功能材料

1、第9章 絕熱材料和吸聲材料 F9 9.1 .1 絕熱材料絕熱材料F9 9.2 .2 吸聲、隔聲材料吸聲、隔聲材料 9.1 絕熱材料 在建筑中，習(xí)慣上把用于控制室內(nèi)熱量外流的材料叫做保溫材料；把防在建筑中，習(xí)慣上把用于控制室內(nèi)熱量外流的材料叫做保溫材料；把防止室外熱量進(jìn)入室內(nèi)的材料叫做隔熱材料。保溫、隔熱材料統(tǒng)稱為絕熱材料止室外熱量進(jìn)入室內(nèi)的材料叫做隔熱材料。保溫、隔熱材料統(tǒng)稱為絕熱材料。11.1.111.1.1絕熱材料的性能絕熱材料的性能 表征絕熱材料熱工性質(zhì)的兩個(gè)主要物理量是導(dǎo)熱系數(shù)表征絕熱材料熱工性質(zhì)的兩個(gè)主要物理量是導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容和比熱容c c 選用導(dǎo)熱系數(shù)小而比熱容大的材料，可提高圍

2、護(hù)結(jié)構(gòu)的絕熱性能并保持室選用導(dǎo)熱系數(shù)小而比熱容大的材料，可提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的絕熱性能并保持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定。幾種典型材料的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容內(nèi)溫度的穩(wěn)定。幾種典型材料的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容見表見表12.112.19 9.1.2.1.2絕熱材料的類型及基本要求絕熱材料的類型及基本要求 v 多孔型多孔型 多孔型絕熱材料起絕熱作用的機(jī)理可由圖多孔型絕熱材料起絕熱作用的機(jī)理可由圖12.1來說明。當(dāng)熱量來說明。當(dāng)熱量Q從高溫面從高溫面向低溫面?zhèn)鬟f時(shí)，包括熱量在固相中的傳導(dǎo)，孔隙中高溫固體表面對氣體的輻向低溫面?zhèn)鬟f時(shí)，包括熱量在固相中的傳導(dǎo)，孔隙中高溫固體表面對氣體的輻射與對流，孔隙中氣體自身的對流與傳導(dǎo)，熱氣體對低

3、溫固體表面的輻射與對射與對流，孔隙中氣體自身的對流與傳導(dǎo)，熱氣體對低溫固體表面的輻射與對流，熱固體表面與冷固體表面之間的輻射，在常溫下，對流和輻射在總的傳熱流，熱固體表面與冷固體表面之間的輻射，在常溫下，對流和輻射在總的傳熱中所占比例很小，故以導(dǎo)熱為主，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)僅為中所占比例很小，故以導(dǎo)熱為主，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)僅為o029w/mK，大大大大小于固體的導(dǎo)熱系數(shù)，故熱量通過氣孔傳遞的阻力較大，而且孔隙的存在使熱小于固體的導(dǎo)熱系數(shù)，故熱量通過氣孔傳遞的阻力較大，而且孔隙的存在使熱量在固相中的傳熱路線大大增加，從而傳熱速度大為減緩。這就是含有大量氣量在固相中的傳熱路線大大增加，從而傳熱速度大為

4、減緩。這就是含有大量氣孔的材料能起絕熱作用的原因?？椎牟牧夏芷鸾^熱作用的原因。v 纖維型纖維型 纖維型絕熱材料的絕熱機(jī)理基本上和多孔材料的情況相似纖維型絕熱材料的絕熱機(jī)理基本上和多孔材料的情況相似( (圖圖12122)2)。顯然，。顯然，傳熱方向和纖維方向垂直時(shí)的絕熱性能比傳熱方向和纖維方向平行時(shí)要好。傳熱方向和纖維方向垂直時(shí)的絕熱性能比傳熱方向和纖維方向平行時(shí)要好。v 反射型反射型 當(dāng)外來的熱輻射能量當(dāng)外來的熱輻射能量Io投射到物體上時(shí)，通常會將其中一部分能量投射到物體上時(shí)，通常會將其中一部分能量IB反射掉反射掉，另一部分，另一部分IA，被吸收被吸收(一般熱射線都不能穿透建筑材料，故透射部分

5、忽略不計(jì)一般熱射線都不能穿透建筑材料，故透射部分忽略不計(jì))。根據(jù)能量守恒原理，則。根據(jù)能量守恒原理，則 v 由此可以看出，凡是反射能力強(qiáng)的材料，吸收熱輻射的能力就小。故利用某由此可以看出，凡是反射能力強(qiáng)的材料，吸收熱輻射的能力就小。故利用某些材料對熱輻射的反射作用些材料對熱輻射的反射作用(如鋁箔的熱反射率為如鋁箔的熱反射率為o95)，在需要絕熱的部位表在需要絕熱的部位表面貼上這種材料，就可以將絕大部分外來熱輻射面貼上這種材料，就可以將絕大部分外來熱輻射(如太陽光如太陽光)反射掉，從而起到絕反射掉，從而起到絕熱的作用。熱的作用。v 土木工程中，常把導(dǎo)熱系數(shù)小于土木工程中，常把導(dǎo)熱系數(shù)小于0175

6、WmK的材料稱為絕熱材料。選的材料稱為絕熱材料。選用絕熱材料時(shí)，一般要求其導(dǎo)熱系數(shù)不太于用絕熱材料時(shí)，一般要求其導(dǎo)熱系數(shù)不太于O175 WmK，衰觀密度衰觀密度600 9kg/m3以下，抗壓強(qiáng)度不小于以下，抗壓強(qiáng)度不小于0.3MPa。在實(shí)際應(yīng)用中，由于絕熱材料抗壓強(qiáng)度在實(shí)際應(yīng)用中，由于絕熱材料抗壓強(qiáng)度一般都很低，常將絕熱材料與承重材料復(fù)合使用。另外，由于大多數(shù)絕熱材料都一般都很低，常將絕熱材料與承重材料復(fù)合使用。另外，由于大多數(shù)絕熱材料都具有一定的吸水、吸濕能力，故在實(shí)際使用時(shí)應(yīng)注意防潮防水，需在其表層加防具有一定的吸水、吸濕能力，故在實(shí)際使用時(shí)應(yīng)注意防潮防水，需在其表層加防水層或隔汽層。水層

7、或隔汽層。9 9.1.3.1.3常用絕熱材料常用絕熱材料 絕熱材料按照它們的化學(xué)組成可以分為絕熱材料按照它們的化學(xué)組成可以分為無機(jī)絕熱材料無機(jī)絕熱材料和和有機(jī)絕熱材料有機(jī)絕熱材料1. 無機(jī)絕熱材料無機(jī)絕熱材料 多孔輕質(zhì)類無機(jī)絕熱材料多孔輕質(zhì)類無機(jī)絕熱材料 蛭石是一種有代表性的多孔輕質(zhì)類無機(jī)絕熱材料，它主要含復(fù)雜的鎂、鐵含水蛭石是一種有代表性的多孔輕質(zhì)類無機(jī)絕熱材料，它主要含復(fù)雜的鎂、鐵含水鋁硅酸鹽礦物，由云母類礦物經(jīng)風(fēng)化而成，具有層狀結(jié)構(gòu)。將天然蛭石經(jīng)破碎、預(yù)鋁硅酸鹽礦物，由云母類礦物經(jīng)風(fēng)化而成，具有層狀結(jié)構(gòu)。將天然蛭石經(jīng)破碎、預(yù)熱后快速通過煅燒帶可使蛭石膨脹熱后快速通過煅燒帶可使蛭石膨脹20

8、203030倍。膨脹蛭石的導(dǎo)熱系數(shù)約為倍。膨脹蛭石的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.0460.0460.0700.070W/mW/mK K，可在可在10001000的高溫下使用。主要用于建筑夾層，但需注意防潮。的高溫下使用。主要用于建筑夾層，但需注意防潮。 膨脹蛭石也可用水泥、水玻璃等膠結(jié)材膠結(jié)成板，用作板壁絕熱，但導(dǎo)熱系數(shù)膨脹蛭石也可用水泥、水玻璃等膠結(jié)材膠結(jié)成板，用作板壁絕熱，但導(dǎo)熱系數(shù)值比松散狀要大，一般為值比松散狀要大，一般為0.080.080.100.10W/mW/mK K纖維狀無機(jī)絕熱材料纖維狀無機(jī)絕熱材料A. A. 礦物棉礦物棉 巖棉和礦渣棉統(tǒng)稱礦物棉，由熔融的巖石經(jīng)噴吹制成的纖維材料稱為巖棉巖

9、棉和礦渣棉統(tǒng)稱礦物棉，由熔融的巖石經(jīng)噴吹制成的纖維材料稱為巖棉，由熔融礦渣經(jīng)噴吹制成的纖維材料稱為礦渣棉。將礦物棉與有機(jī)膠結(jié)劑結(jié)，由熔融礦渣經(jīng)噴吹制成的纖維材料稱為礦渣棉。將礦物棉與有機(jī)膠結(jié)劑結(jié)合可以制成礦棉板、氈、管殼等制品，其堆積密度約為合可以制成礦棉板、氈、管殼等制品，其堆積密度約為4545150150kg/mkg/m3 3，導(dǎo)熱系導(dǎo)熱系數(shù)約為數(shù)約為0.0490.0490.0440.044W/mW/mK K。由于低堆積密度的礦棉內(nèi)空氣可發(fā)生對流而導(dǎo)熱由于低堆積密度的礦棉內(nèi)空氣可發(fā)生對流而導(dǎo)熱，因而，堆積密度低的礦物棉導(dǎo)熱系數(shù)反而略高。最高使用溫度約為，因而，堆積密度低的礦物棉導(dǎo)熱系數(shù)反而

10、略高。最高使用溫度約為600600。礦棉也可制成粒狀棉用作填充材料，其缺點(diǎn)是吸水性大、彈性小。礦棉也可制成粒狀棉用作填充材料，其缺點(diǎn)是吸水性大、彈性小。 B. 玻璃纖維玻璃纖維 玻璃纖維一般分為長纖維和短纖維。短纖維相互縱橫交錯(cuò)在一起，構(gòu)成了玻璃纖維一般分為長纖維和短纖維。短纖維相互縱橫交錯(cuò)在一起，構(gòu)成了多孔結(jié)構(gòu)的玻璃棉，常用于作絕熱材料。玻璃棉堆積密度約多孔結(jié)構(gòu)的玻璃棉，常用于作絕熱材料。玻璃棉堆積密度約4545150150kg/mkg/m3 3，導(dǎo)導(dǎo)熱系數(shù)約為熱系數(shù)約為0.0410.0410.0350.035W/mW/mK K。玻璃纖維制品的纖維直徑對其導(dǎo)熱系數(shù)有較玻璃纖維制品的纖維直徑對

11、其導(dǎo)熱系數(shù)有較大影響，導(dǎo)熱系數(shù)隨纖維直徑增大而增加。以玻璃纖維為主要原料的保溫隔熱大影響，導(dǎo)熱系數(shù)隨纖維直徑增大而增加。以玻璃纖維為主要原料的保溫隔熱制品主要有：瀝青玻璃棉氈和酚醛玻璃棉板，以及各種玻璃氈、玻璃毯等，通制品主要有：瀝青玻璃棉氈和酚醛玻璃棉板，以及各種玻璃氈、玻璃毯等，通常用于房屋建筑的墻體保溫層。常用于房屋建筑的墻體保溫層。 泡沫狀無機(jī)絕熱材料泡沫狀無機(jī)絕熱材料A. 泡沫玻璃泡沫玻璃 泡沫玻璃是用玻璃細(xì)粉和發(fā)泡劑（石灰石、碳化鈣和焦炭）經(jīng)粉磨、混合泡沫玻璃是用玻璃細(xì)粉和發(fā)泡劑（石灰石、碳化鈣和焦炭）經(jīng)粉磨、混合、裝模、煅燒（、裝模、煅燒（800左右）而得到的多孔材料。泡沫玻璃導(dǎo)

12、熱系數(shù)小、抗壓左右）而得到的多孔材料。泡沫玻璃導(dǎo)熱系數(shù)小、抗壓強(qiáng)度高、抗凍性好、耐久性好，并且對水分、水蒸汽和其它氣體具有不滲透強(qiáng)度高、抗凍性好、耐久性好，并且對水分、水蒸汽和其它氣體具有不滲透性，還容易進(jìn)行機(jī)械加工，可鋸、鉆、車及打釘?shù)?。表觀密度為性，還容易進(jìn)行機(jī)械加工，可鋸、鉆、車及打釘?shù)?。表觀密度為150200kg/m3的泡沫玻璃，其導(dǎo)熱系數(shù)約為的泡沫玻璃，其導(dǎo)熱系數(shù)約為0.0420.048W/mK，抗壓強(qiáng)度達(dá)抗壓強(qiáng)度達(dá)0.550.16MPa。泡沫玻璃作為絕熱材料在建筑上主要用于保溫墻體、地板泡沫玻璃作為絕熱材料在建筑上主要用于保溫墻體、地板、天花板及屋頂保溫?？捎糜诤涞貐^(qū)建筑低層的建

13、筑物。、天花板及屋頂保溫?？捎糜诤涞貐^(qū)建筑低層的建筑物。 B. 多孔混凝土多孔混凝土 多孔混凝土是指具有大量均勻分布、直徑小于多孔混凝土是指具有大量均勻分布、直徑小于2mm的封閉氣孔的輕質(zhì)混的封閉氣孔的輕質(zhì)混凝土，主要有泡沫混凝土和加氣混凝土。隨著表觀密度減小，多孔混凝土的凝土，主要有泡沫混凝土和加氣混凝土。隨著表觀密度減小，多孔混凝土的絕熱效果而增加，但強(qiáng)度下降絕熱效果而增加，但強(qiáng)度下降。 二二.有機(jī)絕熱材料有機(jī)絕熱材料 泡沫塑料泡沫塑料 泡沫塑料是以各種樹脂為基料，加入各種輔助料經(jīng)加熱發(fā)泡制得的輕質(zhì)保溫材泡沫塑料是以各種樹脂為基料，加入各種輔助料經(jīng)加熱發(fā)泡制得的輕質(zhì)保溫材料。泡沫塑料目前

14、廣泛用作建筑上的保溫隔音材料，其表觀密度很小，隔熱性能好料。泡沫塑料目前廣泛用作建筑上的保溫隔音材料，其表觀密度很小，隔熱性能好，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，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。沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、泡沫酚醛塑料等。 硬質(zhì)泡沫橡膠硬質(zhì)泡沫橡膠 硬質(zhì)泡沫橡膠用化學(xué)發(fā)泡法制成。特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)小而強(qiáng)度大。硬質(zhì)泡沫橡膠硬質(zhì)泡沫橡膠用化學(xué)發(fā)泡法制成。特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)小而強(qiáng)度大。硬質(zhì)泡沫橡膠的表觀密度在的表觀密度在0.0640.12g/cm3之間。表觀密度越小，保溫性能

15、越好，但強(qiáng)度越之間。表觀密度越小，保溫性能越好，但強(qiáng)度越低。硬質(zhì)泡沫橡膠的抗堿和鹽的侵蝕能力較強(qiáng)，但強(qiáng)的無機(jī)酸及有機(jī)酸對它有侵低。硬質(zhì)泡沫橡膠的抗堿和鹽的侵蝕能力較強(qiáng)，但強(qiáng)的無機(jī)酸及有機(jī)酸對它有侵蝕作用。它不溶于醇等弱溶劑，但易被某些強(qiáng)有機(jī)溶劑軟化溶解。硬質(zhì)泡沫橡膠蝕作用。它不溶于醇等弱溶劑，但易被某些強(qiáng)有機(jī)溶劑軟化溶解。硬質(zhì)泡沫橡膠為熱塑性材料，耐熱性不好，在為熱塑性材料，耐熱性不好，在65左右開始軟化。硬質(zhì)泡沫橡膠有良好的低溫左右開始軟化。硬質(zhì)泡沫橡膠有良好的低溫性能，低溫下強(qiáng)度較高且較好的體積穩(wěn)定性，可用于冷凍庫。性能，低溫下強(qiáng)度較高且較好的體積穩(wěn)定性，可用于冷凍庫。9.2 吸聲、隔聲材

16、料 v 當(dāng)聲波遇到材料表面時(shí)，被吸收聲能與入射聲能之比，稱當(dāng)聲波遇到材料表面時(shí)，被吸收聲能與入射聲能之比，稱為吸聲系數(shù)。通常取為吸聲系數(shù)。通常取125125，250250，500500，10001000，20002000，40004000（HzHz）等六個(gè)頻率的吸聲系數(shù)來表示材料的吸聲頻率特性。等六個(gè)頻率的吸聲系數(shù)來表示材料的吸聲頻率特性。凡六個(gè)頻率的平均吸聲系數(shù)大于凡六個(gè)頻率的平均吸聲系數(shù)大于0.20.2的材料，稱為吸聲材的材料，稱為吸聲材料。料。v 吸聲材料大多為輕質(zhì)、疏松、多孔的，孔隙在吸聲材料大多為輕質(zhì)、疏松、多孔的，孔隙在7070以上。以上。常用的吸聲材料有玻璃棉、巖棉、礦棉等纖維材

17、料及板、常用的吸聲材料有玻璃棉、巖棉、礦棉等纖維材料及板、氈、石膏板、纖維板等。氈、石膏板、纖維板等。v 材料的吸聲系數(shù)越高，吸聲效果越好。在音樂廳、影劇院、大會堂、播材料的吸聲系數(shù)越高，吸聲效果越好。在音樂廳、影劇院、大會堂、播音室等內(nèi)部的墻面、地面、頂棚等部位，適當(dāng)采用吸聲材料，能改善聲波音室等內(nèi)部的墻面、地面、頂棚等部位，適當(dāng)采用吸聲材料，能改善聲波在室內(nèi)傳播的質(zhì)量，保證良好的音響效果。在室內(nèi)傳播的質(zhì)量，保證良好的音響效果。9.2.1吸聲材料及其構(gòu)造 F1.1.多孔吸聲材料多孔吸聲材料 F2.2.柔性吸聲材料柔性吸聲材料 F3.3.簾幕吸聲體簾幕吸聲體 F4.4.懸掛空間吸聲體懸掛空間吸

18、聲體 F5.5.薄板振動吸聲結(jié)構(gòu)薄板振動吸聲結(jié)構(gòu) F6.6.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) F 1.多孔吸聲材料多孔吸聲材料 聲波進(jìn)入材料內(nèi)部互相貫通的孔隙，空氣分子受到摩擦和粘滯阻力，使空氣聲波進(jìn)入材料內(nèi)部互相貫通的孔隙，空氣分子受到摩擦和粘滯阻力，使空氣產(chǎn)生振動，從而使聲能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最后因摩擦而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮鼙晃?。這類多產(chǎn)生振動，從而使聲能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最后因摩擦而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮鼙晃?。這類多孔材料的吸聲系數(shù)一般從低頻到高頻逐漸增大，故對中頻和高頻的聲音吸收效孔材料的吸聲系數(shù)一般從低頻到高頻逐漸增大，故對中頻和高頻的聲音吸收效果較好。材料中開放的、互相連通的，細(xì)傲的氣孔越多，其

19、吸聲性能越好。果較好。材料中開放的、互相連通的，細(xì)傲的氣孔越多，其吸聲性能越好。F2.2.柔性吸聲材料柔性吸聲材料 具有密閉氣孔和一定彈性的材料，如泡沫塑料，聲波引起的空氣振動不易傳具有密閉氣孔和一定彈性的材料，如泡沫塑料，聲波引起的空氣振動不易傳至其內(nèi)部，只能相應(yīng)地產(chǎn)生振動，在振動過程中由于克服材料內(nèi)部的摩擦而消耗至其內(nèi)部，只能相應(yīng)地產(chǎn)生振動，在振動過程中由于克服材料內(nèi)部的摩擦而消耗了聲能，引起聲波衰減。這種材料的吸聲特性是在一定的頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)或了聲能，引起聲波衰減。這種材料的吸聲特性是在一定的頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)吸收頻率。多個(gè)吸收頻率。 3.簾幕吸聲體簾幕吸聲體 簾幕吸聲體是用具

20、有通氣性能簾幕吸聲體是用具有通氣性能的紡織品，安裝在離墻面或窗洞的紡織品，安裝在離墻面或窗洞一定距離處，背后設(shè)置空氣層。一定距離處，背后設(shè)置空氣層。這種吸聲體對中、高頻都有一定這種吸聲體對中、高頻都有一定的吸聲效果。的吸聲效果。4.懸掛空間吸聲體懸掛空間吸聲體 懸掛于空間的吸聲體，增加了有效懸掛于空間的吸聲體，增加了有效的吸聲面積，加上聲波的衍射作用，的吸聲面積，加上聲波的衍射作用，大大提高了實(shí)際的吸聲效果。空間吸大大提高了實(shí)際的吸聲效果。空間吸聲體可設(shè)計(jì)成多種形式懸掛在頂棚下聲體可設(shè)計(jì)成多種形式懸掛在頂棚下面。面。5.薄板振動吸聲結(jié)構(gòu)薄板振動吸聲結(jié)構(gòu) 將膠合板、薄木板、纖維板、石膏將膠合板、薄木板、纖維板、石膏板等的周邊釘在墻或頂棚的龍骨上，并板等的周邊釘在墻或頂棚的龍骨上，并在背后留有空氣層，即成薄板振動吸聲在背后留有空氣層，即成薄板振動吸聲結(jié)構(gòu)。該吸聲結(jié)構(gòu)主要吸收低頻串的聲結(jié)構(gòu)。該吸聲結(jié)構(gòu)主要吸收低頻串的聲波波 。6.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) 穿孔的各種材質(zhì)薄板周邊固定在穿孔的各種材質(zhì)薄板周邊固定在龍骨上，井在背后設(shè)置空氣層即成穿龍骨上，井在背后設(shè)置空氣層即成穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)。這種吸聲結(jié)孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)。這種吸聲結(jié)構(gòu)具有適合中頻的吸聲特性使用普構(gòu)具有適合中頻的吸聲特性使用普遍。遍。 常用吸