土木工程材料教学第十一章建筑功能材料课件.ppt

第十一章 建筑功能材料一、在建筑中，习惯上将用于控制室内外热量外流的材料叫做保温材料；把防止室外热量进入室内的材料叫隔热材料。保温、隔热材料统称为绝热材料。绝热材料应具有较小的传导热量的能力，主要用于建筑物墙壁和屋面的保温；也用于热力设备及管道的保温及制冷工程和设备的隔热。绝热材料按其成分分为有机绝热材料和无机绝热材料两种。二、基本要求：通过本章学习应了解绝热、吸声在建筑中的意义及常见的绝热、吸声材料，理解绝热与吸声的概念及机理，掌握绝热和吸声材料的构造特点及影响其性能的因素。第一节 材料的导热性和热容量一、建筑绝热的意义1、热本质上是物质中的分子、原子和电子等微观结构的组成部分的移动、转动和震动所释放的能量，热在物质内的传递为传热。传热可以分为三种基本方式：导热、对流和辐射。三种基本传热方式并不是完全独立的，在具体的传热过程中都是三种基本传热方式的复合作用，只不过有的传热是以某一种方式为主。2、建筑材料的传热是以传导为主的。当室内外存在温差时，就会通过房屋的围护结构(外墙、门窗及屋顶等)产生传热现象。冬天由于室内温度高于室外，热量从室内经围护结构向外传出，造成热损失；夏天室外温度高，热的传递正相反，则热经由外围护结构传至室内而使室内温度升高。为了常年保持室内有适宜于人们工作、学习和生活的气温，房屋的围护结构所采用的建筑材料必须具有一定的绝热性能，这样使室内冬暖夏凉，减少供暖和降温用的石油、煤、电等资源的耗用量，这对节能具有十分重要的意义。二导热系数及影响因素（一）、导热性:Q=AZ（t1-t2)/a 式中：材料的导热系数，W/MK；Q材料传导的热量，J；A传热面积，平方米；t1-t2传热时材料两面的温度差，；a传热材料的厚度，m.导热系数是评定材料导热性能的重要物理指标。通常是通过实验来测定的，对于绝大多数材料，所测得的导热系数值实际上为传导、对流和辐射的综合结果，因此严格地讲，实测值为该材料的等效或表观导热系数值。绝大多数建筑材料的导热系数介于0.0233.49W/M。K之间，值越小，说明材料越不易导热。通常把导热系数不大于0.175W/M。K的材料称为绝热材料。2、孔结构材料的孔结构包括两方面的含义：孔隙率与孔隙特征。在孔隙特征相近的情况下，在工程上可用体积密度来代替孔隙率以表征孔结构对导热性能的影响。体积密度越小，孔隙率越大，即在材料的表观体积内气体占的比例越大，则导热系数越小。绝大多数的绝热材料正是利用这一点来实现绝热的。如多孔混凝土、膨胀珍珠岩、泡沫塑料等。在孔隙率相近的情况下，孔径越大，孔隙互相连通的越多，导热系数越大。这是由于气体产生了对流的结果。有些纤维材料，当体积密度低于某一极限时，导热系数反而增大就是这个原因。因此这类材料存在一个最佳体积密度，即在这个体积密度下导热系数最小，当体积密度超过或低于这个限值时，导热系数都将增大。3、湿度材料吸湿受潮后，其导热系数就增大，在多孔材料中最为明显。这是由于在材料的孔隙中有了水分（包括水蒸气和液态水）后，除了孔隙中剩余空气分子得到热、对流以及部分孔壁的辐射之外，孔隙中蒸汽的扩散和水分子的热传导起着主要作用。因水的导热能力（0.58W/M.K）比孔隙中的空气的导热能力（0.023W/M.K）大20倍左右。若孔隙中的水结成了冰（2.3W/M.K），则导热系数更大。5、热流方向对于各向异性材料，如木材等纤维质的材料，当热流平行于纤维延伸方向时，热流受到的阻力小；而垂直于纤维方向时，受到的阻力最大。在使用此类材料时要考虑这个因素。上述各项因素中以孔结构和湿度对导热系数影响最大。孔结构对导热系数的影响在工程上可近视地用体积密度来处理。体积密度是由材料本身的组成和结构决定的，组成、结构不同，材料的导热性能也就不同，所以在工程上体积密度是决定材料导热性能的重要依据，也是选择绝热材料的重要依据之一。至于湿度应根据使用条件来估计，在测定导热系数时最好在接近使用条件的温、湿度的条件下来进行。三 热容量是指材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性能。热容量的大小用比热（或称热容量系数表示）材料受热（或冷却）时，吸收（或放出）的热量的大小与材料的比热、质量，温度差成正比。Q=cm(t2-t1);则 c=Q/m(t2-t1);式中：Q材料吸收（或放出）前后的热量，KJ；m材料质量，Kg;（t2-t1)材料受热（或冷却）前后的温度差，K；c材料的比热，KJ/KgK。返回键材料名称钢材混凝土松木普通粘土砖干砂水比热 J/KgK0.481031.001032.721030.881030.51034.18103第二节 无机绝热材料无机绝热材料主要是用矿物质经加工而成的，常见的纤维状、散粒状、或制成板、块、片、卷材、套管等制品。无机绝热材料按绝热材料构造状态可分为纤维状材料、颗粒状材料和多孔材料三类。一、纤维状材料 纤维状材料常有天然的（如石棉）与人造的（如矿棉、岩棉和玻璃棉）两类。（二）矿渣棉及其制品 矿渣棉是利用工业废渣为主要原料，经熔化、高速离心法或喷吹法等工序制成的一种棉丝状材料。一般，在0.02MPa压力下，表观密度不大于150Kg/m3，不大于0.04W/mK。但在施工操作中，对人体有刺痒皮肤的缺点。为克服这一缺点，常用沥青或树脂为粘结材料，制成各种规格的板、毡、管套等制品。矿渣棉还可以作为吸声、防震材料。（三）岩棉及制品 它是以精选的玄武岩为主要材料，经高温熔融加工制成的人造无机纤维。一般，表观密度不大于150Kg/m3，不大于0.04W/mK,建筑岩棉常用于建筑物及直径较大的罐体、锅炉等的 绝热。（四）玻璃棉及制品 它是指定长的玻璃纤维，它包括短棉和超细棉两种，一般，表观密度在120-150Kg/m3之间，不大于0.041W/mK，多制成板或管套，用于维护结构及管道保温。二 颗粒状材料 主要有膨胀珍珠岩和膨胀蛭石。（一）膨胀珍珠岩及其制品 它是以珍珠岩、黑曜岩或松脂岩为主要原料，经破碎、胚烧等工序膨胀制成的一种白色松散的颗粒状材料，其堆密度很小一般不大于250Kg/m3,不大于0.065W/mK，最高使用温度为800，是一种高效能的绝热材料，在建筑工程中得到了广泛的应用。它的制品主要有用于高温条件下的磷酸盐膨胀珍珠岩制品、水玻璃膨胀珍珠岩制品，在600以下及在常温下使用的水泥膨胀珍珠岩制品和沥青膨胀珍珠岩制品。（二）膨胀蛭石及其制品 他是将蛭石经培烧膨胀后而制的一种松散颗粒状材料，起堆密度很小 在80-200Kg/m3，在0.05-0.07W/mK，最高使用温度为1000-1100，可用于填充墙壁、模板及平屋面保温等。三 多孔材料（一）泡沫混凝土和加气混凝土 泡沫混凝土是将水泥、水和泡沫剂拌合后，经硬化而成的一种多孔混凝土，其堆密度为300-500Kg/m3,=0.082-0.186W/mK,加气混凝土的堆密度在400-700Kg/m3,=0.093-0.164W/mK。上述两种混凝土的 抗压强度不大于0.4MPa，最高使用温度不大于600，适宜用于建筑物围护结构的保温隔热。（二）泡沫玻璃 它是以玻璃粉与发泡剂（如碳酸钙）混合，在高温下烧制而成的，在玻璃内部形成大量的气泡（气孔率可达80%以上），堆密度为120-600Kg/m3,=0.058-0.128W/mK，抗压强度为0.8-15MPa，可锯割，粘结，易于加工，是一种高级的绝热材料，可砌筑墙体。（三）微孔硅酸钙制品 微孔硅酸钙是将硅藻土、石灰、水等材料经拌合、成型、蒸发、烘干而成的多孔材料，其孔隙率极高（可达90%），孔径极小，堆密度为250Kg/m3，=0.04W/mK，抗压强度大于0.5MPa，最高使用温度为650，多用于围护结构及管道保温。返回键一、软木板 是由栓树或黄菠萝树皮等为原料经加工制得的一种板状材料，其规格一般为100050050mm，由于软木中含有大量的微孔，所以具有表观密度小（小于260Kg/m3)、导热系数低（0.058W/mK)和抗腐蚀性能高等特点。二、木丝板 它是由木丝和胶结材料（菱苦土或水泥）经成型、冷压、干燥、养护而制成。目前生产的水泥木丝软木板的规格是长1200-2850m，宽600-900m，厚度10-20mm，其中表观密度为300-600Kg/m3，=0.11-0.26W/mK，多用于天花板、阁墙板或护墙板。三、毛毡 它是以劣质马毛（或牛毛）、植物纤维及浆糊等制成的。毛毡质轻、保温性能好，在建筑工程中常用作门窗框处的保温。四、轻质钙塑板 在树脂中加入大量的碳酸钙、亚硫酸钙等钙盐填充料和必要的添加剂，加工塑制成的复合材料称为钙塑材料。此类材料按不同的工艺制成板材，就是轻质钙塑板，这种板材具有温度变形小、尺寸稳定、难燃，便于锯、刨、钉等加工，其性能是：表观密度在100-150Kg/m3之间；抗压强度在0.1-0.3MPa之间；=0.047W/mK；在建筑中广泛的用作天花板、吸音板以及墙面装饰，具有装饰、吸声、和绝热等综合建筑功能。五、泡沫塑料 它是以树脂为基料，加入一定量的发泡剂，再经加热发泡而制得的一种新型的轻质材料，可用于屋面、墙面保温，冷库隔热及制成夹心复合板。目前我国生产的有聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨脂泡沫塑料及脲醛泡沫塑料等。各种泡沫性能见表9-2各种泡沫性质 返回键 返回键名称名称堆密度（W/mK）抗拉强度（MPa)导热系数（W/mK)抗压强度（MPa）吸水率（%）耐热性（）聚苯乙烯泡沫塑料21-510.13-0.340.031-0.0470.144-0.3580.016-0.00475硬质聚氯乙烯泡沫塑料不大于45不小于0.40不大于0.043不小于0.18小于0.280硬质聚氨脂泡沫塑料30-40不小于0.2440.037-0.055不小于0.2-脲醛泡沫塑料不大于15-0.028-0.0410.015-0.025-