《建筑功能材料》课件.ppt

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1、第9章 绝热材料和吸声材料 F9 9.1 .1 绝热绝热材料材料F9 9.2 .2 吸声、隔声材料吸声、隔声材料 9.1 绝热材料 在在建建筑筑中中，习习惯惯上上把把用用于于控控制制室室内内热热量量外外流流的的材材料料叫叫做做保保温温材材料料；把把防防止室外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。止室外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。表征绝热材料热工性质的两个主要物理量是导热系数表征绝热材料热工性质的两个主要物理量是导热系数和比热容和比热容c c 选选用用导导热热系系数数小小而而比比热热容容大大的的材材料料，可可提提高高围围护护结结构构的的绝

2、绝热热性性能能并并保保持持室室内温度的稳定。几种典型材料的导热系数和比热容内温度的稳定。几种典型材料的导热系数和比热容9 9v 多孔型多孔型 多多孔孔型型绝绝热热材材料料起起绝绝热热作作用用的的机机理理可可由由图图12.1来来说说明明。当当热热量量Q从从高高温温面面向向低低温温面面传传递递时时，包包括括热热量量在在固固相相中中的的传传导导，孔孔隙隙中中高高温温固固体体表表面面对对气气体体的的辐辐射射与与对对流流，孔孔隙隙中中气气体体自自身身的的对对流流与与传传导导，热热气气体体对对低低温温固固体体表表面面的的辐辐射射与与对对流流，热热固固体体表表面面与与冷冷固固体体表表面面之之间间的的辐辐射射

3、，在在常常温温下下，对对流流和和辐辐射射在在总总的的传传热热中中所所占占比比例例很很小小，故故以以导导热热为为主主，而而空空气气的的导导热热系系数数仅仅为为o029w/mK，大大大大小小于于固固体体的的导导热热系系数数，故故热热量量通通过过气气孔孔传传递递的的阻阻力力较较大大，而而且且孔孔隙隙的的存存在在使使热热量量在在固固相相中中的的传传热热路路线线大大大大增增加加，从从而而传传热热速速度度大大为为减减缓缓。这这就就是是含含有有大大量量气气孔的材料能起绝热作用的原因。孔的材料能起绝热作用的原因。v纤维型纤维型 纤纤维维型型绝绝热热材材料料的的绝绝热热机机理理基基本本上上和和多多孔孔材材料料的

4、的情情况况相相似似(图图12122)2)。显显然然，传传热方向和纤维方向垂直时的绝热性能比传热方向和纤维方向平行时要好。热方向和纤维方向垂直时的绝热性能比传热方向和纤维方向平行时要好。v反射型反射型 当当外外来来的的热热辐辐射射能能量量Io投投射射到到物物体体上上时时，通通常常会会将将其其中中一一部部分分能能量量IB反反射射掉掉，另另一一部部分分IA，被被吸吸收收(一一般般热热射射线线都都不不能能穿穿透透建建筑筑材材料料，故故透透射射部部分分忽忽略略不不计计)。根据能量守恒原理，则根据能量守恒原理，则v由由此此可可以以看看出出，凡凡是是反反射射能能力力强强的的材材料料，吸吸收收热热辐辐射射的的

5、能能力力就就小小。故故利利用用某某些些材材料料对对热热辐辐射射的的反反射射作作用用(如如铝铝箔箔的的热热反反射射率率为为o95)，在在需需要要绝绝热热的的部部位位表表面面贴贴上上这这种种材材料料，就就可可以以将将绝绝大大部部分分外外来来热热辐辐射射(如如太太阳阳光光)反反射射掉掉，从从而而起起到到绝绝热热的作用。的作用。v土土木木工工程程中中，常常把把导导热热系系数数小小于于0175WmK的的材材料料称称为为绝绝热热材材料料。选选用用绝绝热热材材料料时时，一一般般要要求求其其导导热热系系数数不不太太于于O175 WmK，衰衰观观密密度度6009kg/m3MPa。在在实实际际应应用用中中，由由于

6、于绝绝热热材材料料抗抗压压强强度度一一般般都都很很低低，常常将将绝绝热热材材料料与与承承重重材材料料复复合合使使用用。另另外外，由由于于大大多多数数绝绝热热材材料料都都具具有有一一定定的的吸吸水水、吸吸湿湿能能力力，故在实际使用时应注意防潮防水，需在其表层加防水层或隔汽层。故在实际使用时应注意防潮防水，需在其表层加防水层或隔汽层。9 9绝热材料按照它们的化学组成可以分为绝热材料按照它们的化学组成可以分为无机绝热材料无机绝热材料和和有机绝热材料有机绝热材料1.无机绝热材料无机绝热材料多孔轻质类无机绝热材料多孔轻质类无机绝热材料W/mW/mK K，W/mW/mK K纤维状无机绝热材料纤维状无机绝热

7、材料A.A.矿物棉矿物棉 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，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，其堆积密度约为以制成矿棉板、毡、管壳等制品，其堆积密度约为4545150150kg/mkg/m3 3，W/mW/mK K。由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

8、。最高使用温度约为热系数反而略高。最高使用温度约为600600。矿棉也可制成粒状棉用作填充材。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。料，其缺点是吸水性大、弹性小。B.玻璃纤维玻璃纤维 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。玻璃棉堆积密度约多孔结构的玻璃棉，常用于作绝热材料。玻璃棉堆积密度约4545150150kg/mkg/m3 3，W/mW/mK K。玻璃纤维制品的纤维直径对其导热系数有较大影响，导热系数随纤维玻璃纤维制品的纤维直径对其导热系数有较大

9、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。温层。泡沫状无机绝热材料泡沫状无机绝热材料A.泡沫玻璃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、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（装模、煅烧（800左右）而得到的多孔材料。泡沫玻璃导热系数小、抗压强左右）而得到的多孔材料。泡沫

10、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，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。表观密度为还容易进行机械加工，可锯、钻、车及打钉等。表观密度为150200kg/m3W/mK，MPa。泡沫玻璃作为绝热材料在建筑上主要用于保温墙体、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。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。B.多孔混凝土多孔混凝土 多孔混凝土是指具有大量均匀分布、直径小于多孔混凝土是指具有大量均匀分

11、布、直径小于2mm的封闭气孔的轻质混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，但强度下降绝热效果而增加，但强度下降。泡沫塑料泡沫塑料泡沫塑料是以各种树脂为基料，加入各种辅助料经加热发泡制得的轻质保温材泡沫塑料是以各种树脂为基料，加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，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

12、、聚氨酯泡沫加工使用方便。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。塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、泡沫酚醛塑料等。硬质泡沫橡胶硬质泡沫橡胶g/cm3之之间间。表表观观密密度度越越小小，保保温温性性能能越越好好，但但强强度度越越低低。硬硬质质泡泡沫沫橡橡胶胶的的抗抗碱碱和和盐盐的的侵侵蚀蚀能能力力较较强强，但但强强的的无无机机酸酸及及有有机机酸酸对对它它有有侵侵蚀蚀作作用用。它它不不溶溶于于醇醇等等弱弱溶溶剂剂，但但易易被被某某些些强强有有机机溶溶剂剂软软化化溶溶解解。硬硬质质泡泡沫沫橡橡胶胶为为热热塑塑性性材材料料，耐耐热热性性不不好好，在在6

13、5左左右右开开始始软软化化。硬硬质质泡泡沫沫橡橡胶胶有有良良好好的的低低温温性性能能，低低温温下下强强度度较较高高且且较好的体积稳定性，可用于冷冻库。较好的体积稳定性，可用于冷冻库。9.2 吸声、隔声材料 v当当声声波波遇遇到到材材料料表表面面时，被被吸吸收收声声能能与与入入射射声声能能之之比比，称称为吸吸声声系系数数。通通常常取取125125，250250，500500，10001000，20002000，40004000（HzHz）等等六六个个频率率的的吸吸声声系系数数来来表表示示材材料料的的吸吸声声频率率特特性性。凡凡六六个个频率率的的平平均均吸吸声声系系数数大大于于0.20.2的的材材

14、料料，称称为吸声材料。吸声材料。v吸吸声声材材料料大大多多为轻质、疏疏松松、多多孔孔的的，孔孔隙隙在在7070以以上上。常常用用的的吸吸声声材材料料有有玻玻璃璃棉棉、岩岩棉棉、矿棉棉等等纤维材材料料及及板板、毡、石膏板、毡、石膏板、纤维板等。板等。v 材料的吸声系数越高，吸声效果越好。在音乐厅、影剧院、大会堂、播材料的吸声系数越高，吸声效果越好。在音乐厅、影剧院、大会堂、播音室等内部的墙面、地面、顶棚等部位，适当采用吸声材料，能改善声波音室等内部的墙面、地面、顶棚等部位，适当采用吸声材料，能改善声波在室内传播的质量，保证良好的音响效果。在室内传播的质量，保证良好的音响效果。9.2.1吸声材料及

15、其构造 F F F F F F F1.多孔吸声材料多孔吸声材料声声波波进进入入材材料料内内部部互互相相贯贯通通的的孔孔隙隙，空空气气分分子子受受到到摩摩擦擦和和粘粘滞滞阻阻力力，使使空空气气产产生生振振动动，从从而而使使声声能能转转化化为为机机械械能能，最最后后因因摩摩擦擦而而转转变变为为热热能能被被吸吸收收。这这类类多多孔孔材材料料的的吸吸声声系系数数一一般般从从低低频频到到高高频频逐逐渐渐增增大大，故故对对中中频频和和高高频频的的声声音音吸吸收收效效果较好。材料中开放的、互相连通的，细傲的气孔越多，其吸声性能越好。果较好。材料中开放的、互相连通的，细傲的气孔越多，其吸声性能越好。F 具有密

16、闭气孔和一定弹性的材料，如泡沫塑料，声波引起的空气振动不易传具有密闭气孔和一定弹性的材料，如泡沫塑料，声波引起的空气振动不易传至其内部，只能相应地产生振动，在振动过程中由于克服材料内部的摩擦而消耗至其内部，只能相应地产生振动，在振动过程中由于克服材料内部的摩擦而消耗了声能，引起声波衰减。这种材料的吸声特性是在一定的频率范围内出现一个或了声能，引起声波衰减。这种材料的吸声特性是在一定的频率范围内出现一个或多个吸收频率。多个吸收频率。帘帘幕幕吸吸声声体体是是用用具具有有通通气气性性能能的的纺纺织织品品，安安装装在在离离墙墙面面或或窗窗洞洞一一定定距距离离处处，背背后后设设置置空空气气层层。这这种种

17、吸吸声声体体对对中中、高高频频都都有有一一定定的吸声效果。的吸声效果。悬挂于空间的吸声体，增加了有效的悬挂于空间的吸声体，增加了有效的吸声面积，加上声波的衍射作用，大大吸声面积，加上声波的衍射作用，大大提高了实际的吸声效果。空间吸声体可提高了实际的吸声效果。空间吸声体可设计成多种形式悬挂在顶棚下面。设计成多种形式悬挂在顶棚下面。将胶合板、薄木板、纤维板、石膏将胶合板、薄木板、纤维板、石膏板等的周边钉在墙或顶棚的龙骨上，并板等的周边钉在墙或顶棚的龙骨上，并在背后留有空气层，即成薄板振动吸声在背后留有空气层，即成薄板振动吸声结构。该吸声结构主要吸收低频串的声结构。该吸声结构主要吸收低频串的声波波。

18、穿孔的各种材质薄板周边固定在穿孔的各种材质薄板周边固定在龙骨上，井在背后设置空气层即成穿龙骨上，井在背后设置空气层即成穿孔板组合共振吸声结构。这种吸声结孔板组合共振吸声结构。这种吸声结构具有适合中频的吸声特性使用普构具有适合中频的吸声特性使用普遍。遍。常用吸声材料系数常用吸声材料系数9.2.2 隔声材料v建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。隔声材料主要用于外墙、建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。隔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

19、振动传播的声音）。两者的隔声原理截然不同。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。v对于空气声，根据声学中的对于空气声，根据声学中的“质量定律质量定律”，其传声的大小主要取决于墙或板，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。必须选择密实、沉重的如粘土砖、钢板等作为隔声材料。v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。被吸声材料吸收。