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1、第十一章 保温隔热材料和 吸声材料 保温隔热材料和吸声材料都是功能性材料。建筑功能材料是赋予建筑物特殊功能的材料，因为特殊功能要求，如保温隔热、吸声、隔声、装饰、防火、防水等，难以用建筑结构材料来满足要求，需要采用特殊功能材料来实现人们对建筑物诸多使用功能的需求。保温隔热材料和吸声材料，都具有质轻、多孔或纤维状的特点。高层建筑、城市高架桥、高速公路等土木工程中均非常重视这类材料的开发与应用。第一节第一节 保温隔热材料保温隔热材料 保温隔热材料是防止住宅、生产车间、公共建筑及各种热工设备中热量传递的材料，也称为绝热材料。在土木工程中，保温隔热材料主要用于墙体和屋顶保温隔热，以及热工设备、采暖和空
2、调管道的保温，在冷藏设备中则大量用作隔热。一、保温隔热材料的作用原理及影响因素一、保温隔热材料的作用原理及影响因素 （一）保温隔热材料的作用原理（一）保温隔热材料的作用原理 传热的基本形式有热传导、热对流和热辐射三种。保温隔热性能良好的材料是多孔且封闭的，与热传导相比，热对流和热辐射所占的比例很小，主要考虑热传导。工程中，通常把导热系数小于0.23W/m k的材料称为保温隔热材料（又称为绝热材料）。（二二）影响材料保温隔热性能的主要因素影响材料保温隔热性能的主要因素 1.1.材料的组成及微观结构。材料的组成及微观结构。一般来说，导热系数以金属最大，非金属次之，液体再之，气体最小。结晶体结构的最
3、大，微晶体结构的次之，玻璃体结构的最小。对于保温隔热材料来说，由于孔隙率大，气体（空气）对导热系数起主要作用，而固体部分的结构不论是晶态还是玻璃态，对导热系数的影响均不大。2.孔隙率与孔隙特征。孔隙率与孔隙特征。材料的孔隙率愈大（表观密度愈小），一般来说，材料的导热系数也愈小。孔隙率相同时，孔径愈小、孔隙分布愈均匀，其导热系数愈小；材料中孔隙封闭时的导热系数比孔隙连通时的要小。对于纤维状材料，当纤维之间压实至某一表观密度时，其导热系数最小，该表观密度称为最佳表观密度。当纤维材料的表观密度小于最佳表观密度时，其导热系数反而增大，这是由于孔隙增大且相互连通，引起空气对流的结果。3.材料的湿度。材料
4、的湿度。材料吸湿受潮后，其导热系数增大，这在多孔材料中最为明显。因此，保温隔热材料应特别注意防水防潮。蒸汽渗透是值得注意的问题。水蒸汽能从温度较高的一侧渗入材料，当水蒸汽在材料孔隙中达到最大饱和度时就凝结成水，从而使温度较低的一侧表面上出现冷凝水滴，这不仅大大提高了导热性，而且还会降低材料的强度和耐久性。防止的方法是在可能出现冷凝水的界面上，用沥青卷材、铝箔或塑料薄膜等憎水性材料加做隔蒸汽层。4.材料的温度。材料的温度。材料的导热系数随温度的升高而增大，但这种影响，当温度在050范围内时并不显著，只有对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响。5.5.热流方向。热流方向。对于各向异性的材料，
5、如木材等纤维质的材料，当热流平行于纤维方向时，热流受阻小，故导热系数大，而热流垂直于纤维方向时，热流受阻大，故导热系数小。对材料的保温隔热性能影响最大的是材料的表观密度和湿度。因而在测定材料的导热系数时，也必须测定材料的表观密度。二、常用保温隔热材料二、常用保温隔热材料 保温隔热材料按化学成分可分为有机和无机两大类；按材料的构造可分为纤维状、松散粒状和多孔状三种。通常可制成板、片、卷材或管壳等多种型式的制品。无机保温隔热材料的表观密度较大，但不易腐朽，不会燃烧，有的能耐高温。有机保温隔热材料则质轻，绝热性能好，但耐热性较差。（一一）纤维状保温隔热材料纤维状保温隔热材料 这类材料主要是以矿棉、石
6、棉、玻璃棉及植物纤维等为主要原料，制成板、筒、毡等形状的制品，广泛用于住宅建筑和热工设备、管道等的保温隔热。这类保温隔热材料通常也是良好的吸声材料。（二）散粒状保温隔热材料（二）散粒状保温隔热材料 包括：膨胀蛭石及其制品，膨胀珍珠岩及其制品，天然和人工陶粒，有机泡沫颗粒。（三）多孔性板块保温隔热材料（三）多孔性板块保温隔热材料 包括：微孔硅酸钙制品，泡沫玻璃，泡沫混凝土，加气混凝土，硅藻土，泡沫塑料。（四）其他保温隔热材料（四）其他保温隔热材料 包括：软木板（栓木），蜂窝板，窗用绝热薄膜。华大建材样品室保温隔热材料样品华大建材样品室保温隔热材料样品 栓木栓木 穿孔吸声石膏板穿孔吸声石膏板 岩棉
7、毡岩棉毡 珍珠岩和膨珍珠岩和膨胀珍珠岩胀珍珠岩 栓木栓木 玻璃纤维玻璃纤维 高铝水泥耐火浇筑料高铝水泥耐火浇筑料 聚苯乙烯颗粒聚苯乙烯颗粒 陶粒陶粒 聚乙烯泡沫聚乙烯泡沫 加气混凝土加气混凝土 聚氨酯泡沫聚氨酯泡沫 浮石浮石 聚苯板聚苯板 粉煤灰粉煤灰加气混加气混凝土凝土 沥青膨胀珍珠岩沥青膨胀珍珠岩 砂加气混凝土砂加气混凝土 彩钢夹芯板彩钢夹芯板 现场发泡聚氨酯现场发泡聚氨酯 铝箔面聚氨酯夹芯板铝箔面聚氨酯夹芯板 石粉加气混凝土石粉加气混凝土 浮石浮石 彩钢聚苯夹芯板彩钢聚苯夹芯板 轻质混凝土复合墙板轻质混凝土复合墙板 陶粒陶粒 聚苯颗粒聚苯颗粒 加气混凝土加气混凝土 粉煤灰粉煤灰 微孔硅酸
8、钙微孔硅酸钙 铝箔面聚氨铝箔面聚氨酯夹芯板酯夹芯板 聚苯颗粒聚苯颗粒 珍珠岩和膨珍珠岩和膨胀珍珠岩胀珍珠岩 栓木栓木 栓木栓木 石棉石棉 岩棉毡岩棉毡 穿孔吸声石膏板穿孔吸声石膏板 轻质混凝土复合墙板轻质混凝土复合墙板 浮石浮石 加气加气混凝混凝土土 加气加气混凝混凝土土 聚苯聚苯板板 现场发泡聚氨酯现场发泡聚氨酯 三、保温隔热材料的选用及基本要求三、保温隔热材料的选用及基本要求 选用保温隔热材料时，应满足的基本要求是：导热系数不宜大于0.23W/m k，表观密度不宜大于600kg/m3，抗压强度则应大于0.3MPa。在选用保温隔热材料时，应结合建筑物的用途、围护结构的构造、施工难易、材料来源
9、和经济核算等综合考虑。对于一些特殊建筑物，还必须考虑保温隔热材料的使用温度条件、不燃性、化学稳定性及耐久性等。常用保温隔热材料技术性能参见P238表12-1。第二节第二节 吸声材料吸声材料 一、吸声材料的作用原理一、吸声材料的作用原理 声音在传播过程中，一部分声能随着距离增大而扩散，另一部分声能则因空气分子的吸收而减弱。声能的这种减弱现象，在室外空旷处颇为明显，但在室内如果房间空间并不大，上述这种声能减弱就不起主要作用，而重要的是室内墙壁、天花板、地板等材料表面对声能吸收。当声波遇到材料表面时，一部分被反射，另一部分穿透材料，其余的声能转化为热能而被吸收。被材料吸收的声能E（包括部分穿透材料的
10、声能在内）与原先传递给材料的全部声能E0之比，是评定材料吸声性能好坏的主要指标，称为吸声系数。材料的吸声性能除了与材料本身性质、厚度及材料表面状况（有无空气层及空气层的厚度）有关外，还与声波的入射角及频率有关。因此，吸声系数用声音从各个方向入射的平均值表示，并应指出是对哪一频率的吸收。一般而言，材料内部开放连通的气孔越多，吸声性能越好。同一材料，对于高、中、低不同频率的吸声系数不同。为了全面反映材料的吸声性能，规定取125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz等6个频率的吸声系数来表示材料的吸声特性。对上述6个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，认为是吸声材料。
11、二二、吸声材料的结构形式吸声材料的结构形式 1.多孔吸声结构多孔吸声结构 多孔性吸声材料是常用的一种吸声材料，它具有良好的中高频吸声性能。多孔性吸声材料具有大量的内外连通微孔，通气性良好。当声波入射到材料表面时，声波很快地顺着微孔进入材料内部，引起孔隙内的空气振动，由于摩擦，空气粘滞阻力和材料内部的热传导作用，使相当一部分声能转化为热能而被吸收。影响多孔性材料吸声性能的主要因素：（1）材料的孔隙率与孔隙特征的影响。）材料的孔隙率与孔隙特征的影响。材料的孔隙率愈大（表观密度愈小）、开口连通孔隙愈多，吸声性能愈好；材料的孔隙率相同时，开口连通孔隙的孔径愈细小、分布愈均匀，吸声性能愈好。当材料吸湿或
12、表面喷涂油漆、空隙充水或堵塞，会大大降低吸声材料的吸声效果。（2 2）材料表观密度的影响。）材料表观密度的影响。多孔材料表观密度增加，意味着微孔减小，能使低频吸声效果有所提高，但高频吸声性能却下降。（3）材料厚度的影响材料厚度的影响。多孔材料的低频吸声系数，一般随着厚度的增加而提高，但厚度对高频影响不显著。材料的厚度增加到一定程度后，吸声效果的变化就不明显。所以为提高材料吸声效果而无限制地增加厚度是不适宜的。（4）背后空气层的影响。）背后空气层的影响。大部分吸声材料都是固定在龙骨上，材料背后空气层的作用相当于增加了材料的厚度，吸声效果一般随着空气层厚度增加而提高。当材料背后空气层厚度等于1/4
13、波长的奇数倍时，可获得最大的吸声系数，根据这个原理，调整材料背后空气层厚度，可以提高其吸声效果。2.薄板振动吸声结构薄板振动吸声结构 薄板振动吸声结构的特点是具有低频吸声特性，同时还有助于声波的扩散。建筑中常用胶合板、薄木板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板或金属板等，把它们固定在墙或顶棚的龙骨上，并在背后留有空气层，即成薄板振动吸声结构。土木工程中常用的薄板振动吸声结构的共振频率约在80300Hz之间，在此共振频率附近的吸声系数最大，约为0.20.5，而在其他共振频率附近的吸声系数就较低。3.共振吸声结构共振吸声结构 共振吸声结构具有密闭的空腔和较小的开口孔隙，很像个瓶子。当瓶腔内空气收到外力
14、激荡，会按一定的频率振动，这就是共振吸声器。为了获得较宽频率带的吸声性能，常采用组合共振吸声结构或穿孔板组合共振吸声结构。4.穿孔板组合共振吸声结构穿孔板组合共振吸声结构 穿孔板组合共振吸声结构具有适合中频的吸声特性。这种吸声结构与单独的共振吸声器相似，可看作是多个单独共振吸声器并联而成。穿孔板厚度、穿孔率、孔径、孔距、背后空气层厚度以及是否填充多孔吸声材料等，都直接影响吸声结构的吸声性能。这种吸声结构由穿孔的胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板、铝合板、薄钢板等，固定在龙骨上，并在背后设置空气层而构成，这种吸声材料在建筑中使用比较普遍。5.柔性吸声结构柔性吸声结构 具有密闭气孔和一定弹性的
15、材料，如聚氯乙稀泡沫塑料，表面仍为多孔材料，但因其有密闭气孔，声波引起的空气振动不是直接传递至材料内部，只能相应的产生振动，在振动过程中由于克服材料内部的摩擦而消耗声能，引起声波衰减。6 6.悬挂空间吸声结构悬挂空间吸声结构 悬挂于空间的吸声体，由于声波与吸声材料的两个或两个以上的表面接触，增加了有效的吸声面积，产生边缘效应，加上声波的衍射作用，大大提高吸声效果。实际应用时，可根据不通的使用部位和要求，设计成各种形式的悬挂空间吸声结构。7.帘幕吸声结构帘幕吸声结构 帘幕吸声结构是用具有通气性能的纺织品，安装在离开墙面或窗洞一段距离处，背后设置空气层。这种吸声体对中、高频都有一定的吸声效果。帘幕
16、的吸声效果还与所用材料种类有关。帘幕吸声体安装拆卸方便，兼具装饰作用，应用价值高。三、吸声材料的选用及安装注意事项三、吸声材料的选用及安装注意事项 1.应将其安装在最容易接触声波和反射次数最多的表面上，而不应把它集中在天花板或某一面的墙壁上，并应比较均匀地分布在室内各表面上。2.吸声材料强度一般较低，应设置在护壁线以上。3.多孔吸声材料往往易于吸湿，安装时应考虑到湿胀干缩的影响。4.选用的吸声材料应不易虫蛀、腐朽，且不易燃烧。5.应尽可能选用吸声系数较高的材料。6.安装吸声材料时应注意勿使材料的表面细孔被油漆的漆膜堵塞而降低其吸声效果。有些吸声材料的名称与保温隔热材料相同，都属多孔性材料，但在材料的孔隙特征上有着完全不同的要求。保温隔热材料要求具有封闭的互不连通的气孔，这种气孔愈多其绝热性能愈好；而吸声材料则要求具有开放的互相连通的气孔，这种气孔愈多其吸声性能愈好。除了采用多孔吸声材料吸声外，还可将材料制作成不同的吸声结构，达到更好的吸声效果。常用的吸声结构形式有薄板共振吸声结构和穿孔板吸声结构。土木工程中常用吸声材料及吸声系数参见P242表12-2所示。