（模式识别与智能系统专业论文）石膏基外墙内保温材料的热工性能研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n gs c i e n c e s t u d yo nt h e r m a lc h a r a c t e r i s t i c so fe x t e r n a lw a l lb l o c k in s e r t e dw i t hg y p s u m - b a s e din s u l a t i o nm a t e r i a l m a s t e rc a n d i d a t e ：l i uh a i y a n s u p e r v i s o r ：a p x i ab e i y a m a y2 0 1 0 f a c u l t yo fc i v i la n dt r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，c h i n a ，5 1 0 0 0 6 洲m199 眦5m 4帆7川1y 随着能源形势的日益严竣，建筑能耗的飞速增长，建筑节能显得日益重要。建筑 围护结构是建筑能耗控制的重点，目前大部分建筑外墙结构热工性能差，传热系数高， 墙体的隔热性能保温亟待提高。本文所研制的新型保温材料，是一种以石膏为主要原 料的外墙内抹灰保温隔热材料，目的在于改善和提高南方地区墙体的隔热保温性能。 石膏作为一种资源丰富、生产能耗低的胶凝材料，具有质量轻、隔声隔热性能好、 尺寸稳定性好等优点，是生产新型建材的理想原材料。目前，国内外大多数的研究主 要是从石膏基材料的配方组成和外加剂的作用机理方面来进行。而对于石膏内抹灰隔 热保温材料的热工性能测试研究较少。本文主要采用实验手段对石膏基内抹灰隔热保 温材料的热工性能进行了研究，测试其不同配比情况下的导热系数以及传热系数，并 对实验结果进行了理论分析。本文进行的具体研究工作如下： ( 1 ) 采用改进的非稳态平面热源法测试不同保温材料试样的导热系数。实验结果表 明：测试试样在加热初期有一个蓄热过程，温度增加比较快。但随着温度的不断升高， 试样材料的蓄散热逐步达到平衡，即进入传热的稳定阶段，在此阶段确定所试材料的 导热系数。得到被测石膏基保温材料的导热系数在0 0 3 3 0 0 8 4w ( m k ) 之间。而通过 比较不同厚度保温材料的测试结果，发现导热系数随着厚度的增加而增大，得到厚度 与导热系数的拟合关系式：允= 一5x 1 0 _ 6 6 2 + 0 0 0 1 6 , 5 + 0 0 1 8 。此外，保温材料的干密度 ( 孔隙率) 是保温材料导热系数的另一因素。保温材料的干密度越小( 孔隙率越大) ，其导 热系数也越小。 ( 2 ) 采用j t r g i i 型建筑热工温度与热流自动测试系统测定实验墙体的传热系数， 实验墙体是普通的灰沙砖墙内侧加设5 m m 厚的石膏基保温材料，在实验过程中总共设 置了1 9 个不同的测试工况。测试结果表明：组合墙体的传热系数在1 5 0 2 2 9w ( m 2o k ) 之间。从测试结果中得到一个实验最优工况和实际运行最优工况，两个最优工况分别 节能5 0 和3 7 。 ( 3 ) 本文采用有限差分法对试件进行非稳态分析，得出试件的衰减倍数、延迟时间、 蓄热系数、热惰性指标等。通过分析各项指标的变化规律以及影响因素来确定了保温 材料在非稳态过程中的传热性能特性。 关键词：石膏；隔热保温；导热系数；传热系数；热工性能；试验 广东工业大学硕士学位论文 a bs t r a c t i nc o n s i d e r a t i o no ft h es e r i o u s e n e r g y u s i n gs i t u a t i o na n dt h er a p i dg r o w t hi n e n e r g y - c o n s u m p t i o no fc o n s t r u c t i o n sa n db u i l d i n g s ，e n e r g y - s a v i n gi nb u i l d i n g sh a v eb e c o m e i n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t t h ee n v e l o p eo fb u i l d i n g si sa ni m p o r t a n tp a r to fb u i l d i n ge n e r g y c o n s u m p t i o n t h ee x t e r i o rw a l l sh a v ep o o rt h e r m a lp e r f o r m a n c ea n dh i g hh e a tt r a n s f e r c o e f f i c i e n t ，s ot h ee x t e r i o rw a l l s t h e r m a li n s u l a t i o nd e m a n du r g e n t l yt ob ei m p r o v e di nt h i s d i s t r i c t t od e v e l o pan e w i n s u l a t i n gm a t e r i a l s ，g y p s u mp l a s t e ro nt h em a i nr a wm a t e r i a l sf o r e x t e r n a lw a l lb l o c ki n s e r t e d 谢t l lg y p s u m b a s e di n s u l a t i o nm a t e r i a li sm a d e ，t oi m p r o v ea n d e n h a n c et h es o u t hw a l lo ft h et h e r m a li n s u l a t i o np e r f o r m a n c e g y p s u mi sak i n do fg e lm a t e r i a l ，w h i c hh a sa b u n d a n tr e s o u r c e sa n dl o w e rp r o d u c i n g e n e r g y i ti sak i n do fp e r f e c tr a wm a t e r i a lf o rb u i l d i n gm a t e r i a l sb e c a u s eo fi t sg o o d p r o p e r t i e s ，s u c ha sl o w e rd e n s i t y ，h e a ta n ds o u n di n s u l a t i o n ，s i z es t a b i l i t y c u r r e n t l y , m o s t m a t e r i a l s r e s e a r c hi nd o m e s t i ca n df o r e i g ni sa b o u tc o m p o s i t i o na n dt h em e c h a n i s mo f a d d i t i v e so ft h eg y p s u l t l - b a s e di n s u l a t i o nm a t e r i a l b u t , r e s e a r c hi ng y p s u m b a s e di n s u l a t i o n m a t e r i a lw i t h i nt h ep l a s t e ro ft h e r m a lp e r f o r m a n c et e s t i n gi sl e s s t h i sp a p e rw e r es t u d i e dt h e t h e r m a lp r o p e r t i e so fg y p s u n l - b a s e di n s u l a t i o nm a t e r i a l se x p e r i m e n t a l l y , b yt e s t i n gi t s t h e r m a lc o n d u c t i v i t ya n dh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n ti nd i f f e r e n tp r o p o r t i o n sa n da n a l y z i n gt h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t st h e o r e t i c a l l y t h i ss p e c i f i cr e s e a r c hw o r kc a r r i e do u ta sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ei m p r o v e dt r a n s i e n tp l a n eh e a ts o u r c em e t h o dw a su s e dt ot e s tt h et h e r m a l c o n d u c t i v i t yo fd i f f e r e n ti n s u l a t i o nm a t e r i a l s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h et e m p e r a t u r ei n c r e a s e i sf a s t e ri nt h ei n i t i a lh e a t i n gf o rt h ei n s u l a t i o nm a t e r i a l si nt h e r e g e n e r a t i v ep r o c e s s b u tw i t h t h et e m p e r a t u r e sr i s i n g ，i n s u l a t i o nm a t e r i a l s t h e r m a ls t o r a g ea n dc o o l i n gr e a c hab a l a n c e g r a d u a l l y , t h a ti st or e a c has t a b l es t a g eo fh e a t ，a tt h i ss t a g et od e t e r m i n et h et h e r m a l c o n d u c t i v i t y o fi n s u l a t i o nm a t e r i a l s g y p s u m b a s e d i n s u l a t i o nm a t e r i a l st h e r m a l c o n d u c t i v i t ya r em e a s u r e di n0 0 3 3 0 0 8 4w ( m k ) b yc o m p a r i n gt h et e s tr e s u l t so f d i f f e r e n tt h i c k n e s so fi n s u l a t i o nm a t e r i a l ，i ti sf o u n d e dt h a tt h e r m a lc o n d u c t i v i t yi n c r e a s e s w i t h t h et h i c k n e s so f i n s u l a t i o n m a t e r i a l ， a n dt h e r e l a t i o n s h i p i s ： a = 一5x1 0 。6 6 2 + 0 0 0 16 s + o 0 18 i n a d d i t i o n ，t h ed r yd e n s i t yo fi n s u l a t i o nm a t e r i a l s ( p o r o s i t y ) i sa n o t h e rf a c t o ro ft h e r m a lc o n d u c t i v i t y t h ed r yo fd e n s i t yi n s u l a t i o nm a t e r i a l si s i i 摘要 s m a l l e r ( p o r o s i t yg r e a t e r ) ，i t st h e r m a lc o n d u c t i v i t yi sa l s os m a l l e r ( 2 ) i tw a su s e dt o t e s tw a l l sh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t ，t h ea u t o m a t i ct e s ts y s t e m so f j t r g i ib u i l d i n gt h e r m a lt e m p e r a t u r ea n dh e a tf l u x e x p e r i m e n t a lw a l li st h eo r d i n a r yw a l l w i t h5 m m 廿1 i c kg y p s u m b a s e di n s u l a t i o nm a t e r i a l si n s i d e d u r i n gt h ee x p e r i m e n tt h e r ew e r e 19d i f f e r e n tt e s tc o n d i t i o n si nt o t a l t h er e s u l t ss h o wt h a th e ：a tt r a n s f e rc o e f f i 【c i e n to ft h e c o m p o s i t ew a l li si n 1 5 0 - 2 2 9w ( m 2 k ) a no p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o n sa n da na c t u a l o p t i m a lc o n d i t i o nc a nb eg e tf r o mt e s tr e s u l t s ，a n dt h et w oo p t i m a lc o n d i t i o n sw e r e5 0 a n d 37 e n e r g ys a v i n g ( 3 ) i nt h i sp a p e ，t h es p e c i m e ni su n s t e a d ya n a l y z e db yf i n i t ed i f f e r e n c em e t h o d i ti s o b t a i n e ds p e c i m e n s a t t e n u a t i o nm u l t i p l e ，d e l a yt i m e ，h e a ts t o r a g ec o e f f i c i e n ta n di n d e xo f h e a ti n e r t i a i td e t e r m i n et h ep r o c e s so fh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c ei nt h ei n s u l a t i o nm a t e r i a l s i nn o n - s t e a d ys t a t eb ya n a l y z i n gt h ec h a n g e so ft h ei n d i c a t o r sa n di n f l u e n c i n gf a c t o r s k e y w o r d s ：g y p s u m ；h e a t i n s u l a t i o na n d p r e s e r v a t i o n ；t h e r m a lc o n d u c t i v i t y ；h e a t t r a n s f e r c o e f f i c i e n t ；t h e r m a lp e r f o r m a n c e ；t e s t i i i 广东工业大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i v c o n t e n t s v i 第一章绪论1 1 1 能源的严峻形势1 1 2 建筑能耗的含义：。2 1 3 建筑节能的意义2 1 4 国内外建筑节能材料的研究进展3 1 5 石膏基外墙内保温材料的研究进展4 1 5 1 石膏基外墙内保温材料的研究现状。4 1 5 2 石膏基外墙内保温材料的应用前景7 1 6 本课题主要研究内容8 第二章试件的制备及实验方法9 2 1 主要原材料及配合比设计9 2 1 1 主要原材料9 2 1 2 配合比的确定j 13 2 2 实验测试方法1 3 2 2 1 导热系数测试方法1 3 2 2 2 传热系数测试方法1 9 第三章石膏基保温材料热工性能的测试2 3 3 1 保温试件导热系数的测试2 3 3 1 1 实验方法与实验结果2 3 3 1 2 实验结果分析2 6 3 2 保温墙体传热系数的测试3 1 3 2 1 实验方法与实验结果3 1 3 2 2 检测结果分析3 5 3 3 本章小结4 7 i v 目录 第四章非稳态的分析计算4 9 4 1 非稳态传热分析的意义4 9 4 2 墙体非稳态传热的常用计算方法4 9 4 2 1 谐波反应法4 9 4 2 2 反应系数法4 9 4 2 3 有限差分法。5 0 4 3 非稳态传热的计算5 0 4 3 1 差分方程组的建立51 4 3 2 保温材料的各项指标5 2 4 4 计算结果分析5 3 4 5 本章小结6 3 结论一。6 5 参考文献6 7 在学期间发表的与学位论文内容相关的学术论文。7 0 独创性声明7 1 致谢7 2 附录7 3 v 广东工业大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) 1 1 ， c o n t e n t s ( e n g l i s h ) c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1t h eg r a v es i t u a t i o no f e n e r g y 1 1 21 1 1 em e a n i n go f b u i l d i n ge n e r g yc o n s u m p t i o n 2 1 3t h es i g n i f i c a n c eo f b u i l d i n ge n e r g yc o n s e r v a t i o n 2 1 4t h eb u i l d i n ge n e r g ym a t e r i a l si nd o m e s t i c - a n di n t e r n a t i o n a l 3 1 5t h ep r o g r e s so fg y p s u m - b a s e di n s u l a t i o nm a t e r i a l sw i t h i nt h ee x t e r n a lw a l l s 4 1 5 1r e s e a r c ho fg y p s u m - b a s e di n s u l a t i o nm a t e r i a l sw i t h i nt h ee x t e r n a lw a l l s 4 1 5 2p r o s p e c t so fg y p s u m - b a s e di n s u l a t i o nm a t e r i a l sw i t h i nt h ee x t e r n a lw a l l s 7 1 6p r i n c i p a lr e s e a r c hc o n t e n t s 8 c h a p t e r2s p e c i m e np r e p a r a t i o na n de x p e r i m e n t a lm e t h o d s 9 2 1m a i nr a wm a t e r i a l sa n dm i xd e s i g n 9 2 1 1m a i nr a wm a t e r i a l s 9 2 1 2w i t ht h er a t i od e t e r m i n e d 13 2 2e x p e r i m e n t a lm e t h o d s ：l ：； 2 2 1t h e r m a lc o n d u c t i v i t yt e s tm e t h o d 13 2 2 2h e a tt r a n s f e rc o e 伍c i e n tt e s tm e t h o d 19 c h a p t e r3h e a tt r a n s f e rt e s to fg y p s u m - b a s e di n s u l a t i o nm a t e r i a l s 2 3 3 1t h et e s to fi n s u l a t i o ns p e c i m e n s t h e r m a lc o n d u c t i v i t y 2 3 3 1 1e x p e r i m e n t a lm e t h o da n dr e s u l t 2 3 3 1 2a n a l y s eo f e x p e r i m e n tr e s u l t 2 6 3 2h e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n to f t h et e s tw a l li n s u l a t i o n 3 1 3 2 1e x p e r i m e n t a lm e t h o da n dr e s u l t 31 ：；2 2a n a l y s eo f e x p e r i m e n tr e s u l t 3 5 ：；3c o n c l u s i o n z 7 v i 4 3 1t h ee s t a b l i s h m e n to fd i f f e r e n t i a le q u a t i o n s 51 4 3 2i n d e x e so fi n s u l a t i o nm a t e r i a l 5 2 4 4a n a l y s eo fc a l c u l a t i o nr e s u l t 5 3 4 5c o n c l u s i o n s 6 3 c o n c l u s i o n 。6 5 p e f e r e n c e s 6 7 t h ep a p e r sp u b l i s h e dd u r i n gt h em a s t e rd e g r e e 。7 0 e c l e a r a t i o no fc r e a t l o n 7 1 a c k n o w l e d g e m e n t 7 2 a p p e n d i x 。7 3 v i i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 能源的严峻形势 能源是人类赖以生存和发展的基本条件，能源的利用推动了社会经济的全面进步 和人民生活水平的快速提高，但随着世界人口快速增长、技术进步、人类的生活质量 不断改善都极大的促进了人类对能源的需求，世界的能源( 主要指煤、石油、天然气等 不可再生能源) 消耗总量不断增长，能源贮量却在日益减少。以最常用的石油为例，2 0 0 6 年英国石油公司( b p ) 全球能源统计资料显示：2 0 0 5 年全球每天消耗石油量己达8 2 5 0 万 桶，以这个数字进行计算，到2 0 1 0 年，全世界将消耗掉从经济到技术上都容易开采的 全部石油的一半，而1 6 万亿桶石油大约4 0 年就会消耗光；按照目前的能源使用速度 来估算，其他不可再生能源，如煤炭、天然气等也都将在几十，或几百年后消耗殆尽； 而且世界能源消耗的速度并未停滞，而是随着世界经济的发展在逐年增加【l 】【2 】。2 0 世纪 7 0 年代爆发的石油危机，启动了世界性的建筑节能事业【3 】。 中国作为最大的发展中国家，经济发展取得的成就有目共睹，同时也是能源消耗 大国，这给我国的能源供应带来了很大的压力。从上世纪9 0 年代改革开放初期开始， 中国由石油净出口国变成石油净进口国，此后原油进口逐年跃升，2 0 0 5 年的净进口量 更是达到了1 3 亿吨【4 】，从2 0 0 4 年以来出现了油、煤、电、气全面紧张的状况，超过 2 6 个省、市、自治区采取了拉闸限电措施；2 0 0 5 年，煤炭消费量为2 1 4 亿吨，占能源 消费总量的6 8 9 ；同时我国还存在着能源开发和利用率低下的问题，统计数据显示： 欧美能源综合利用效率平均为5 0 ，日本为5 7 ，我国约为3 3 ，比发达国家低1 0 个百分点；单位产值能耗是世界平均水平的两倍多，主要产品单位能耗平均比国外先 进水平高4 0 t 5 】。人类生存环境的恶化，与能源消耗的不断增长密切相关。能源是人类 社会发展、进步必需的资源，它在为人类创造财富、改变生活面貌的同时，也在破坏 着人类的生存环境。人类保护环境意识的提高也在强化人们的节能意识。中国目前能 源使用的严峻形势不仅影响本国经济的可持续发展，同时也引发了环境恶化和由此带 来的一系列社会问题，严重违背了建设和谐社会的精神和建设小康社会的目标。所以 如何提高我国能源的开发和利用效率，保证能源的可持续发展，将是我们今后发展面 临的重大问题，处理好这一问题不仅是对中国，而且是对世界稳定、和谐的重要贡献。 广东工业大学硕士学位论丈 1 2 建筑能耗的含义 建筑能耗指的是建筑物的使用能耗，即建筑物使用过程中用于供暖、通风、空调、 照明、家用电器、输送、动力、烹饪、给排水和热水供应等的能耗1 6 。 在世界各国的能源消耗中，建筑能耗所占比例都很大，约为总能耗的2 5 至4 0 。 因此，世界各国都将建筑节能工作列为节能工作中的重点。我国的建筑节能工作自t 9 9 6 年民用建筑节能设计标准( 采暖居住建筑部分) ( j g j 2 6 9 5 ) m 等一系列国家法规颁布以 来，已取得长足进展。 在全国既有约4 2 0 亿平方米的城乡建筑中，9 5 以上的为高能耗建筑，一般认为 建筑能耗比例为2 2 - 2 7 1 。在建筑能耗中，采暖和制冷能耗占较大比例。据清华大 学江亿院士的研究，采暖能耗占我国北方地区建筑能耗的5 0 以上。在实施建筑节能 标准前建造的建筑冬季采暖平均热指标在3 0 5 0 w m 2 ( 瓦平方米) 。制冷能耗方面，有 专家估计，2 0 0 2 年我国空调制冷负荷为4 5 0 0 万千瓦，相当于2 5 个三峡电站的发电能 力。我国单位建筑面积的采暖能耗，相当于气候条件相近的发达国家节能建筑的2 3 倍。从建筑物类型看，公共建筑的能耗水平大大高于居住建筑。据有关研究，北京市 占建筑面积4 1 5 的公共建筑消耗7 8 2 的电量。这与发达国家相比，还存在很大的差 距。这不仅表现在我国单位建筑面积能耗还很高及能源利用率很低，也表现在我国对 建筑设计中的节能问题的系统研究较少。因此，加强建筑节能研究、应用和推广工作 意义极为重大。 1 3 建筑节能的意义 建筑节能就是在建筑中合理使用和有效利用能源，不断提高能源利用效率，降低 建筑能耗【。】。我国正处于发展转型的关键期，如何建设好节约型社会，大力推进能源节 约是我们必须面对的问题，因此建筑节能意义重大。建筑节能是落实以人为本，全面、 协调、可持续的科学发展观，实现人与自然和谐发展的重要举措；是调整房地产业结 构和转变建筑业增长方式，转变经济增长方式，促进经济结构调整的迫切需要；是按 照减量化、再利用、资源化的原则，促进资源综合利用，建设节约型社会，发展循环 经济的必然要求；是进一步改善人民生活与工作环境，走生态良好的文明发展道路的 重要体现；是节约能源，保障国家能源安全的关键环节；是探索解决建设行业高投入、 高消耗、高污染、低效率的根本途径；是改造和提升传统建筑业、建材业，实现建设 事业健康、协调、可持续发展的重大战略性工作。积极推进建筑节能，有利于改善人 2 第一章绪论 们生活和工作环境，保证国民经济持续稳定发展，减少大气污染，减少温室气体的排 放，保护人类生存环境。加强建筑节能，对经济、社会以及环境意义都重大深远。 1 4 国内外建筑节能材料的研究进展 随着能源的紧张形势，世界各国开始密切关注建筑节能。西方发达国家大规模发 展建筑节能已持续了三十多年，其建筑节能内容一直在不断更新f 洲0 1 1 1 。从最初的“建筑 节能”到“在建筑中保持能源”再到“提高建筑中的能源利用效率这样三个阶段。 国外保温材料工业己经有很长的历史，建筑节能用保温材料占绝大多数，如美国从1 9 8 7 年以来建筑保温材料占所有保温材料的8 1 左右，瑞典及芬兰等西欧国家8 0 以上的 岩棉制品用于建筑节能f 1 2 】。从这时开始，建筑保温材料的研制与应用越来越受到世界 各国的普遍重视，各种新型保温材料如雨后春笋般破土而出。从建筑保温材料的材质 和品种上看，国内外聚苯乙烯为主要原料的保温材料研究相对广泛【1 3 】，但绝大部分都 是在板材领域，如聚苯板、钢丝网架夹芯复合内外墙板、金属复合夹芯板等。虽然聚 苯板作为保温材料在使用中具有良好的保温效果，但由于板材的特点使得聚苯板在施 工中与主体联接时是以点固定为主、面固定为辅，板材之间要进行必要拼接、粘结， 不适应外形较复杂的建筑物的保温，施工工艺较复杂，综合成本高。同时由于聚苯板 的憎水性与常规的亲水性材料不适应，导致其面层以外的后续施工质量不易保证，容 易出现面层砂浆开裂、脱落、空鼓等质量问题，因此对建筑物的外装饰如面砖、涂料 的使用或施工构成了很大的制约1 1 4 1 。不定型的浆体保温材料可以克服板材类的这些不 足，因此其构成了建筑保温隔热材料的重要组成部分。 欧美等发达国家在浆体保温材料的研究与应用方面起步较早，技术较为成熟，在 研究和应用上已卓有成效1 1 5 1 。目前发达国家在浆体保温材料研制开发方面，是以轻质 多功能复合浆体保温材料为主。此类浆体保温材料具有较低的导热系数，本身有一定 的强度和阻燃性、施工方便。此外，国外非常重视保温材料工业的环保问题，积极发 展“绿色 保温材料制品，从原材料准备、产品生产及使用，都要求最低限度地节约 资源和减少对环境的危害。 相变材料( p c m ) 应用于建筑材料的热能存储始于上世纪8 0 年代，随着p c m 与石 膏板、灰泥板、混凝土及其他建筑材料的结合，热能存贮已能被应用到建筑结构的轻 质材料中。早期的研究主要集中于便宜易得的无机水合盐上，但由于其严重的过冷与 析出问题，相变建筑材料循环使用后储能大大降低和相变温度范围波动很大，尽管在 解决过冷和析出方面取得了一定进展，但仍然大大限制了其在建筑材料领域的实际应 3 广东工业大学硕士学位论丈 用。目前，国内关于相变建筑材料的研究和应用主要还只停留在实验室阶段 1 6 1 。 我国保温材料品种多样，产量也很大，居世界第二位。主要有矿棉、岩棉、玻璃 棉、陶瓷纤维、聚苯乙烯泡沫塑料( e p s ) 、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料( x p s ) 、泡沫玻璃、 膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、硅藻土、石膏、加气混凝土、复合硅酸盐保温涂料等。虽然 我国保温材料的发展迅速，但总体上施工技术水平落后。如聚苯乙烯泡沫塑料在使用 过程中存在严重的环保问题、消防问题和老化失效问题。我国尤其在浆体保温材料的 研究开发方面，更是需要进一步的探索与发展。目前我国大量应用在土建工程上的浆 体保温材料仍然是以传统浆体膨胀珍珠岩保温材料为主，其吸水率很大，抗裂性、耐 侯性差，应用有很大局限性，施工时需多次成活，施工效率低下，保温砂浆为现场配 制，其质量不易控制和保证。因此，一种新型保温材料石膏基保温材料引起各界的关 注。石膏基保温材料是采用石膏作为凝胶材料，运用各种聚合物作为改性剂进行改性。 由于其热工性能较好，质量轻、施工方便、质量可靠、工程造价低，不存在环保问题， 能在一定范围内调节室内空气湿度的“呼吸功能，可以给居住者以舒适的环境，是 建筑节能产品的发展方向旧。 1 5 石膏基外墙内保温材料的研究进展 1 5 1 石膏基外墙内保温材料的研究现状 虽然石膏的导热系数小，但石膏基保温材料热工性能的好坏只有定性的研究。因 此，定量研究石膏基保温材料的热工性能就很有必要。而对于石膏基保温材料的热工 性能研究，国内外系统开展的这方面研究工作并不多，主要有下面几个因素：纯石膏 体系中石膏仅以少量的氢键和物理搭接形成强度，导致体系软化系数较小、饱水后的 强度不足、易吸水且耐水性能不好。同时，建筑石膏由于在实际应用中材料的成本较 高，凝结硬化相当的迅速、可操作的时间较短等问题，这些都极大地限制了建筑石膏 的应用。针对石膏基材料的这些缺点，为了解决上述问题，大多数的研究主要是从石 膏基材料的配方组成和外加剂的作用机理方面来进行。而对于制作配置好的石膏基墙 体保温材料的各项热工性能系数和保温材料的应用研究很少。 对于石膏基材料的保温性能方面，国内的研究主要侧重于应用方面，而对材料热 工性能分析的研究很少。上海市建筑研究科学院的叶蓓红研究了聚乙烯醇在石膏聚苯 板外墙内保温体系中的作用。研究了聚乙烯醇具有很好的保水性，主要是提高了石膏 与膨胀聚苯板的粘结力，提出石膏膨胀聚苯板外墙内保温系可满足夏热冬冷地区住宅 4 第一聿绪沦 建筑围护结构的节能标准要求 1 8 1 。杨子江研究了植物纤维石膏渣空心砌块的物理学性 能和热工性能，得出该砌块的容重为4 5 0 1 0 0 0k g m 3 ，导热系数为0 1 2 0 1 3 5w ( m k ) ， 容重小，质轻，可以节省基础材料，可满足建筑节能5 0 的要求【1 9 1 。但这种材料只能 使用于新建建筑。兰州大学的徐怀军以改性e p s 颗粒为保温骨料，石膏矿渣胶凝材料 为胶结材料，辅以尼龙纤维和活性激发剂，配制保温性能良好的复合墙体材料。研究 对e p s 颗粒进行了预处理，使其表面由憎水性改变为亲水性，使e p s 颗粒与石膏一矿渣 无机胶凝材料之间有了较高的黏结强度和和易性。通过测试结果显示，该墙体材料具 有较低的导热系数、较高的强度、良好的韧性和抗冻融能力 2 0 l 。南京工业大学的许建 柳针对建筑物内人体的热舒适性与内墙壁面温度的相关性，建立了具有复合材料墙体 的房间内温度响应的数学模型。利用围护结构的动态传热特性，通过采用不同的墙体 内表面材料来改善间歇供热伟0 冷) 条件下的室内热舒适性，伺时达到节能降耗的目的。 结果显示，在相同的加热( 制冷) 条件下，由相同材质、相同尺寸组合构成的复合材料墙 体，在不同的材料排列方式的情况下，室内的温度响应有很大的不同，这对间歇性供 热房间内人体的热舒适性有较大的影响【2 1 1 。 对于石膏基材料的功能应用方面，刘成楼对耐水高强石膏做了一些研究。认为提 高粉刷石膏的强度和耐水问题有两条途径：即掺加有机防水材料或无机胶凝材料。他 提出有机防水材料虽然能够提高石膏的耐水性，但是有机防水剂薄膜阻隔了硫酸钙晶 体之间的结合，削弱了石膏制品的强度，另外防水剂填充或堵塞石膏的孔隙，降低了 石膏的“呼吸 调湿功能，而在石膏中掺加适量的无机胶凝材料，既可提高其耐水性， 又可提高强度，同时还能保持其原有的特种功能，且成本较低。因此他采用矿渣微粉、 水泥、粉煤灰、石灰等无机材料按一定质量比混合，在激发剂的配合下制成复合胶凝 材料，用其对石膏进行改性，最后得到很好的粉刷石膏材料【捌。西安建筑科技大学的 尚建丽博士研究了以石膏为胶凝材料