第九章建筑功能材料PPT课件.ppt

西南大学工程技术学院建筑系 第九章绝热材料与吸声材料 1 第一节防水材料 1概述防水材料是指具有防止建筑工程结构遭受雨水 地下水 生活用水侵蚀的材料 堵水材料除具备上述功能外 还需满足带水操作的施工要求 2 建筑屋面防水等级 3 2 防水材料的分类与组成 柔性 构成柔性防水层 具有一定柔韧性和较大延伸率 如防水卷材 有机涂料 刚性 构成刚性防水层 强度较高 无延伸能力 如防水砂浆 防水混凝土等 依据建筑防水材料的外观形态可分为防水卷材 防水涂料 密封材料和刚性防水材料四大系列 此外 地下防水工程中还用塑料板和金属板等防水材料构成板材防水层 防水材料 4 防水材料的性能与选用1 防水卷材防水卷材是可卷曲成卷状的柔性防水材料 它是目前我国使用量最大的防水材料 防水卷材主要包括普通沥青防水卷材 改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材三个系列 1 沥青防水卷材常见沥青防水卷材的特点及应用见表 5 常见沥青防水卷材的特点与应用范围 6 2 改性沥青防水卷材常用改性沥青防水卷材特点及应用见表 7 3 合成高分子防水卷材 合成高分子防水卷材 以合成橡胶 合成树脂或它们两者的共混体为基料 加入适量的化学助剂和填充料等 经不同工序加工而成可卷曲的片状防水材料 或把上述材料与合成纤维等复合形成两层或两层以上可卷曲的片状防水材料 特点 物理力学性能高 使用寿命长 价格较贵 冷粘贴施工 防水效果极佳 应用 一般采用单层防水体系 适合于一些防水等级要求较高 维修施工不便的防水工程 8 高分子防水卷材品种 三元乙丙橡胶防水卷材氯化聚乙烯橡胶防水卷材PVC防水卷材聚乙烯复合防水卷材 9 三元乙丙橡胶防水卷材 组成 以三元乙丙橡胶 乙烯 丙烯和任一种非共轭二烯烃共聚物 掺入适量的丁基橡胶 软化剂 补强剂 填充剂 促进剂 硫化剂和填料等 10 生产工艺 将各种原料经过配料 密炼 拉片 过滤 热炼成橡胶混合料 橡胶混合料经挤出或压延成型为卷材 卷材再经硫化 检验 分卷 包装等制成卷材产品 11 12 主要性能特点 1 耐老化性能好 使用寿命长三元乙丙橡胶分子结构中的主链上没有双键 当三元乙丙橡胶受到臭氧 紫外线 湿热的作用时 主链上不易发生断裂 这是它的耐老化性能比主链上含有双键的橡胶或塑料等高分子材料优异得多得根本原因 因此 采用三元乙丙橡胶为主体制成得卷材作防水层 能经得起长期风吹 雨淋 日晒的考验 2 弹性好 拉伸性能优异三元乙丙橡胶防水卷材的拉伸强度高 7N m 断裂伸长率大 450 回弹性好 抗裂性极佳 能够适应防水基层伸缩或开裂变形的需要 13 3 耐高低温性能好三元乙丙橡胶防水卷材的脆性温度很低 45 以下 耐热性能优良 达160 以上 可在较低气温条件下进行施工作业 并能在严寒或酷热的气候环境中长期使用 14 三元乙丙橡胶防水卷材物理性能 15 特点与应用 特点 使用温度范围宽 45 80C 断裂伸长率大 450 使用寿命长达50年 单层防水体系 冷粘贴施工 应用 适用于工业与民用建筑的屋面工程做单层外露防水层 并适用于受振动 易变形建筑工程防水 也可用于有刚性保护层或倒置式屋面以及地下室 水渠 储水池 隧道等土木建筑工程的防水 16 施工要求 1 基层应平整 干燥 清洁 不得有酥松 起砂 起皮现象 2 在施工前应将基层清扫干净 并铲除异物 3 将防水卷材完全摊在基层上 以松弛片材的应力 用XAN 01基层胶按用量涂抹于基层和片材表面 待胶粘剂基本不粘手时 平整铺贴 压实 4 在铺贴第二卷卷材时 应在第一卷重叠的边缘处突出100mm 不涂XAN 01基层胶 按3的要求将片材铺贴在基层上 以此完成整个铺设工作 在铺设时 绝不能猛力拉紧防水卷材 5 基层铺贴完成后 用专用溶剂擦洗搭接部位 充分干燥后用XAN 02搭接胶涂于接缝两面 待胶充分干燥后 再涂第二遍 待胶干至不粘手后 用滚轴压平 压实 6 施工时应注意防火 地下室密闭施工现场必须配备良好的通风设备设施方可施工 17 三元乙丙橡胶防水卷材的施工 18 氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材 组成 以氯化聚乙烯树脂 由聚氯乙烯树脂经氯化改性后制成 和合成橡胶共混为主体 加入适量的硫化剂 促进剂 稳定剂 软化剂和填充剂等 玻璃纤维网格布 根据共混材料和物理力学性能的不同 卷材可分为S型和N型两个品种 S型 以氯化聚乙烯与合成橡胶共混体制成的防水卷材 N型 以氯化聚乙烯与合成橡胶或再生橡胶共混体制成的防水卷材 19 20 成型工艺 各种原料混合 素炼 混炼 过滤得到混合料 混合料经过压延 或挤出 成型卷材 卷材硫化 检验 分卷 包装等工序制得成品 21 特点 弹性体氯化聚乙烯的特点 其分子结构中不含双健 含氯原子 所以其耐寒 耐臭氧性 阻燃性 耐低化学蚀性 耐水性等综合防水性能优异 温度可适应40 到85 的范围 同时具有伸长率 撕裂强度高 使用奉命长等特点 防水卷材特点 这种防水卷材兼有塑料和橡胶的特点 它不但具有氯化聚乙烯所特有的高强度和优异的耐臭氧 耐老化性能 而且具有橡胶类材料的高弹性 高延伸性以及良好的低温柔韧性能 22 主要特性 耐老化性能优异氯化聚乙烯 橡胶共混防水卷材具有优异的耐老化性能 在1000pphm的高浓度臭氧环境中 使卷材处于拉伸100 的受力状态下 经168h处理后 试件仍无裂纹出现 因此 该卷材的大气稳定性好 使用寿命长 拉伸强度高 延伸率大该卷材属硫化型橡胶类弹性体防水材料 具有拉伸强度高 延伸率大的特性 因此 对基层伸缩或开裂变形的适应性较强 为提高防水工程质量和延长防水层的使用寿命 创造了条件 23 粘结性能好氯化聚乙烯树脂含氯量为30 40 由于氯原子的存在 大大提高了共混卷材的粘结性能和阻燃性能 使该卷材本身成为一种易粘结材料 多种氯丁系胶粘剂均可实现卷材雨卷材和卷材与基层之间的粘结 便于形成弹性整体的防水层 提高了防水工程的可靠程度 应用范围广可广泛应用于屋面 地下室 桥梁 隧道 提坝等各种建筑防水工程 施工规定工艺做法与三元乙丙防水卷材相同 24 氯化聚乙烯橡胶防水卷材物理性能 撕裂强度 N cm 25 卷材与粘结剂产品 热熔施工 26 聚氯乙稀 PVC 防水卷材 组成 以聚氯乙烯树脂 PVC 为主要原料 掺入适量的改性剂 抗氧剂 紫外线吸收剂 着色剂 填充剂等 生产工艺 经捏合 塑化 挤出压延 整形 冷却 检验 分卷 包装等工序加工制成可卷曲的片状防水材料 27 性能特点 1 使用寿命长 屋面暴露可达30年 地下埋置可达50年以上 2 耐候性优良 各种气候下均能保持较好的柔韧性 不受工业垃圾和生物菌的侵害 防霉 耐化学药品腐蚀 3 抗拉强度及伸长率高 适应结构性移动 接缝通过热风焊接与母材形成一体 牢固可靠 4 耐根系渗透和耐风化 适宜于种植屋面 5 抗穿孔性和耐压性好 机械阻力高 6 可塑性好 适应复杂的防雨板和边角部处理 7 幅宽2 1米 材料施工损耗少 8 尺寸变化率低 质地均匀 无毛细管现象 9 施工简单快捷 无污染 受环境气候影响小 完成即可上人 保证大面积连续作业10 浅色表面 反射紫外线照射 吸热最少 28 2 防水涂料防水涂料是在常温下呈无定形液态 经涂布能在结构物表面固化形成具有相当厚度并有一定弹性的防水膜的物料总称 防水涂料广泛适用于工业与民用建筑的屋面防水工程 地下室防水工程和地面防潮 防渗等 按主要成膜物质可分为乳化沥青类防水涂料 改性沥青类防水涂料 合成高分子类防水涂料和水泥基防水涂料等 1 沥青基防水涂料 2 改性沥青类防水涂料 3 合成高分子类防水涂料 29 3 密封材料建筑密封材料是能承受位移以达到气密 水密目的而嵌入建筑接缝中的定型和不定型的材料 作用 防水 防尘 隔汽与隔声的作用 分类 有定型和不定型两类 定型密封材料是指具有特定形状的密封衬垫 如密封条 密封带 密封垫等 不定型密封材料是指一种粘稠状的材料 俗称密封膏或嵌缝膏 1 建筑防水沥青嵌缝油膏 2 聚氨醋建筑密封膏 3 聚硫建筑密封膏 4 硅酮密封胶 30 4 刚性防水材料刚性防水材料是指以水泥 砂 石为原料或其内掺入少量外加剂 高分子聚合物等材料 通过调整配合比 抑制或减小孔隙率 改变孔隙特征 增加各原材料界面间的密实性等方法 配制成具有一定抗渗透能力的水泥砂浆 混凝土类防水材料 生产方法 1 以硅酸盐水泥为基料 加入无机或有机外加剂配制而成的防水砂浆 防水混凝土 或直接使用水泥基渗透结晶型防水材料 2 以膨胀水泥为主的特种水泥为基材配制的防水砂浆 防水混凝土 31 建筑堵水材料的种类与用途建筑堵水材料主要用于房屋建筑 构筑物 水工建筑等在有水或潮湿环境下的防水堵漏 因此 需满足带水操作的施工要求 按施工方式 可分为灌浆材料 柔性嵌缝材料 刚性止水材料及刚性抹面材料 特点和用途 见表 32 表常用建筑堵水材料的特点及用途 33 表常用建筑堵水材料的特点及用途 续 34 灌浆材料 在压力作用下注入构筑物的缝隙孔洞之中 具有增加承载能力 防止渗漏 提高结构整体性能的材料 灌浆材料应该具有良好的可灌性 胶凝时间可调性 与被灌体有良好的粘性 以及良好的强度 抗渗性和耐久性 可分为无机灌浆材料和有机灌浆材料 35 第二节绝热材料 绝热材料又称保温隔热材料 系指对热流具有显著阻抗性的材料或材料复合体 绝热材料在建筑物中可以起到保温隔热作用 一般将材料阻抗室内热量外流的功能称为保温 将材料阻抗室外热量流入室内的功能称为隔热 材料保温隔热性能的好坏由材料的导热系数的大小来评价 导热系数越小 保温隔热性能越好 反之亦然 36 一 绝热材料的性能 材料的热物理量热物理量的影响因素提高材料或复合体的绝热性能的途径绝热材料的性能要求 37 1 材料的热物理量 绝热就是最大限度地阻抗热流的传递 传热 传热是指热量从高温区向低温区的自发流动 是一种由于温差引起的能量转移现象 按照传热的物理机理 传热过程主要通过三种方式进行 导热 对流和热辐射 绝热材料须具有较小的导热系数 对流传热系数和辐射传热系数 或由绝热材料组成的复合体具有较高的热阻值或较小的传热系数 才能具有很好的绝热性能 38 导热系数 表示材料传递热量的一种能力 用 表示 单位为W m K 定义为 Q S dx dT S 传热面积 x 传热距离 它表示 在一块面积为1m 厚度为1m的板上 板的两侧表面温差为1 在1小时内通过板面的热量 因此导热系数越小 则材料的绝热性能越好 T1 T2 x Q T1 T2 39 热阻 Q x T1 T2 S 热流量Q x T1 T2 S令单位面积热流量q Q S x T1 T2 定义 热阻R x 它表示材料层抵抗热流通过的能力 或者说明热流通过材料层时所遇到的阻力 在同样温度下 热阻越大 通过材料层的热量越小 40 传热系数 对于单层平壁的传热 热流体通过平壁传递给冷流体的热流密度为 q T1 T2 1 1 1 2 其中 K 1 1 1 1 2 K称为传热系数 单位为W m2 K 对于多层平壁传热 有 q T1 T2 1 1 i i 1 2 传热总热阻为 R 1 1 i i 1 2则 传热系数为热阻倒数 K 1 R T1 1 T2 2 x 0 T Q i 41 2 热物理量的影响因素 材料的组成与结构材料的表观密度孔隙的大小与特征湿度或含水率热流方向温度 42 1 材料的组成与结构 有机高分子材料的导热系数小于无机材料 在无机材料中 非金属材料的导热系数小于金属材料 气态物质的导热系数小于液态物质 液态物质小于固体材料 固体材料而言 一般分子结构越复杂 结晶程度越低 导热系数越小 无定形结构的材料的导热系数小于晶体材料 43 2 材料的表观密度 随着孔隙率的提高或表观密度的减小 其导热系数变小 当表观密度小于某一临界值后 由于孔隙率太高 孔隙中的空气即开始产生对流 同时 气体对热辐射的阻抗能力降低 如果孔隙率过高 辐射传热也会相应加强 这时 材料总的传热系数反而增大 对于多孔绝热材料 只有当导热系数 对流传热系数和辐射传热系数三者之和最小时 才具有很好的绝热性能 此时的材料表观密度称为最佳密度 对于纤维制品 一般为32 48kg m3 对于泡沫制品 一般为16 40 44 3 孔隙的大小与特征 当表观密度相同时 孔隙的尺寸越小 导热系数越小 当孔隙尺寸小于50nm时 空气将完全被气孔壁吸附 孔隙接近于真空状态 导热系数降至最小 孔隙只有辐射传热 当孔隙尺寸大到一定程度后 由于空气对流的出现使导热系数变大 孔隙开口而且相互连通的比封闭而互不连通的导热系数大 而且孔隙中的空气可能发生对流传热 多而小的封闭孔隙 不但对导热传热 而且对对流传热和辐射传热的热阻抗都是有利的 45 4 湿度或含水率 由于水的导热系数为0 5815W m K 比静止空气的导热系数0 02326W m K 大 因此 当环境湿度较高时 材料内部孔隙会吸收水分使其平衡含水率相应提高 导热系数相应增大 5 热流方向 对于各向异性材料 如纤维状材料 当热流方向平行于纤维延伸方向时 其导热系数较大 垂直于纤维延伸方向时 则导热系数较小 46 6 温度 由于辐射传热的影响 多孔材料的导热系数一般随着温度的升高而增大 二者之间的关系常简化成下式 b bTpj式中 b 常温下材料的导热系数 b 系数 Tpj 内外表面的平均温度 47 3 提高材料或复合体的绝热性能的途径 降低材料的表观密度 使其表观密度符合绝热最佳密度 在其他条件允许的情况下 尽量使用有机高分子材料或无定形的无机材料 在表观密度一定的情况下 应使得材料内部的孔隙数量尽可能的多 尺寸尽可能的小 且互不连通 使用纤维材料时 应尽量减小纤维的直径 利用空气夹层制成材料的复合体 夹层的厚度应尽量小 以防止空气对流的发生 在可能的条件下 采用真空化处理或充填导热系数小于空气的气体 可使得多孔材料的传热量降到最低 48 4 绝热材料的性能要求 绝热材料的传热系数要尽可能的小 表观密度尽可能为最佳密度 通常绝热材料的导热系数小于0 23W m K 表观密度小于500kg m3 绝热材料吸水率要低 应尽量不吸水和吸潮 如不可避免时 需对材料进行憎水处理或用防水材料包覆 由于建筑安装施工和使用的需要 绝热材料须具有与施工方法和使用条件相适应的机械强度和耐热温度 一般而言 绝热材料的抗压强度应大于0 3MPa 耐热温度为自重下产生2 变形时的温度 绝热材料应具有与使用环境下的化学稳定性和一定的耐久性 而且应对环境和人体无害 49 二 绝热材料的组成与结构 绝热材料的成分金属绝热材料不锈钢 铝箔 铜箔 泡沫铝 铝蜂窝等 无机绝热材料天然矿物材料和人工合成材料 有机绝热材料动植物材料和合成高分子材料 绝热材料的结构与构造纤维状结构多孔结构多孔结构材料有散粒状和微孔块状 层状结构 层状结构有层叠和夹层结构 50 无机绝热材料主要成分 一些碱金属和碱土金属的硅酸盐 铝酸盐和硅铝酸盐 天然矿物材料主要有由硅铝酸盐水化物构成的岩石如蛭石 珍珠岩等 它们经加热使所含水分子气化 膨胀形成多孔材料 天然形成的多孔岩石 如浮石 海泡石 硅藻土 火山渣等 天然纤维状矿物 如石棉等 人工合成矿物材料主要有经发泡工艺制成的多孔材料 如泡沫水泥 泡沫玻璃 加气混凝土 微孔硅酸钙 微孔铝酸钙等 有经熔融拉 喷吹 丝工艺制成的纤维材料 如矿渣棉 玻璃棉 岩棉和硅酸铝棉等 51 有机绝热材料主要成分 动物材料有由蛋白质构成的纤维材料 如羊毛 植物材料主要是由纤维素构成的软木 木屑 刨花 芦苇 棉花等 合成高分子材料主要是经发泡工艺制成的各种塑料和橡胶 如泡沫聚苯乙烯 泡沫聚氯乙烯 泡沫聚氨酯 泡沫酚醛塑料和泡沫橡胶等 反辐射性能好的塑料薄膜也可用作绝热材料 52 常用绝热材料结构类型 53 三 绝热材料的选用要求 具有较低的导热系数 一般为0 14W m K 表观密度不大于600kg m3 具有较低的吸湿性 具有一定的承载能力 抗压强度应大于0 4MPa 具有良好的稳定性和足够的防火防腐能力 必须造价低廉 成型和施工方便 54 第三节吸声隔声材料 吸声材料在建筑物中的作用主要是用以改善室内收听条件 消除回音以及控制和降低噪声干扰等 材料的吸声性能的优劣以吸声系数衡量 吸声系数是指被吸收的声能与声波传递给材料的全部声能的百分比 在声波频率为125 250 500 1000 2000 4000Hz六个频率的平均吸声系数大于0 2的材料 成为吸声材料 55 一 吸声材料的吸声性能 吸声系数吸声系数的测量方法材料的吸声原理多孔材料吸声系数的影响因素 56 1 吸声系数 根据能量守恒定律 若单位时间内入射到构件上的总声能为Eo 反射声能为E 构件吸收声能为E 透过构件的声能为E 则它们之间存在下列关系 Eo E E E 通常用吸声系数 表示材料的吸声性能 吸声系数定义为 Eo E Eo E E Eo当入射总声能完全被材料反射时 0 无反射时 1 一般材料的吸声系数介于0和1之间 吸声系数越大 吸声效果越显著 57 2 吸声系数的测量方法 吸声系数与声波的入射方向 角度 有关 声波的入射角度可分为垂直入射 斜向入射和无规入射三种 建筑中的吸声常采用在无规条件下 用驻波法测量声波垂直入射的吸声系数 0 用此值比较各种材料的吸声性能 吸声系数还与声音的频率有关 同种材料对于不同频率的声音 其吸声系数不同 一般采用125 250 500 1000 2000 4000Hz六个频率的吸声系数来表示材料的吸声频率特性 分别测量材料在六个频率下的吸声系数 然后计算六个值的算术平均值或加权平均值 作为材料的吸声系数 58 3 材料的吸声原理 材料通过三种方式将入射的声能转变换成机械能或热能而被吸收 其一是通过声波进入材料内部的微孔 与孔壁发生摩擦转换为热能被吸收 其二是通过入射声波使材料振动 将声能转换为机械振动能被吸收 其三是空腔内的空气与声波产生共振 将声能转换为摩擦被吸收 59 4 多孔材料吸声系数的影响因素 1 材料的表观密度同种多孔材料随表观密度增大 其低频吸声系数提高 而高频吸声系数降低 2 孔隙及其特征孔隙率大且孔隙均匀细小 吸声系数越高 若孔隙过大 则吸声效果变差 封闭不连通的孔隙不利于吸声 而开口而互相连通的孔隙越多 吸声效果越好 3 材料的厚度材料厚度增加 低频吸声系数增加 而对高频吸声系数影响不大 过厚则变化不明显 4 材料背面的条件如果吸声材料背面留有一定的空气层 相当于增加了材料的厚度 可以提高吸声系数 当空气层厚度等于声波波长的奇数倍时 可以获得最大的吸声系数 60 二 吸声材料的结构类型 根据吸声原理和方式 吸声材料一般具有三种结构形式 多孔结构 共振吸声结构和特殊吸声结构 多孔吸声材料的构造特征是材料内部含有大量互相贯通的微孔 如纤维状和微孔状泡沫材料等 共振吸声结构主要有单个共振器 孔板式共振吸声结构和薄板式共振结构三种 特殊吸声结构是一种悬挂于室内的吸声结构 常用的形式有矩形体 平板状 圆柱状 圆锥状 棱锥状 球状和多面体等 61 常用绝热 吸声材料 硅酸铝纤维制品岩矿棉制品玻璃棉制品有机合成纤维无机泡沫材料有机泡沫材料层状复合材料 62 硅酸铝纤维的耐火性与组成 63 硅酸铝纤维及其制品的技术性能 耐高温性能是所有绝热材料中最高的 导热系数小 在高温区的热传导率很小 表观密度小 一般在90 220kg m3 热稳定性好 即使温度急剧变化 也不会产生结构应力 化学稳定性好 除强碱 氢氟酸 磷酸外 几乎不受其它化学品的侵蚀 吸声性能优良 纤维直径为2 3 m 长度为50mm 64 硅酸铝纤维制品 65 硅酸铝纤维板的性能 66 玻璃棉制品 67 玻璃棉制品的性能 68 玻璃棉的应用 玻璃棉是一种优良的保温 绝热 吸声 过滤材料 广泛应用于国防 石油化工 建筑 冶金 冷藏 交通等领域 玻璃棉毡主要用于建筑物的隔热 隔声 通风空调设备的保温 播音室 消音室及噪音车间的吸声 玻璃