外墙保温材料导热系数影响因素及实验分析

外墙保温材料导热系数影响因素及实验分析摘要：分析建筑外墙保温材料导热系数，选择合适且高效能的建筑材料，能对建筑物的保温性能起到很好的帮助。本文分析了几种常用的保温节能材料，对材料的导热系数和保温性能进行试验研究，探求不同保温材料的密度与导热系数的关系。实验结果说明了XPS聚苯乙烯泡沫塑料和EPS聚苯乙烯泡沫塑料保温材料的密度和导热系数之间没有特殊的关系，水泥基复合保温砂浆和建筑垃圾为骨料的硅酸盐保温节能材料的导热系数随着密度的增大而增加。关键词：保温材料；导热系数；表观密度引言随着我国经济的飞速增长，建筑行业的发展达到了空前的高度，建筑技术和建筑材料在人们的探索创新下逐渐完善。建筑外墙的材料选择使用对建筑的保温效果有着极大的影响，如果分析选用不对就会增加建筑的能耗。因此如何对外墙保温材料进行分析选择成为了人们关心的问题。下面对4种保温材料的导热系数和密度的关系进行试验研究说明。1材料导热系数的影响因素1.1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。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；液态物质的导热系数小于固体。1.2表观密度表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的质量。其体积既包括固体部分的体积，也包括空隙的体积。随着孔隙率的提高或表观密度的降低，其导热系数变小。其中，材料的导热系数并不是随着表观密度的减小而无限降低的，当表观密度小于某个临界值后，由于孔隙率太高，空隙中的空气开始产生对流；同时由于气体对热辐射的阻抗能力很低，如果孔隙率过高，辐射传热也相应加强，这时材料的导热系数反而增大。1.3空隙的大小与特征在表观密度相同的条件下，材料孔隙的尺寸越小，导热系数越小。当孔径小到一定尺寸后，孔隙中的空气完全被孔壁吸附，导热系数降到最小；当孔隙体积大到一定程度，孔隙内部空气出现对流，导热系数变大。对于相同孔隙率和孔径尺寸，当孔隙彼此连通时，导热系数较大；当孔隙彼此密闭时，导热系数较小。2保温材料的密度和导热系数在试验中，我们选取了大量的保温材料导热系数的数据，对常用的XPS聚苯乙烯泡沫塑料、EPS聚苯乙烯泡沫塑料和水泥基复合保温砂浆的导热系数与密度的关系进行总结，同时也对建筑垃圾为细骨料的硅酸盐保温节能材料的导热系数与密度及孔径大小进行分析，进而得到一些结论。2.1XPS聚苯乙烯泡沫塑料的密度与导热系数的对应关系如表1所示，从表中可以看出，相同密度的XPS聚苯乙烯泡沫塑料的导热系数离散很大，导热系数并不一定随着密度的增大而增加。分析原因，主要与生产工艺及生产所用的原材料有关，因为XPS聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂或其共聚物为主要成分，添加少量外加剂，经加热挤塑成型制成的，含有大量封闭的微小孔隙，因此在密度相同或相差不大的情况下，孔隙率越大，封闭孔隙越多，其导热系数越小。目前，工程中常用的XPS聚苯乙烯泡沫塑料的密度集中分布在31〜40(kg/m3)之间，导热系数集中分布在0.022〜0.035[W/(m.K)]范围内。表1XPS聚苯乙烯泡沫塑料的密度和导热系数的关系2.2EPS保温板表观密度与导热系数的关系从表2可以看出，相同密度的EPS聚苯乙烯泡沫塑料导热系数离散也很大，导热系数并不一定随着密度的增大而增加。分析原因，这主要与生产工艺及生产所用的原材料有关，因为EPS泡沫塑料板是由可发性的聚苯乙烯珠粒加热预发泡后，在模具中加热成型。EPS由完全封闭的多面体形蜂窝构成，蜂窝直径为0.2〜0.5mm，蜂窝壁厚为0.001mm。EPS由约98%的空气和2%的聚苯乙烯组成，截留在蜂窝内的空气是惰性气体，对聚苯乙烯泡沫塑料优良的绝热性能起决定性的作用。由于原料的质量不同，即使密度相近，材料内所形成蜂窝的数量及大小也会不同，从而导致导热系数有很大的差异。目前，工程中常用的EPS聚苯乙烯泡沫塑料密度集中分布在16〜25(kg/m3)，导热系数集中分布在0.033〜0.041[W/(m.K)]之间。表2EPS保温板密度和导热系数的关系2.3水泥基复合保温砂浆表观密度与导热系数的关系从表3可以看出，相同密度的水泥基复合保温砂浆导热系数虽不完全相同，但相差数值不大，除少量异常数值外，导热系数随着密度的增大线性增加。目前工程中常用的水泥基复合保温砂浆的密度集中分布在250〜450(kg/m3)，导热系数集中分布在0.050〜0.090[W/(m.K)]之间。选取不同孔径的水泥基复合保温砂浆，在材料密度为260kg/m3,9°C恒重的条件下测定导热系数，结果如表4。表4水泥基复合保温砂浆导热系数和孔径的关系保温砂浆成型硬化后，其孔隙的孔径比聚苯乙烯泡沫塑料的要大得多，孔隙率与密闭孔隙数量和密度有很大关系。相对来说，密度较小的保温砂浆，孔隙率较大，密闭孔隙较多，导热系数相对较小。对同样密度而言，小孔径材料比大孔径材料导热系数要大。2.4建筑垃圾为骨料的硅酸盐保温材料密度和导热系数的关系针对国内日益增多的建筑垃圾，将建筑垃圾粉碎球磨细化后应用于硅酸盐保温材料中，调配主要使用胶凝材料、填充材料、建筑垃圾、外加剂、增强剂等材料，制备具有保温功能的建筑垃圾为细骨料的盐基多孔材料，并研究这种硅酸盐保温材料导热系数的影响因素和变化规律。同时，研究这种硅酸盐保温材料导热系数和水泥基复合保温砂浆导热系数进行对照分析。表5建筑垃圾为骨料的硅酸盐保温材料密度和导热系数的关系由表5可知：随着材料密度的升高，导热系数不断增大，导热系数与材料容重呈正相关系。在180-330(kg/m3)密度情况下，水泥基复合保温砂浆导热系数比建筑垃圾为骨料的硅酸盐保温材料要小，在密度较大时，两种材料的导热系数基本相同，但总体都偏大，也失去了比较保温材料导热系数的意义。通过这些对比研究，对建筑垃圾为骨料的硅酸盐保温节能材料配方及工艺的进一步改良提供理论依据和指导。选取不同孔径的建筑垃圾为骨料的硅酸盐保温材料，在材料密度为260kg/m3,9C恒重的条件下测定导热系数，结果见表6。表6建筑垃圾为骨料的硅酸盐保温材料导热系数和孔径的关系由表6可知，在相同容重条件下，大孔径材料比小孔径材料导热系数要小，孔径过低(<0.7mm)，导热系数升高。究其原因，主要是由于孔径过小时，气体对流的效应逐渐减弱，孔壁的数量在不断增加，传热路径不断延长，从而造成对流传热的比例减小，通过导热进行热量传递的比例变大，从而造成导热系数反而上升。3结束语从上文我们可以看出，XPS聚苯乙烯泡沫塑料材料和EPS聚苯乙烯泡沫塑料材料的密度和导热系数之间没有必要的关系。在研究保温材料的时候，材料的导热系数和表观密度都是重要研究因素。硅酸盐保温材料的保温