《建筑工程材料》图文-第十一章

第11章绝热材料与吸声材料11.1

绝热材料11.2

吸声材料11.1绝热材料绝热材料指对热流具有显著阻抗性的材料或材料复合体，是保温材料和隔热材料的总称。保温即防止室内热量的散失，而隔热是防止外部热量的进入。11.1.1绝热材料的作用原理传热是指热量从高温区向低温区的自发流动，是一种由于温差而引起的能量转移。在自然界中，无论是在一种介质内部，还是在两种介质之间，只要有温差存在，就会出现传热过程。传热方式导热对流辐射依靠物体内各部分直接接触的物质近质点（分子、原子、自由电子）等作热运动而引起的热能传递过程。较热的液体或气体因遇热膨胀而密度减小从而上升，冷的液体或气体就会补充过来，形成分子的循环流动，这样热量就从高温的地方通过分子的相对位移，转向低温的地方。依靠物体表面对外发射电磁波而传递热量的现象，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量，其结果为热从高温物体传递给低温物体。建筑材料的传热主要是靠导热，由于建筑材料内部孔隙中含有空气和水分，所以同时还有对流和热辐射存在，只是对流和热辐射所占比例较小。衡量材料导热能力的主要指标是热导率λ，λ的物理意义是在稳定传热条件下，当材料层单位厚度内的温差为1℃时，在

1h内通过1m2表面积的热量。λ值越小，材料的导热能力越差，而保温隔热性能越好。对绝热材料的基本要求是热导率小于0.23W/（m·K）。11.1.2影响材料热导率大小的主要因素影响材料热导率大小的因素材料的化学组成及分子结构材料的表观密度和孔隙特征材料所处环境的温、湿度热流方向的影响11.1.3常用的绝热材料绝热材料按其化学组成，可分为无机、有机、复合三大类型。无机绝热材料是用矿物质原材料制成的材料，常呈纤维状、松散粒状和多孔状，可制成板、片、卷材或有套管型制品。有机绝热材料用有机原材料（各种树脂、软木、木丝、刨花等）制成。一般说来，无机绝热材料的表观密度大，不易腐蚀，耐高温；而有机绝热材料吸湿性大，不耐久，不耐高温，只能用于低温绝热。1．无机保温隔热材料（1）石棉及其制品石棉为常见的保温隔热材料，是一种纤维状无机结晶材料，石棉纤维具有极高的抗拉强度，并具有耐高温、耐腐蚀、绝热、绝缘等优良特性，是一种优质绝热材料，通常将其加工成石棉粉、石棉板、石棉毡等制品，用于热表面绝热及防火覆盖。（2）矿棉及其制品岩棉和矿渣棉统称为矿棉。矿棉具有质轻、不燃、绝热和电绝缘等性能，且原料来源广，成本较低，可制成矿棉板、矿棉保温带、矿棉管壳等。（3）玻璃棉及其制品建筑业中常用的玻璃棉分为两种，即普通玻璃棉和普通超细玻璃棉。玻璃棉制品用于建筑保温，在我国应用较少。（4）膨胀珍珠岩及其制品珍珠岩是一种酸性火山玻璃质岩石，内部含有3%～6%的结合水，当受高温作用时，玻璃质由固态软化为黏稠状态，内部水则由液态变为具有一定压力的水蒸气向外扩散，使黏稠的玻璃质不断膨胀，当被迅速冷却达到软化温度以下时就形成一种多孔结构的物质称为膨胀珍珠岩。其具有表观密度轻、热导率低、化学稳定性好、使用温度范围广、吸湿能力小，且无毒、无味、吸声等特点，占我国保温材料年产量的一半左右，是国内使用最为广泛的一类轻质保温材料。（5）膨胀蛭石及其制品膨胀蛭石是由天然矿物——蛭石，经烘干、破碎、焙烧而制成的一种金黄色或灰白色的颗粒状材料，具有表观密度轻、热导率小、防火、防腐、化学性能稳定、无毒无味等特点，因而是一种优良的保温、隔热建筑材料。在建筑领域内，膨胀蛭石的应用方式和方法与膨胀珍珠岩相同，除用作保温绝热填充材料外，还可用胶结材料将膨胀蛭石胶结在一起制成膨胀蛭石制品，如水泥膨胀蛭石制品、水玻璃膨胀蛭石制品等。（6）泡沫玻璃泡沫玻璃是以天然玻璃或人工玻璃碎料和发泡剂配制成的混合物，经高温煅烧而得到的一种内部多孔的块状绝热材料。泡沫玻璃使用20年后，其性能不会有任何改变，且使用温度较宽，其工作温度一般在-200～430℃，这也是其他材料无法替代的。2．有机保温绝热材料有机保温绝热材料泡沫塑料碳化软木植物纤维复合板泡沫塑料是高分子化合物或聚合物的一种，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、隔热、吸声、防震材料。碳化软木板以一种软木橡树的外皮为原料，是理想的保温、绝热、吸声材料，且具有不透水、无味、无毒等特性，并且有弹性，柔和耐用，不起火焰只能阴燃。植物纤维复合板以植物纤维为主要材料加入胶结料和填料而制成。11.2吸声材料11.2.1吸声材料的作用原理和基本要求当声波入射到建筑构件（如墙、顶棚）时，声能的一部分被反射，一部分穿透，还有一部分由于构件的振动或声音在其内部传播时介质的摩擦而被损耗，通常称为材料的吸收。如图11-1所示，单位时间内入射到构件上的总声能为E0，通常把材料吸收的能量（Ea+Et）与全部声能的比值称为材料的吸声系数，用α表示，其表达式为：α=（Ea+Et）/Ec图11-1声能的反射、透射和吸收材料的吸声性能除与声波方向有关外，还与声波的频率有着密切的关系，同一种材料对高、中、低不同频率声波的吸声系数有着较大的差异，故不能按同一频率的吸声系数来评定材料的吸声性能。为了全面地反映材料的吸声频率特性，工程上通常把对125，250，500，1000，2000，4000Hz六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料称为吸声材料。一般来讲，坚硬、光滑、结构紧密的材料吸声能力差，反射能力强，如水磨石、大理石、混凝土、水泥粉刷墙面等；粗糙松软，具有互相贯穿内外微孔的多孔材料吸声能力好，反射性能差，如玻璃棉、矿棉、泡沫塑料、木丝板、半穿孔吸声装饰纤维板和微孔砖等。11.2.2影响多孔性材料吸声性能的因素影响多孔性材料吸声性能的因素材料内部孔隙率及孔隙特征材料的厚度材料背后的空气层温度和湿度的影响11.2.3吸声材料的分类1．薄膜、薄板共振吸声结构薄膜、薄板共振吸声结构，是利用皮革、人造革、塑料薄膜等材料具有不透气、柔软、受张拉时有弹性的特点，将其固定在框架上，背后留有一定的空气层，所构成薄膜共振吸声结构。某些薄板固定在框架上后，也能与其后面的空气层构成薄板共振吸声结构。当声波入射到薄膜、薄板结构时，声波的频率与薄膜、薄板的固有频率接近，膜、板产生剧烈振动，由于膜、板内部和龙骨间摩擦损耗，使声能转变为机械能，最后转变为热能，从而达到吸声的目的。由于低频声波比高频声波容易使薄膜、薄板产生振动，所以薄膜、薄板吸声结构是一种很有效的低频吸声结构。2．共振吸声结构共振吸声结构又称共振器，它形似一个瓶子，结构中间封闭有一定体积的空腔，并通过有一定深度的小孔与声场相联系。受外力激荡时，空腔内的空气会按一定的共振频率振动，此时开口颈部的空气分子在声波作用下，像活塞一样往复振动，因摩擦而消耗声能，起到吸声的效果。如腔口蒙一层细布或疏松的棉絮，可有助于加宽吸声频率范围和提高吸声量。也可同时用几种不同共振频率的共振器，加宽共振频率范围和提高吸声量。共振吸声结构在厅堂建筑中应用极广。3．穿孔板组合共振吸声结构在各种穿孔板、狭缝板背后设置空气层形成吸声结构，其实也属于空腔共振吸声结构，其原理同共振器相似，相当于若干个共振器并列在一起，这类结构取材方便，并有较好的装饰效果，所以使用广泛。4．帘幕纺织品中除了帆布一类因流阻很大，透气性差而具有膜状材料的性能以外，大都具有多孔材料的吸声性能，只是由于它的厚度一般较薄，仅靠纺织品本身作为吸声材料使用得不到好的吸声效果。如果帘幕、窗帘等离开墙面和窗玻璃有一定的距离，恰如多孔材料背后设置了空气层，尽管没有完全封闭，对中高频甚至低频的声波仍具有一定的吸声作用。5．空间吸声体空间吸声体是一种悬挂于室内的吸声结构。它与一般吸声结构的区别在于它不是与顶棚、墙体等壁面组成吸声结构，而是自成体系。空间吸声体常用形式有平板状、圆柱状、圆锥状等，它可以根据不同的使用场合和具体条件，因地制宜地设计成各种形状，既能获得良好的声学效果，又能获得建筑艺术效果。11.2.4常用多孔吸声材料多孔吸声材料的构造特征是：材料从表到里具有大量的内外连通的微小间隙和连续气泡，有一定的通气性，这些结构特征和隔热材料的结构特征有区别（隔热材料要求有封闭的微孔）当声波入射到多孔材料表面时，声波顺着微孔进入到材料内部，引起孔隙内空气振动，由于空气与孔壁的摩擦，空气的黏滞阻力使振动空气的动能不断转化成微孔热能，从而使声能衰减；在空气绝热压缩时，空气与孔壁不断发生热交换，由于热传导的作用，也会使声能转化成热能。常见类型如表11-2所示。11.2.5隔声材料能减弱或隔断声波传递的材料称为隔声材料。人们要隔绝的声音按其传播途径可分空气声（由于空气的振动）和固体声（由于固体撞击或振动）两种。两者隔声的原理不同。对空气声的隔绝，主要是依据声学中的“质量定律”，即材料的密度越大，越不易受声波作用而产生振动，