土木工程材料讲稿第十一章绝热材料

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薄板共振吸声结构系采用薄板钉牢在靠墙的木龙骨上， 薄板与板后的空气层构成了薄板共振吸声结构。 穿孔 板吸声结构是用穿孔的胶合板、纤维板、金属板或石 膏板等为结构主体，与板后的墙面之间的空气层（空 气层中有时可填充多孔材料）构成吸声结构。该结构 吸声的频带较宽，对中频的吸声能力最强。
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吸声系数与声音的频率及声音的入射方向有关。因此吸 声系数用声音从各方向入射的吸收平均值表示，并应指 出是对哪一频率的吸收。通常采用常用规定的六个频率： 125、250、500、1000、2000、4000 Hz。任何材料对声 音都能吸收，只是吸收程度有很大的不同。通常是将对 上述六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，列为吸 声材料。 吸声材料大多为疏松多孔的材料，如矿渣棉、毯子等， 其吸声机理是声波深入材料的孔隙，且孔隙多为内部互 相贯通的开口孔，受到空气分子摩擦和粘滞阻力，以及 使细小纤维作机械振动，从而使声能转变为热能。这类 多孔性吸声材料的吸声系数，一般从低频到高频逐渐增 大，故对高频和中频的声音吸收效果较好。
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3. 多孔性保温隔热材料 (１) 微孔硅酸钙制品。微孔硅酸钙制品是用粉状二氧 化硅材料（硅藻土）、石灰、纤维增强材料及水等经 搅拌、成型、蒸压处理和干燥等工序而制成。用于围 护结构及管道保温。 (２) 泡沫玻璃。它是采用碎玻璃加入１％～２％发泡 剂（石灰石或碳化钙），经粉磨、混合、装模，在 800℃下烧成后形成含有大量封闭气泡（直径0.1～ 5mm）的制品。它具有导热系数小、抗压强度和抗冻 性高、耐久性好等特点，且易于进行锯切、钻孔等机 械加工，为高级保温材料，也常用于冷藏库隔热。
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（３）湿度。材料吸湿受潮后，其导热系数就会增大，
这在多孔材料中最为明显。这是由于当材料的孔隙中
有了水分（包括水蒸气）后，则孔隙中蒸汽的扩散和
水分子的热传导将起主要传热作用，而水的λ为0.58Ｗ
／（ｍ· Ｋ），比空气的λ=0.029Ｗ／（ｍ· Ｋ）大20倍左
右。如果孔隙中的水结成了冰，则冰的λ=2.33 Ｗ／ （ｍ· Ｋ），其结果使材料的导热系数更加增大。故绝 热材料在应用时必须注意防水避潮。
玻璃纤维）、石膏砂浆（掺有水泥、石棉纤维）、水
泥膨胀珍珠岩板、矿渣棉、沥青矿渣棉毡、玻璃棉、
起细玻璃棉、泡沫玻璃、泡沫塑料、软木板、木丝板、
穿孔纤维板、工业毛毡、地毯、帷幕等。
除了采用多孔吸声材料吸声外，还可将材料组成不同 的吸声结构，达到更好的结构。
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例11-1什么是绝热材料？工程上对绝热材料有哪些要求？ 解 绝热材料是指导热系数（λ）值应不大于0.23W／(m· K)的 隔热保温效果好的建筑材料。 工程上首先要求绝热材料有较低的导热系数。其次，要 求绝热材料应该是轻质的，其表观密度不大于600kg／ m3。同时要满足运输、施工中强度要求（抗压强度大于 0.3MPa）。此外，还要求材料吸湿性要小，或者易于防 水，否则会明显降低保温性。 对材料的导热系数应在相对湿度为８０％～８５％条件 下材料达到平衡含水状态下进行测定。工程上还要求材 料施工容易，造价低廉，具有较好的技术经济效益。
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5. 关于隔热材料的概念 隔热材料应能阻抗室外热量的传入，以及减小室外空气 温度波动对内表面温度影响。材料隔热性能的优劣，不 仅与材料的导热系数有关，而且与导温系数、蓄热系数 有关。 在建筑中，围护结构隔热设计时，除了采用隔热材料外， 还可以采取其他措施，起到隔热的效果，如：： 外表面做浅色饰面，如浅色粉刷、浅色涂层和浅色面砖 等；窗户采用绝热薄膜； 设置通风层，如通风屋顶、通风墙等； 采用多排孔的混凝土或轻骨料混凝土空心砌块墙体。 采用蓄水屋顶、有土或无土植被屋顶，以及墙面垂直绿 化等。
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（４）温度。材料的导热系数随温度的升高而增大， 因为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时 材料孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增 加。但这种影响，当温度在０～50℃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）热流方向。对于各向异性的材料，如木材等纤 维质的材料，当热流平行于纤维方向时，热流受到阻 力小，而热流垂直于纤维方向时，受到的阻力就大。
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上述原料经熔融后，用喷吹法或离心法制成细纤维。矿
棉具有轻质、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、矿棉毡及管壳等。可用
作建筑物的墙壁、屋顶、天花板等处的保温和吸声材料，
以及热力管道的保温材料。
（３）玻璃棉及其制品。玻璃棉是用玻璃原料或碎玻璃 经熔融后制成纤维状材料，包括短棉和超细棉两种。
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第二节 建筑上常用保温材料 1. 纤维状保温隔热材料 （ｌ）石棉及其制品。石棉是一种天然矿物纤维，主要 化学成分是含水硅酸镁，具有耐火、耐热、耐酸碱、绝 热、防腐、隔音及绝缘等特性。常制成石棉粉、石棉纸 板、石棉毡等制品，用于建筑工程的高效能保温及防火 覆盖等。 （2）矿棉及其制品。矿棉一般包括矿渣棉和岩石棉。矿 渣棉所用原料有高炉硬矿渣、铜矿渣等，并加一些调节 原料（钙质和硅质原料）。岩棉的主要原料为天然岩石 （白云石、花岗石、玄武岩等）。
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•（2）蜂窝板。蜂窝板是由两块较薄的面板，牢固地 粘结在一层较厚的蜂窝状芯材两面而制成的板材，亦 称蜂窝夹层结构。蜂窝状芯材是用浸渍过合成树脂 （酚醛、聚酯等）的牛皮纸、玻璃布和铝片等，经加 工粘合成六角形空腹（蜂窝状）的整块芯材。常用的 面板为浸渍过树脂的牛皮纸、玻璃布或不经树脂浸渍 的胶合板、纤维板、石膏板等。面板必须采用合适的 胶粘剂与芯材牢固地粘合在一起，才能显示出蜂窝板 的优异特性，即具有比强度大、导热性低和抗震性好 等多种功能。
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2. 影响多孔性材料吸声性能的因素 （１）材料的表观密度。对同一种多孔材料（例如超细玻璃纤 维）而言，当其表观密度增大时（即空隙率减小时），对低频 的吸声效果有所提高，而对高频的吸声效果则有所降低。
（２）材料的厚度。增加多孔材料的厚度，可提高对低频的吸
声效果，而对高频则没有多大的影响。 （３）材料的孔隙特征。孔隙愈多愈细小，吸声效果愈好。如
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（２）表观密度与孔隙特征。由于材料中固体物质的导 热能力比空气要大得多，故表观密度小的材料，因其孔 隙率大，导热系数就小。 在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸愈大，导热系数就愈 大；互相连通孔隙比封闭孔隙导热性要高。 对于表观密度很小的材料，特别是纤维状材料（如超细 玻璃纤维），当其表观密度低于某一极限值时，导热系 数反而会增大，这是由于孔隙增大且互相连通的孔隙大 大增多，而使对流作用加强的结果。因此这类材料存在 一最佳表观密度，即在这个表观密度时导热系数最小。
(m· K)，用于填充墙壁、楼板及平屋顶，保温效果佳。可在
1000～1100℃下使用。
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膨胀蛭石也可与水泥、水玻璃等胶凝材料配合，制成 砖、板、管壳等用于围护结构及管道保温。 （２）膨胀珍珠岩及其制品。膨胀珍珠岩是由天然珍 珠岩、黑耀岩或松脂岩为原料，经煅烧体积急剧膨胀 （约20倍）而得蜂窝状白色或灰白色松散颗料。堆积 密度为40～300kg／m3，λ=0.025～0.048 Ｗ／(ｍ· Ｋ)， 耐热800 °C，为高效能保温保冷填充材料。 膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨料，配以适量 胶凝材料，经拌和、成型、养护（或干燥、或焙烧） 后两制成的板、砖、管等产品。
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例11-2材料绝热的基本原理是什么？ 解 热在本质上是组成物质的分子、原子和电子等在物质 内部的移动、转动和振动所产生的能量。在任何介质中， 当存在着温度差时，就会产生热的传递现象，热能将由 温度较高的部分传递至温度较低的部分。不同的建筑材 料具有不同的保温隔热性能，主要体现在材料的导热系 数上，导热系数愈小，保温性能愈好。 传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。一般 来说，三种传热方式总是共存的，但因绝热性能良好的 材料常是多孔的，虽然在材料的孔隙内有着空气，起着 辐射和对流作用，但与热传导相比，热辐射和对流所占 的比例很小，故在建筑热工计算时通常不予考虑。
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第十一章：绝热材料
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第一节 绝热材料
在建筑上，将主要作为保温、隔热使用的材料通
称为绝热材料。绝热材料通常导热系数（λ）值应
不大于0.23W／(m· K)，热阻（Ｒ）值应不小于
4.35（m2· K）/W。此外，绝热材料尚应满足：表
观密度不大于600kg／m3，抗压强度大于0.3MPa，
果孔隙太大，则效果就差。如果材料中的孔隙大部分为单独的
封闭的气泡（如聚氯乙烯泡沫塑料），则因声波不能进入，从 吸声机理上来讲，就不属多孔性吸声材料。当多孔材料表面涂 刷油漆或材料吸湿时，则因材料的孔隙被水分或涂料所堵塞， 其吸声效果亦将大大降低。
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3. 建筑上常用吸声材料及安装方法
建筑工程中常用吸声材料有：石膏砂浆（掺有水泥、
4. 关于隔声材料的概念 必须指出：吸声性能好的材料，不能简单地就把它们作 为隔声材料来使用。 人们要隔绝的声音按着传播的途径 可分为空气声（由于空气的振动）和固体声（由于固体 的撞击或振动）两种。对隔空气声，根据声学中的“质 量定律”，墙或板传声的大小，主要取决于其单位面积 质量，质量越大，越不易振动，则隔声效果越好，故对 此必须选用密实、沉重的材料（如粘土砖、钢板、钢筋 混凝土）作为隔声材料。对隔固体声最有效的措施是采 用不连续的结构处理，即在墙壁和承重梁之间、房屋的 框架和隔墙及楼板之间加弹性衬垫，如毛毡、软木、橡 皮等材料，或在楼板上加弹性地毯。
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第三节 吸声材料 1. 材料吸声的原理及技术指标 声音起源于物体的振动，它迫使邻近的空气跟着振动 而成为声波，并在空气介质中向四周传播。 当声波遇 到材料表面时，一部分被反射 另一部分穿透材料，其余的部分则传递给材料，在材 料的孔隙中引起空气分子与孔壁的摩擦和粘滞阻力，其 间相当一部分声能转化为热能而被吸收掉。这些被吸收 的能量（Ｅ）（包括部分穿透材料的声能在内）与传递 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（α），用公式表示为 E E0