土木工程材料课件-第十二章-绝热材料与吸声材料.ppt

1、本章教学目标本章教学目标 绝热材料是防止住宅、生产车间、公共建绝热材料是防止住宅、生产车间、公共建筑及各种热工设备中热量传递的材料，也就是筑及各种热工设备中热量传递的材料，也就是具有保温隔热性能的材料。在土木工程中，绝具有保温隔热性能的材料。在土木工程中，绝热材料主要用于墙体和屋顶保温隔热，以及热热材料主要用于墙体和屋顶保温隔热，以及热工设备、采暖和空调管道的保温，在冷藏设备工设备、采暖和空调管道的保温，在冷藏设备中则大量用作保温。中则大量用作保温。在建筑物中合理采用绝热材料，能提高建在建筑物中合理采用绝热材料，能提高建筑物使用效能，保证正常的生产、工作和生活，筑物使用效能，保证正常的生产、工

2、作和生活，能减少热损失，节约能源。据统计，具有良好能减少热损失，节约能源。据统计，具有良好的绝热功能的建筑，其能源可节省的绝热功能的建筑，其能源可节省25%25%50%50%。因此，在土木工程中，合理地使用绝热材料具因此，在土木工程中，合理地使用绝热材料具有重要意义。有重要意义。第一节 绝热材料 不同的土木工程材料具有不同的热物理性能，衡量其不同的土木工程材料具有不同的热物理性能，衡量其保温隔热性能优劣的指标主要是导热系数保温隔热性能优劣的指标主要是导热系数W/(mW/(mK)K)。导热。导热系数越小，则通过材料传递的热量越少，其保温隔热性能系数越小，则通过材料传递的热量越少，其保温隔热性能越

3、好。越好。绝热材料通常导热系数（）值应不大于0.23W(mK)，热阻（）值应不小于4.35（m2K）/W。此外，绝热材料尚应满足：表观密度不大于600kgm3，抗压强度大于0.3MPa，构造简单，施工容易，造价低等一、影响材料绝热性能的因素一、影响材料绝热性能的因素、材料的性质、材料的性质。不同的材料其导热系数是不同的，一般说不同的材料其导热系数是不同的，一般说来，导热系数值以金属最大，非金属次之，液来，导热系数值以金属最大，非金属次之，液体较小，而气体更小。对于同一种材料，内部体较小，而气体更小。对于同一种材料，内部结构不同，导热系数也差别很大。一般结晶结结构不同，导热系数也差别很大。一般结

4、晶结构的为最大，微晶体结构的次之，玻璃体结构构的为最大，微晶体结构的次之，玻璃体结构的最小。但对于多孔的绝热材料来说，由于孔的最小。但对于多孔的绝热材料来说，由于孔隙率高，气体（空气）对导热系数的影响起着隙率高，气体（空气）对导热系数的影响起着主要作用，而固体部分的结构无论是晶态或玻主要作用，而固体部分的结构无论是晶态或玻璃态对其影响都不大。璃态对其影响都不大。、表观密度与孔隙特征、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。观密度小的材料，因其孔隙率大，导热系数就小。在孔隙率相

5、同的条件下，孔隙尺寸愈大，导热系数就愈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。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。一最佳

6、表观密度，即在这个表观密度时导热系数最小。、湿度、湿度 材料吸湿受潮后，其导热系数就会增大，这在多孔材料材料吸湿受潮后，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，而水的起主要传热作用，而水的为为0.580.58（），比），比空气的空气的=0.029=0.029（）大）大2020倍左右。如果孔隙倍左右。如果孔隙中的水结成了冰，则冰的中的水结成了冰，则冰的=2.33=2.33（），其），其结果使材料的导

7、热系数更加增大。故绝热材料在应用时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。必须注意防水避潮。、温度、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，当温热和孔壁间的辐射作用也有所增加。但这种影响，当温度在度在5050范围内时并不显著，只有对处于高温或负范围内时并不显著，只有对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响。温下的材料，才要考虑温度的影响。5 5、热流方向、热流方

8、向 对于各向异性的材料，如木材等纤维质的材料，当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，热流受阻小，故导热系数大。热流平行于纤维方向时，热流受阻小，故导热系数大。而热流垂直于纤维方向时，热流受阻大，故导热系数而热流垂直于纤维方向时，热流受阻大，故导热系数小。以松木为例，当热流垂直于木纹时，导热系数为小。以松木为例，当热流垂直于木纹时，导热系数为0.17W/(m0.17W/(mK)K)，而当热流平行于木纹时，则导热系数为，而当热流平行于木纹时，则导热系数为0.35W/m0.35W/mK K。上述各项因素中以上述各项因素中以表观密度表观密度和和湿度湿度的影响最大。因的影响

9、最大。因而在测定材料的导热系数时，也必须测定材料的表观而在测定材料的导热系数时，也必须测定材料的表观密度。至于湿度，通常对多数绝热材料可取空气相对密度。至于湿度，通常对多数绝热材料可取空气相对湿度为湿度为80%80%85%85%时材料的平衡湿度作为参考值，应尽时材料的平衡湿度作为参考值，应尽可能在这种湿度条件下测定材料的导热系数。可能在这种湿度条件下测定材料的导热系数。二、常用绝热材料二、常用绝热材料这类材料主要是以矿棉、石棉、玻璃棉及植物纤维这类材料主要是以矿棉、石棉、玻璃棉及植物纤维等为主要原料，制成板、筒、毡等形状的制品，广等为主要原料，制成板、筒、毡等形状的制品，广泛用于住宅建筑和热工

10、设备、管道等的保温隔热。泛用于住宅建筑和热工设备、管道等的保温隔热。这类绝热材料通常也是良好的吸声材料。这类绝热材料通常也是良好的吸声材料。岩棉管岩棉管玻璃棉玻璃棉2.无机散粒状绝热材料膨胀珍珠岩、膨胀蛭石及其制品膨胀蛭石板材膨胀蛭石板材膨胀珍珠岩板材膨胀珍珠岩板材3.无机多孔类绝热材料硅藻土、微孔硅酸钙制品、泡沫玻璃、泡沫混凝土和加气混凝土。硅藻土墙体砖硅藻土墙体砖 选用绝热材料时，应满足的基本要求是：导热系数不宜导热系数不宜大于大于0.23W/(m0.23W/(mK)K)，表观密度不宜大于，表观密度不宜大于600kg/m3600kg/m3，抗压强度，抗压强度则应大于则应大于0.3MPa0.

11、3MPa。由于绝热材料的强度一般都很低，因此，除了能单独承重的少数材料外，在围护结构中，经常把绝热材料层与承重结构材料层复合使用。如建筑外墙的保温层通常做在内侧，以免受大气的侵蚀，但应选用不易破碎的材料，如软木板、木丝板等；如果外墙为砖砌空斗墙或混凝土空心制品，则保温材料可填充在墙体的空隙内，此时可采用散粒材料，如矿渣、膨胀珍珠岩等。屋顶保温层则以放在屋面板上为宜，这样可以防止钢筋混凝土屋面板由于冬夏温差引起裂缝，但保温层上必须加做效果良好的防水层。总之，在选用绝热材料时，应结合建筑物的用途、围护结构的构造、施工难易、材料来源和经济核算等综合考虑。对于一些特殊建筑物，还必须考虑绝热材料的使用温

12、度条件、不燃性、化学稳定性及耐久性等。三、绝热材料的选用三、绝热材料的选用 关于隔热材料的概念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：可以采取其他措施，起到隔热的效果，如：外表面做

13、浅色饰面，如浅色粉刷、浅色涂层和浅色面砖等；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；窗户采用绝热薄膜；设置通风层，如通风屋顶、通风墙等；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。采用蓄水屋顶、有土或无土植被屋顶，以及墙面垂直绿化等。为了改善声波在室内传播的质量，保为了改善声波在室内传播的质量，保持良好的音响效果和减少噪声的危害，在持良好的音响效果和减少噪声的危害，在音乐厅、影剧院、大会堂、播音室及噪声音乐厅、影剧院、大会堂、播音

14、室及噪声大的工厂车间等室内的墙面、地面、顶棚大的工厂车间等室内的墙面、地面、顶棚等部位，应选用适当的吸声材料。等部位，应选用适当的吸声材料。第二节第二节 吸声材料隔声材料吸声材料隔声材料0EE隔声隔声一、材料的吸声原理一、材料的吸声原理还有一部分能量被材料吸收材料的厚度：增加材料的厚度可提高低频的吸声效果。二、影响材料吸声性能的主要因素二、影响材料吸声性能的主要因素材料的孔隙率与孔构造材料的孔隙率降低时，对低频的吸声效果有所提高，但对高频没有多大影响。一般孔隙率越多，越细小，吸声效果越好1 1、多孔吸声结构、多孔吸声结构 多孔性吸声材料是比较常用的一种吸声材料，它具有良好的中高频吸声性能。多孔

15、性吸声材料具有大量的内外连通微孔，通气性良好。当声波入射到材料表面时，声波很快地顺着微孔进入材料内部，引起孔隙内的空气振动，由于摩擦，空气粘滞阻力和材料内部的热传导作用，使相当一部分声能转化为热能而被吸收。材料吸声性能与材料的表观密度和内部构造有关。三、吸声材料三、吸声材料的类型及其结构形式的类型及其结构形式2.2.薄板振动吸声结构薄板振动吸声结构 薄板振动吸声结构的特点是具有低频薄板振动吸声结构的特点是具有低频吸声特性，同时还有助于声波的扩散。吸声特性，同时还有助于声波的扩散。建筑中常用胶合板、薄木板、硬质纤维建筑中常用胶合板、薄木板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板或金属板等，板、石膏板、石

16、棉水泥板或金属板等，把它们固定在墙或顶棚的龙骨上，并在把它们固定在墙或顶棚的龙骨上，并在背后留有空气层，即成薄板振动吸声结背后留有空气层，即成薄板振动吸声结构。构。3.3.共振吸声结构共振吸声结构 共振吸声结构具有密闭的空腔和较小的开口共振吸声结构具有密闭的空腔和较小的开口孔隙，很像个瓶子。当瓶腔内空气收到外力激孔隙，很像个瓶子。当瓶腔内空气收到外力激荡，会按一定的频率振动，这就是共振吸声器。荡，会按一定的频率振动，这就是共振吸声器。每个独立的共振吸声器都有一个共振频率，在每个独立的共振吸声器都有一个共振频率，在其共振频率附近，由于颈部空气分子在声波的其共振频率附近，由于颈部空气分子在声波的作

17、用下像活塞一样进行往复运动，因摩擦而消作用下像活塞一样进行往复运动，因摩擦而消耗声能。若在腔口蒙一层细布或疏松的棉絮，耗声能。若在腔口蒙一层细布或疏松的棉絮，可以加宽共振频率范围和提高吸声量。为了获可以加宽共振频率范围和提高吸声量。为了获得较宽频率带的吸声性能，常采用组合共振吸得较宽频率带的吸声性能，常采用组合共振吸声结构或穿孔板组合共振吸声结构。声结构或穿孔板组合共振吸声结构。4.4.穿孔板组合共振吸声结构穿孔板组合共振吸声结构 穿孔板组合共振吸声结构具有适合中频的吸声特性。这种吸声结构与单独的共振吸声器相似，可看作是多个单独共振吸声器并联而成。穿孔板厚度、穿孔率、孔径、孔距、背后空气层厚度

18、以及是否填充多孔吸声材料等，都直接影响吸声结构的吸声性能。这种吸声结构由穿孔的胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板、铝合板、薄钢板等，固定在龙骨上，并在背后设置空气层而构成，这种吸声材料在建筑中使用比较普遍。5.5.柔性吸声结构柔性吸声结构 具有密闭气孔和一定弹性的材料，如聚氯乙稀泡沫塑料，表面仍为多孔材料，但因其有密闭气孔，声波引起的空气振动不是直接传递至材料内部，只能相应的产生振动，在振动过程中由于克服材料内部的摩擦而消耗声能，引起声波衰减。这种材料的吸声特性是在一定的频率范围内出现一个或多个吸收频率。6.6.悬挂空间吸声结构悬挂空间吸声结构 悬挂于空间的吸声体，由于声波与吸声材料的两个

19、或两个以上的表面接触，增加了有效的吸声面积，产生边缘效应，加上声波的衍射作用，大大提高吸声效果。实际应用时，可根据不同的使用部位和要求，设计成各种形式的悬挂空间吸声结构。空间吸声体有平板形、球形、椭圆形和棱锥形等多种形式。7.7.帘幕吸声结构帘幕吸声结构 帘幕吸声结构是用具有通气性能的帘幕吸声结构是用具有通气性能的纺织品，安装在离开墙面或窗洞一段距纺织品，安装在离开墙面或窗洞一段距离处，背后设置空气层。这种吸声体对离处，背后设置空气层。这种吸声体对中、高频都有一定的吸声效果。帘幕的中、高频都有一定的吸声效果。帘幕的吸声效果还与所用材料种类有关。帘幕吸声效果还与所用材料种类有关。帘幕吸声体安装拆

20、卸方便，兼具装饰作用，吸声体安装拆卸方便，兼具装饰作用，应用价值高。应用价值高。四、建筑上常用的吸声材料四、建筑上常用的吸声材料吸声泡沫玻璃吸声泡沫玻璃聚氨酯高级吸声材料聚氨酯高级吸声材料 在室内采用吸声材料可以抑止噪声，保持良好的音质(声音清晰且不失真)，故在教室、礼堂和剧院等室内应当采用吸声材料。吸声材料的选用和安装必须注意以下各点。(1)要使吸声材料充分发挥作用，应将其安装在最容易接触声波和反射次数最多的表面上，而不应把它集中在天花板或某一面的墙壁上，并应比较均匀地分布在室内各表面上。五、五、吸声材料的选用及安装注意事项吸声材料的选用及安装注意事项(2)吸声材料强度一般较低，应设置在护壁

21、线以上，以免碰撞破损。(3)多孔吸声材料往往易于吸湿，安装时应考虑到湿胀干缩的影响。(4)选用的吸声材料应不易虫蛀、腐朽，且不易燃烧。(5)应尽可能选用吸声系数较高的材料，以便节约材料用量，降低成本。(6)安装吸声材料时应注意勿使材料的表面细孔被油漆的漆膜堵塞而降低其吸声效果。必须指出：吸声性能好的材料，不能简单地就必须指出：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。把它们作为隔声材料来使用。人们要隔绝的声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）两振动）和固体声（由于固体的撞击或振动）两种

22、。对隔空气声，根据声学中的种。对隔空气声，根据声学中的“质量定律质量定律”，墙或板传声的大小，主要取决于其单位面积质墙或板传声的大小，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，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、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。料，或在楼板上加弹性地毯。