建筑功能材料保温材料

建筑功能材料——材料保温保温材料的性能要求及保温机理常用保温材料种类及制品几种常用建筑保温材料性能比较保温材料的应用及其重要意义本节内容要点：认识保温材料保温材料是用于减少结构物与环境热交换的一种功能材料。建筑工程中使用的保温材料，一般要求其导热系数不大于0.17W/（m∙K），表观密度不大于600kg/mᴈ,抗拉强度不小于0.3MPa。一、认识保温材料：保温材料微观结构观察与讨论请观察常用保温材料的微观结构，如下图所示。并分析可如何获得具有此类微观结构特点的保温材料讨论保温材料微观结构讨论保温材料一般系轻质、疏松多孔的，且孔隙最好不连通，可为松散颗粒或纤维状，欲获得此类保温材料，可从以下几方面着手：①利用天然多孔或纤维状的材料为主要组成材料，如软木、浮石、甘蔗板等；②在材料中掺入加气剂或者泡沫剂以形成多孔结构，如加气混凝土、泡沫塑料等；③在材料中加入能被烧去或于高温下可分解出气体而形成多孔的材料，如多孔陶瓷；④材料本身在高温下自行膨胀为多孔结构，如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石。二、保温材料-性能要求导热性指材料传递热量的能力。材料的导热能力用导热系数表示。材料组成：材料的导热系数由大到小为：金属材料＞无机非金属材料＞有机材料。微观结构：相同组成的材料，结晶结构的导热系数最大，微晶结构次之，玻璃体结构最小，如水淬矿渣就是一种较好的绝热材料。孔隙率：孔隙率越大，材料导热系数越小。孔隙特征：在孔隙相同时，孔径越大，孔隙间连通越多，导热系数越大。保温机理1、传热方式——传导换热、对流换热、辐射换热2、导热系数在稳定导热情况下，时间温差厚度面积传热量＝常数该常数与材料的组成、结构、构造有关，反应了材料的导热能力，因此称作导热系数。时间温差传热量面积厚度＝导热系数实际材料为当量导热系数，包含孔隙中气体的传导换热和对流换热、孔壁间的辐射换热。3、绝热材料的类型⑴多孔型绝热原理：①固相传热：路线大大增加②气孔传热：导热系数极小绝热材料：泡沫塑料、膨胀珍珠岩等⑵纤维型绝热原理：绝热材料：与多孔材料类似岩棉、矿棉⑶反射型绝热原理：0IIIBA能量守恒100IIIIBA从而反射率大，→吸收率小，0IIA0IIB有效阻挡辐射换热。铝箔、热反射玻璃I0IAIB绝热材料：三、常用保温材料的种类及其制品：保温材料按照它们的化学组成可以分为无机绝热材料和有机绝热材料。常用无机绝热材料有多孔轻质类无机绝热材料、纤维状无机绝热材料和泡沫状无机绝热材料；常用有机绝热材料有泡沫塑料和硬质泡沫橡胶。按材料的构造可分为纤维状、松散粒状和多孔状三种，通常可以制成板、片、卷材或管壳等多种形式的制品。1.无机纤维状保温材料：这类材料主要以矿棉、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，广泛应用于住宅建筑和热工设备、管道等的保温隔热。这类材料通常也有良好的吸声性能。（1）玻璃棉及制品玻璃棉是用玻璃原料或碎玻璃经熔融后制成的一种纤维状材料。一般的堆积密度为40~150kg/mᴈ,导热系数小，价格与矿棉制品相近。玻璃棉可以制成沥青玻璃棉毡、板及酚醛玻璃棉毡和板，使用方便，因此是广泛用在温度较低的热力设备和房屋建筑中的保温隔热材料，还是优质的吸声材料。（2）矿棉和矿棉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、和其他矿渣等，另加一些调整原料（含氧化钙、氧化硅的原料）。岩石棉的主要原料是天然岩石，经熔融后吹制而成的纤维状（棉状）产品。矿棉具有轻质、不燃、保温和电绝缘等性能，且原料来源丰富，成本较低，可制成矿棉板、矿棉防水毡及管套等。可用作建筑物的墙壁、屋顶、顶棚等处的保温隔热和吸声。2.无机散粒状保温材料：（1）膨胀蛭石及其制品蛭石是一种天然矿物，在850℃~1000℃的温度下煅烧时，体积急剧膨胀，单个颗粒的体积能膨胀约20倍。膨胀蛭石的主要特性：表观密度80~900kg/mᴈ，导热系数0.046~0.070W/（m∙K）。可在1000℃~1100℃温度下使用，不蛀、不腐但吸水性较大。可呈松散状铺设于墙壁、楼板、屋面等夹层中，作为保温隔声之用。使用时应注意防潮，以免吸水后影响保温效果。膨胀蛭石也可与水泥水玻璃等胶凝材料配合，浇制成板，用于墙、楼板、屋面板等构件的保温。隔热保温材料--膨胀蛭石板（2）膨胀珍珠岩及其制品膨胀珍珠岩是由天然珍珠岩烧制而成的，呈蜂窝泡沫状的中灰白色颗粒，是一种高效能的绝热材料。其堆积密度为40~500kg/mᴈ，导热系数为0.447-0.070W/mk，最高使用温度可达800℃，最低使用温度为-200℃。具有吸湿小、无毒、不燃、抗菌、耐腐、施工方便等特点。建筑上广泛用作结构、低温保冷设备、热工设备等的绝热保温材料，也可用于制作吸声制品。膨胀珍珠岩制品膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为主，配合适量胶凝材料，经拌和、成型、养护而制成的具有一定形状的板、块管壳等制品。3.无机多孔类保温材料：（1）泡沫混凝土泡沫混凝土又叫发泡水泥，是将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到有水泥基胶凝材料、集料、掺和料、外加剂和水等制成的料浆中，经混合搅拌、浇注、自然养护而成的轻质多孔混凝土制品。泡沫混凝土的优点和特点1.具有耐压强度和抗老化性；2.具有轻量性：其密度可以达到200～1600kg/m3,有效地减少了建筑物的负重。3.隔音性好：隔音性是普通水泥的5～8倍。4.耐高温性好：适用的温度可以达到250～300℃以上。5.提高保温层的稳固性和寿命：具有高度的稳定性和抗老化性能，有效的保证室内地面的平整不开裂，其寿命是苯板的5～10倍，是珍珠岩颗粒的5倍以上。6.环保性能好：所有的添加剂为植物蛋白纤维和动物性蛋白质，无毒无害。7.隔热性好：导热系数为0.08w/m.k，是普通水泥的20～30倍。8.具有良好的抗压强度：在密度为350kg/m3时，7天抗压强度为6kg/cm2,28天为9kg/cm2。9.施工简单：发泡水泥是有机械高压输送的流动性液体，施工节约人力物力。10.防潮性好：供暖时温水管周围不会出现结露现象，各层之间不会出现分裂。11.结合性好：采用的材料是水泥，和上下层的结合非常好，不会形成地面空鼓和塌陷。12.施工速度快：每台班可以施工3000～4000平方米，节约施工工期。13.整体性好：一次浇注无缝隙和间断，和现浇板及砂浆层能够完全结合形成一个整体。14.具有抗渗的作用：由于发泡水泥的多孔性和整体性，比普通楼板的抗渗增强6倍以上。15.具有防火性：发泡水泥是无机材料，不会燃烧，在建筑物上使用，可提高建筑物的防火性能。（2）加气混凝土：加气混凝土是以硅质材料（砂、粉煤灰及含硅尾矿等）和钙质材料（石灰、水泥）为主要原料，掺加发气剂（铝粉），通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。其特性概括为：轻质、高强、保温、隔音、防火等。（3）硅藻土：硅藻土由水生硅藻类生物的残骸堆积而成，可用作填充材料或制成制品。其孔隙率为50％～80％，导热系数约为0,060W/（m∙K），因此具有很好的保温性能。最高使用温度可达900℃。(4)微孔硅酸钙：微孔硅酸钙由硅藻土或硅石与石灰等经配料、拌和、成型及水热处理制成。以托贝莫来石为主要水化产物的微孔硅酸钙，表观密度约为200kg/mᴈ，导热系数为0.047W/（m∙K），最高使用温度约650℃。以硬硅钙石为主要水化产物的微孔硅酸钙，其表观密度为230kg/mᴈ，导热系数约为0.056W/（m∙K），最高使用温度可达1000℃。（5）泡沫玻璃：泡沫玻璃由玻璃粉和发泡剂等经配料烧制而成。气孔率达80％～95％，大量为封闭而独立的小气泡。其表观密度为150～600kg/mᴈ，导热系数为0.058～0.128W/（m∙K），抗拉强度为0.8～15MPa。采用普通玻璃粉制成的泡沫玻璃最高使用温度为300℃～400℃，若用无碱玻璃粉生产时，则最高使用温度可达800℃～1000℃。其耐久性好，易加工，可满足多种保温需要。4.有机保温材料：（1）泡沫塑料：泡沫塑料是以各种树脂为基料，加入一定剂量的发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助性材料，经加热发泡而制成的一种具有轻质、保温、吸声、防震性能的材料。目前我国生产的有聚苯乙烯泡沫塑料，其表观密度为20~50kg/mᴈ，导热系数为0.038~0.047W/（m∙K），最高使用温度为70℃。聚氯乙烯泡沫塑料其表观密度为12~75kg/mᴈ，导热系数为0.031~0.045W/（m∙K），最高使用温度为70℃，遇火能自行熄灭；聚氨酯泡沫塑料其表观密度为30~65kg/mᴈ，导热系数为0.035~0.042W/（m∙K），最高使用温度可达120℃，最低使用温度为-60℃。此外还有脲醛泡沫塑料及制品等。该类保温材料可做复合墙板及屋面板的夹心层及冷藏和包装等保温需要。（2）植物纤维类保温板：该保温材料可用稻草、木质纤维、麦秸、甘蔗渣等为原料经加工而成。其表观密度约为200~1200kg/mᴈ，导热系数为0.058~0.307W/（m∙K）,可用于墙体、地板、顶棚等，也可用于冷藏库、包装箱等。高强度植物纤维复合（外墙）保温板四、几种常用建筑保温材料性能比较:1、STP超薄绝热保温板外墙外保温系统优点：防火性能极佳,不燃A级材料,无机系统、安全可靠、优异的防火性能，完全不燃。保温效果极好，导热系数在0.006左右，是普通保温材料岩棉板、无机保温板的十分之一。其保温效果是聚苯板的6倍，挤塑板的4倍，聚氨酯的3倍。单位面积质量轻，上墙后的安全系数高；材料自身热稳定性好，热胀冷缩系数小，不存在常规有机保温材料的热收缩性。夏热冬冷地区一公分即可满足标准要求，寒冷及严寒地区两公分即可满足绝大部分建筑的标准要求。缺点：无法现场裁切，一旦裁切，真空腔就漏气，失去保温效果。抽真空绝热保温板，容易被尖锐物体刺穿密封袋，上墙后若透气容易造成保温材料鼓胀，外饰面脱落。新型墙材，价格相对较高。2、无机保温板外墙外保温系统优点：防火性能极佳，不燃A级材料。天然无机系统、安全可靠优异的防火性能，完全不燃。适用于夏热冬冷地区节能保温，导热系数0.065左右，4公分左右可满足当地节能标准。用于寒冷地区需要做到7公分以上方可满足。比较适合外墙干挂保温系统。价格相对酚醛板，聚氨酯等高效保温材料要低缺点：防水性能不好，容易脱落，施工要求高。用于寒冷及严寒地区，保温厚度过厚，大约在8公分以上。推荐使用无机保温板装饰一体化外墙保温系统。3、改性酚醛防火保温板优点：保温效果极好，导热系数仅为0.025到0.03之间，略高于聚氨酯，能够确保在同等保温效果的前提下，保温层厚度低于一般的保温材料，自重力小，大大提高了系统的安全性能。防火阻燃性能好，热固性保温材料，遇明火仅表面碳化，无融滴、无变形，能有效防止火势的蔓延，确保施工过程和施工现场的安全。使用范围广、使用温度范围在零下150度到零上180度，可应用于寒冷，严寒，夏热冬冷及高温气候的所有地区，寒冷地区三公分到5公分之间即可满足绝大部分建筑的保温要求。保温装饰一体化板，彻底解决保温材料与饰面层的粘结问题。高档仿真饰面，稳定系统、轻质、安全，安装简单，节省工期，双重防水、透气性，良好的耐候性，维护简便、易加工、可更换。缺点：现场施工切割板材时，会有损耗，建议做装饰一体化板材。4、硬泡聚氨酯保温装饰复合板优点：外墙保温装饰一体化，整体防火性能A级，适用于夏热冬冷地区及寒冷地区。彻底解决粘接相容性问题、彻底解决饰面开裂问题，防水性好。保温效果极好，导热系数低，一般在0.023以下，三公分的复合板相当于五公分以上的EPS板，七公分以上的岩棉板、玻璃棉板，九公分的无机保温砂浆。使用该复合板夏热冬冷地区两公分即可满足，寒冷地区三公分以上即可满足标准要求。生产和施工不受气候影响、能够保证施工工期、对保温施工人员的聚氨酯硬泡专业技术知识要求低、施工技能容易获得。这些特点都是现场施工所不具备的。特别是充分利用了聚氨酯自身良好粘结力的带有软面层或轻质硬面层的亲水泥基面材的预制板材系统，减少进行墙体保温施工时比较昂贵的界面剂的大量使用，