第五章建筑保温隔热材料

第五章建筑保温隔热材料随着各国工业化进程的发展，地球上可供人类利用的化石燃料已日渐枯竭，世界性能源危机的出路只有两条，即在开发新能源的同时注意节约能源。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例甚高(尤其是欧美发达国家，一般在30％-50％之间)，故建筑节能意义重大。建筑保温隔热材料是建筑节能的物质基础，为了实现建筑节能的目标，就必须不断扩大和改进建筑保温隔热材料。在建筑上合理采用保温隔热材料，可以减少基本建筑材料的用量；减轻围护结构的自重；提高建筑施工的工业化程度(隔热构件及制品适合工厂预制)，大幅度节能降耗。原来在建筑中使用的保温隔热材料，主要是基于改善居住舒适程度，如今已转移到节能上面。因此，使用建筑保温隔热材料对缓解能源危机以及提高人民的居住水平具有重要意义。建筑保温隔热材料的基本特性；在任何介质中，当两处存在温差时，在温度高低两部分之间就会产生热量的传递，热量将由温度较高的部分通过不同方式自动向温度低的部分转移。例如，就人们的住宅来讲，冬天室内温度较室外高，热量就会通过房屋的外围结构(外墙、门、窗、屋顶等)向室外传递，使室内温度降低，造成热的损失；夏天室外温度高于室内，热量就会通过房屋外围结构向室内传递，使室内温度升高。为了保持室内有适宜于人们生活、工作的温度，房屋的外围结构所采用的建筑材料必须具有一定的保温隔热性能，以保室内冬暖夏凉的环境，减少供热和降温用的能量消耗，从而达到节能的目的。建筑保温隔热材料是建筑节能的物质基础。热的传递是通过对流、传导、辐射三种途径来实现的，保温隔热材料是指对热流具有显著阻抗性的材料或材料复合体；保温隔热材料是防止住宅、生产车间、公共建筑及各种暖气设备(如锅炉、暖气管道等)中热量散失的材料。在建筑工程中保温隔热材料主要用于墙体和屋顶保温隔热；热工设备、热力管道的保温，有时也用于冬季施工的保温，同时，在冷藏室和冷藏设备上也大量地使用。绝大多数建筑材树的导热系数介于0.023-3.49W/(m·k)之间，通常把导热系数值不大0.23W／(m·K)的材料称为保温隔热材料，工程上习惯称为绝热材料。保温隔热材料的保温隔热机理导热是指物体各部分直接接触的物质质点(分子、原子、自由电子)作热运动而引起的热能传递过程。对流是指较热的液体或气体因热膨胀使密度减小而上升，冷的液体或气体就补充过来，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传向低温的地方。热辐射是一种靠电磁被来传递能量的过程。保温隔热材料的结构基本上可分为纤维状结构、多孔结构、粒状结构或层状结构。具有多孔结构的材料中的孔一般为近似球形的封闭孔，而纤维状结构、粒状结构和层状结构的材料内部的孔通常是相互连通的。下面对几种典型的保温隔热机理作简单介绍。保温隔热材料通常所指保温隔热材料是指导热系数小于0.23w／(m2·K)的材料。一般建筑保温隔热材料按材质可分为两大类：第一类：无机保温隔热材料一般是用矿物质原料制成，呈散粒状、纤维状或多孔状构造，可制成板、片、卷材或套管等形式的制品，包括石棉、岩棉、矿渣棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、多孔混凝土等；第二类：有机保温隔热材料是由有机原料制成的保温隔热材料，包括软木、纤维板、刨花板、聚苯乙烯泡沫塑料、脲醛泡沫塑料、聚氨能泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料等。无机保温隔热材料石棉及其制品；石棉是天然石棉矿经加工而成的纤维状硅酸盐矿物的总称，是常见的耐热度较高的保温隔热材料。特点：具行优良的防火、绝热、耐酸、耐碱、保温、隔音、防腐、电绝缘性和高的抗拉强度等特点。说明：石棉又可分为纤维状蛇纹石石棉和角闪石石棉两大类。纤维状蛇纹石石棉又称温石棉、白石棉，平时所说的石棉是指温石棉；角闪石石棉包括青石棉和铁石棉，无机保温隔热材料岩矿棉；岩矿棉是一种优良的保温隔热材料，根据生产所用的原料不同，可分为岩棉和矿渣棉。岩棉以玄武岩或辉绿岩为主要原料，高温熔融后经高速离心法或喷吸法的工序制成的无机纤维材料。矿渣棉与岩棉所不同的是利用工业废渣或矿渣(高炉渣或铜矿渣、铝矿渣)为主要原料制成，统称作矿物棉制品。说明：矿渣棉与岩棉是两种性能和制造工艺基本相同的绝热材料，两者的化学成分均为二氧化硅、氧化钙、三氧化二铝和氧化镁。玻璃纤维；玻璃纤维一般分为长纤维和短纤维。连续的长纤维一般是将玻璃原料熔化后滚筒拉制；短纤维一般由喷吹法和离心法制得。短纤维(150um以下)由于相互纵横交错在一起，构成了多孔结构的玻璃棉。其表现密度为100-150kg／m3，导热系数低于0.035w／(m2·K)。陶瓷纤维；陶瓷纤维又名硅酸铝纤维，也称耐火纤维。陶瓷纤维采用氧化硅、氧化铝为原料，经高温(2100℃)熔融、喷吹制成，其纤维直径在2-4um表观密度为140-190kg／m3，导热系数为0.044-0.049w／(m2·K)，最高使用温度为1100-1350℃。特点：陶瓷纤维具有质轻、理化性能稳定、耐高温、热容量小、耐酸碱、耐腐蚀、耐急冷急热、机械性能和填充性能好等一系列优良性能。用途：陶瓷纤维可制成毡、毯、纸、绳等制品，被广泛用于电力、石油、冶金、化工、陶瓷等工业部门工业窑炉的高温绝热密闭以及用作过滤、吸声材料。多孔保温隔热材料轻质混凝土；包括轻骨料混凝土和多孔混凝土①轻骨料混凝土轻骨料混凝土是以发泡多孔颗粒为骨料的混凝土。由于其采用的轻骨料有多种，如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、粘土陶粒等，采用的胶结材也有多种，如各种水泥或水玻璃等，从而使其性能和应用范围变化很大。它们都具有质量轻、保温性能好等特点，既可保温也可减轻质量。用途；保温用轻骨料混凝土主要用于保温的维护结构或热工构筑物；结构保温用轻骨料混凝主要用于不配筋或配筋的维护结构；结构用轻骨料混凝土主要用于承重的配筋构件、预应力构件或构筑物。多孔保温隔热材料②多孔混凝土多孔混凝土是具有大量均匀分布、直径小于2mm的封闭气孔的轻质混凝土。多孔混凝土系用水泥或加入混合材料与水制成的泡沫拌和后硬化而成的多孔轻质材料，其中气孔体积可达85％，体积质量为300-500kg／m3。多孔混凝土主要有泡沫混凝土和加气混凝土。泡沫混凝土用水泥加水与泡沫剂混合后，硬化而成的一种多孔混凝土。由于其内部均匀地分布很多微细闭合气泡，因而表现密度较小，是一种较好的保温隔热材料。加气混凝土由水泥、石灰、粉煤灰和发气剂(如铝粉)等原料，利用化学方法在泥料中产生气体而制得。产生气体的方法有加金属粉末、白云石与酸反应产生氢气或二氧化碳，还有碳化钙加水产生乙炔等。泡沫玻璃用玻璃细粉和发泡剂(石灰石、碳化钙和焦炭)经粉磨、混合、装模、燃烧(800℃左右)而得到的多孔材料称为泡沫玻璃。泡沫玻璃是一种粗糙多孔分散体系，孔隙率达80％一95％，气孔直径为0.1-5mm。由于使用发泡剂的化学成分之差异，在泡沫玻璃的气相中所含气体可为二氧化碳、一氧化碳、水蒸气、硫化氢、氧气、氮气等。特点：泡沫玻璃具有表现密度小、导热系数小、抗压强度高、抗冻性好、耐久性好，并且对水分、蒸汽和气体具有不渗透性，还容易进行机械加工，可锯、钻、车及打钉等，是一种高级保温隔热材料。其他常用的无机保温隔热材料还有吸热玻璃、热反射玻璃、中空玻璃等……有机保温隔热材料泡沫塑料；泡沫塑料是高分子化合物或聚合物的一种，是以各种树脂为基料，加入各种辅助料经加热发泡而成的一种轻质、保温、隔热、吸声、防震材料。它保持了原有树脂的性能，并且比同种塑料具有表观密度小(一般为20-80kg／m3)，导热系数低，防震、吸音性能、电性能好，耐腐蚀、耐霉变，加工成型方便，施工性能好等优点，故广泛用于建筑保温、冷藏、绝缘、减震包装、衬垫、漂浮材料等若干领域。有机保温隔热材料泡沫塑料生产方法：泡沫塑料制造时用发泡法。发泡法分为机械发泡、物理发泡和化学发泡三种。机械发泡---通过强烈的机械搅拌树脂的乳液、悬浊液或溶液，使产生泡沫，然后使之胶凝、稠合成固化，从而得到塑料泡沫。物理发泡---将压缩气体如氮气、二氧化碳或其他惰性气体、挥发性液体等用压力溶于树脂中，当压力下降时，即形成气孔。化学发泡---将化学发泡剂混入树脂中，成型时发泡剂遇热分解，放出大量气体，从而使树脂发泡膨胀。注意：虽然物理发泡法用的发泡剂价格低廉，但却需要比较昂贵的、专门为一定用途而设计的设备，故目前大多使用化学发泡剂制造泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫塑料；聚苯乙烯泡沫塑料(简称SF)是用低沸点液体的可发性聚苯乙烯树脂为基料，经加工进行预发泡后，再放在模具中加压成型。聚苯乙烯泡沫塑料是由表皮层和中心层构成的蜂窝状结构。表皮层不合气孔，而中心层含大量微细封闭气孔，孔隙率可达98％。特点：由于这种结构，聚苯乙烯泡沫塑料具有质轻、保温、吸音、防震、吸水性小、耐低温性能好等特点，并且有较强恢复变形的能力。聚苯乙烯泡沫塑料对水、海水、弱酸、植物油、醇类都相当稳定。聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料是以含有羟基的聚醚树脂或聚酯树脂为基料与异氰酸酯反应生成的聚氨基甲酸酯为主体，以异氰酸酯与水反应生成的二氧化碳(或以低沸点碳化合物)为发泡剂制成的一类泡沫塑料。特点：聚氨酯泡沫塑料的使用温度在-100-+100℃之间，200℃左右软化，250度分解。聚氨酯泡抹塑料耐蚀能力强，可耐碱和稀酸的腐蚀，并且耐油，但不耐浓的强酸腐蚀。注意：在建筑上可用作保温、隔热、吸声、防震、吸尘、吸油、吸水等材料。但由于其本身属可燃性物质，抗火性能较差，因此在生产、运输和使用过程中应严禁烟火，避免受热。勿与强酸、强碱、有机溶剂等化学药品直接接触，避免日光曝晒和长时间承受压力，避免用尖锐锋利的工具勾划泡沫表面。聚氯乙烯泡沫塑料；它是以聚氯乙烯树脂与适量的化学发泡剂、稳定剂、溶剂等，经过捏合、球磨、模塑、发泡而制成的一种闭孔型的泡沫材料。特点：聚氯乙烯泡沫塑料具有表观密度小、导热系数低、吸声性能好、防震性能好、耐酸碱、耐油、不吸水、不燃烧等特点。由于其高温下分解产生的气体不燃烧，可以自行灭火，所以它是一种自熄性材料，适用于防火要求高的地方。唯一的缺点是价格较为昂贵。用途：聚氯乙烯泡沫塑料的制品一般为板材，常用来作为屋面、楼板、隔板和墙体等的保温、隔热、吸声和防震材料，以及夹层墙板的芯材。聚乙烯泡沫塑料聚乙烯泡沫塑料是以聚乙烯为主要原料，加入交联剂、发泡剂、稳定剂等一次成型加工而成的泡沫塑料。特点：除具质轻、吸水性小、柔软、隔热、吸声性能好等优点外，聚乙烯泡沫塑料吸声性能、耐化学性能和电性能优良。其缺点是易燃。用途：聚乙烯泡沫塑料可用作减震材料、热绝缘材料、漂浮材料和电绝缘材料。在建筑工程中主要作保温、隔热、吸声、防震材料。酚醛泡沫塑料酚醛泡沫塑料是热固性(或热塑性)酚醛树脂在发泡剂的作用下发泡并在固化促进剂(或固化刑)作用下交联、固化而成的一种硬质热塑性的开孔泡沫塑料。酚醛树脂可采用机械或化学发泡法制得发泡体。机械发泡制得的泡沫酚醛塑料的气孔多为连续、开口气孔，因而导热系数较大，吸水率也较高，而化学发泡法所得的泡沫酚醛塑料的气孔多为封闭气孔，所以吸水率低，导热系数也较小。特点：酚醛泡沫塑料的耐热、耐冻性能良好，使用温度范围为-150-+150℃。加热过程中由黄色变为茶色，强度也有所增加。但温度提高到200℃时，开始碳化。酚醛泡沫塑料除了不耐强酸外，抵抗其他无机酸、有机酸的能力较强。酚醛泡沫塑料不易燃，火源移去后，火焰自熄。用途：可用作绝热材料、减震包装材料、吸音材料及轻质结构件的填充材料。在建筑中主要是用作保温、隔热、吸声、防震材料，并可用来制造高温(3300℃)耐火绝缘材料及用作核裂变材料容器的包装材料。脲醛泡沫塑料脲醛泡沫塑料又称为氨基泡沫塑料，是以尿素和甲醛聚合而得的脲醛树脂为主要原料。脲醛树脂很容易发泡，将树脂液与发泡剂混合、发泡、固化即可得服醛泡沫塑料。特点：外观洁白、质轻(表观密度0.01-0.015g／cm3)，价格也比较低廉，属于闭空型硬质泡沫塑料。其缺点是吸水性高，质跪，机械强度低，尺寸稳定性较差，有甲醛气味。用途：主要用于夹层中作为填充保温、隔热、吸声材料。说明：从性能而言，其远比不上低成本的聚苯乙烯泡沫塑料和高性能的聚氨酯泡沫塑料，但其原材料成本极低，是