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第9章绝热材料和吸声材料9.1绝热材料9.2吸声、隔声材料9.1绝热材料在建筑中，习惯上把用于控制室内热量外流的材料叫做保温材料；把防止室外热量进入室内的材料叫做隔热材料。保温、隔热材料统称为绝热材料。11.1.1绝热材料的性能表征绝热材料热工性质的两个主要物理量是导热系数λ和比热容c选用导热系数小而比热容大的材料，可提高围护结构的绝热性能并保持室内温度的稳定。几种典型材料的导热系数和比热容见表12.19.1.2绝热材料的类型及基本要求多孔型多孔型绝热材料起绝热作用的机理可由图12.1来说明。当热量Q从高温面向低温面传递时，包括热量在固相中的传导，孔隙中高温固体表面对气体的辐射与对流，孔隙中气体自身的对流与传导，热气体对低温固体表面的辐射与对流，热固体表面与冷固体表面之间的辐射，在常温下，对流和辐射在总的传热中所占比例很小，故以导热为主，而空气的导热系数仅为o．029w/m·K，大大小于固体的导热系数，故热量通过气孔传递的阻力较大，而且孔隙的存在使热量在固相中的传热路线大大增加，从而传热速度大为减缓。这就是含有大量气孔的材料能起绝热作用的原因。纤维型纤维型绝热材料的绝热机理基本上和多孔材料的情况相似(图12．2)。显然，传热方向和纤维方向垂直时的绝热性能比传热方向和纤维方向平行时要好。反射型当外来的热辐射能量Io投射到物体上时，通常会将其中一部分能量IB反射掉，另一部分IA，被吸收(一般热射线都不能穿透建筑材料，故透射部分忽略不计)。根据能量守恒原理，则由此可以看出，凡是反射能力强的材料，吸收热辐射的能力就小。故利用某些材料对热辐射的反射作用(如铝箔的热反射率为o．95)，在需要绝热的部位表面贴上这种材料，就可以将绝大部分外来热辐射(如太阳光)反射掉，从而起到绝热的作用。土木工程中，常把导热系数小于0．175W／m·K的材料称为绝热材料。选用绝热材料时，一般要求其导热系数不太于O．175W／m·K，衰观密度6009kg/m3以下，抗压强度不小于0.3MPa。在实际应用中，由于绝热材料抗压强度一般都很低，常将绝热材料与承重材料复合使用。另外，由于大多数绝热材料都具有一定的吸水、吸湿能力，故在实际使用时应注意防潮防水，需在其表层加防水层或隔汽层。9.1.3常用绝热材料绝热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1.无机绝热材料①多孔轻质类无机绝热材料蛭石是一种有代表性的多孔轻质类无机绝热材料，它主要含复杂的镁、铁含水铝硅酸盐矿物，由云母类矿物经风化而成，具有层状结构。将天然蛭石经破碎、预热后快速通过煅烧带可使蛭石膨胀20～30倍。膨胀蛭石的导热系数约为0.046～0.070W/m·K，可在1000℃的高温下使用。主要用于建筑夹层，但需注意防潮。膨胀蛭石也可用水泥、水玻璃等胶结材胶结成板，用作板壁绝热，但导热系数值比松散状要大，一般为0.08～0.10W/m·K②纤维状无机绝热材料A.矿物棉岩棉和矿渣棉统称矿物棉，由熔融的岩石经喷吹制成的纤维材料称为岩棉，由熔融矿渣经喷吹制成的纤维材料称为矿渣棉。将矿物棉与有机胶结剂结合可以制成矿棉板、毡、管壳等制品，其堆积密度约为45～150kg/m3，导热系数约为0.049～0.044W/m·K。由于低堆积密度的矿棉内空气可发生对流而导热，因而，堆积密度低的矿物棉导热系数反而略高。最高使用温度约为600℃。矿棉也可制成粒状棉用作填充材料，其缺点是吸水性大、弹性小。B.玻璃纤维玻璃纤维一般分为长纤维和短纤维。短纤维相互纵横交错在一起，构成了多孔结构的玻璃棉，常用于作绝热材料。玻璃棉堆积密度约45～150kg/m3，导热系数约为0.041～0.035W/m·K。玻璃纤维制品的纤维直径对其导热系数有较大影响，导热系数随纤维直径增大而增加。以玻璃纤维为主要原料的保温隔热制品主要有：沥青玻璃棉毡和酚醛玻璃棉板，以及各种玻璃毡、玻璃毯等，通常用于房屋建筑的墙体保温层。③泡沫状无机绝热材料A.泡沫玻璃泡沫玻璃是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、煅烧（800℃左右）而得到的多孔材料。泡沫玻璃导热系数小、抗压强度高、抗冻性好、耐久性好，并且对水分、水蒸汽和其它气体具有不渗透性，还容易进行机械加工，可锯、钻、车及打钉等。表观密度为150～200kg/m3的泡沫玻璃，其导热系数约为0.042～0.048W/m·K，抗压强度达0.55～0.16MPa。泡沫玻璃作为绝热材料在建筑上主要用于保温墙体、地板、天花板及屋顶保温。可用于寒冷地区建筑低层的建筑物。B.多孔混凝土多孔混凝土是指具有大量均匀分布、直径小于2mm的封闭气孔的轻质混凝土，主要有泡沫混凝土和加气混凝土。随着表观密度减小，多孔混凝土的绝热效果而增加，但强度下降。二.有机绝热材料①泡沫塑料泡沫塑料是以各种树脂为基料，加入各种辅助料经加热发泡制得的轻质保温材料。泡沫塑料目前广泛用作建筑上的保温隔音材料，其表观密度很小，隔热性能好，加工使用方便。常用的泡沫塑料有聚苯乙烯泡沫塑料、脲醛泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、泡沫酚醛塑料等。②硬质泡沫橡胶硬质泡沫橡胶用化学发泡法制成。特点是导热系数小而强度大。硬质泡沫橡胶的表观密度在0.064～0.12g/cm3之间。表观密度越小，保温性能越好，但强度越低。硬质泡沫橡胶的抗碱和盐的侵蚀能力较强，但强的无机酸及有机酸对它有侵蚀作用。它不溶于醇等弱溶剂，但易被某些强有机溶剂软化溶解。硬质泡沫橡胶为热塑性材料，耐热性不好，在65℃左右开始软化。硬质泡沫橡胶有良好的低温性能，低温下强度较高且较好的体积稳定性，可用于冷冻库。9.2吸声、隔声材料当声波遇到材料表面时，被吸收声能与入射声能之比，称为吸声系数。通常取125，250，500，1000，2000，4000（Hz）等六个频率的吸声系数来表示材料的吸声频率特性。凡六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，称为吸声材料。吸声材料大多为轻质、疏松、多孔的，孔隙在70％以上。常用的吸声材料有玻璃棉、岩棉、矿棉等纤维材料及板、毡、石膏板、纤维板等。材料的吸声系数越高，吸声效果越好。在音乐厅、影剧院、大会堂、播音室等内部的墙面、地面、顶棚等部位，适当采用吸声材料，能改善声波在室内传播的质量，保证良好的音响效果。9.2.1吸声材料及其构造1.多孔吸声材料2.柔性吸声材料3.帘幕吸声体4.悬挂空间吸声体5.薄板振动吸声结构6.穿孔板组合共振吸声结构1.多孔吸声材料声波进入材料内部互相贯通的孔隙，空气分子受到摩擦和粘滞阻力，使空气产生振动，从而使声能转化为机械能，最后因摩擦而转变为热能被吸收。这类多孔材料的吸声系数．一般从低频到高频逐渐增大，故对中频和高频的声音吸收效果较好。材料中开放的、互相连通的，细傲的气孔越多，其吸声性能越好。2.柔性吸声材料具有密闭气孔和一定弹性的材料，如泡沫塑料，声波引起的空气振动不易传至其内部，只能相应地产生振动，在振动过程中由于克服材料内部的摩擦而消耗了声能，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。3.帘幕吸声体帘幕吸声体是用具有通气性能的纺织品，安装在离墙面或窗洞一定距离处，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。4.悬挂空间吸声体悬挂于空间的吸声体，增加了有效的吸声面积，加上声波的衍射作用，大大提高了实际的吸声效果。空间吸声体可设计成多种形式悬挂在顶棚下面。5.薄板振动吸声结构将胶合板、薄木板、纤维板、石膏板等的周边钉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构。该吸声结构主要吸收低频串的声波。6.穿孔板组合共振吸声结构穿孔的各种材质薄板周边固定在龙骨上，井在背后设置空气层即成穿孔板组合共振吸声结构。这种吸声结构具有适合中频的吸声特性．使用普遍。常用吸声材料系数见表12.29.2.2隔声材料建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。隔声材料主要用于外墙、门窗、隔墙以及隔断等。隔声可分为隔绝空气声（通过空气传播的声音）和隔绝固体声（通过撞击或振动传播的声音）。两者的隔声原理截然不同。对于空气声，根据声学中的“质量定律”，其传声的大小主要取决于墙或板的单位面积质量，质量越大，越不易震动，则隔声效果越好。可以认为：固体声的隔绝主要是吸收，这和吸声材料是一致的；而空气声的隔绝主要是反射，因此必须选择密实、沉重的如粘土砖、钢板等作为隔声材料。对于隔绝固体声音最有效的措施是采用不连续结构处理。即在墙壁和承重梁之间，房屋的框架和墙壁及楼板之间加弹性衬垫，这些衬垫的材料大多可以采用上述的吸声材料，如毛毡、软木等。将固体声转换成空气声后而被吸声材料吸收。