11.其它工程材料教程

第十一章其它工程材料11.1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。保温材料和隔热材料的本质是一样的，其标准术语称为绝热材料。11.1.1导热性11.1.1.1传热方式传导、对流、幅射11.1.1.2热阻和导热系数当材料的两表面间出现了温度差，热量就会自动地从高温的一面向低温一面传导。材料传导热量的能力，称为导热性。纳米孔超级绝热材料橡塑海棉绝热材料稳定状态下，通过测量热流量、材料两表面间的温度及有效传热面积，可计算材料的热阻：如果热阻与温度成线性关系，且试件能代表整体材料，试件具有足够的厚度，则材料的导热系数可用下式计算：可见，材料导热系数A的物理意义是，厚度为lm的材料，当温度差为1K时，在ls内通过1m’面积的热量。材料的导热系数愈小，表示其绝热性能愈好。QTTAR)21()21(TTAdQRd11.1.1.3影响导热系数的因素1、物质构成2、微观结构3、孔隙构造4、湿度5、温度6、热流方向11.1.2绝热材料的类型1、多孔型2、纤维型3、反射型11.1.3常用绝热材料绝热材料通常应具备下列基本条件：导热系数小0.23W/(m•K),足够的抗压强度（一般不低于0.3MPa），使用温度为-40－+60℃，在温度、湿度变化时保持尺寸稳定性，以及防火性能。绝热材料微观结构绝热材料一般系轻质、疏松多孔的，且孔隙最好不连通，可为松散颗粒或纤维状，欲获得此类绝热材料，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，如多孔套陶瓷；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。某冰库绝热采用多种绝热材料、多层隔热，以聚苯乙烯泡沫作为墙体隔热夹芯板，在内墙喷涂聚胺酯泡沫层作绝热材料，取得良好的效果。聚苯乙烯泡沫夹心内墙喷涂聚胺酯泡沫层11.2吸声材料、隔声材料声音的大小常用声压级表示：0201ppgLp11.2.1材料的吸声性（1）吸声系数声音起源于物体的振动。当声波遇到材料表面对，被吸收声能与入射声能之比，称为“吸声系数”。声源停止后，声音由于多次反射或散射而延续的现象称为混响。稳态声源停止后，声压级衰变60dB所需要的时间，称为混响时间。混响室法吸声系数平板试件的面积试件的吸声量s材料的吸声特性还与声波的频率有关，为了全面反映材料的吸声特性，通常测量250HZ、500HZ、1000HZ和2000HZ四个频带的实用吸声系数。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。吸声材料和吸声结构的种类很多，按其材料结构状况可分为多孔吸声材料、共振吸声结构和其它吸声结构三大类。吸声材料的气孔是开放的，且互相连通，其气孔越多，吸收性能越好。大多数吸收强度较低。（2）降噪系数、降噪量以250HZ、500HZ、1000HZ和2000HZ四个频带实用吸声系数的算术平均值作为降噪系数（NRC）。建筑吸声材料的吸声性能按降噪系数分为四级，见表11.3。建筑吸声产品吸声性能分级表吸声等级ⅠⅡⅢⅣ降噪系数（NRC）NRC＞＝0.080.80－0.600.60－0.400.40－0.20在建筑室内使用吸声材料后的降噪效果可以用现场实测的混响时间来测量，或按下式计算降噪量：11.2.2吸声材料及其构造（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沾滞阻力，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、细致的气孔越多，其吸声性能越好。21lg10TTLp（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。（3）帘幕吸声体帘幕吸声体是用具有通气性能的纺织品，安装在离路面或宙洞一定距离处，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、纤维扳、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率的声波。（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，并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。（7）空腔共振吸声结构空腔共振吸声结构由封闭的空腔和较小的武器所组成，它有很强的频率选择性，在其共振频率附近，吸声系数较大，而对离共振频率较远的声波吸收和很小。常用吸声材料的吸声系数见表11.4。几种吸声体的吸声特性见图11.111.2.3隔声材料建筑上将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、隔断等。隔声可分为隔绝空气声和隔绝固体声两种，其原理截然不同，隔声不但与材料有关，而且与建筑结构有密切的关系。（1）空气声的隔绝对于空气声隔声，主要服从质量定律，即材料的体积密度越大，质量越大，隔声性越好，因此应选用密实的材料作为隔声材料，如砖、泥凝土、钢板等。如采用轻质材料或薄壁材料，需辅以多孔吸声材料或采用夹层结构，如夹层玻璃就是一种很好的隔声材料。材料隔绝空气声的能力，可以用材料对声波的透射系数或材料的隔声量来衡量。（2）至于固体声的隔声，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、房屋的框架和墙板之间加弹性衬垫，如毛毡、软木、橡皮等材料或在楼板上加弹性地毯。0EEt1lg10R近年，一些城市建设了环市高架路，在方便了交通的同时，却产生了沿线噪音污染的问题，为此必须采用相应的降噪音措施，以减少机动车对附近居民的干扰，下图为其中一种降低噪音的设施。该板表面无孔，请讨论此板的作用。高架路降噪高架路隔声板车辆噪音的隔声属空气声隔绝。构成隔声结构的材料大致分为三类：①密实板，如钢板、混凝土板；②多孔板，如玻璃棉、泡沫塑料；③减振板，如阻尼板等。该隔声板属于减振板隔声。11.3装饰材料在建筑上，把铺设、粘贴或涂刷在建筑内外表面，主要起装饰作用的材料，称为装饰材料。建筑装饰材料种类繁多。本节仅介绍天然石材、建筑陶瓷、建筑玻璃和建筑涂料。11.3.1天然石材凡是从天然岩石开采出来的，经加工或未加工的石材，统称为天然石材。例如河北的赵州桥以及现代建筑中的北京人民大会堂等。天然岩石种类很多，用做装饰的主要有花岗岩和大理石。花岗石板材大理石板材11.3.1.1花岗岩从岩石形成的地质条件看，花岗岩属深成岩，也就是地壳内部熔融的岩浆上升至地壳某一深处冷凝而成的岩石。构成花岗岩的主要造岩矿物是长石(结品铝硅酸盐)、石英(结晶SiO2和少量云母(片状含水铝硅酸盐)。从化学成分看，花岗岩主要含SiO2(约70％)和A12O3，CaO和MgO含量很少，因此属酸性结晶深成岩。花岗岩的特点如下：(1)色彩斑斓，呈斑点状晶粒花样(2)硬度大，耐磨性好(3)耐久性好(4)具有高抗酸腐蚀性(5)耐火性差(6)可以打磨抛光11.3.1.2大理岩大理石因盛产于云南大理而得名。从岩石的形成来看，它属于变质岩，即由石灰岩或白云岩变质而成。主要的造岩矿物为方解石(结晶碳酸钙)或白云石(结晶碳酸钙镁复盐)。其化学成分主要是CaCO3(CaO约占50％)，酸性氧化物SiO2很少，属碱性的结晶岩石。大理岩的性质如下：(1)颜色绚丽、纹理多姿。(2)硬度中等、耐磨性次于花岗岩。(3)耐酸蚀性差，酸性介质会使大理石表面受到腐蚀。(4)容易打磨抛光。(5)耐久性次于花岗岩。大理石主要用做室内高级饰面材料，也可以用做室内地面或踏步(耐磨性次于花岗岩)。由于大理石为碱性岩石，不耐酸，因而不宜用于室外装饰。11.3.2建筑陶瓷凡以粘土、长石、石英为基本原料，经配料、制坯、干燥、焙烧而制得的成品，统称为陶瓷制品。用于建筑工程的陶瓷制品．则称为建筑陶瓷，主要包括釉面砖、外墙面砖、地面砖、陶瓷锦砖、琉璃制品、卫生陶瓷等。11.3.2.1陶瓷制品质地的分类陶瓷制品按其致密程度（吸水率大小）分为三类：陶质、瓷质和炻质。陶质制品结构多孔，吸水率大(＞10％)，断面租糙，不透明，敲击声粗哑。通常陶质制品又可分为粗陶和精陶。建筑上常用的烧结粘土砖、瓦属粗陶制品。精陶一般施有釉，建筑饰面用的各种釉面砖均屑精陶。瓷质制品结构致密，吸水率小(＜1％)，有一定透明性，建筑上用于外墙饰面和铺地，陶瓷锦砖以及日用餐茶具均属瓷质。炻质制品介于陶和瓷之间，也称半瓷，结构较致密，吸水率在1％一10％，无半透明性。炻器还可分为粗炻器和细炻器。建筑用的外墙面砖和地面砖属粗炻器．而日用炻器(如紫砂壶等)属细炻器。11.3.2.2陶瓷制品的表面装饰陶瓷制品的表面装饰方法很多，常用的有以下几种：（1）施釉(2)彩绘(3)贵金属装饰11.3.2.3建筑陶瓷制品的重要技术性质(1)外观质量(2)吸水率(3)耐急冷急热性(4)弯曲强度(5)耐磨性(6)抗冻性能(7)抗化学府蚀性11.3.2.4常用建筑陶瓷制品(1)釉面内墙砖釉面内墙砖也称内墙砖、釉面砖、瓷砖、瓷片，用一次烧成工艺制成，属精陶制品，主要用做建筑物内部场面，如厨房、卫生间、浴室、墙裙等部位的装饰与保护。釉面内墙砖的花色很多，除白色釉面砖外，还有彩色、图案、浮雕、斑点釉面砖。釉面砖的装饰效果主要取决于釉面的颜色图案和质感。釉面内墙砖的质量应符合《釉面内砖墙》GBT4100－92的规定。其质量指标包括：规格尺寸、外观质量、吸水率、耐急冷急热性、弯曲强度、白度和色差等。(2)彩色釉面陶瓷墙地砖彩色釉面陶瓷墙地砖与釉面砖原材料基本相同，但生产工艺为二次烧成，它的质地为炻质。彩色釉面陶瓷墙地砖吸水率小，强度高，耐磨，抗冻性好，化学性能稳定，主要用于外墙铺贴，有时也用于铺地。其质量指标应符合《彩色釉面陶瓷墙地砖》GB11947—89的规定。质量指标与釉面内墙砖相比，增加了抗冻性、耐磨性和抗化学腐蚀性。(3)陶瓷锦砖陶瓷锦砖俗称马赛克(Masaic)，是以瓷土为原料烧制而成的片状小瓷砖。其特点是吸水率低，为瓷质，每块砖的尺寸很小，需用一定数量的砖按规定的图案贴在一张规定尺寸的牛皮纸上，成联使用。(4)无釉陶瓷地砖无釉陶瓷地砖是由陶瓷坯体不施釉一次烧成的片砖。该产品吸水率较低(3％－6％)，强度高(弯曲平均值≥25MPa)，耐磨性好(磨损量平均值≤345mm3)主要用于室内地面铺设。其质量应符合《无釉陶瓷地砖》JC50l－93的规定。(5)陶瓷劈离砖陶瓷劈离砖是以粘土为原料，经配料、真空挤压成型、烘干、焙挠、劈离(将一块双联砖分为两块砖)等工序制成。产品独特，富于个性，古朴高雅，适用于墙面装饰。(6)建筑琉璃制品琉璃制品是以难熔粘土做原料，经配料、成型、干燥、素烧，表面涂以琉璃釉料后，再经烧制而成。属精陶制品，颜色有金、黄、绿、蓝、青等。品种分为三类：瓦类(板瓦、滴水瓦、筒瓦、沟头)、脊类、饰件类(吻、博古、兽)。(7)卫生陶瓷卫生陶瓷是由瓷土烧制的细胚质制品，如洗面器、大小便器、水箱水槽等，主要用于浴室、盟洗室、厕所等处。产品质量应符合《卫生陶瓷》GB6952—86的规定。11.3.3建筑玻璃11.3.3.1玻璃的基本知识(1)玻璃的原料与组成玻璃是一种透明酌无定形硅酸盐固体物质。熔制玻璃的原材料主要有石英砂、纯碱、长石、石灰石等。石英砂是构成玻璃的主体材料。纯碱主要起助熔剂作用。石灰石使玻璃具有良好的抗水性，起稳定剂作用。建筑玻璃的化学组成主要为SiO2、Na2O、CaO、A12O3、MgO、K2O等。(2)玻瑰的制造工艺熔化成型退火(3)普通玻璃的性质①透明②脆③热稳定性差急冷急热时易破裂④化学稳定性好抗盐和酸侵蚀的能力强。⑤表观密度较大约为2450－2550kg／m3。⑥导热系数较大为0.75w／(m·K)。11.3.3.2玻