土木工程材料第十章 绝热材料和吸声材料张德思教授主讲
第一节 绝热材料
在建筑上,将主要作为保温,隔热使用的材料通称为绝热材料 。 绝热材料通常导热系数 （ λ ） 值应不大于 0.23W／ (m·K),热阻 （ Ｒ ） 值应不小于 4.35（ m2·K） /W。 此外,绝热材料尚应满足：表观密度不大于
600kg／ m3,抗压强度大于 0.3MPa,构造简单,施工容易,造价低等 。
1,影响材料导热系数的因素
影响材料保温性能的主要因素是导热系数的大小,导热系数愈小,保温性能愈好 。 材料的导热系数受以下因素影响：
（ １ ） 材料的性质 。 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璃态对其影响都不大 。
（２）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，故表观密度小的材料，因其孔隙率大，导热系数就小。
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。
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。因此这类材料存在一最佳表观密度，即在这个表观密度时导热系数最小。
（ ３ ） 湿度 。 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 λ 为 0.58Ｗ／
（ ｍ ·Ｋ ）,比空气的 λ= 0.029Ｗ／ （ ｍ ·Ｋ ） 大 20倍左右 。 如果孔隙中的水结成了冰,则冰的 λ= 2.33 Ｗ／
（ ｍ ·Ｋ ）,其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 。
（ ４ ） 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,当温度在０～ 50℃ 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 。
（ ５ ） 热流方向 。 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,热流受到阻力小,
而热流垂直于纤维方向时,受到的阻力就大 。
第二节 建筑上常用保温材料
1,纤维状保温隔热材料
（ ｌ ） 石棉及其制品 。 石棉是一种天然矿物纤维,主要化学成分是含水硅酸镁,具有耐火,耐热,耐酸碱,绝热,防腐,隔音及绝缘等特性 。 常制成石棉粉,石棉纸板,石棉毡等制品,用于建筑工程的高效能保温及防火覆盖等 。
（ 2） 矿棉及其制品 。 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,铜矿渣等,并加一些调节原料 （ 钙质和硅质原料 ） 。 岩棉的主要原料为天然岩石 （ 白云石,花岗石,玄武岩等 ） 。 上述原料经熔融后,
用喷吹法或离心法制成细纤维 。 矿棉具有轻质,不燃,
绝热和电绝缘等性能,且原料来源广,成本较低 。 可制成矿棉板,矿棉毡及管壳等 。 可用作建筑物的墙壁,
屋顶,天花板等处的保温和吸声材料,以及热力管道的保温材料 。
（ ３ ） 玻璃棉及其制品 。 玻璃棉是用玻璃原料或碎玻璃经熔融后制成纤维状材料,
包括短棉和超细棉两种 。
（ ４ ） 植物纤维复合板 。 系以植物纤维为主要材料加入胶结料和填料而制成 。 如木丝板是以木材下脚料制成木丝,加入硅酸钠溶液及普通硅酸盐水泥混合,经成型,
冷压,养护,干燥而制成 。 甘蔗板是以甘蔗渣为原料,经过蒸制,加压,干燥等工序制成的一种轻质,吸声,保温材料 。
2,散粒状保温隔热材料
（ 1） 膨胀蛭石及其制品 。 蛭石是一种天然矿物,经 850～ 1000° C燃烧,体积急剧膨胀 (可膨胀５～ 20倍 )而成为松散颗粒,
其堆积密度为 80～ 200kg／ m3,导热系数
0.046～ 0.07W/ (m·K),用于填充墙壁,楼板及平屋顶,保温效果佳 。 可在 1000～
1100℃ 下使用 。
膨胀蛭石也可与水泥,水玻璃等胶凝材料配合,制成砖,板,管壳等用于围护结构及管道保温 。
（ ２ ） 膨胀珍珠岩及其制品 。 膨胀珍珠岩是由天然珍珠岩,黑耀岩或松脂岩为原料,
经煅烧体积急剧膨胀 （ 约 20倍 ） 而得蜂窝状白色或灰白色松散颗料 。 堆积密度为
40～ 300kg／ m3,λ= 0.025～ 0.048 Ｗ／
(ｍ ·Ｋ ),耐热 800 ° C,为高效能保温保冷填充材料 。
膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨料,配以适量胶凝材料,经拌和,成型,
养护 （ 或干燥,或焙烧 ） 后两制成的板,
砖,管等产品 。
3,多孔性保温隔热材料
(１ ) 微孔硅酸钙制品 。 微孔硅酸钙制品是用粉状二氧化硅材料 （ 硅藻土 ）,石灰,纤维增强材料及水等经搅拌,成型,蒸压处理和干燥等工序而制成 。 用于围护结构及管道保温 。
(２ ) 泡沫玻璃 。 它是采用碎玻璃加入１ ％ ～２ ％ 发泡剂 （ 石灰石或碳化钙 ）,经粉磨,混合,装模,在
800℃ 下烧成后形成含有大量封闭气泡 （ 直径 0.1～ 5mm）
的制品 。 它具有导热系数小,抗压强度和抗冻性高,耐久性好等特点,且易于进行锯切,钻孔等机械加工,为高级保温材料,也常用于冷藏库隔热 。
(３ ) 多孔混凝土和轻骨料混凝土 。
(4) 泡沫塑料 。 泡沫塑料是以合成树脂为基料,加入一定剂量的发泡剂,催化剂,稳定剂等辅助材料经加热发泡而制成的轻质保温,防震材料 。 目前我国生产的有聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚氨酯及 脲醛树脂等泡沫塑料 。
4,其他保温隔热材料
（ １ ） 软木板 。 软木也叫栓木 。 软木板是用栓皮,栎树皮或黄菠萝树皮为原料,经破碎后与皮胶溶液拌和,再加压成型,在 80℃ 的干燥室中干燥一昼夜而制成 。 软木板具有表观密度小,导热性低,抗渗和防腐性能高等特点 。
（ 2） 蜂窝板 。 蜂窝板是由两块较薄的面板,牢固地粘结在一层较厚的蜂窝状芯材两面而制成的板材,亦称蜂窝夹层结构 。 蜂窝状芯材是用浸渍过合成树脂 （ 酚醛,
聚酯等 ） 的牛皮纸,玻璃布和铝片等,经加工粘合成六角形空腹 （ 蜂窝状 ） 的整块芯材 。 常用的面板为浸渍过树脂的牛皮纸,玻璃布或不经树脂浸渍的胶合板,纤维板,石膏板等 。 面板必须采用合适的胶粘剂与芯材牢固地粘合在一起,才能显示出蜂窝板的优异特性,即具有比强度大,导热性低和抗震性好等多种功能 。
5,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 。
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：：
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；
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 。
采用蓄水屋顶,有土或无土植被屋顶,以及墙面垂直绿化等 。
第三节 吸声材料
1,材料吸声的原理及技术指标
声音起源于物体的振动,它迫使邻近的空气跟着振动而成为声波,并在空气介质中向四周传播 。 当声波遇到材料表面时,一部分被反射另一部分穿透材料,其余的部分则传递给材料,在材料的孔隙中引起空气分子与孔壁的摩擦和粘滞阻力,其间相当一部分声能转化为热能而被吸收掉 。
这些被吸收的能量 （ Ｅ ） （ 包括部分穿透材料的声能在内 ） 与传递给材料的全部声能 （ E0） 之比,是评定材料吸声性能好坏的主要指标,称为吸声系数
（ α ）,用公式表示为
0E
E
吸声系数与声音的频率及声音的入射方向有关 。 因此吸声系数用声音从各方向入射的吸收平均值表示,
并应指出是对哪一频率的吸收 。 通常采用常用规定的六个频率,125,250,500,1000,2000,4000
Hz。 任何材料对声音都能吸收,只是吸收程度有很大的不同 。 通常是将对上述六个频率的平均吸声系数大于 0.2的材料,列为吸声材料 。
吸声材料大多为疏松多孔的材料,如矿渣棉,毯子等,其吸声机理是声波深入材料的孔隙,且孔隙多为内部互相贯通的开口孔,受到空气分子摩擦和粘滞阻力,以及使细小纤维作机械振动,从而使声能转变为热能 。 这类多孔性吸声材料的吸声系数,一般从低频到高频逐渐增大,故对高频和中频的声音吸收效果较好 。
2,影响多孔性材料吸声性能的因素
（ １ ） 材料的表观密度 。 对同一种多孔材料 （ 例如超细玻璃纤维 ） 而言,当其表观密度增大时 （ 即空隙率减小时 ）,对低频的吸声效果有所提高,而对高频的吸声效果则有所降低 。
（ ２ ） 材料的厚度 。 增加多孔材料的厚度,可提高对低频的吸声效果,而对高频则没有多大的影响 。
（ ３ ） 材料的孔隙特征 。 孔隙愈多愈细小,吸声效果愈好 。 如果孔隙太大,则效果就差 。 如果材料中的孔隙大部分为单独的封闭的气泡 （ 如聚氯乙烯泡沫塑料 ）,则因声波不能进入,从吸声机理上来讲,就不属多孔性吸声材料 。 当多孔材料表面涂刷油漆或材料吸湿时,则因材料的孔隙被水分或涂料所堵塞,其吸声效果亦将大大降低 。
3,建筑上常用吸声材料及安装方法
建筑工程中常用吸声材料有：石膏砂浆 （ 掺有水泥,玻璃纤维 ）,石膏砂浆 （ 掺有水泥,
石棉纤维 ）,水泥膨胀珍珠岩板,矿渣棉,
沥青矿渣棉毡,玻璃棉,起细玻璃棉,泡沫玻璃,泡沫塑料,软木板,木丝板,穿孔纤维板,工业毛毡,地毯,帷幕等 。
除了采用多孔吸声材料吸声外,还可将材料组成不同的吸声结构,达到更好的吸声效果 。
常用的吸声结构形式有薄板共振吸声结构和穿孔板吸声结构 。
薄板共振吸声结构系采用薄板钉牢在靠墙的木龙骨上,薄板与板后的空气层构成了薄板共振吸声结构 。 穿孔板吸声结构是用穿孔的胶合板,纤维板,金属板或石膏板等为结构主体,与板后的墙面之间的空气层 （ 空气层中有时可填充多孔材料 ） 构成吸声结构 。 该结构吸声的频带较宽,对中频的吸声能力最强 。
4,关于隔声材料的概念
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 。 人们要隔绝的声音按着传播的途径可分为空气声 （ 由于空气的振动 ） 和固体声 （ 由于固体的撞击或振动 ） 两种 。 对隔空气声,
根据声学中的,质量定律,,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,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 。 #
例 11-1什么是绝热材料？ 工程上对绝热材料有哪些要求？
解
绝热材料是指导热系数 （ λ ） 值应不大于 0.23W／ (m·K)
的隔热保温效果好的建筑材料 。
工程上首先要求绝热材料有较低的导热系数 。 其次,要求绝热材料应该是轻质的,其表观密度不大于 600kg／
m3。 同时要满足运输,施工中强度要求 （ 抗压强度大于
0.3MPa） 。 此外,还要求材料吸湿性要小,或者易于防水,否则会明显降低保温性 。
对材料的导热系数应在相对湿度为８０ ％ ～８５ ％ 条件下材料达到平衡含水状态下进行测定 。 工程上还要求材料施工容易,造价低廉,具有较好的技术经济效益 。
例 11-2材料绝热的基本原理是什么？
解
热在本质上是组成物质的分子,原子和电子等在物质内部的移动,转动和振动所产生的能量 。 在任何介质中,当存在着温度差时,就会产生热的传递现象,
热能将由温度较高的部分传递至温度较低的部分 。 不同的建筑材料具有不同的保温隔热性能,主要体现在材料的导热系数上,导热系数愈小,保温性能愈好 。
传热的基本方式有热传导,热对流和热辐射三种 。 一般来说,三种传热方式总是共存的,但因绝热性能良好的材料常是多孔的,虽然在材料的孔隙内有着空气,
起着辐射和对流作用,但与热传导相比,热辐射和对流所占的比例很小,故在建筑热工计算时通常不予考虑 。
例 11-3绝热材料为什么总是轻质的？ 使用时为什么一定要注意防潮？
解
由于材料中固体物质的导热能力要比空气的导热能力大得多,因此,一般的轻质材料,其表观密度较小,
导热系数也较小 。 所以绝热材料总是轻质的 。
材料吸湿受潮后,其导热系数就增大,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起主要传热作用,
而水的 λ 为 0.58Ｗ／ （ ｍ ·Ｋ ）,比空气的 λ= 0.029Ｗ
／ （ ｍ ·Ｋ ） 大 20倍左右 。 如果孔隙中的水结成了冰,
则冰的 λ= 2.33 Ｗ／ （ ｍ ·Ｋ ）,其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 。
例 11-4 试述材料的吸声性能及其表示方法？ 什么是吸声材料？
解
吸声性能是指材料能够吸收由空气传递的声波能量的性质 。 以 吸声系数 （ α ） 表示 。 吸声系数是这些被吸收的能量 （ Ｅ ） （ 包括部分穿透材料的声能在内 ） 与传递给材料的全部声能
（ E0） 之比,用公式表示为
常用规定的六个频率,125,250,500,1000、
2000,4000 Hz的平均吸声系数 （ α ） 来表示 。
平均吸声系数大于 0.2的材料,列为吸声材料 。
吸声系数与声音的频率及声音的入射方向有关 。
因此吸声系数用声音从各方向入射的吸收平均值表示,并应指出是对哪一频率的吸收 。
例 11-5 简述吸声材料的基本特征？
解
吸声材料的基本特征是：
（ １ ） 多孔性 。 吸声材料孔隙率几乎达
70％ ～ 90％ ；
（ ２ ） 开口孔隙率大,透气性好；
（ ３ ） 体积密度适宜,过大会使透气性降低而使吸声性能降低；
常采取硬质板上钻孔,背后留空气夹层或填以柔性吸声材料做成吸声结构的形式,
以提高吸声系数 。
例 11-6试述多孔材料,穿孔材料及薄板共振结构的吸声原理 。 随着材料的表观密度和厚度的增加,材料吸声性能有何变化？
解
多孔材料,穿孔材料的吸声原理在于：声波深入材料的孔隙,且孔隙多为内部互相贯通的开口孔,受到空气分子摩擦和粘滞阻力,以及使细小纤维作机械振动,从而使声能转变为热能 。 薄板共振结构系采用薄板钉牢在靠墙的木龙骨上,薄板与板后的空气层构成了薄板共振吸声结构,大大提高了吸音效果 。
对同一种多孔材料,当其表观密度增大时 （ 即空隙率减小时 ）,对低频的吸声效果有所提高,而对高频的吸声效果则有所降低 。 增加多孔材料的厚度,可提高对低频的吸声效果,而对高频则没有多大的影响 。
例 11-7 吸声材料和绝热材料在构造特征上有何异同？
泡沫玻璃是一种强度较高的多孔结构材料,但不能用作吸声材料,为什么？
解
吸声材料和绝热材料在构造特征上都是多孔性材料,但二者的孔隙特征完全不同 。 绝热材料的孔隙特征是具有封闭的,互不连通的气孔,而吸声材料的孔隙特征则是具有开放的,互相连通的气孔 。
泡沫玻璃虽然是一种强度较高的多孔结构材料,但是它在烧成后含有大量封闭的气泡,且气孔互不连通,
因而不能用作吸声材料 。
泡沫玻璃材料中的孔隙大部分为单独的封闭的气泡,
则因声波不能进入,从吸声机理上来讲,不属于多孔性吸声材料 。
例 11-8 试述隔绝空气传声和固体撞击传声的处理原则 。
解
对隔绝空气传声,根据声学中的,质量定律,,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,故对此必须选用密实,沉重的材料作为隔声材料 。
对隔固体撞击传声,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 。
隔绝撞击声的方法与隔绝空气声的方法是有区别的,
因为在这种情况下,建筑构件 （ 材料 ） 本身成为声源而直接向四周传播声能 。 由于撞击的噪声干扰往往比空气声更为强烈,声波沿固体材料传播时声能衰减极少,目前尚无行之有效的解决方法 。
第一节 绝热材料
在建筑上,将主要作为保温,隔热使用的材料通称为绝热材料 。 绝热材料通常导热系数 （ λ ） 值应不大于 0.23W／ (m·K),热阻 （ Ｒ ） 值应不小于 4.35（ m2·K） /W。 此外,绝热材料尚应满足：表观密度不大于
600kg／ m3,抗压强度大于 0.3MPa,构造简单,施工容易,造价低等 。
1,影响材料导热系数的因素
影响材料保温性能的主要因素是导热系数的大小,导热系数愈小,保温性能愈好 。 材料的导热系数受以下因素影响：
（ １ ） 材料的性质 。 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璃态对其影响都不大 。
（２）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，故表观密度小的材料，因其孔隙率大，导热系数就小。
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。
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。因此这类材料存在一最佳表观密度，即在这个表观密度时导热系数最小。
（ ３ ） 湿度 。 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 λ 为 0.58Ｗ／
（ ｍ ·Ｋ ）,比空气的 λ= 0.029Ｗ／ （ ｍ ·Ｋ ） 大 20倍左右 。 如果孔隙中的水结成了冰,则冰的 λ= 2.33 Ｗ／
（ ｍ ·Ｋ ）,其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 。
（ ４ ） 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,当温度在０～ 50℃ 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 。
（ ５ ） 热流方向 。 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,热流受到阻力小,
而热流垂直于纤维方向时,受到的阻力就大 。
第二节 建筑上常用保温材料
1,纤维状保温隔热材料
（ ｌ ） 石棉及其制品 。 石棉是一种天然矿物纤维,主要化学成分是含水硅酸镁,具有耐火,耐热,耐酸碱,绝热,防腐,隔音及绝缘等特性 。 常制成石棉粉,石棉纸板,石棉毡等制品,用于建筑工程的高效能保温及防火覆盖等 。
（ 2） 矿棉及其制品 。 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,铜矿渣等,并加一些调节原料 （ 钙质和硅质原料 ） 。 岩棉的主要原料为天然岩石 （ 白云石,花岗石,玄武岩等 ） 。 上述原料经熔融后,
用喷吹法或离心法制成细纤维 。 矿棉具有轻质,不燃,
绝热和电绝缘等性能,且原料来源广,成本较低 。 可制成矿棉板,矿棉毡及管壳等 。 可用作建筑物的墙壁,
屋顶,天花板等处的保温和吸声材料,以及热力管道的保温材料 。
（ ３ ） 玻璃棉及其制品 。 玻璃棉是用玻璃原料或碎玻璃经熔融后制成纤维状材料,
包括短棉和超细棉两种 。
（ ４ ） 植物纤维复合板 。 系以植物纤维为主要材料加入胶结料和填料而制成 。 如木丝板是以木材下脚料制成木丝,加入硅酸钠溶液及普通硅酸盐水泥混合,经成型,
冷压,养护,干燥而制成 。 甘蔗板是以甘蔗渣为原料,经过蒸制,加压,干燥等工序制成的一种轻质,吸声,保温材料 。
2,散粒状保温隔热材料
（ 1） 膨胀蛭石及其制品 。 蛭石是一种天然矿物,经 850～ 1000° C燃烧,体积急剧膨胀 (可膨胀５～ 20倍 )而成为松散颗粒,
其堆积密度为 80～ 200kg／ m3,导热系数
0.046～ 0.07W/ (m·K),用于填充墙壁,楼板及平屋顶,保温效果佳 。 可在 1000～
1100℃ 下使用 。
膨胀蛭石也可与水泥,水玻璃等胶凝材料配合,制成砖,板,管壳等用于围护结构及管道保温 。
（ ２ ） 膨胀珍珠岩及其制品 。 膨胀珍珠岩是由天然珍珠岩,黑耀岩或松脂岩为原料,
经煅烧体积急剧膨胀 （ 约 20倍 ） 而得蜂窝状白色或灰白色松散颗料 。 堆积密度为
40～ 300kg／ m3,λ= 0.025～ 0.048 Ｗ／
(ｍ ·Ｋ ),耐热 800 ° C,为高效能保温保冷填充材料 。
膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨料,配以适量胶凝材料,经拌和,成型,
养护 （ 或干燥,或焙烧 ） 后两制成的板,
砖,管等产品 。
3,多孔性保温隔热材料
(１ ) 微孔硅酸钙制品 。 微孔硅酸钙制品是用粉状二氧化硅材料 （ 硅藻土 ）,石灰,纤维增强材料及水等经搅拌,成型,蒸压处理和干燥等工序而制成 。 用于围护结构及管道保温 。
(２ ) 泡沫玻璃 。 它是采用碎玻璃加入１ ％ ～２ ％ 发泡剂 （ 石灰石或碳化钙 ）,经粉磨,混合,装模,在
800℃ 下烧成后形成含有大量封闭气泡 （ 直径 0.1～ 5mm）
的制品 。 它具有导热系数小,抗压强度和抗冻性高,耐久性好等特点,且易于进行锯切,钻孔等机械加工,为高级保温材料,也常用于冷藏库隔热 。
(３ ) 多孔混凝土和轻骨料混凝土 。
(4) 泡沫塑料 。 泡沫塑料是以合成树脂为基料,加入一定剂量的发泡剂,催化剂,稳定剂等辅助材料经加热发泡而制成的轻质保温,防震材料 。 目前我国生产的有聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚氨酯及 脲醛树脂等泡沫塑料 。
4,其他保温隔热材料
（ １ ） 软木板 。 软木也叫栓木 。 软木板是用栓皮,栎树皮或黄菠萝树皮为原料,经破碎后与皮胶溶液拌和,再加压成型,在 80℃ 的干燥室中干燥一昼夜而制成 。 软木板具有表观密度小,导热性低,抗渗和防腐性能高等特点 。
（ 2） 蜂窝板 。 蜂窝板是由两块较薄的面板,牢固地粘结在一层较厚的蜂窝状芯材两面而制成的板材,亦称蜂窝夹层结构 。 蜂窝状芯材是用浸渍过合成树脂 （ 酚醛,
聚酯等 ） 的牛皮纸,玻璃布和铝片等,经加工粘合成六角形空腹 （ 蜂窝状 ） 的整块芯材 。 常用的面板为浸渍过树脂的牛皮纸,玻璃布或不经树脂浸渍的胶合板,纤维板,石膏板等 。 面板必须采用合适的胶粘剂与芯材牢固地粘合在一起,才能显示出蜂窝板的优异特性,即具有比强度大,导热性低和抗震性好等多种功能 。
5,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 。
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：：
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；
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 。
采用蓄水屋顶,有土或无土植被屋顶,以及墙面垂直绿化等 。
第三节 吸声材料
1,材料吸声的原理及技术指标
声音起源于物体的振动,它迫使邻近的空气跟着振动而成为声波,并在空气介质中向四周传播 。 当声波遇到材料表面时,一部分被反射另一部分穿透材料,其余的部分则传递给材料,在材料的孔隙中引起空气分子与孔壁的摩擦和粘滞阻力,其间相当一部分声能转化为热能而被吸收掉 。
这些被吸收的能量 （ Ｅ ） （ 包括部分穿透材料的声能在内 ） 与传递给材料的全部声能 （ E0） 之比,是评定材料吸声性能好坏的主要指标,称为吸声系数
（ α ）,用公式表示为
0E
E
吸声系数与声音的频率及声音的入射方向有关 。 因此吸声系数用声音从各方向入射的吸收平均值表示,
并应指出是对哪一频率的吸收 。 通常采用常用规定的六个频率,125,250,500,1000,2000,4000
Hz。 任何材料对声音都能吸收,只是吸收程度有很大的不同 。 通常是将对上述六个频率的平均吸声系数大于 0.2的材料,列为吸声材料 。
吸声材料大多为疏松多孔的材料,如矿渣棉,毯子等,其吸声机理是声波深入材料的孔隙,且孔隙多为内部互相贯通的开口孔,受到空气分子摩擦和粘滞阻力,以及使细小纤维作机械振动,从而使声能转变为热能 。 这类多孔性吸声材料的吸声系数,一般从低频到高频逐渐增大,故对高频和中频的声音吸收效果较好 。
2,影响多孔性材料吸声性能的因素
（ １ ） 材料的表观密度 。 对同一种多孔材料 （ 例如超细玻璃纤维 ） 而言,当其表观密度增大时 （ 即空隙率减小时 ）,对低频的吸声效果有所提高,而对高频的吸声效果则有所降低 。
（ ２ ） 材料的厚度 。 增加多孔材料的厚度,可提高对低频的吸声效果,而对高频则没有多大的影响 。
（ ３ ） 材料的孔隙特征 。 孔隙愈多愈细小,吸声效果愈好 。 如果孔隙太大,则效果就差 。 如果材料中的孔隙大部分为单独的封闭的气泡 （ 如聚氯乙烯泡沫塑料 ）,则因声波不能进入,从吸声机理上来讲,就不属多孔性吸声材料 。 当多孔材料表面涂刷油漆或材料吸湿时,则因材料的孔隙被水分或涂料所堵塞,其吸声效果亦将大大降低 。
3,建筑上常用吸声材料及安装方法
建筑工程中常用吸声材料有：石膏砂浆 （ 掺有水泥,玻璃纤维 ）,石膏砂浆 （ 掺有水泥,
石棉纤维 ）,水泥膨胀珍珠岩板,矿渣棉,
沥青矿渣棉毡,玻璃棉,起细玻璃棉,泡沫玻璃,泡沫塑料,软木板,木丝板,穿孔纤维板,工业毛毡,地毯,帷幕等 。
除了采用多孔吸声材料吸声外,还可将材料组成不同的吸声结构,达到更好的吸声效果 。
常用的吸声结构形式有薄板共振吸声结构和穿孔板吸声结构 。
薄板共振吸声结构系采用薄板钉牢在靠墙的木龙骨上,薄板与板后的空气层构成了薄板共振吸声结构 。 穿孔板吸声结构是用穿孔的胶合板,纤维板,金属板或石膏板等为结构主体,与板后的墙面之间的空气层 （ 空气层中有时可填充多孔材料 ） 构成吸声结构 。 该结构吸声的频带较宽,对中频的吸声能力最强 。
4,关于隔声材料的概念
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 。 人们要隔绝的声音按着传播的途径可分为空气声 （ 由于空气的振动 ） 和固体声 （ 由于固体的撞击或振动 ） 两种 。 对隔空气声,
根据声学中的,质量定律,,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,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 。 #
例 11-1什么是绝热材料？ 工程上对绝热材料有哪些要求？
解
绝热材料是指导热系数 （ λ ） 值应不大于 0.23W／ (m·K)
的隔热保温效果好的建筑材料 。
工程上首先要求绝热材料有较低的导热系数 。 其次,要求绝热材料应该是轻质的,其表观密度不大于 600kg／
m3。 同时要满足运输,施工中强度要求 （ 抗压强度大于
0.3MPa） 。 此外,还要求材料吸湿性要小,或者易于防水,否则会明显降低保温性 。
对材料的导热系数应在相对湿度为８０ ％ ～８５ ％ 条件下材料达到平衡含水状态下进行测定 。 工程上还要求材料施工容易,造价低廉,具有较好的技术经济效益 。
例 11-2材料绝热的基本原理是什么？
解
热在本质上是组成物质的分子,原子和电子等在物质内部的移动,转动和振动所产生的能量 。 在任何介质中,当存在着温度差时,就会产生热的传递现象,
热能将由温度较高的部分传递至温度较低的部分 。 不同的建筑材料具有不同的保温隔热性能,主要体现在材料的导热系数上,导热系数愈小,保温性能愈好 。
传热的基本方式有热传导,热对流和热辐射三种 。 一般来说,三种传热方式总是共存的,但因绝热性能良好的材料常是多孔的,虽然在材料的孔隙内有着空气,
起着辐射和对流作用,但与热传导相比,热辐射和对流所占的比例很小,故在建筑热工计算时通常不予考虑 。
例 11-3绝热材料为什么总是轻质的？ 使用时为什么一定要注意防潮？
解
由于材料中固体物质的导热能力要比空气的导热能力大得多,因此,一般的轻质材料,其表观密度较小,
导热系数也较小 。 所以绝热材料总是轻质的 。
材料吸湿受潮后,其导热系数就增大,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起主要传热作用,
而水的 λ 为 0.58Ｗ／ （ ｍ ·Ｋ ）,比空气的 λ= 0.029Ｗ
／ （ ｍ ·Ｋ ） 大 20倍左右 。 如果孔隙中的水结成了冰,
则冰的 λ= 2.33 Ｗ／ （ ｍ ·Ｋ ）,其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 。
例 11-4 试述材料的吸声性能及其表示方法？ 什么是吸声材料？
解
吸声性能是指材料能够吸收由空气传递的声波能量的性质 。 以 吸声系数 （ α ） 表示 。 吸声系数是这些被吸收的能量 （ Ｅ ） （ 包括部分穿透材料的声能在内 ） 与传递给材料的全部声能
（ E0） 之比,用公式表示为
常用规定的六个频率,125,250,500,1000、
2000,4000 Hz的平均吸声系数 （ α ） 来表示 。
平均吸声系数大于 0.2的材料,列为吸声材料 。
吸声系数与声音的频率及声音的入射方向有关 。
因此吸声系数用声音从各方向入射的吸收平均值表示,并应指出是对哪一频率的吸收 。
例 11-5 简述吸声材料的基本特征？
解
吸声材料的基本特征是：
（ １ ） 多孔性 。 吸声材料孔隙率几乎达
70％ ～ 90％ ；
（ ２ ） 开口孔隙率大,透气性好；
（ ３ ） 体积密度适宜,过大会使透气性降低而使吸声性能降低；
常采取硬质板上钻孔,背后留空气夹层或填以柔性吸声材料做成吸声结构的形式,
以提高吸声系数 。
例 11-6试述多孔材料,穿孔材料及薄板共振结构的吸声原理 。 随着材料的表观密度和厚度的增加,材料吸声性能有何变化？
解
多孔材料,穿孔材料的吸声原理在于：声波深入材料的孔隙,且孔隙多为内部互相贯通的开口孔,受到空气分子摩擦和粘滞阻力,以及使细小纤维作机械振动,从而使声能转变为热能 。 薄板共振结构系采用薄板钉牢在靠墙的木龙骨上,薄板与板后的空气层构成了薄板共振吸声结构,大大提高了吸音效果 。
对同一种多孔材料,当其表观密度增大时 （ 即空隙率减小时 ）,对低频的吸声效果有所提高,而对高频的吸声效果则有所降低 。 增加多孔材料的厚度,可提高对低频的吸声效果,而对高频则没有多大的影响 。
例 11-7 吸声材料和绝热材料在构造特征上有何异同？
泡沫玻璃是一种强度较高的多孔结构材料,但不能用作吸声材料,为什么？
解
吸声材料和绝热材料在构造特征上都是多孔性材料,但二者的孔隙特征完全不同 。 绝热材料的孔隙特征是具有封闭的,互不连通的气孔,而吸声材料的孔隙特征则是具有开放的,互相连通的气孔 。
泡沫玻璃虽然是一种强度较高的多孔结构材料,但是它在烧成后含有大量封闭的气泡,且气孔互不连通,
因而不能用作吸声材料 。
泡沫玻璃材料中的孔隙大部分为单独的封闭的气泡,
则因声波不能进入,从吸声机理上来讲,不属于多孔性吸声材料 。
例 11-8 试述隔绝空气传声和固体撞击传声的处理原则 。
解
对隔绝空气传声,根据声学中的,质量定律,,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,故对此必须选用密实,沉重的材料作为隔声材料 。
对隔固体撞击传声,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 。
隔绝撞击声的方法与隔绝空气声的方法是有区别的,
因为在这种情况下,建筑构件 （ 材料 ） 本身成为声源而直接向四周传播声能 。 由于撞击的噪声干扰往往比空气声更为强烈,声波沿固体材料传播时声能衰减极少,目前尚无行之有效的解决方法 。
