保溫材料綜述

1、建筑保溫材料的研究進(jìn)展摘要：我國(guó)正處于基礎(chǔ)設(shè)施大量建設(shè)的時(shí)期，能源消耗增長(zhǎng)很快。但是我國(guó)目前的建筑節(jié)能水平還遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)建筑單位面積能耗仍是氣候相近的發(fā)達(dá)國(guó)家的35倍1，因此，建筑節(jié)能依然是我國(guó)建筑業(yè)的一個(gè)重要課題，在建筑領(lǐng)域加強(qiáng)研發(fā)并推廣應(yīng)用新型建筑節(jié)能環(huán)保材料，是提高我國(guó)資源利用率、改善環(huán)境、節(jié)能減排、走可持續(xù)發(fā)展道路的重要途徑，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。保溫材料的保溫原理主要是利用處于靜止?fàn)顟B(tài)的空氣及大部分氣體如二氧化碳、氮?dú)獾?其導(dǎo)熱率都很低,采用固體材料通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)限制空氣的對(duì)流性能和透紅外線性能,而達(dá)到保溫的目的。這一原理就決定了保溫材料通常具有質(zhì)輕、疏松、多孔的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞

2、：保溫材料，建筑節(jié)能，環(huán)保材料1、產(chǎn)業(yè)形勢(shì)與現(xiàn)狀2006年1月1 日起，中國(guó)實(shí)施民用建筑節(jié)能管理規(guī)定，并要求新建建筑嚴(yán)格執(zhí)行節(jié)能50%的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，北京、天津等大城市率先實(shí)施節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)。作為能源消耗大戶的建筑業(yè)其主要任務(wù)就是在保證使用功能和建筑質(zhì)量的前提下,采取各種有效的節(jié)能技術(shù)與管理措施,發(fā)展新型建筑保溫材料,以減低房屋在使用過(guò)程中的能源消耗,提高能源利用率。建筑是我國(guó)目前能源消耗增長(zhǎng)最快的部門之一,其能耗已占全國(guó)總能耗27%左右。目前我國(guó)能源利用率只有30%,能源消耗系數(shù)比發(fā)達(dá)國(guó)家高4-8倍,建筑物耗能也比北美國(guó)家高出1倍以上2,發(fā)展節(jié)能材料任重道遠(yuǎn),因此絕熱保溫材料具有巨大的市場(chǎng)潛力

3、和發(fā)展空間。保溫材料的保溫原理主要是利用處于靜止?fàn)顟B(tài)的空氣及大部分氣體如二氧化碳、氮?dú)獾?其導(dǎo)熱率都很低,采用固體材料通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)限制空氣的對(duì)流性能和透紅外線性能,而達(dá)到保溫的目的。這一原理就決定了保溫材料通常具有質(zhì)輕、疏松、多孔的特點(diǎn)。另一方面，建筑節(jié)能對(duì)環(huán)境保護(hù)也將產(chǎn)生直接或間接的影響，使用適當(dāng)?shù)谋毓?jié)能材料和建筑節(jié)能方法可減少50%的 CO2的排放。2、目前研究現(xiàn)狀2.1加氣混凝土加氣混凝土即泡沫混凝土，是一種多孔結(jié)構(gòu)的保溫材料,具有獨(dú)特的物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能。盡管加氣混凝土有著許多優(yōu)良的性質(zhì),但是加氣混凝土砌塊砌體容易產(chǎn)生裂縫的通病時(shí)有發(fā)生。因此,必須從砌塊砌筑、表面抹灰和

4、施工等方面加以控制和改進(jìn),以便提高加氣混凝土砌塊的砌筑質(zhì)量。2.2保溫砂漿保溫砂漿也稱絕熱砂漿,是一種抹面砂漿。目前在建筑工程中使用的保溫砂漿主要有以下幾種:膨脹珍珠巖保溫砂漿、粉煤灰保溫砂漿、ESP保溫砂漿。2.3聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料由于生產(chǎn)工藝不同可分為硬質(zhì)和軟質(zhì)兩類。硬質(zhì)聚氨醋泡沫塑料是一種性能優(yōu)良的隔熱材料,目前我國(guó)的年產(chǎn)量為巧萬(wàn)噸。發(fā)達(dá)國(guó)家的硬質(zhì)聚氨醋泡沫塑料有60%作為節(jié)能材料用在建筑上,而我國(guó)的硬質(zhì)聚氨酷泡沫塑料的60%以上用于冰箱、冰柜的隔熱保溫3。近幾年來(lái)該材料在建筑上也開(kāi)始使用。在國(guó)外，硬質(zhì)聚氨醋作為建筑保溫材料得到了廣泛的應(yīng)用，特別在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，硬質(zhì)聚氨醋泡沫塑

5、料在建筑保溫領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家建筑保溫材料中目前約有49%為聚氨醋材料，而在中國(guó)這一比例目前尚不足10%4。因此，業(yè)界人士普遍認(rèn)為，保溫建材將成為未來(lái)幾年中國(guó)聚氨醋消費(fèi)增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。2.4泡沫玻璃泡沫玻璃是由定量的碎玻璃、發(fā)泡劑、改性添加劑和促進(jìn)劑等,經(jīng)過(guò)細(xì)粉碎混合均勻形成配合料,放入到特定的磨具中,再經(jīng)過(guò)預(yù)熱、熔融、發(fā)泡、退火等工藝制成的多孔玻璃。2.5復(fù)合硅酸鹽保溫材料復(fù)合硅酸鹽保溫材料具有可塑性強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫、漿料干燥收縮率小等特點(diǎn)。主要種類有硅酸鎂、硅鎂鋁、稀土復(fù)合保溫材料等。而近年出現(xiàn)的海泡石保溫隔熱材料作為復(fù)合硅酸鹽保溫材料中的佼佼者,由于其良好的保溫隔熱

6、性能和應(yīng)用效果,已經(jīng)引起了建筑界的高度重視,顯示出強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的市場(chǎng)前景。2.6硅酸鈣絕熱制品保溫材料硅酸鈣絕熱制品保溫材料在80年代曾被公認(rèn)為塊狀硬質(zhì)保溫材料中最好的一種,其特點(diǎn)是密度小、耐熱度高,導(dǎo)熱系數(shù)低,抗折、抗壓強(qiáng)度較高,收縮率小。2.7納米孔型保溫材料隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展,納米材料越來(lái)越受到人們的青睞。納米孔硅保溫材料就是納米技術(shù)在保溫材料領(lǐng)域新的應(yīng)用。組成材料內(nèi)的絕大部分氣孔尺寸宜小于50 nm。根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)及碰撞理論,氣體的熱量傳遞主要是通過(guò)高溫側(cè)的較高速度的分子與低溫側(cè)的較低速度的分子相互碰撞傳遞能量。由于空氣中的主要成分氮?dú)夂脱鯕獾淖杂沙潭染?0 nm左右,納

7、米孔硅質(zhì)絕熱材料中的二氧化硅微粒構(gòu)成的微孔尺寸小于這一臨界尺寸時(shí)，材料內(nèi)部就消除了對(duì)流,從本質(zhì)上切斷了氣體分子的熱傳導(dǎo),從而可獲得比無(wú)對(duì)流空氣更低的導(dǎo)熱系數(shù)5。納米孔硅的生產(chǎn)工藝一般比較復(fù)雜,例如超臨界干燥法、kistler法等。2.8陶瓷纖維板陶瓷纖維板（硅酸鋁纖維板），以硅酸鋁纖維棉為原料，用真空成型或干制法工藝經(jīng)干燥和機(jī)加工精制而成的一種耐火材料，產(chǎn)品質(zhì)地堅(jiān)硬，韌性和強(qiáng)度優(yōu)良，抗風(fēng)蝕能力優(yōu)良，加熱不膨脹，質(zhì)輕，施工方便，可任意剪切彎曲，是窯爐、管道及其它保溫設(shè)備的理想節(jié)能材料。3、保溫材料發(fā)展趨勢(shì)3.1向多功能復(fù)合化發(fā)展各種材料各有特色,也有不足之處:如有機(jī)類保溫材料保溫性能好,但是耐溫

8、低,強(qiáng)度低,易老化,防火性能差;無(wú)機(jī)類保溫材料耐高溫,無(wú)熱老化,強(qiáng)度高,但吸水率高或機(jī)械加工性能差。為了克服單一保溫材料的不足,則要求使用多功能復(fù)合型的建筑保溫材料。3.2向輕質(zhì)化和綠色化發(fā)展同種材料密度越小其隔熱性能越好,同時(shí),輕質(zhì)材料不會(huì)造成建筑結(jié)構(gòu)的額外負(fù)擔(dān),減少了因結(jié)構(gòu)變形造成滲漏的可能性。隨著輕型房屋體系的發(fā)展,建筑保溫材料也必然向著輕質(zhì)化方向發(fā)展。建筑保溫材料從原料來(lái)源、生產(chǎn)加工制造過(guò)程、使用過(guò)程和產(chǎn)品的使用功能失效、廢棄后,對(duì)環(huán)境的影響及一再生循環(huán)利用等四個(gè)方面滿足綠色建材的要求是必然趨勢(shì)。如有機(jī)質(zhì)發(fā)泡保溫制品不再采用氟利昂;開(kāi)發(fā)以植物纖維為主要原料的纖維質(zhì)保溫材料;合理利用固體

9、廢棄物包括粉煤灰、礦渣和廢舊泡沫塑料等。3.3相變儲(chǔ)能型墻體保溫材料得到發(fā)展為了保護(hù)宇航員和昂貴的電子設(shè)備免受太空溫度急劇變化的影響,在20世紀(jì)80年代早期,美國(guó)宇航局開(kāi)發(fā)了一種基于相變材料的新技術(shù)。由于節(jié)能和環(huán)保的觀念日益深人人心,到了20世紀(jì)90年代中期,相變材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用研究成為了一個(gè)熱點(diǎn)。相變材料是在某一特定的溫度下,能夠從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變的物質(zhì),物質(zhì)的分子迅速由有序向無(wú)序的轉(zhuǎn)變,同時(shí)伴隨著發(fā)生吸熱或放熱現(xiàn)象。在建筑節(jié)能領(lǐng)域,正是通過(guò)與相變材料的復(fù)合,增加建筑物的溫度調(diào)節(jié)能力,達(dá)到節(jié)能、保溫和舒適的目的。目前,應(yīng)用在建筑上的相變材料按照化學(xué)成分的不同,可以分成無(wú)機(jī)和有機(jī)兩

10、大類。無(wú)機(jī)類相變材料價(jià)格便宜,體積除熱密度大,融解熱大,但它存在過(guò)冷和相分離現(xiàn)象。有機(jī)類相變材料具有良好熱行為,化學(xué)、物理特性穩(wěn)定,受到人們的廣泛關(guān)注,但其導(dǎo)熱系數(shù)較低。根據(jù)相變過(guò)程的形態(tài)不同,通常分為固氣相變、液氣相變、固液相變?nèi)N。除了這三種外,還有固固相變,這是現(xiàn)階段重點(diǎn)研究的對(duì)象,在實(shí)際應(yīng)用中也較為廣泛。通過(guò)一定的技術(shù)將相變儲(chǔ)能材料均勻分散在砂漿、混凝土或涂料中,使得其與建筑材料結(jié)合使用,從而提高建筑物的舒適度、降低能耗和改善對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響將是未來(lái)建筑保溫隔熱材料的一個(gè)發(fā)展方向。3.4透明保溫材料的應(yīng)用得到推廣常用的透明保溫材料有很多種,有機(jī)類的包括聚碳酸醋蜂窩塑料、聚丙烯酸泡沫塑料

11、等,無(wú)機(jī)類包括玻璃纖維保溫材料和氣凝膠。隨著透明保溫技術(shù)的發(fā)展,透明保溫材料將得到更廣泛的應(yīng)用。將透明保溫材料應(yīng)用在窗戶或預(yù)先涂黑的大面積墻體上,當(dāng)日照充足時(shí),該種保溫材料從太陽(yáng)的輻射中吸收熱能,并傳到建筑物的內(nèi)墻,使內(nèi)墻的溫度升高;當(dāng)日照不足時(shí),透明保溫材料又會(huì)最大限度的防止室內(nèi)熱量的散失,從而增加整座建筑的保溫性,非常適合于溫帶和寒冷地區(qū)且有強(qiáng)烈太陽(yáng)照射的區(qū)域。同時(shí),透明保溫層可以增加室內(nèi)的舒適度,防止墻體水蒸氣凝固,避免霉的產(chǎn)生。透明保溫材料在建筑上的應(yīng)用是一項(xiàng)新興技術(shù),在歐洲的應(yīng)用比在北美洲的應(yīng)用要普遍,但在國(guó)內(nèi),相關(guān)的使用報(bào)道很少。由于其優(yōu)良的特性,將在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。3. 1憎水

12、性保溫絕熱材料材料的吸水率是在選用絕熱材料時(shí)應(yīng)該考慮的一個(gè)重要因素，常溫下水的導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的23. 1倍6。絕熱材料吸水后不但會(huì)大大降低其絕熱性能，而且會(huì)加速對(duì)金屬的腐蝕，因此是十分有害的。保溫材料的空隙結(jié)構(gòu)分為連通型、封閉型、半封閉型幾種，除少數(shù)有機(jī)泡沫塑料的空隙多數(shù)為封閉型外，其它保溫材料不管空隙結(jié)構(gòu)如何，其材質(zhì)本身吸水，加上連通空隙的毛細(xì)管滲透吸水，故整體吸水率均很高。利用有機(jī)硅化合物與無(wú)機(jī)硅酸鹽材料之間較強(qiáng)的化學(xué)親和力來(lái)有效改變硅酸鹽材料的表面特性，可使之達(dá)到憎水效果，該方法具有穩(wěn)定性好、成本低、施加工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。因此，提高保溫材料的憎水性、降低吸水率是各類保溫材料的主要發(fā)展方向之

13、一。3. 2納米孔保溫絕熱材料目前，超效絕熱材料主要有真空絕熱材料和納米孔材料2種。處于靜止?fàn)顟B(tài)的空氣及大部分氣體的導(dǎo)熱系數(shù)都很低，但是由于它們的對(duì)流性能，以及對(duì)紅外輻射的透明性，決定了它們無(wú)法單獨(dú)用作絕熱材料。為了最大限度降低固體材料的熱傳導(dǎo)，作為氣體屏障的固體薄壁應(yīng)盡量薄，同時(shí)設(shè)想將固體間空隙限定到納米數(shù)量級(jí)，則氣體的傳導(dǎo)及對(duì)流將基本得到控制，這類絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)將低于靜止的空氣的導(dǎo)熱系數(shù)。3. 3復(fù)合保溫絕熱材料值得注意的是，有機(jī)合成類的輕質(zhì)隔熱泡沫材料由于自然降解非常困難，特別是聚苯乙烯泡沫根本不能自然降解，會(huì)造成極大的環(huán)境污染。從國(guó)家日趨加強(qiáng)和重視環(huán)保角度來(lái)看，這類輕質(zhì)隔熱泡沫材料

14、退出市場(chǎng)只是時(shí)間問(wèn)題。面對(duì)與國(guó)際接軌及國(guó)內(nèi)外巨大的市場(chǎng)需求即習(xí)，建議使用輕質(zhì)隔熱材料應(yīng)以無(wú)機(jī)礦物類材料為主要的發(fā)展方向。4.我們所要解決的問(wèn)題和解決方案4.1市面上主要有三種瓦:(1) 陶瓦: 近年來(lái)陶土瓦在我國(guó)建筑行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，陶土瓦是用粘土和其他合成物制作成濕胚干燥后通過(guò)高溫?zé)贫傻摹?在1000多度的高溫下，粘土固化為陶，超過(guò)1200度以后基本就瓷化了但隨著國(guó)家對(duì)土地資源的保護(hù)力度逐年加大，一些陶土及粘土建材制品（包括陶土瓦，粘土磚，紅磚等）開(kāi)始在部分城市限制使用，(2) 水泥瓦是由硅酸鹽水泥、黃沙、水和涂料制成，用丙烯酸作為密封性保護(hù)膜在其外層均勻的涂層。該產(chǎn)品通過(guò)高壓經(jīng)優(yōu)質(zhì)

15、模具壓濾而成。因而所成制品的密度大、強(qiáng)度高、防雨抗凍性能好，表面平整、尺寸準(zhǔn)確。彩色水泥瓦色彩多樣，使用年限長(zhǎng)，造價(jià)便宜。但是水泥瓦相對(duì)來(lái)說(shuō)阻熱系數(shù)高而且體重較大.(3) 瀝青瓦是以玻璃纖維氈為胎體，經(jīng)浸涂?jī)?yōu)質(zhì)石油瀝青后，一面覆蓋彩色礦無(wú)粒料，另一方面撒以隔離材料所制成的瓦狀屋面防水片材，它具有良好的防水、裝飾功能和色彩豐富，形式多樣，質(zhì)輕面細(xì)，施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。但是瀝青瓦易老化, 瀝青瓦采用粘結(jié)加釘子的鋪蓋方法。在木板屋面上粘結(jié)瀝青瓦再輔以釘子尚能承受一定的風(fēng)力，但在現(xiàn)澆混凝土屋面上由于釘釘困難主要依靠粘結(jié)，往往粘結(jié)不牢或膠水失效，一遇較大的風(fēng)力，就會(huì)被吹落。而且瀝青瓦阻燃性差。以下是三種瓦的

16、參數(shù)  粘土瓦、琉璃瓦 水泥瓦 瀝青瓦（油氈瓦） 適用屋面 混凝土或木板屋面 混凝土或木板屋面 混凝土或木板屋面 價(jià)格（元/m2）1060204045100重量（kg/m2）455236501017厚度（mm）101058檁條間距（cm）20303238導(dǎo)熱系數(shù) （kcal/m·h·）0.81.2防水層必需必需必需顏色粘土瓦磚紅、深灰；琉璃瓦鐵紅、綠豐富豐富，但色澤暗淡環(huán)保性浪費(fèi)土地資源生產(chǎn)污染不可回收利用耐腐蝕性能好好一般隔音性能好好好自潔性能好好一般抗風(fēng)性能好好一般綜合造價(jià)4595557585145綜述使用歷史最長(zhǎng)；單張面積小，安裝繁瑣，浪費(fèi)土地資源，不可回收

17、利用目前市場(chǎng)占有率高；單張面積小，安裝繁瑣，不可回收利用質(zhì)輕，防水效果好；但立體感不強(qiáng)，安裝時(shí)需用粘接層，不可回收利用4.2解決方案以及創(chuàng)新性三種瓦相比較而言,水泥彩瓦的應(yīng)用最為廣范,而其他兩種瓦由于其本省缺點(diǎn)限制不能大量使用,但是水泥彩瓦的缺點(diǎn)也依然使人們煩惱,由表中可以看出水泥瓦片的保溫性能相對(duì)于其他兩種瓦片來(lái)說(shuō)不好,導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.2.而且自重較大,另外我們知道工程中混凝土都難以回收利用,無(wú)疑在使用過(guò)后這些建筑材料便變成了難以處理的工程垃圾,于是我們不得不想想我們通過(guò)什么方法能夠做出性能更好的瓦片了,這個(gè)無(wú)疑就要考慮是不是可更加優(yōu)良的瓦片,而目前泡沫混凝土與有機(jī)保溫材料無(wú)疑是性能相對(duì)來(lái)說(shuō)

18、很適合解決這種問(wèn)題的材料,以使用其他材料來(lái)制作,使用泡沫混凝土增加其隔熱保溫性以及減輕瓦片重量,.但是若只是使用加氣混凝土雖然其保溫性能得到了提高但瓦片的強(qiáng)度則會(huì)不夠,同樣無(wú)法早出性能優(yōu)異的瓦片,于是我們想到是否可以可以使用在里面加入塑料泡沫或者加入陶粒代替加氣來(lái)使其再提高保溫性的基礎(chǔ)上滿足工程強(qiáng)度要求或者也可以在里面加入纖維而有機(jī)材料既也可以以板材和混凝土復(fù)合在一起。方案1，使用不同加氣含量的混凝土來(lái)制作瓦片，然后測(cè)其強(qiáng)度以及保溫性能優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新性：1,使用泡沫混凝土不僅增強(qiáng)了瓦片的保溫性,而且能降低了瓦片質(zhì)量。2減少了材料用量,產(chǎn)生較少的建筑垃圾節(jié)能環(huán)保方案2，使用陶粒來(lái)作為混凝土的骨料，測(cè)

19、試不同含量陶粒的混凝土瓦片的強(qiáng)度和保溫性能。優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新性：保持了方案1的優(yōu)點(diǎn)并且使用陶?？梢栽鰪?qiáng)瓦片的強(qiáng)度方案3：以有機(jī)保溫材料顆粒作為混凝土骨料，制作瓦片，測(cè)試瓦片新能優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新性：使用有機(jī)保溫材料顆?；蛟S會(huì)提高瓦片保溫性能的同時(shí)，也可以使強(qiáng)度不至于太低。方案4以有機(jī)材料泡沫板和混凝土進(jìn)行復(fù)和，即在厚度合適的板材上直接將混凝土材料放其上面。優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新性1，提高瓦片保溫性能2，提高瓦片防水性能3，泡沫板置于底層，可以增加瓦片和屋頂?shù)馁N合度而且防止瓦片破碎。其他方案我們會(huì)在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中進(jìn)一步改進(jìn)。4、結(jié)束語(yǔ)隨著民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)(JGJ26一95),夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ134一2001)及民用建筑節(jié)能管理規(guī)定的實(shí)施,建筑保溫材料將得到廣泛的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外的保溫絕熱材料品種匱乏，市場(chǎng)巨大，特別是高性能的保溫隔熱材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)以及低碳的社會(huì)發(fā)展需求提高，高性能、穩(wěn)定、環(huán)境友好和多功能復(fù)合以及智能化的保溫材料必定是國(guó)內(nèi)外建筑材料發(fā)展的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。參考文獻(xiàn)1 曾珍.建筑保溫材料的發(fā)展A.合肥工業(yè)大學(xué)出版社C.合肥工業(yè)大學(xué)出版社, 2007.2 曾珍.建筑保溫材料的發(fā)展A.合肥工業(yè)大學(xué)出版社C.合肥工業(yè)大學(xué)出版社, 2007.3 伍林.保溫材料的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)J.山西建