第12章 土木工程材料功能材料Word格式文档下载.docx
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表观密度(kg/m3)
各频率下的吸声材料
装置情况
125
250
500
1000
2000
4000
粉刷在墙上
1
石膏砂浆(掺有水泥、玻璃纤维)
2.2
0.24
0.12
0.09
0.30
0.32
0.83
喷射在钢丝网板条上,表面滚平,后有15cm空气层
2
石膏砂浆(掺有水泥、石棉纤维)
1.3
0.25
0.78
0.97
0.81
0.82
0.85
贴实
3
水泥膨胀
珍珠岩板
350
0.16
0.46
0.64
0.48
0.56
4
矿渣棉
3.13
8.0
210
240
0.10
0.35
0.21
0.65
0.60
0.95
0.75
0.88
0.72
0.92
5
沥青矿渣棉毡
6.0
200
0.19
0.51
0.67
0.70
0.86
6
玻璃棉
5.0
5.0
80
130
0.06
0.10
0.08
0.12
0.18
0.31
0.44
0.76
0.85
0.99
超细玻璃棉
15.0
20
20
0.50
0.35
0.80
0.86
7
酚醛玻璃纤维板
(除去表面硬皮层)
8.0
100
0.55
0.80
0.92
0.98
8
泡沫玻璃
4.0
1260
0.11
0.52
0.33
9
脲醛泡沫塑料
0.22
0.29
0.40
0.68
0.94
10
软木板
2.5
260
0.05
0.63
11
木丝板
3.0
0.36
0.62
0.53
0.71
0.90
钉在木龙骨上,后留10cm空气层
12
穿孔纤维板(穿孔
率5%,孔径5mm)
1.6
0.13
0.38
0.89
0.66
钉在木龙骨上后留5cm空气层
13
胶合板(三夹板)
0.3
0.73
钉在木龙骨上,后留5cm空气层
14
胶合板
0..38
15
穿孔胶合板(五夹板)(孔径5mm,孔心距25mm)
0.5
0.01
16
0.23
0.69
0.47
0.26
0.27
钉在木龙骨上,后留5cm空气层但在空气层内填充矿物棉
17
穿心胶合板(五夹板)(孔径5mm,孔心距25mm
0.20
0.61
钉在木龙骨上,后留10cm空气层,填充矿物棉
18
工业毛毡
370
0.28
0.59
张贴在墙上
19
地毯
厚
0.50
铺于木格栅楼板上
帷幕
有折叠、靠墙装置
21
木条子
0.65
4cm木条,钉在木龙骨上,木条之间空开0.5cm,后填2.5cm矿物棉
12.2绝热材料
12.2.1绝热材料的作用及基本要求
绝热材料是指防止建筑物和暖气设备(如暖气管道等)的热量散失,或隔绝外界热量的传入(如冷藏库等)而选用的材料。
本节主要讨论建筑用绝热材料。
在任何介质中,当两处存在着温度差时,在这两部分之间就产生热的传递现象,热能将由温度较高的部分转移至温度较低的部分。
如房屋内部的空气与室外的空气之间存在着温度差时,就会通过房屋外围结构,主要是外墙、门窗、屋顶等产生传热现象。
冬天,由于室内气温高于室外气温,热量从室内经围护结构向外传递,造成热损失。
夏天,室外气温高,热的传递方向相反,即热量经由围护结构传至室内而使室温提高。
为了保持室内有适于人们工作,学习与生活的气温环境,房屋的围护结构所采用的建筑材料必须具有一定的保温隔热性能,在冬天不至使热量从室内向外传递,在夏天不致使热量从室外向室内传递。
围护结构保温隔热性能好,可使室内冬暖夏凉,节约供暖和降温的能源,据统计可节省能源消耗25~50%,因此合理使用绝热材料具有重要的节能意义。
材料的导热系数是衡量材料保温隔热性或绝热性的主要指标,导热系数越小,则绝热性愈好。
影响材料导热系数的因素,如第一章所述,主要是材料的化学组成、结构、孔隙率与孔隙特征、含水率及介质的温度,其中以孔隙率(或表观密度)与含水率的影响最大。
同类材料,其导热系数可根据表观密度来确定,表观密度愈小,导热系数也愈小,许多材料建立了λ=f(γ0)形式的经验公式。
材料的含水量增大,导热系数也随之增加,至于材料含水量大小则应根据材料在房屋围护结构中实际使用的条件来估计。
实际使用条件包括当地的气候条件,房间的使用性质、房间的朝向和围护结构的构造方式等。
对多数绝热材料,可取空气相对湿度为80~85%时,材料的平衡含水率作为参考值,对选用的材料作导热系数测定时,也尽量在此条件下进行。
对绝热材料的基本要求是导热系数不大于0.23W/(m•K),表观密度不大于600kg/m3,而抗压强度大于0.3MPa。
在建筑工程中绝热材料主要用于墙体和屋顶的保温绝热以及热工设备,热力管道的保温,有时也用于冬季施工的保温,在冷藏室和冷藏设备上也普遍使用。
在选用绝热材料时,应综合考虑结构物的用途、使用环境温度、湿度及部位、围护结构的构造,施工难易程度、材料来源、技术经济效益等。
12.2.2常用的绝热材料
(一)无机绝热材料
1、纤维状材料
无机绝热材料是矿物材料制成的,呈纤维状、散粒状或多孔构造,可制成片、板、卷材或壳状等型式的制品。
无机绝热材料的表观密度较大,但不易腐朽,不会燃烧,有的能耐高温。
纤维状材料是以矿棉,玻璃棉或石棉为主要原料的产品,由于不燃,吸音,耐久,价格便宜,施工简便而广泛用于住宅建筑和热工设备的表面。
1)矿棉及矿棉制品矿棉是用岩石(玄武岩)或高炉矿渣的熔融体,以压缩空气或蒸汽喷成的玻璃质纤维材料。
前者称为岩石棉,后者称为矿渣棉,它们的生产工艺和成品性能相近,所以统称为矿物棉或矿棉。
矿棉的表观密度与纤维直径有关,如一级品的矿渣棉在19.6KPa压力下表观密度在100kg/m3以下,导热系数小于0.044W/(m•K)。
岩石棉最高使用温度为700℃,矿渣棉为600℃。
矿棉使用时易被压实,多制成8~10mm的矿棉粒填充在坚固外壳(如空心墙或楼板)中。
矿棉毡是在熔融体形成纤维时,将熔融沥青喷射在纤维表面,再经加压而成。
矿棉毡表观密度为135~160kg/m3,导热系数为0.048~0.052W/(m•K),最高使用温度为250℃,适用于墙体及屋面的保温。
用酚醛树脂为粘结剂成型的矿棉板,表观密度小于150kg/m3,导热系数低于0.046W/(m•K),抗折强度为0.2MPa。
板的耐火性高,吸湿性小,可代替高级软木板用于冷藏库及建筑物的隔热
2)玻璃棉及其制品
玻璃纤维是由玻璃熔融物制成的纤维,其中短纤维(150mm以下)组织蓬松,类似棉絮,常称作玻璃棉。
玻璃棉表观密度为100~150kg/m3,导热系数低于0.035~0.058W/(m•K)。
最高使用温度,含碱玻璃棉为300℃,无碱玻璃棉为600℃。
与矿棉相似,也可制成沥青玻璃棉毡和酚醛树脂玻璃棉板。
玻璃棉制品可用于围护结构的保温。
2、粒状材料
粒状绝热材料主要有膨胀蛭石和膨胀珍珠岩。
1)膨胀蛭石及其制品蛭石是一种天然矿物,在850~1000℃的温度下煅烧时,体积急剧膨胀,单个颗粒的体积能膨胀5~20倍,蛭石在热膨胀时很像水蛭(蚂蝗)蠕动,因而得名。
煅烧膨胀后为膨胀蛭石。
膨胀蛭石的主要特性是:
堆积密度80~200kg/m3,导热系数0.046~0.070W/m•K,可在1000~1100℃温度下使用,不蛀,不腐,但吸水性较大,膨胀蛭石可以呈松散状,铺设于墙壁,楼板,屋面等夹层中,作为隔热,隔声之用。
使用时应注意防潮,以免吸水后影响隔热效果。
膨胀蛭石也可与水泥、水玻璃等胶凝材料配合,浇制成板,用于墙体,楼板和屋面等构件的隔热。
水泥制品通常用10~15%的水泥,85~90%的膨胀蛭石(按体积计),用适量的水经拌和、成型和养护而成。
制品的表观密度为300~400kg/m3,相应的导热系数为0.08~0.10W/(m•K),抗压强度0.2~1MPa,耐热温度600℃。
水玻璃膨胀蛭石制品是以膨胀蛭石、水玻璃和适量氟硅酸钠(Na2SiF6)配制而成,其表观密度为300~400kg/m3,相应的导热系数为0.079~0.084W/(m•K),抗压强度为0.35~0.65MPa,耐热温度为900℃。
2)膨胀珍珠岩其制品膨胀珍珠岩是由天然珍珠岩煅烧膨胀而得,呈蜂窝泡沫状的白色或灰白色颗粒,是一种高效能的绝热材料。
具有表观密度小,导热系为数低,低温绝热性好,吸声强,施工方便等特点。
建筑上广泛用于围护结构,低温及超低温保冷设备,热工设备等处的保温绝热。
也用于制作吸声材料。
膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨料,配合适量胶凝材料(如水泥、水玻璃、沥青、磷酸盐等),经过搅拌、成型、养护,(干燥或焙烧)而制成的具有一定形状的板、块、管、壳等制品,水泥膨胀珍珠岩制品表观密度为300~400kg/m3,导热系数为0.058~0.087W/(m•K),抗压强度为0.5~1.0MPa。
为水玻璃胶结材料可获得表观密度和导热系数更低的膨胀珍珠岩制品。
3、多孔材料
泡沫混凝土及加气混凝土即为常用的多孔绝热材料,此外尚有如下品种。
1)微孔硅酸钙是一种新型绝热材料,它是用65%硅藻土,35%石灰,再加入前两者总重5%的石棉,水玻璃和水,经拌合、成型、蒸压处理和烘干等工艺过程而制成,可用于建筑工程的围护结构及管道的保温,其效果较水泥膨胀珍珠岩和水泥膨胀蛭石为好。
这种制品的性能如下:
表观密度250kg/m3,导热系数0.041W/(m•K),抗压强度0.5MPa,使用温度达650℃。
2)泡沫玻璃是采用碎玻璃100分,发泡剂(石灰石、碳化钙或焦炭)1—2份配料,经粉磨混合、装模,在800℃温度下烧成,形成大量封闭不相连通的气泡,气孔率达到80—90%,气孔直径为0.1~5mm、泡沫玻璃具有表观密度小(150~600kg/m3),导热系数低(0.06~0.13W/m•K),机械强度较高(0.8~15MPa),不透水,不透气,能防火,抗冻性高等特点,且易加工,可锯截钻孔,钉钉等。
(二)有机绝热材料
1、泡沫塑料
泡沫兼是以各处合成树脂为基料,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成的一种新型绝热、吸声、防震材料。
目前我国生产的有聚笨乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨脂泡沫塑料及脲醛泡沫塑料等。
在建筑上碣质泡沫塑料用得较为普遍。
其技术性能见表12—2。
堆密度(kg/m3)
导热系数(W/(m•K))
抗压强度(MPa)
抗拉强度(MPa)
吸水率(%)
耐热性(℃)
聚苯乙烯泡沫塑料
21~51
0.031~0.047
0.144~0.358
0.13~0.34
0.016~0.004
75
硬质聚氯乙烯泡沫塑料
≤45
≤0.043
≥0.18
≥0.40
<
0.2
硬质聚氨脂泡沫塑料
30~40
0.037~0.055
≥0.2
≥0.244
-
脲醛泡沫塑料
≤15
0.028~0.041
0.015~0.025
2、软木及软木板
原料为栓皮栎或黄菠萝树皮,胶料为皮胶、沥青或合成树脂,工艺过程是:
不加胶料的,将树皮轧碎,筛分,模压,烘焙(400℃左右)而成;
加胶料的,在模压前加入胶料,在80℃的干燥室中干燥一昼夜而制成。
软木反具有表观密度小(150~350kg/m3),导热系数低[0.052~0.70W/(m•K)]、抗渗和防腐性能高等特点。
软木板多用于冷藏库隔热。
3、木丝板
是以木材下脚料经机械制成均匀木丝,加入水玻璃溶液与普通水泥混合,经成型、冷压、干燥、养护而制成。
木丝板多用作天花板、隔墙板或护墙板。
其表观密度为300~600kg/m3,防弯强度为0.4~0.5MPa,导热系数为0.11~0.26W/(m•K)。
4、蜂窝板
蜂窝板是由两块较薄的面板,牢固地粘结在蜂窝芯材两面而制成的板材,也称蜂窝夹层结构。
蜂窝状芯材通常用浸渍过酚醛、聚酯等合成树脂的牛皮纸、玻璃布或用铝片,经过加工粘合成六角形空腹的整块芯材,面板为浸渍过树脂的牛皮纸、玻璃布、胶合板或玻璃钢等。
蜂窝板的特点是强度大、导热系数小,抗震性能好,可制成轻质高强的结构用板材,也可制成绝热性良好的非结构用板材和隔声材料,如是在蜂窝中填充脲醛泡沫塑料,则绝热性能更好。
12.3防水材料
12.3.1总述
防水材料是保证房屋建筑免受雨水、地下水与其他水分侵蚀、渗透的重要材料,是建筑工程中不可缺少的建筑材料,在公路、桥梁、水利等工程中也有广泛的应用。
目前广泛使用的沥青基防水材料是传统的防水材料,也是目前应用最多的防水材料,但是其使用寿命较短。
石油化工的发展,各类高分子材料的出出,为研制性能优良的新型防水材料提供了广阔的原料来源。
纵观世界防水材料总的发展趋势,防水材料已向橡胶基和树脂基防水材料或高聚物改性沥青系列发展;
油毡的胎体由纸胎向玻纤胎或化`纤胎方面发展;
密封材料和防水涂料由低塑性的产品向高弹性、高耐久性产品的方向发展;
防水层的构造亦由多层向单层防水发展;
施工方法则由热熔法向冷粘贴法发展。
沥青基防水材料已在其它章节中介绍,本节主要介绍橡胶基和树脂基防水材料。
用传统的石油沥青油毡做建筑防水,除了要消耗大量的原纸,施工条件差(热施工)和污染环境等缺点外,主要还存在着低温脆裂、高温流淌、易起鼓、老化龟裂、腐烂变质等缺陷。
为此,屋面、卫生间、外墙板缝以及地下室渗漏等“四漏”问题,成了目前建筑工程防水常见的质量通病。
特别是屋面漏水,大约有50%以上的建筑物在建成后三年即出现渗漏水现象,70%以上的建筑物存在不同程度的渗漏,连80年代的高级亚运会工程也不例外。
因此,为提高防水工程的质量、延长其使用寿命、解决石油沥青基防水制品的供应不足,研究新型防水材料已成为目前建筑防水工程迫切需要解决的课题。
此外,高层建筑和大位移工业建筑的增加,也对建筑防水材料提出了更高的要求。
合成高分子材料因其高弹性、大延伸、耐老化、冷施工及单层防水等诸多优点,已成为新型防水材料发展的主导方向,其产品主要有橡胶基、树脂基以及橡塑共混型的各种防水卷材、防水涂料及密封材料。
12.3.2橡胶简介
(一)天然橡胶
橡胶是有机高分子化合物的一种,具有高聚物的特征与基本性质,其最主要的特性是在常温下具有极高的弹性。
在外力作用下它很快发生变形,变形可达百分之数百,但当外力除去后,又会恢复到原来的状态,而且保持这种性质的温度区间范围很大。
橡胶分天然橡胶和合成橡胶两种。
天然橡胶(NR)
1、天然橡胶的生产
天然橡胶产自热带的橡胶树,其主要成分是异戊二烯高聚体,另外还有少量水分、灰分、蛋白质及脂肪酸等。
在橡胶树的浆汁中加入少量醋酸、氯化锌或氟硅酸钠即行凝固。
凝固体经压制后成为生橡胶,再经硫化处理则得软质橡胶(熟橡胶)。
目前世界天然橡胶的年产量约为300万吨,远远不能满足日益发展的需要,因而合成橡胶工业得到了迅速发展。
合成橡胶的综合性能虽然不如天然橡胶,但它具有某些天然橡胶所不具备的特性,且原料来源较广,因而目前在土建工程中应用的主要是合成橡胶。
2、橡胶的硫化与改性
在生产橡胶制品时,生橡胶粗坯需经定型和硫化,才能得到既有弹性又保证强度而且不变形的橡胶制品。
所谓硫化,就是用硫磺(一般用量为2%~3%)把生橡胶料经过化学和物理方法处理后,使橡胶分子从线型结构变为体型结构的过程。
硫化的目的是为了提高橡胶的强度、变形能力和耐久性,减少其可塑性。
硫化处理有时也可不用硫磺。
橡胶配方中可加入填充料以改进橡胶的性能。
常用的填充料有炭黑、碳酸镁、氧化镁、氧化铁等,其用量按具体要求而定。
这些填充料在橡胶中除具有填充作用外,有的还可能发生化学结合,可起改性和降低成本作用。
3、橡胶的老化与防护
橡胶在阳光、热、空气(氧和自氧)或机械力的反复作用下,会出现变色、变硬、龟裂、发粘,同时机械强度降低,这种现象叫老化。
老化的基本原因是橡胶分子氧化,致使其大分子链断裂破坏而致。
老化最易在大分子中的双链或其左右开始,因此含双链结构越少,老化越慢。
为了防止老化,一般采取加入容易优先与氧或氧化产物发生化学反应的化学药品——防老剂,如蜡类、二苯基对苯二胺、二辛基对苯二胺、苯基环已基对苯二胺等。
(二)合成橡胶
合成橡胶的生产过程一般可以看作由两步组成;
首先将基本原料制成单体,而后将单体合成为橡胶。
制成单体的基本原料主要为:
石油、天然气、煤、木材和农产品等,由这些材料制取乙醇、丙桐、乙醛,以及饱和的与不饱和的碳氢化合物等单体,再经聚合或缩合反应而制得各种合成橡胶。
建筑工程中常用的合成橡胶有以下几种。
1、氯丁橡胶(CR)
氯丁橡胶是由氯丁二烯聚合而成,其分子式为
氯丁橡胶除具有大分子量呈弹性体的以外,还有低分子量的液态氯丁橡胶。
与天然橡胶比较,氯丁橡胶的绝缘性较差,密度较大,但抗拉强度、透气性和耐磨性较好。
氯丁橡胶为浅黄色及棕褐色弹性体,密度1.23g/cm3,溶于苯和氯仿,在矿物油中稍溶胀而不溶解,硫化后不易老化,耐油、耐热、耐燃烧(遇火便分解出HCl气体阻止燃烧),耐臭氧。
耐酸碱腐蚀性好,粘结力较高,脆化温度-35~-55℃,热分解230~260℃,最高使用120~150℃。
氯丁橡胶的硫化剂一般不用硫磺,而用4%的氧化镁与5%氧化锌的混合物。
它在90~100℃的空气中硫化,并有自硫化的特点。
2、丁苯橡胶(SBR)
丁苯橡胶是应用最广、产量最多的合成橡胶,它由丁二烯和苯乙烯共聚而成。
丁苯橡胶为浅黄褐色,其延性与天然橡胶接近,加入炭黑后,强度与天然橡胶相仿。
密度随苯乙烯含量而不同,通常在0.91~0.97g/cm3左右,不溶于苯和氯仿,耐老化性、耐磨性、耐热性较好,但耐寒性、粘结性较差,脆化温度为-52℃,最高使用温度80~100℃。
能与天然橡胶混合使用。
3、丁基橡胶(IIR)
丁基橡胶由异丁烯与少量异戊二烯在低温下加聚而成。
丁基橡胶是无色弹性体,密度为0.92g/cm3左右,能溶于五个碳以上的直链烷烃或芳香烃的溶剂中,它是耐化学腐蚀、耐老化、不透气性和绝缘性最好的橡胶,并具有抗撕裂性能好、耐热性好、吸水率小等优点。
但丁基橡胶的弹性较差,加工温度高,粘结性差,难与其他橡胶混用。
丁基橡胶的耐寒性较好,脆化温度—79℃,最高使用温度150℃。
4、乙丙橡胶(EPM)和三元乙丙橡胶(EPDM或EPT)
乙丙橡胶是乙烯与丙烯的共聚物。
其分子结构式为
乙丙橡胶的密度仅0.8g/cm3左右,是最轻的橡胶,而且耐光、耐热、耐氧及臭氧、耐酸碱、耐磨等都非常好,也是最廉价的合成橡胶。
乙烯和丙烯聚合时它们的双键打开,一个接一个地连接起来成为高分子化合物。
乙烯和丙烯都只有一个双键。
聚合时双键既经打开,聚合物中就再也没有双键,成为结构完全饱和的橡胶,这使硫化困难。
为些,在乙丙橡胶共聚反应时,加入第三种非共轭双键的二烯烃单体,借此在所得橡胶的分子侧链中引入不饱和键,这样就得到三元乙丙橡胶,它可用硫进行硫化。
目前三元乙丙橡胶已普启遍发展和应用,主要的问题是要
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- 第12章 土木工程材料功能材料 12 土木工程 材料 功能