影響外墻保溫材料導熱系數(shù)的因素分析

文/曹希景、常穎慧 呼和浩特市四方工程質(zhì)量檢測試驗中心 內(nèi)蒙古呼和浩特 010000

隨著我國城市化建設水平的提升，城市鮮見再有瓦房、平房以及底層的建筑，基本都是高層建筑用于人們的日常居住、工作以及休閑娛樂購物等全方位的功能和用途。一方面極大節(jié)省了土地資源，另一方面使得人們的生活和服務質(zhì)量與水平有了很大的提高。社會和人們對于建筑的外墻保溫和節(jié)能等性能有了更好的要求和標準，因此對于建筑外墻使用的保溫材料的導熱系數(shù)的研究是十分必要的，直接影響著保溫材料的保溫性。從保溫材料的結(jié)構(gòu)以及形態(tài)進行對比導熱系數(shù)的大小，進而針對保溫材料的密度以及孔隙作為影響導熱系數(shù)的因素進行探索和分析?？偨Y(jié)影響外墻保溫材料的導熱系數(shù)的因素以及找到影響規(guī)律。以利于實際工程中，保溫材料的考量和選擇。

1、保溫材料結(jié)構(gòu)和形態(tài)影響導熱系數(shù)

保溫材料按照化學成分可以劃分為無機保溫材料以及有機保溫材料兩種材料結(jié)構(gòu)。無機材料導熱系數(shù)普遍高于有機材料導熱系數(shù)[1]。其中有機材料中的高分子材料導熱系數(shù)較低。其中無機材料中的非金屬材料的導熱系數(shù)低于金屬材料的導熱系數(shù)。

保溫材料按照形態(tài)區(qū)分，其中液態(tài)的導熱系數(shù)要高于氣態(tài)的導熱系數(shù)

2、保溫材料的密度影響導熱系數(shù)

以固體形態(tài)的保溫材料為例，保溫材料的密度即是單位體積的質(zhì)量，保溫材料的體積不僅包括固體物質(zhì)的體積，而且還包括固體物質(zhì)間的空隙體積[2]。因此保溫材料的導熱系數(shù)會受到空隙體積以及密度的影響而發(fā)生變化。通?？障扼w積越大，固體保溫材料的密度越小，導致固體保溫材料的導熱系數(shù)變小。

值得注意的是，隨著空隙體積達到一定程度的體積，固體保溫材料的密度降低到一定的數(shù)值之后，固體保溫材料的導熱系數(shù)會停止減小，并且反而呈現(xiàn)增大的趨勢。我們把這個數(shù)值稱為表觀密度的臨界值[3]。當空隙體積過高導致保溫材料的密度超過臨界值時，在空隙當中會形成空氣對流現(xiàn)象，因此會導致保溫材料的輻射傳熱的增強，影響保溫材料的導熱系數(shù)向增大方向變化和發(fā)展。

3、保溫材料內(nèi)的空隙影響導熱系數(shù)

在固體物質(zhì)的保溫材料的表觀密度數(shù)值一致的情況下進行觀察和分析，得出保溫材料的孔隙大小與材料的導熱系數(shù)成正比，包括保溫材料導熱系數(shù)的極值也與空隙大小正相關。

當空隙的大小與孔隙率一致時，根據(jù)孔隙之間的連通程度來判斷保溫材料的導熱系數(shù)[4]。通常保溫材料的導熱系數(shù)與孔隙之間的連通率呈正相關關系。

4、建筑垃圾為骨料的硅酸鹽保溫材料導熱系數(shù)以及影響因素研究

目前我國城市的建設和發(fā)展速度呈現(xiàn)飛快的狀態(tài)，城市中高樓林立，還有很多正在施工的工程建筑。造成城市內(nèi)的建筑垃圾日益增多。通常在建筑工程中，會充分利用到建筑垃圾材料，利用設備對建筑垃圾進行粉碎細化，將建筑垃圾作為骨料，與硅酸鹽保溫材料進行混合，通過膠凝、填充等材料進行合理的調(diào)配，制作出鹽基多孔保溫材料，俗稱硅酸鹽保溫材料。

通過對硅酸鹽保溫材料導熱系數(shù)進行研究，進一步分析影響保溫材料導熱系數(shù)的因素，以及兩者的變化規(guī)律。將傳統(tǒng)的保溫材料：水泥基復合保溫砂漿保溫材料作為參照物，對照硅酸鹽保溫材料導熱系數(shù)與水泥基復合保溫砂漿保溫材料導熱系數(shù)與影響因素的變化以及規(guī)律。

首先將材料密度作為影響因素進行分析研究，發(fā)現(xiàn)硅酸鹽保溫材料導熱系數(shù)的變化趨勢與硅酸鹽保溫材料的密度變化趨勢是一致的，即兩者是正比例的數(shù)量關系。在排除保溫材料導熱系數(shù)極值的情況下，即水泥基復合保溫砂漿保溫材料與硅酸鹽保溫材料的密度選擇一立方米兩百左右公斤的密度數(shù)值時，發(fā)現(xiàn)建筑垃圾為骨料的硅酸鹽保溫材料導熱系數(shù)要高于水泥基復合保溫砂漿保溫材料一些。

其次將材料孔隙作為影響因素進行分析研究，保持在滿足容重相同的情況下，得出在通常情況下，硅酸鹽保溫材料的導熱系數(shù)與孔隙大小成正比關系。需要考慮的是孔隙過小的情況下正比關系會發(fā)生變化，將孔隙看作一個圓形，那么當孔隙直徑小于0.7mm時，硅酸鹽保溫材料導熱系數(shù)會隨著孔隙的繼續(xù)減小而呈現(xiàn)增長的情況。著主要是因為孔徑過小，孔隙中的空氣對流沒有足夠的流動空間導致對流效果減弱直到對流消失，然而空氣對流產(chǎn)生的輻射傳熱的路徑會不斷隨孔隙壁的增加而發(fā)生延長，造成大幅度的縮減對流輻射傳熱的比例，從而導致對流導熱的熱量傳遞比例的加大，最終影響了保溫材料的導熱系數(shù)呈現(xiàn)反增長的趨勢。

建筑垃圾為骨料的硅酸鹽保溫材料不僅導熱系數(shù)要優(yōu)于傳統(tǒng)的水泥基復合保溫砂漿保溫材料導熱系數(shù)，而且在節(jié)能環(huán)保方面也是很好的材料。通過建筑廢料的回收再利用，一定程度的提高了建筑材料的節(jié)能性。

結(jié)語：

綜上所述，影響外墻保溫材料導熱系數(shù)的因素有很多，首先應當選擇合適的材料、導熱系數(shù)高的以及節(jié)能性能優(yōu)的作為外墻的保溫材料[5]。通常情況下，保溫材料的導熱系數(shù)與材料的化學成分、材料的表觀密度以及孔隙直徑等均有關系，因此這些都是我們在選擇保溫材料需要考慮和觀察的。與此同時，應當積極響應國家節(jié)能環(huán)保的號召，采用節(jié)能性質(zhì)好的材料作為保溫材料的選擇對象。一方面不僅提高了建筑的節(jié)能效果，另一方面還促進了社會效益以及經(jīng)濟效益。