氣凝膠材料在建筑行業(yè)中的應(yīng)用

高 杰 王春陽 張鶴譯

1.沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院

2.遼寧省建設(shè)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司

1 引言

建筑行業(yè)是一個(gè)能源消耗較為嚴(yán)重的行業(yè)，伴著當(dāng)前我國城市化進(jìn)程的加劇，建筑行業(yè)對能源的消耗也在日漸的增長。國家也適時(shí)加大了對于環(huán)境管控的力度，各種新型的節(jié)能材料應(yīng)在建筑行業(yè)得以更好地推廣應(yīng)用。保溫隔熱材料是建設(shè)行業(yè)經(jīng)常會用到的一種材料，具有應(yīng)用數(shù)量大，使用領(lǐng)域廣的特點(diǎn)。早期建筑行業(yè)經(jīng)常采用無機(jī)材料作為建筑行業(yè)保溫材料，熱導(dǎo)率較高，隔熱能力較差，氣凝膠熱導(dǎo)率非常低，與傳統(tǒng)保溫隔熱材料相比，具有非常明顯的優(yōu)勢。如果在同能效能展示之下，氣凝膠材料厚度僅需要傳統(tǒng)保溫隔熱材料的1/2～1/5，能夠節(jié)約大量的應(yīng)用空間。

2 氣凝膠的制備過程

氣凝膠也被稱作“固態(tài)煙”。呈半透明的淡藍(lán)色，是由材料科學(xué)家史蒂芬·瓊斯博士研制的。目前世界上最輕的固體。密度為3kg/m3。當(dāng)前世面較為常見的氣凝膠為硅氣凝膠。氣凝膠的家族又分出很多派系，主要有硅系、碳系、硫系、金屬氧化系、金屬系等。氣凝膠的制作過程與干燥技術(shù)的實(shí)現(xiàn)息息相關(guān)，氣凝膠在制備的期間，重點(diǎn)掌握溶膠固化的過程與干燥過程。利用前驅(qū)體的化學(xué)催化原理，通過相互作用使?jié)衲z形成。

應(yīng)用常壓干燥的技術(shù)，使?jié)衲z充分進(jìn)行干燥處理，最終得到氣凝膠材料。在氣凝膠制備的期間，需要適當(dāng)加大溶液的化學(xué)作用。充分進(jìn)行水解與縮聚的化學(xué)作用。在這期間，通過粒子簇?cái)?shù)量的變化并通過絡(luò)合的化學(xué)反應(yīng)，使得凝膠形成，利用老化的環(huán)節(jié)，能夠?qū)⑵錁?gòu)造中的網(wǎng)狀構(gòu)造通過絡(luò)合作用，穩(wěn)定的特性得以更好地展現(xiàn)。其內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成也會逐漸的壯大，整個(gè)化學(xué)的結(jié)構(gòu)更加均衡。只有這樣，才能使得整個(gè)制備的過程，不會因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的變化造成制作失敗的結(jié)果。在正常情況之下，將乙醇用作老化的主要液體，并且在制作的期間，要嚴(yán)格地按照制備條件約束的溫度進(jìn)行。整個(gè)老化的周期為7天，并且要按相關(guān)的要求，及時(shí)進(jìn)行老化液體的更換作業(yè)。

在充分進(jìn)行老化作用之下取得的凝膠，必須在干燥的作用之下，才能取得所需的氣凝膠。

干燥技術(shù)是氣凝膠在制作過程中，非常重要一道工序，常壓干燥法是當(dāng)前制備過程中較為常用的方法之一，利用前驅(qū)體作業(yè)而得到疏水特征，并利用加溫的辦法，使其內(nèi)部充分干燥。

冷凍干燥作業(yè)的方法，主要利用其介質(zhì)的相互作用，對凝膠進(jìn)行風(fēng)干作業(yè)，能夠更好地杜絕氣液分離的情況出現(xiàn)。而超臨界干燥法同樣也是通過介質(zhì)的作用進(jìn)行處理的一種辦法，但其要使介質(zhì)處于超出臨界范圍的特性，將其面值控制在“0”。從而更好地保證凝膠的整體品質(zhì)。當(dāng)前建筑行業(yè)利用凝膠的特點(diǎn)主要來自其微觀的構(gòu)造，而其自身的特征產(chǎn)生，只能依托于其制作的流程。所以，要使氣凝膠的特征得以更好地發(fā)揮，改變其制備的流程，是未來工作建設(shè)的重點(diǎn)。

3 氣凝膠在建筑行業(yè)中的應(yīng)用

一直以來，建筑行業(yè)都是高能耗的代表。氣凝膠具有優(yōu)秀的隔離效果，極低的熱導(dǎo)率，被越來越多的建筑行業(yè)人士所認(rèn)可，其在建筑保溫、防火性能的優(yōu)異表現(xiàn)，不但能更好的倡導(dǎo)低碳節(jié)能的生態(tài)環(huán)境建設(shè)，還能最大限度地增加建筑行業(yè)的安全系數(shù)。在建筑行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用空間。

3.1 氣凝膠混凝土的應(yīng)用

混凝土是當(dāng)前建筑行業(yè)大量使用的建筑材料，被廣泛地應(yīng)用到建筑主體之中。建筑結(jié)構(gòu)中，有很大一部分建筑的熱量被混凝土結(jié)構(gòu)所帶走。因此，隔熱與保溫對于建筑能耗的重要性不言而喻。應(yīng)用氣凝膠突出的效能，不但可以讓整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)的自重減輕，而且其特殊的抗壓性能也是當(dāng)前結(jié)構(gòu)應(yīng)用的重要屬性。建筑行業(yè)將SiO2列入最優(yōu)秀的絕緣保溫材料，通過加入60%氣凝膠，可以制作出導(dǎo)熱性能出色的氣凝膠混凝土。實(shí)際導(dǎo)熱性能可以達(dá)到0.26W/(m·K)，相關(guān)材料專家根據(jù)導(dǎo)熱性能的優(yōu)異表現(xiàn)及其含量之間的關(guān)系，成功地研制了0.55W/(m·K)熱導(dǎo)率的混凝土材質(zhì)，被廣泛地應(yīng)用到建筑行業(yè)的主體設(shè)計(jì)之中，其體積分?jǐn)?shù)僅為50%。這種方法雖然使得混凝土密度及導(dǎo)熱率得到了更好的控制，但其實(shí)用的效能受到了一定的限制。經(jīng)過專業(yè)人員的不懈努力，一種新型的氣凝泡沫混凝土在此環(huán)境之下問世，不但能夠更好地保證混凝土的密度，而且其自身的強(qiáng)度及易和的性能都得到了更多專業(yè)人士的認(rèn)可。

3.2 氣凝膠顆粒的應(yīng)用

SiO2氣凝膠是由分子構(gòu)成的粒狀物質(zhì)，被大量的應(yīng)用至當(dāng)前建筑保溫材料中使用。按照其分子的性質(zhì)可以劃分成疏水與親水兩種性能的材質(zhì)，具體應(yīng)用，材料使用者可以根據(jù)工程建設(shè)的實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。氣凝膠顆粒的制備主要有兩種方法：將甲酰胺作為化學(xué)反應(yīng)的催化物質(zhì)，利用一次成型的方法進(jìn)行制作。在制作期間，將水玻璃用作前驅(qū)體，經(jīng)過化學(xué)的作用之后，利用凝膠成型的辦法，得到氣凝膠顆粒。另外一種方法為二次成型，即先制作完成型的塊狀的凝膠顆粒，然后再具體的按照實(shí)際建設(shè)需求進(jìn)行制作。這種材質(zhì)可能大量的應(yīng)用到當(dāng)前墻體保溫材料的夾層之中，還可以將這種材質(zhì)與建筑砂漿結(jié)合使用。

3.3 氣凝膠絕熱板的使用

在建筑行業(yè)材料的應(yīng)用中，保溫材料占據(jù)著整個(gè)建筑市場較大的份額。當(dāng)前主要應(yīng)用EPS、GF 氈等材質(zhì)作為建筑行業(yè)的保溫材料，綜合性能較差，存在隔熱性能較差、安全系數(shù)較低、使用周期較短的特性。利用氣凝膠的優(yōu)異屬性，制作成為新型的具有良好隔溫性能的凝膠隔熱板。不但能夠更好地降低建筑的熱能損耗，還具有更高強(qiáng)度的防火性能。利用常壓干燥作業(yè)的方式，制作完成0.0208 W/(m·K)執(zhí)導(dǎo)系數(shù)的AIP 氣凝膠絕熱板，是當(dāng)前建筑墻體主要應(yīng)用的材料之一。

3.4 氣凝膠玻璃的應(yīng)用

玻璃是當(dāng)前建筑行業(yè)重要的應(yīng)用材質(zhì)，不但具有實(shí)際疏通換氣的作用，而且還具有非常好了采光美觀的效能。但是玻璃的能源消耗也是非常巨大的。有接近一半的熱能都是通過玻璃消耗掉的，硅酸鹽玻璃是大多數(shù)建筑工程經(jīng)常使用的窗戶材質(zhì)，透光度與隔熱的性能較為優(yōu)秀，熱量損失較快。應(yīng)用氣凝膠玻璃能夠更好地展現(xiàn)保溫隔熱的性能，同時(shí)氣凝膠玻璃的采光應(yīng)用效能未發(fā)生實(shí)質(zhì)性的改變，但是綜合防輻射的能力卻非常的優(yōu)秀，更好的防止了陽光的直射輻射，能夠起到更好的養(yǎng)眼保健功效。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過氣凝膠材料在建筑行業(yè)中的應(yīng)用分析，了解了氣凝膠的制備過程，以及氣凝膠在建筑行業(yè)中的應(yīng)用；氣凝膠混凝土的應(yīng)用；氣凝膠顆粒的應(yīng)用；氣凝膠絕熱板的使用；氣凝膠玻璃的應(yīng)用，由于氣凝膠自身的隔離性能，漸漸地被建筑行業(yè)的專業(yè)人士所認(rèn)可。利于氣凝膠的優(yōu)質(zhì)特征，能夠?qū)⒏嗟膫鹘y(tǒng)建材進(jìn)行替代，使建筑的整體安全系數(shù)得以更好地保證。