建筑上常用绝热材料
出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第374页（7440字）
在建筑工程中常用的绝热材料主要有：膨胀珍珠岩及其制品、矿物棉及其制品、膨胀蛭石及其制品、玻璃棉及其制品、泡沫塑料保温材料和加气混凝土等。
(一)膨胀珍珠岩及其制品
1．膨胀珍珠岩的具体应用
膨胀珍珠岩是以珍珠岩、黑曜岩或松脂岩矿石经过破碎、筛分、预热、焙烧瞬时急剧加热膨胀而成的白色多孔颗粒状物质。颗粒结构呈蜂窝泡沫状，表观密度一般为40～80kg／m3，大颗粒的表观密度可达150～250kg／m3，导热系数为0．046W／(m·K)左右。
膨胀珍珠岩具有轻质、导热系数低、吸湿性小、使用温度范围广(－273～1000℃)、化学性质稳定、无毒、无味、不燃烧等特点。可广泛用于建筑、化工、国防、冶金、电力、农业、机械制造和交通运输等部门。其具体应用如下：
(1)可与各种粘结材料加工成各种用途的制品。
(2)由于膨胀珍珠岩具有轻质、隔热、吸声、不燃烧、不腐烂、不老化、不虫蛀等良好性能，因此特别适合于建筑业的需要。可用作建筑物的保温隔热和吸声材料，做轻质混凝土的多孔骨料，做耐火、隔热、吸声的抹灰砂浆，制作复合外墙板的保温层、内墙板、现浇屋面，做墙体内层的松散填充隔热材料等。
(3)可在膨胀珍珠岩灰浆中掺入适当的发泡剂、凝胶剂，喷涂或加工成制品贴衬在厂房、涵洞、地下铁道、电影院、大会堂、医院、实验室、一般住宅墙体上作为保温、防火、吸声、吸射线材料。
2．膨胀珍珠岩制品
膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨料，配以适量的粘结材料(如水泥、水玻璃、磷酸盐等)，经过搅拌、成型、干燥、焙烧或养护而成的具有一定形状的产品(如板、砖、管、瓦等)。制品一般是以胶结材料命名，如水玻璃膨胀珍珠岩制品、水泥膨胀珍珠岩制品、磷酸盐膨胀珍珠岩制品等。我国膨胀珍珠岩制品品种很多，下面简单介绍几种：
(1)水泥膨胀珍珠岩制品
水泥膨胀珍珠岩制品具有表观密度小、导热系数低、承载力高、施工方便、经济耐用等优点。广泛用于较低温度热管道、热设备及其他工业管道和工业建筑的保温隔热材料以及工业与民用建筑围护结构的保温、隔热、吸声材料。其性能指标如下：
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)(常温)，吸声系数为0．16～0．42(125～2000Hz)，抗压强度为5～10MPa。
(2)水玻璃膨胀珍珠岩制品
水玻璃膨胀珍珠岩制品常温导热系数为0．058～0．065W／(m·K)，具有表观密度小(200～300kg／m3)，导热系数小，以及无毒、无味、不燃烧、抗菌、耐腐蚀等特点。
水玻璃膨胀珍珠岩制品，多用于建筑围护结构，作为保温隔热及吸声材料。
(3)沥青膨胀珍珠岩制品
沥青膨胀珍珠岩制品是由膨胀珍珠岩与热沥青拌合而制成的。它具有质轻(表观密度为200～450kg／m3)，保温隔热，导热系数为0．07～0．08W／(m·K)，以及吸声、不老化、憎水、耐腐蚀等特性，并可锯切，施工方便。适合于在低温、潮湿的环境中使用，如用于冷库工程、冷冻设备、管道及屋面等处。
(4)磷酸盐膨胀珍珠岩制品
磷酸盐膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨料，以磷酸铝和少量的硫酸铝、纸浆废液作胶结材料，经过配料、搅拌、成型和焙烧而制成的。它具有较高的耐火度、表观密度小(200～500kg／m3)、强度高(0．6～1．0MPa)、绝缘性较好等特点。适用于温度要求较高的保温隔热环境。
(5)膨胀珍珠岩装饰吸声板
膨胀珍珠岩制品是多孔吸声材料，可加工成各种规格的装饰吸声板，一般有不穿孔、半穿孔、穿孔吸声板及凹凸吸声板和复合吸声板等多种构造形式。膨胀珍珠岩装饰吸声板具有质轻、装饰效果好、防火、防潮、施工性好等优点，可用于影剧院、播音室、会议厅等公共建筑的音质处理和工业厂房的噪声控制，同时也可用于民用和其他公共建筑的顶棚和内墙。
其他还有乳化沥青膨胀珍珠岩制品、憎水珍珠岩制品、高温耐火珍珠岩制品及石膏膨胀珍珠岩制品等。
(二)矿物棉及其制品
最早的矿物棉以石棉形式天然存在，古代巴比伦人和中国人很早就开发和利用过。现代意义上的矿物棉制品发展则起源于19世纪中期，1840年英国开始将熔化矿渣喷吹成纤维状而生产矿渣棉，1880年通过对矿渣棉产品性质和用途的研究，德国和美国开始岩棉、矿渣棉的研制，尔后其他国家相继推广和使用岩棉和矿渣棉。
20世纪30年代至50年代，岩棉、矿渣棉进入大规模的生产与应用阶段。20世纪60年代以后，由于玻璃棉、泡沫塑料等新型保温材料的出现，国际岩棉、矿渣棉产量处于平稳发展时期，虽然产量增幅不大，但在单线生产规模和产品深加工方面技术进步明显。
岩棉、矿渣棉、硅酸铝棉及其制品，具有体积密度小，导热系数低，吸声性能好，不燃、耐热、抗冻、耐腐蚀、不怕虫蛀、良好的化学稳定性等特性，被广泛地用于建筑和工业装备、管道、窑炉的绝热、防火、吸声方面。
矿物棉最初主要用于工业绝热，但现在更多的矿物棉产品应用于各种建筑物中。矿物棉新型制品，新型应用技术不断发展。岩棉、矿渣棉、玻璃棉与石膏板、GRC板等制成轻型墙板，直接进入工厂制成没有接缝的墙体、隔板和异型件。硅酸铝棉结合喷涂技术可以方便、高效地做成各类窑炉的绝热内衬。近年来，玻璃棉毡由于具有良好的绝热隔声、防火性能，特别是具有非常方便的施工性能，使其在建筑物钢结构中得到了快速的应用，短期内造成产品的供不应求。
据专家预测：世界玻璃棉、岩矿棉总产量在2006年左右可达1100万吨以上(其中玻璃棉330～380万吨，岩矿棉750～800万吨)。中国产量可望接近世界总产量的10%，突破100万吨，产值达10亿美元，实现历史性的飞跃，但绝对产量和人均用量与先进国家仍有较大差距，我国矿物棉产业还有很大发展空间。
(三)膨胀蛭石及其制品
蛭石是一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，原矿外似云母，通常由黑(金)云母经热液蚀变作用或风化而成，因其受热失水膨胀时呈挠曲状，形态酷似水蛭，故称蛭石。
蛭石按阶段性划分为蛭石原矿和膨胀蛭石，按颜色分类可分为金黄色蛭石、银白色蛭石和乳白色蛭石。
蛭石原矿经过高温焙烧其体积可迅速膨胀8～20倍，膨胀后的表观密度为130～180kg／m3，具有很强的保温隔热性能。蛭石的主要化学成分如表11－2所示。
表11－2 蛭石的主要化学成分
蛭石质量比较轻、保温性优良、耐火性很好、耐碱性尚好，但耐酸性较差、电绝缘性不良、吸水性较强。在屋面保温工程中常常用散状膨胀蛭石，在墙体、楼板和地面保温工程中常采用水泥或水玻璃粘结各种膨胀蛭石制品，还可制成膨胀蛭石轻骨料混凝土墙板等轻质构件应用于建筑工程中。
(四)玻璃棉及其制品
玻璃棉是玻璃纤维的特例，它是利用玻璃吹制或甩制成的絮状短粗纤维相互缠绕、交叉，形成整体状态下的均匀微细多孔材料。玻璃棉的纤维较短，一般在150mm以下或更短，其纤维直径约为0．02mm，表观密度为10～120kg／m3，具有表观密度小、导热系数低、吸声性能好、过滤效率高、不燃烧、耐腐蚀等优良性能，是一种质量很轻的保温、隔声、吸声和过滤的材料。
玻璃棉用作保温隔热材料，常制成絮状、毡状或条带状的制品，主要品种有玻璃棉毡、玻璃棉板、玻璃棉管套及一些异型制品等。制品可用石棉线、玻璃纤维线或软铁丝进行缝组，也可用粘结材料将玻璃纤维粘结，制成所需要的形状。玻璃棉制品主要用于温度在45℃以下的重要工业设备和管道的表面隔热，也可用于要求保温、隔声和吸声效果较高的天棚、墙体等。
玻璃棉装饰吸声板是以玻璃棉为主要原料，加入适量的胶粘剂、防潮剂和防腐剂等，经热压成型加工而成。这种板具有质轻、吸声、防火、保温隔热、美观大方、施工方便等优点，可用于影剧院、播音室、录音室、语音室等场所，控制和调整室内的混响时间、消除回声、改善室内音质、提高清晰度；也可用于宾馆、医院、办公室、会议室和商场等，用以降低室内噪声，改善工作环境。
(五)泡沫塑料保温材料
泡沫塑料是以各种有机树脂为主要原料生产的超轻质高强保温材料，建筑工程中比较常用的有：聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、环氧树脂、聚氨酯等泡沫塑料。泡沫塑料保温材料的主要特点是：质量很轻、绝热性好、耐低温性优、吸水率小、可加工性好。但泡沫塑料的强度较低，使用温度也不宜过高，一般应控制在70～120℃范围内。
目前，我国正大力提倡建筑节能，并把节能作为建筑设计的标准和依据。为适应这个形势的要求，生产泡沫塑料的厂家发展迅速，产品种类繁多、性能有较大差异、质量各不相同，为规范泡沫塑料保温材料的生产，我国制定了《预制泡沫塑料保温材料》(JISA9511－2003)的具体质量标准。现介绍几种泡沫塑料保温材料，仅供设计和施工单位参考。
1．硬质聚氨酯泡沫塑料
硬质聚氨酯泡沫塑料是一种性能良好的保温材料，固相所占体积仅5%左右，闭孔中的气体导热系数极小，聚氨酯材料的导热系数低于几乎所有的其他保温材料。与其他保温材料相比，达到同样的保温效果，绝热层的厚度可降低30%～80%，增加容积20%～30%。例如：带有10cm厚普通保温材料绝热层的冷藏柜，可用容积为330L，若用聚氨酯泡沫，绝热层厚度可减低到5．5cm，可用容积增加到450L，增加35%。
为了便于比较，现将相同环境条件下常用保温材料的导热系数，与达到同样保温效果时所需绝热材料厚度相比，其结果如表11－3所示。
表11－3 硬质聚氨酯泡沫塑料与其他材料的比较
2．改性酚醛泡沫塑料保温材料
改性酚醛泡沫塑料采用了国际环保无氟发泡技术，是一种具有优异防火、防潮、保温、绝热、无毒、无害、体轻、抗压、导热系数低和隔声、吸声的新材料。
(1)改性酚醛泡沫塑料的特性
改性酚醛泡沫塑料具有以下特性：
1)阻燃型。其主体原材料均为阻燃物质，因此无需添加任何阻燃剂，即具有优异的阻燃性，并在国家检测机构认定为难燃型B1级。
2)隔热保温性。改性酚醛泡沫为独立的微孔发泡体，因此，具有优异的隔热、保温性能。
3)隔声性能。酚醛泡沫塑料作为改性酚醛树脂发泡体，能分别产生良好的隔声和吸声不同的效果。
4)温度适应性。改性酚醛泡沫塑料的适应性很强，在－160～135℃(允许间隙温度达到250℃)范围内均可使用。
5)非吸湿性。由于改性酚醛泡沫塑料为独立的微孔发泡体，所以其吸水率低，也不会因吸水而降低保温性能。
6)环保性好。由于改性酚醛泡沫采用无氟发泡技术制作，所以有利于对地球臭氧层的保护，是一种环保性良好的材料。
7)防腐性能。改性酚醛泡沫塑料无任任何腐蚀，其pH值为5．5～6．5。
(2)改性酚醛泡沫塑料的应用
酚醛泡沫塑料可广泛用于中央空调风道保温、油田热力管道保温、净化厂房、商亭、轻体快装房的复合夹心保温板、冷库、冷藏车的保冷、保温、外墙内保温、外墙外保温、防火门夹心材料。
(3)改性酚醛泡沫塑料的性能
改性酚醛泡沫塑料的主要技术性能如表11－4所示。
表11－4 改性酚醛泡沫塑料的主要技术参数
3．环氧树脂泡沫塑料保温材料
最近，我国研制成功了新型建筑保温材料——环氧树脂泡沫塑料保温材料，这种材料采用双酚A环氧树脂为基材，以铝粉和氢氧化钠为溶液发泡剂，添加适量的空心微珠等材料制成。有关专家认为：这种保温材料具有广阔的应用前景。
由于环氧树脂具有粘结性好、强度高、无毒、常温固化、可发泡及稳定性好等特点，以其为基料，添加空心微珠，并用铝粉进行发泡制成的环氧树脂泡沫保温材料，具有保温性好、吸水性小、无毒、耐热性及防火性良好等特点，并兼有吸声及阻尼效果。
据工程实践证明：环氧树脂泡沫保温材料的研究和应用，弥补了我国有机保温材料防火性能差、有毒及适用范围窄等不足，它在建筑、交通、工业及国防等领域具有广阔的应用前景。
(六)加气混凝土
加气混凝土是一种多孔型轻质混凝土，属于泡沫混凝土的范畴。加气混凝土发明于1929年，第二次世界大战后，前苏联、波兰、日本等国家，迅速研制和应用加气混凝土，成为生产加气混凝土的主要国家。
我国早在1931年就开始生产应用加气混凝土，并以此种材料建造了当时国内最高的大楼(20层)。1978年以来，由于高层建筑的发展和墙体材料改革的需要，加气混凝土在全国迅速发展，到2000年生产能力接近1000×104m3，为1978年的20余倍。经过多年的努力，我国在大力发展加气混凝土方面已打下良好的基础。
加气混凝土是用含硅物质材料(如石英砂、粉煤灰、粒化高炉矿渣、页岩、铁尾矿等)和含钙物质材料(如石灰、水泥等)为原材料，加入适量的加气剂，经磨细、配料、搅拌、浇筑、发泡、切割和压蒸养护等工序生产而成。
加气混凝土多用铝粉作为加气剂，它与含钙材料中的氢氧化钙反应放出氢气，使料浆产生一定膨胀，硬化后形成多孔结构，其化学反应式为：
2Al+3Ca(OH)2+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+3H2/p> 除铝粉可作为加气剂外，双氧水、碳化钙、漂白粉等也可以作为加气剂，但效果均不如铝粉。铝粉的掺加量应根据加气混凝土的表观密度而确定，我国生产的加气混凝土表观密度以500±50kg／m↑（3
我国生产的加气混凝土的品种与配合比，一般常用的有如下三种：(1)水泥∶矿渣∶砂=20∶20∶60；(2)水泥∶石灰∶粉煤灰=18．5∶18．5∶63；(3)水泥∶石灰∶石英砂=15∶25∶60。
从加气混凝土的特点可以看出，其具有质轻、高强、耐久、保温隔热、抗震性好等优良性能，可以广泛用于各类建筑中。在我国，加气混凝土主要用于框架建筑、高层建筑、地震设防建筑、保温隔热要求高的建筑、软土地基地区的建筑。但不宜用于温度高于80℃的环境、长期潮湿的环境、有酸碱侵蚀的环境和特别寒冷的环境。从国内外应用情况来看，加气混凝土主要用于墙体、屋面等部位。