新型墙体保温材料研究

刘发全

摘要：保温材料一般是指导热系数小于或等于0.2的材料。在建筑和工业中采用良好的保温技术与材料，是降低建筑物能耗，延长建筑物使用寿命的有效措施之一。本文介绍的EPS轻集料混凝土保温材料具有良好的经济效果。

关键词：保温材料；导热系数

Abstract: thermal insulation material is generally guidance hot coefficient less than or equal to 0.2 of the material. In the building and industry using good insulation technology and materials, and building is to reduce energy consumption and prolong the service life of building one of the effective measures. This paper introduces the EPS light-weight aggregate concrete heat preservation material has the good economic effect.

Keywords: heat preservation material; Coefficient of thermal conductivity

中图分类号：TU761.1+2文献标识码：A文章编号：

目前国内常见墙体材料的的内使用的墙体材料的导热系数大，而且有些材料还浪费资源、污染环境，其性能不能满足人们的要求，新型的保温隔热墙体材料的研究是很有必要的。EPS轻集料混凝土墙体保温材料具有表观密度低，导热系数小，强度高，隔声、抗震性能好，且造价低的性能。

1 材料导热机理

导热是指物体个部分直接接触的物质质点（分子、原子、自由电子）做热运动热引起的热能传递工程。

在传热过程中，往往都同时存在两种或三种传热方式。例如，通过实体结构本身的透热过程，主要是靠导热，但一般的建筑材料内部或多或少的有一些孔隙，在孔隙内除存在气体的导热外，同时还有对流和热辐射的存在。

2 导热系数

热量通过围护结构的传热过程如图1所示。

图1热量通过围护结构的传热过程

实践证明，在稳定导热的情况下，通过壁体的热量Q与整体材料的导热能力、壁面之间的温差、传热面积和传热时间成正比，与壁体的厚度成反比。

式中：

总的传热量(J)；

材料的导热系数[W/(m·K)]；

壁体的厚度(m)；

壁体内、外表面的温度(K或℃)；

传热时间(s或h)；

传热面积(m2)

由上式可以说明导热系数的物理意义：即在稳定传热条件下，当材料层单位厚度内相对表面的温差为1K时，在1h内通过单位面积传递的热量。

材料保温隔热性能的好坏是由材料导热系数的大小所决定的。导热系数越小，保温隔热性能越好。绝大多数建筑材料的导热系数介于0.023～3.49W/（m·K）之间，通常把值不大于0.23 W/（m·K）的材料称为保温隔热材料。进而根据材料的适用温度范围将在0℃以下使用的保温隔热材料称为保冷材料，适用温度超过1000℃者称为耐火保温隔热材料。习惯上通常将保温隔热材料分为三档，即高温保温隔热材料（使用温度700℃以上）、中温保温隔热材料（使用温度低于250～700℃）、低温保温隔热材料（使用温度低于250℃）。应当指出，即使同一种材料，其导热系数也不是常数，它与材料的构造、温度和湿度等因数有关。

3 导热系数的测算

导热系数是通过传热系数换算而来，传热系数的测定采用的是标定热箱法，其适用于测定干燥或不同含湿状况下轻骨料混凝土的传热系数。

其测试传热系数的原理图如图2所示

图2传热系数测试的实验原理图

图3显示的是试块中热流传递的途径。

图3 试件和框架中的热流路径

4EPS轻集料混凝土保温材料配合比实验

4.1 实验原材料选择

(1)水泥：32.5复合硅酸盐水泥。

(2)细骨料：陶砂，粒径小于5mm。

(3)EPS颗粒：再生EPS颗粒，堆积密度3.5kg/m3，直径为1～4mm。

(4)粉煤灰：干排灰，Ⅰ级粉煤灰。

(5)搅拌水：自来水；泡沫剂；玻璃纤维。

4.2 实验配合比设计

实验方案是以水泥为胶凝材料，陶砂和EPS颗粒为骨料，粉煤灰为掺合料，外加泡沫剂和玻璃纤维，将其按一定的配比组合而成的輕质混凝土材料。根据《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51-2002选择各组成成分的用量。

实验方案的配合比如表1所示。

表1轻集料混凝土配合比

4.3实验结论分析

（1） 轻集料混凝土的导热系数与其干表观密度有关，其导热系数随干表观密度的增加呈线性增加，轻集料混凝土干表观密度越小，混凝土内部的孔隙越多，导热系数就越小。

（2）泡沫剂的掺入改变轻集料混凝土的内部结构，使混凝土内部形成许多微小的孔隙，减小了混凝土的表观密度，降低了混凝土的抗压强度。当泡沫剂掺量较小的时候，混凝土的表观密度和抗压强度随着泡沫剂掺量的增加而减小，但是，当泡沫剂的掺量大于一定值的时候，泡沫剂的作用不明显，此时，随着泡沫剂掺量的增加，轻集料混凝土的表观密度和抗压强略有上升的趋势。

(3) 利用玻璃纤维的高抗拉强度可以提高轻集料混凝土的抗折强度和抗压强度，当掺量较小的时候，轻集料混凝土的抗压强度随玻璃纤维掺量的增加而增加，但是当其掺量超出一定值的时候，玻璃纤维的掺入降低了轻集料混凝土的和易性、密实性，从而也降低了轻集料混凝土的表观密度和抗压强。

5 经济分析

目前国内常用的墙体材料有很多，表2列出了几种常用的墙体材料，以及它们的热工性能指标。

表2 几种常用墙体材料的热工性能指标

从表2中可以看出，本论文所研究的新型轻集料混凝土的导热系数为0.15 W/（m·K），与加气混凝土的保温性能相近，且比其他的一些墙体材料的导热系数小的多，即保温性能好。

5.1保温材料的经济性分析

在进行保温材料的经济性分析时，人们仅进行单位体积保温材料的造价的比较，这种比较忽视了保温材料之间保温性能的差别，显然是不合理的。下面推荐一种比较方法，这种方法将材料的保温性能和单位体积的材料造价结合起来，可供选材时进行经济性分析。

5.2单位热阻费用比较法

评定保温材料的保温性能有各种不同的方法，近年以热阻作为保温性能比较的基本指标广泛应用，即单位热阻值所需费用。

对于平板材料，导热系数与传热系数由如下关系：

式中：

材料的导热系数[W/(m·K)]；

壁体的厚度(m)；

热阻是一定厚度的保温材料对热流的阻抗能力。值越大，保温性能越好。热阻是传热系数的倒数,即

单位热阻值所需费可以理解为保温材料在一定厚度下所需的总费用除以该条件下的总热阻，即

式中：

单位热阻的保温费，元；

保温总费用，元；

保温材料的总热阻[m2·k/W]；

5.3新型轻集料混凝土的单位热阻费用

先计算单位体积新型轻集料混凝土的材料费用，其费用及各材料的单价见表28所示。

表3 新型轻集料混凝土费用表

从表3中可以看出，单位体积新型轻集料混凝土的材料总费用为365.2元，新型轻集料混凝土的导热系数为0.15 W/(m·K)，再根据公式（5-1）、（5-2）、（5-3）可以计算出新型轻集料混凝土的单位热阻费用为54.78元。与实心粘土砖相比较，实心粘土砖的单位热阻费用173.25元，两者相差较大。与其它的几种常用墙体材料相比，它也是比较经济的。

6 总结

通过对保温材料的传热机理的分析，提高墙体材料的内部孔隙率可以降低其表观密度，减小导热系数，但是也降低了保温材料的强度。为了达到较好的保温性能，在轻集料混凝土中掺入泡沫剂，为了满足强度要求，在轻集料混凝土中掺入玻璃纤维丝。。实验结果表明，在泡沫剂掺量小于一定值时，轻集料混凝土的表观密度和导热系数随着泡沫剂掺量的增加而减小，最终确定泡沫剂的最佳掺量为每立方米轻集料混凝土的泡沫剂掺量为0.5kg。在玻璃纤维掺量不大时，轻集料混凝土的强度随其掺量的增加而增大，玻璃纤维的最佳掺量为每立方米轻集料混凝土的泡沫剂掺量为0.4kg，最后得到保温隔热墙体材料的最佳配合比，具有良好的经济效果。

参考文献

（1）建筑材料应用技术规范（修订版）.北京：中国建筑工业出版社.中国计划出版社.2003

（2） 桑国臣.节能环保型保温材料的研制.西安建筑科技大学学报.2004

（3） 李曙光.浅谈我国建筑节能现状与对策·应用能源技术.2003.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。