气凝胶材料在建筑行业中的应用

高 杰 王春阳 张鹤译

1.沈阳职业技术学院

2.辽宁省建设科学研究院有限责任公司

1 引言

建筑行业是一个能源消耗较为严重的行业，伴着当前我国城市化进程的加剧，建筑行业对能源的消耗也在日渐的增长。国家也适时加大了对于环境管控的力度，各种新型的节能材料应在建筑行业得以更好地推广应用。保温隔热材料是建设行业经常会用到的一种材料，具有应用数量大，使用领域广的特点。早期建筑行业经常采用无机材料作为建筑行业保温材料，热导率较高，隔热能力较差，气凝胶热导率非常低，与传统保温隔热材料相比，具有非常明显的优势。如果在同能效能展示之下，气凝胶材料厚度仅需要传统保温隔热材料的1/2～1/5，能够节约大量的应用空间。

2 气凝胶的制备过程

气凝胶也被称作“固态烟”。呈半透明的淡蓝色，是由材料科学家史蒂芬·琼斯博士研制的。目前世界上最轻的固体。密度为3kg/m3。当前世面较为常见的气凝胶为硅气凝胶。气凝胶的家族又分出很多派系，主要有硅系、碳系、硫系、金属氧化系、金属系等。气凝胶的制作过程与干燥技术的实现息息相关，气凝胶在制备的期间，重点掌握溶胶固化的过程与干燥过程。利用前驱体的化学催化原理，通过相互作用使湿凝胶形成。

应用常压干燥的技术，使湿凝胶充分进行干燥处理，最终得到气凝胶材料。在气凝胶制备的期间，需要适当加大溶液的化学作用。充分进行水解与缩聚的化学作用。在这期间，通过粒子簇数量的变化并通过络合的化学反应，使得凝胶形成，利用老化的环节，能够将其构造中的网状构造通过络合作用，稳定的特性得以更好地展现。其内部的网络构成也会逐渐的壮大，整个化学的结构更加均衡。只有这样，才能使得整个制备的过程，不会因为结构的变化造成制作失败的结果。在正常情况之下，将乙醇用作老化的主要液体，并且在制作的期间，要严格地按照制备条件约束的温度进行。整个老化的周期为7天，并且要按相关的要求，及时进行老化液体的更换作业。

在充分进行老化作用之下取得的凝胶，必须在干燥的作用之下，才能取得所需的气凝胶。

干燥技术是气凝胶在制作过程中，非常重要一道工序，常压干燥法是当前制备过程中较为常用的方法之一，利用前驱体作业而得到疏水特征，并利用加温的办法，使其内部充分干燥。

冷冻干燥作业的方法，主要利用其介质的相互作用，对凝胶进行风干作业，能够更好地杜绝气液分离的情况出现。而超临界干燥法同样也是通过介质的作用进行处理的一种办法，但其要使介质处于超出临界范围的特性，将其面值控制在“0”。从而更好地保证凝胶的整体品质。当前建筑行业利用凝胶的特点主要来自其微观的构造，而其自身的特征产生，只能依托于其制作的流程。所以，要使气凝胶的特征得以更好地发挥，改变其制备的流程，是未来工作建设的重点。

3 气凝胶在建筑行业中的应用

一直以来，建筑行业都是高能耗的代表。气凝胶具有优秀的隔离效果，极低的热导率，被越来越多的建筑行业人士所认可，其在建筑保温、防火性能的优异表现，不但能更好的倡导低碳节能的生态环境建设，还能最大限度地增加建筑行业的安全系数。在建筑行业具有广泛的应用空间。

3.1 气凝胶混凝土的应用

混凝土是当前建筑行业大量使用的建筑材料，被广泛地应用到建筑主体之中。建筑结构中，有很大一部分建筑的热量被混凝土结构所带走。因此，隔热与保温对于建筑能耗的重要性不言而喻。应用气凝胶突出的效能，不但可以让整个混凝土结构的自重减轻，而且其特殊的抗压性能也是当前结构应用的重要属性。建筑行业将SiO2列入最优秀的绝缘保温材料，通过加入60%气凝胶，可以制作出导热性能出色的气凝胶混凝土。实际导热性能可以达到0.26W/(m·K)，相关材料专家根据导热性能的优异表现及其含量之间的关系，成功地研制了0.55W/(m·K)热导率的混凝土材质，被广泛地应用到建筑行业的主体设计之中，其体积分数仅为50%。这种方法虽然使得混凝土密度及导热率得到了更好的控制，但其实用的效能受到了一定的限制。经过专业人员的不懈努力，一种新型的气凝泡沫混凝土在此环境之下问世，不但能够更好地保证混凝土的密度，而且其自身的强度及易和的性能都得到了更多专业人士的认可。

3.2 气凝胶颗粒的应用

SiO2气凝胶是由分子构成的粒状物质，被大量的应用至当前建筑保温材料中使用。按照其分子的性质可以划分成疏水与亲水两种性能的材质，具体应用，材料使用者可以根据工程建设的实际需求进行调整。气凝胶颗粒的制备主要有两种方法：将甲酰胺作为化学反应的催化物质，利用一次成型的方法进行制作。在制作期间，将水玻璃用作前驱体，经过化学的作用之后，利用凝胶成型的办法，得到气凝胶颗粒。另外一种方法为二次成型，即先制作完成型的块状的凝胶颗粒，然后再具体的按照实际建设需求进行制作。这种材质可能大量的应用到当前墙体保温材料的夹层之中，还可以将这种材质与建筑砂浆结合使用。

3.3 气凝胶绝热板的使用

在建筑行业材料的应用中，保温材料占据着整个建筑市场较大的份额。当前主要应用EPS、GF 毡等材质作为建筑行业的保温材料，综合性能较差，存在隔热性能较差、安全系数较低、使用周期较短的特性。利用气凝胶的优异属性，制作成为新型的具有良好隔温性能的凝胶隔热板。不但能够更好地降低建筑的热能损耗，还具有更高强度的防火性能。利用常压干燥作业的方式，制作完成0.0208 W/(m·K)执导系数的AIP 气凝胶绝热板，是当前建筑墙体主要应用的材料之一。

3.4 气凝胶玻璃的应用

玻璃是当前建筑行业重要的应用材质，不但具有实际疏通换气的作用，而且还具有非常好了采光美观的效能。但是玻璃的能源消耗也是非常巨大的。有接近一半的热能都是通过玻璃消耗掉的，硅酸盐玻璃是大多数建筑工程经常使用的窗户材质，透光度与隔热的性能较为优秀，热量损失较快。应用气凝胶玻璃能够更好地展现保温隔热的性能，同时气凝胶玻璃的采光应用效能未发生实质性的改变，但是综合防辐射的能力却非常的优秀，更好的防止了阳光的直射辐射，能够起到更好的养眼保健功效。

4 结束语

综上所述，通过气凝胶材料在建筑行业中的应用分析，了解了气凝胶的制备过程，以及气凝胶在建筑行业中的应用；气凝胶混凝土的应用；气凝胶颗粒的应用；气凝胶绝热板的使用；气凝胶玻璃的应用，由于气凝胶自身的隔离性能，渐渐地被建筑行业的专业人士所认可。利于气凝胶的优质特征，能够将更多的传统建材进行替代，使建筑的整体安全系数得以更好地保证。