土木工程材料的熱工性能與應用探究淺析

【摘 要】土木工程材料不僅要滿足工程應用中對結構強度、抗性、吸水、吸濕性等要求，其熱工性能也是極其重要。本文通過實驗與實踐中得到的數據，探究土木工程材料的熱工性能，以便更有效地應用于相應的工程當中。

【關鍵詞】熱工性能；表面材料；墻體構造

前言：

土木工程材料是土木行業的一大基礎學科，隨著人類文明與科學技術的發展，土木工程材料取得不斷進步與改善。現代土木工程中，盡管傳統的土、石等材料的主導地位已逐漸被新型材料所取代。但是研究好土木工程材料的熱工性能，改善材料應用顯得具有重要的科技與經濟等價值，本文探究當今幾種主要新型土木工程材料的熱工性能，以便利用土木工程材料在熱工性能方面，為生產發展提供更好的材料應用。

對土木工程材料的熱工性能的影響有如下四個方面：

1 表面材料

表一 表二來自于北京城市規劃學院

實驗地區：北京

表一 表二實驗得出：瓷磚和涂料材料對產生溫度的影響并不大，因為大理石具有良好的蓄熱性能，所以溫度高于同材料的涂料材料。清水磚墻和水泥墻在太陽能的照射下，加上粗糙的表面對太陽吸收溫度更多，以及本身的蓄熱能力強，因而吸收溫度較大。

根據數據分析可得結論：

1.1 同一種顏色涂料墻面，越粗糙，吸熱能力越強。

1.2 瓷磚和涂料材料對溫度產生的影響還有粗糙度的因素。對于冬暖夏熱地區不適合將瓷磚和涂料材料的墻面做得粗糙。

1.3 大理石可以增強路面的抗凍性，可用于基礎或路面。

1.4 清水磚墻和水泥墻可應用于冬季較冷，夏季較涼地區的民居，以便儲蓄更多的熱量，利于嚴冬保暖。

2 墻體構造

表三 墻體的不同材料構造資料表及附圖

表三 來自于深圳建筑科學院

實驗地區：深圳

表三實驗得出：加氣混凝土砌塊和密度低于900kg/m3的陶粒混凝土砌塊傳熱系數較低，較滿足綠色建材標準導熱系數（9.5-11.5 W/㎡·K）的要求。混凝土實心磚，蒸壓粉煤灰磚即使做得再厚，也無法達到綠色建材要求。需采用25mm的玻化微珠保溫砂漿處理。后可以滿足綠色建材要求。

根據實驗參數得出結論：

多排孔混凝土空心磚砌塊傳熱系數較低，因此增加排孔有助于降低傳熱系數。

砌塊結構傳熱系數較低，對于冬冷夏熱地區，可將其應用于墻體結構。

蒸壓類的磚一般傳熱系數較高，不宜普及

應用于冬冷夏熱地區。

對于蒸壓加氣混凝土砌塊，主體墻越厚，保溫性越好。

粉煤灰磚特性：

表四 JC239—2001標準

粉煤灰磚在節能減排方面的優點：

2.1 為以粉煤灰作為燃料的發電廠或其它工業企業處理了大量廢渣，減少了處理費用，同時又為建材工業生產開辟了新的資源，變廢為寶，發展了循環經濟。

2.2 節約農田，支援農業。建設一個年產5000萬塊的粉煤灰磚廠，每年可節約農田50畝，增產糧食約4萬斤，有力地支援了農業和工業建設。

2.3 工廠布置緊湊，生產周期短。

2.4 不需焙燒，僅需提供養護用的蒸汽，故燃料消耗低，減少了對大氣的污染。

2.5 機械化、自動化程度比較高，勞動生產率高，工人勞動強度低。

2.6 不受季節氣候的影響，可全年生產。

2.7 產品容重輕，導熱系數小，對改善建筑保暖功能，降低建筑成本有利。

粉煤灰磚除上述優點外，在技術經濟指標上比燒結粘土磚優越。發展粉煤灰磚符合我國國情產業政策的要求，值得大力推廣和使用。

又從以上標準分析得出：強度等級為MU30的粉煤灰磚的強度與抗凍性均很好，其本身等級較高，在基礎及墻體中，多采用本身等級較高的粉煤灰磚。但不宜用于長期受高溫的承重墻。因為石棉具有耐熱性，可以適量加工成石棉粉注入粉煤灰磚中使用。

3 墻板

例：泰柏板：

泰柏板是一種新型建筑材料，選用強化鋼絲焊接而成的三維籠為構架，阻燃EPS泡沫塑料芯材組成，是目前取代輕質墻體最理想的材料.是以阻燃聚苯泡沫板，或巖棉板為板芯，兩側配以直徑為2mm冷拔鋼絲網片，鋼絲網目50×50mm，腹絲斜插過芯板焊接而成

泰柏板示意圖

應用范圍：產品廣泛用于建筑業.裝飾業內隔墻，圍護墻，保溫復合外墻和雙輕體系(輕板，輕框架)的承重墻，以用樓面，屋面，吊頂和新舊樓房加層，衛生間隔墻，并且可作弄何貼面裝修等.

特點：具有較高節能，重量輕、強度高、防火、抗震、隔熱（熱阻：節約能源，泰柏板的熱阻≥0.66m，優于兩磚半墻的保溫性能）、隔音（隔音性好：104-124千克/平方米之墻體≥40dB，140千克/平方米之墻體≥40dB）抗風化，耐腐蝕的優良性能，并有組合性強、易于搬運，適用面廣，施工簡便等特點。

用途：適用于高層多層工民建筑物。

泰柏板輕質高強，隔熱性能好，在建筑業.裝飾業內隔墻，圍護墻，保溫復合外墻和雙輕體系(輕板，輕框架)的承重墻的應用中前景非常樂觀。

4 土木工程材料在不同建筑組成的不同應用

4.1 涂料：涂料涂抹于墻面上，在一定厚度下能夠阻隔建筑物內外熱流的交流，增大涂膜的熱阻，提高被涂覆部位的保溫隔熱性能，比如美國研發的陶瓷隔熱磚，陶瓷隔熱磚上的0.25mm厚的陶瓷涂料外層，占絕熱效果陶瓷涂料的95%。

4.2 改善間隔層的隔熱性能:間隔層的改善 ，不僅與控制間隔層的厚度有關，還與內部的氣體介質的性質和周邊的密封程度有關。間隔層的厚度越大，則W（傳導，傳熱系數）越小，節能效果越好，據統計，合理的厚度是12mm左右。在間隔層中充入惰性氣體，如氬氣，氖氣，充入中空玻璃后，提高節能效果10﹪左右。這樣還在冬天提高玻璃內側溫度，最大限度減少了玻璃上的冷凝問題。

4.3 熱反射鍍膜玻璃：

熱反射鍍膜玻璃：又稱陽光控制膜玻璃，是在優質浮法玻璃表面用真空磁控濺射的方法鍍一至多層金屬或化合物薄膜而成。比起普通玻璃：它有效限制太陽趨勢輻射的入射量，遮陽效果明顯。豐富多彩的抽射色調和極佳的裝飾效果。對室內物體和建筑構件具有良好視線遮蔽功能。較理想的可見光透過比和反射比。減弱紫外光的透過。是新型玻璃的創新應用

4.4 填充料：硅藻土：其孔隙率為50﹪——80﹪，導熱系數約為0.06W/㎡·K，孔隙率值利于傳熱。導熱系數較低，利于保溫。因此絕熱性能很好。

4.5 墻壁，屋頂，頂棚：比如礦棉——輕質，不燃，絕熱，來源廣泛，性能滿足要求 ，又節約經濟成本，應推廣使用于墻壁，屋頂，頂棚的應用。

5 供熱系統常用光管散熱管道：

據相關公式：

W/m2. ℃

5.1 式中：αn"-- 散熱管內表面的復合換熱系數，W/m2·K ； δ -- 散熱管道壁厚，m ； λ -- 散熱管導熱系數，W/m·K。αw"=αc+αr

αc"– 管外對流換熱系數，W/m2·K ； αr"– 管外輻射換熱系數，W/m2·K ；

根據傳熱學原理，K值主要取決于αw，可認為K≈αw，從文獻[2]得計算結果得到： αc=6.91，αc=2.22，K≈αw=9.13輻射因素所占的比例為

由此可得：可以增強輻射散熱（當常用光管外壁面發射率較低）如采用輻射散熱強的涂料進行涂鍍，以便充分的利用熱工性質來節能。

可以適當加厚熱管道壁厚提高供熱系統的保溫性。可以采用 散熱管內表面的復合換熱系數較低的材料作為內表面材料，應用于冬季嚴寒的地區，減少熱損耗。

6 綜述：

影響土木工程材料的熱工性能的因素有：表面材料、墻體構造、涂料、填充料等。瓷磚和涂料材料對溫度產生的影響還要看粗糙度。多排孔混凝土空心磚砌塊傳熱系數較低，增加排孔有助于降低傳熱系數。新型涂料有助于減少熱損耗，保溫隔熱性能良好。

參考文獻

[1]林克輝——《建筑材料及應用》 華南理工大學出版社

[2]高瓊英———《建筑材料》 武漢理工大學出版社

[3]李強————土《木工程材料新前景》合肥工業大學出版社