土木工程新型保溫隔熱材料的應用

摘 要：本文選擇選擇納米氣凝膠保溫隔熱材料作為新型環保隔熱材料作為研究對象，目的是通過對該材料的了解與應用原理，來降低目前建筑耗能問題。本文采用文獻法與案例分析法查找前人研究資料，并搜集現實生活中該材料應用情況。結果發現該材料對于解決目前建筑耗能的急劇增加問題，降低企業成本有非常重要的作用。因此圍繞氣凝膠節能窗以及氣凝膠保溫涂料中的應用來說明納米氣凝膠保溫隔熱材料的應用價值。

關鍵詞：新型保溫隔熱材料;納米氣凝膠;特點;原理

隨著改革事業的不斷推進，我國經濟社會快速發展，各行各業都搭載上“高速列車”快速前進，這其中包括我國的建筑行業。經濟快速發展的同時，越來越多的建設工程投產，建筑行業的科技水平也不斷提高，高樓大廈的建設也越來越科技化和現代化。與此同時，我國的科學技術水平的不斷提高，科研力量不斷加強，建筑材料也不斷改革創新。目前我國的大部分新型建筑都采用新型保溫材料，這也很大程度上給公眾的辦公和居住環境帶來舒適的改善。新型建筑保溫材料得到良好的應用，不僅可以大大降低能源消耗，而且對我國的生態環境建設也可以起到積極的促進作用。[1]故本文以納米氣凝膠保溫隔熱材料為例，分析其在建筑土木工程中應用，提出自己的一點看法與見解。

一、納米氣凝膠保溫隔熱材料概述

（一）納米氣凝膠簡介

氣凝膠通常是指以納米量級超微顆粒相互聚集構成納米多孔網絡結構，并在網絡孔隙中充滿氣態分散介質的輕質納米固態材料。它的物理形態是固體，但是看起來卻像氣體，而且比較像凍住的煙，因此密度比較小，質量比較輕。市面上最普通的氣凝膠是二氧化硅氣凝膠，經過相關的分析研究報告顯示，該種材料的隔熱性能非常突出，得益于其十分優異的物理性能，應用范圍十分廣泛，目前已經在探索應用于聲學、光學、微電子學等。而且其物理性質有以下幾個特點：（1）超強的隔熱性。（2）隔音性能十分優越。（3）氣體過濾能力十分強大。（4）折射率可調性。

（二）納米氣凝膠的原理

二氧化硅氣凝膠的制作工藝比較簡單，但是對制作環境要求十分苛刻。先將液態硅化合物與快速蒸發的液體溶劑混合，產生凝膠，然后再進行高壓加熱，并經過降壓處理，最終形成一種多孔海綿狀結構的物質。這種氣凝膠中99.8%都是空氣，但是成分還是以二氧化硅為主，因此密度很低，與相同體積下的同類物質相比，質量特別輕。納米氣凝膠的原理圖如圖1所示。[2]

二、納米氣凝膠保溫隔熱材料在土木工程中的應用

本文就以土木工程中氣凝膠保溫隔熱材料的應用來進行說明：早期氣凝膠的生產具有復雜，造價頗高的特點，使得其應用只局限于航空航天等高端領域，但是隨著對其深入的研究以及制造設備技術的不斷發展，使得其的應用領域得到極大的擴展，在建筑應用領域的應用就是很好的體現，良好的保溫隔熱和吸聲減震特性，使得氣凝膠作為保溫隔熱材料廣泛的應用于建筑施工中。目前已經廣泛應用于氣凝膠節能窗和屋面太陽能集熱器等。

（一）氣凝膠節能窗

氣凝膠作為目前隔熱性能最好的固態材料，因而可以在窗口隔熱體系中得到較廣的應用。與普通的泡沫塑料制成的玻璃相比，氣凝膠制造的雙側隔熱窗的保溫性能比其高4倍之多。而且得益于其超高的耐熱性能和阻燃性能，由氣凝膠制造的玻璃不僅可以在新型的建筑物應用在保溫實施方案中，同時還可以避免火災的隱患。而且前文曾提過的折射率可調節性能，可以使紅外射線得到較好的隔離，阻止室內環境溫度的變化，因此可以作為理想的絕熱透明的太陽能保溫材料。加之具有良好的抗壓強度的氣凝膠能夠極好的平衡外界氣壓，使得其可以填充雙層玻璃而起到保溫作用，良好的透光和隔熱性能，使得氣凝膠節能窗得到廣泛的應用。丹麥的Jensen等人在玻璃中間滲入15mm的硅氣凝膠，研究表明其可使中心的熱損失系數小于0.7W/m2·K，同時有著高達76%的透光率。[5]

（二）氣凝膠在屋面太陽能集熱器中的應用

在太陽能集熱器的儲水箱、集熱器和管道等裝置氣凝膠的應用，其集熱效率高于傳統的太陽能集熱器一倍以上，也有著30%左右的熱損失的下降。氣凝膠在熒光太陽能集熱器上的應用，使其相較于塑性材料具有無可比擬的優越，如良好的熱穩定性、光學穩定性以及透光性。

（三）氣凝膠保溫涂料中的應用

隨著涂料工業的發展，涂料的分類越來越細化和專業化。納米氣凝膠復合涂料是隨著納米氣凝膠材料的發展而發展起來的，新開發的涂料品種可根據使用的具體要求分為保溫涂料、疏水性涂料等品種應用前景廣闊。

保溫涂料是一種低導熱系數、高耐熱性的新型保溫材料。氣凝膠以其優異的保溫性能，非常適合保溫涂料的技術要求。可以達到保溫效果好，鍍膜薄。目前，世界范圍內的發達國家在開發和應用氣凝膠保溫涂料上越來越重視，也將其普遍應用于建筑業和工業管道中。而國內的相關行業主要還是進口國外的成熟的產品體系，對氣凝膠保溫涂料的開發研究工作還是分欠缺。與發射涂層不同的是，保溫涂層對隔熱有很高的要求，不僅僅是反射太陽光。

三、結論

綜上所述，保溫隔熱材料的使用十分有助于提高建筑物的保溫性能，提高公眾辦公、居住、生活的舒適度，我們必須重視開發和應用新型的保溫隔熱材料。與此同時，中國城市化進程已經到達了一個新的高度，城市建筑的大量建設造成了資源短缺，而對舒適恒溫生活的追求又造成能源消耗增加，因此，小到家庭、建筑企業，大到整個建筑行業、國家，都在迫切尋求保溫隔熱材料在土木工程中的有效應用。除了對現有保溫隔熱材料的物盡其用，更重要的是要加快新型建材的研發，把握新型建材的未來發展方向，準確開發性能更穩定、使用更方便的新型材料，滿足人們對建筑工程的需求。

參考文獻：

[1]高姿喬，馬貴陽，趙旸，王佳進，張尚洲.架空管道幾種保溫材料的對比模擬研究[J].遼寧石油化工大學學報，2015（04）：32-36.

[2]張鑫，王毓薇，白志鴻，張明，杜娟，馮少廣，劉國豪，張巍.納米氣凝膠與常用管道保溫材料的性能對比[J].油氣儲運，2015（01）：25-59.

[3]郭建平，路國忠，何光明.納米二氧化硅氣凝膠新型制備技術及其在建材領域的應用[J].新材料產業，2012（04）：112-115.

[4]劉榮，高文元.新型建筑保溫隔熱材料的研究及應用進展[J].中國陶瓷工業，2013（05）：10-15.

[5]周銘.建筑保溫隔熱材料與建筑防火性能研究[D].南昌大學，2014.

作者簡介：矯昕潼，遼寧工程技術大學16級土木工程本科。