浅议微晶发泡陶瓷保温材料在建筑节能领域的应用

作者:李晓明; 刊名:墙材革新与建筑节能 上传者:邱瑜

【摘要】微晶发泡陶瓷具有导热系数低、吸水率低、强度高等特点,发泡陶瓷保温材料在建筑节能领域的应用更具有适用性和优越性。随着发泡陶瓷保温材料性能指标不断提高和标准规范的不断完善,发泡陶瓷保温材料将会获得大规模的推广使用。

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0引言国际学术界于1992年对绿色建材明确定义为:在原料采取、产品制造、产品使用以及达到使用寿命后再循环等环节中对地球环境负担最小和有利于人类健康的建筑材料。我国在1999年首届全国绿色建材发展与应用研讨会上首次提出绿色建材的定义,指出绿色建材是采用清洁生产技术,不用或少用天然资源和能源,大量使用工、农业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性,达到使用周期后可回收利用,有利于环境保护和人类健康的建筑材料。2014年5月,住房城乡建设部、工业和信息化部发布的《绿色建材评价标识管理办法》中提出:绿色建材是指在全生命周期内可减少对天然资源消耗和减轻对生态环境影响,具有“节能、减排、安全、便利和可循环”特点的建材产品。虽然近年来我国绿色建材产品如雨后春笋般涌现,但是真正达到利废环保、产品性能优异,名副其实地具备绿色建材各项特征的建筑材料屈指可数。发泡陶瓷保温材料利用矿山尾矿、工厂废渣为主要原料,清洁生产制造,产品具有轻质高强、耐火保温、防水隔声、耐腐耐候、无毒无害、可循环利用等优异性能[1,2],是值得推广的绿色建材。1微晶发泡陶瓷保温材料的特性20世纪80年代以来,我国发泡陶瓷保温材料的开发应用经历了两个阶段:第一个阶段是利用特定原料进行小规模生产,其产品应用于特定的耐火隔热、防火防腐等领域;第二个阶段是利用多种矿山尾矿和工业废渣为主要原料大规模生产,其产品在建筑节能领域得到应用。目前,发泡陶瓷保温材料的第三代产品已经开发成功,它就是微晶发泡陶瓷保温材料,这是对普通发泡陶瓷保温材料性能进行优化升级的基础上研发的新一代产品,具体表现为:同等密度的制品其导热系数更低、吸水率更低、强度更高,在建筑节能领域的应用更具有适用性和优越性。微晶发泡陶瓷保温材料的技术核心是通过对原料配方的科学调整,控制发泡陶瓷制品中的玻璃相析晶并使其微晶化。其技术性能得到优化的原理是:(1)晶须拔出效应因界面摩擦消耗外界载荷的能量,从而起到补强增韧的目的;晶须对裂纹的偏转效应延长了裂纹的扩展途径,增大了裂纹扩展阻力,吸收更多的能量,从而起到补强增韧的作用;晶须对裂纹的桥联作用则由于产生使裂纹闭合的力而消耗外界荷载所做的功,因此提高了材料的断裂韧性和强度。(2)由于发泡陶瓷制品中玻璃相的微晶化,使固相导热因子(导热载体为声子)的自由程发生变化。晶相的晶体结构越复杂,对声子散射越多,也就具有更低的lss值即固相的声子的平均自由程和热导率。根据导热的声子模型和动力学理论,固相导热因子计算公式为: λss=(Cυ)ss.Vss.lss/3式中,(Cυ)ss为固相的声子单位体积热容;Vss为固相的声子运动速度(即等效声速);lss为固相的声子的平均自由程。根据导热微观理论,多孔隔热材料的有效导热系数λe由下列导热因子组成:式中,λss为固相导热因子,λrp为辐射导热因子,λgp为气相热导导热因子,λcp为气相对流导热因子。由以上两式可见,lss与λss及λe都是正比关系。科学研究和实践证明,影响多孔隔热材料机械强度和导热系数的气孔平均值dp、气孔几何因子G和固相导热因子λss等几个关键因素,可以通过配方设计和工艺优化得到较大范围的调整。因此,强度的提高和导热系数的降低完全可以通过配方设计和工艺优化得以实现,性能优化结果见表1、表2。表1普通发泡陶瓷保温材料与微晶发泡陶瓷保温材料性能对比项目体积密度(kg/m3)吸水率(%)抗折强度(MPa)抗折强度(MPa)导热系数[W/(m·K)]微晶发泡陶瓷A1138 0.5 0.63 0.42 0.053普通发泡陶瓷B1普通发泡陶瓷尚无密度≤1

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