土木工程新型保溫隔熱材料的應(yīng)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(huán)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(yīng)用原理，來降低目前建筑耗能問題。本文采用文獻(xiàn)法與案例分析法查找前人研究資料，并搜集現(xiàn)實(shí)生活中該材料應(yīng)用情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該材料對于解決目前建筑耗能的急劇增加問題，降低企業(yè)成本有非常重要的作用。因此圍繞氣凝膠節(jié)能窗以及氣凝膠保溫涂料中的應(yīng)用來說明納米氣凝膠保溫隔熱材料的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：新型保溫隔熱材料;納米氣凝膠;特點(diǎn);原理

隨著改革事業(yè)的不斷推進(jìn)，我國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，各行各業(yè)都搭載上“高速列車”快速前進(jìn)，這其中包括我國的建筑行業(yè)。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，越來越多的建設(shè)工程投產(chǎn)，建筑行業(yè)的科技水平也不斷提高，高樓大廈的建設(shè)也越來越科技化和現(xiàn)代化。與此同時(shí)，我國的科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，科研力量不斷加強(qiáng)，建筑材料也不斷改革創(chuàng)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(huán)境帶來舒適的改善。新型建筑保溫材料得到良好的應(yīng)用，不僅可以大大降低能源消耗，而且對我國的生態(tài)環(huán)境建設(shè)也可以起到積極的促進(jìn)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(yīng)用，提出自己的一點(diǎn)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(gòu)成納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在網(wǎng)絡(luò)孔隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的輕質(zhì)納米固態(tài)材料。它的物理形態(tài)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(zhì)量比較輕。市面上最普通的氣凝膠是二氧化硅氣凝膠，經(jīng)過相關(guān)的分析研究報(bào)告顯示，該種材料的隔熱性能非常突出，得益于其十分優(yōu)異的物理性能，應(yīng)用范圍十分廣泛，目前已經(jīng)在探索應(yīng)用于聲學(xué)、光學(xué)、微電子學(xué)等。而且其物理性質(zhì)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）超強(qiáng)的隔熱性。（2）隔音性能十分優(yōu)越。（3）氣體過濾能力十分強(qiáng)大。（4）折射率可調(diào)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(huán)境要求十分苛刻。先將液態(tài)硅化合物與快速蒸發(fā)的液體溶劑混合，產(chǎn)生凝膠，然后再進(jìn)行高壓加熱，并經(jīng)過降壓處理，最終形成一種多孔海綿狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。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(zhì)相比，質(zhì)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(yīng)用

本文就以土木工程中氣凝膠保溫隔熱材料的應(yīng)用來進(jìn)行說明：早期氣凝膠的生產(chǎn)具有復(fù)雜，造價(jià)頗高的特點(diǎn)，使得其應(yīng)用只局限于航空航天等高端領(lǐng)域，但是隨著對其深入的研究以及制造設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展，使得其的應(yīng)用領(lǐng)域得到極大的擴(kuò)展，在建筑應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用就是很好的體現(xiàn)，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(yīng)用于建筑施工中。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氣凝膠節(jié)能窗和屋面太陽能集熱器等。

（一）氣凝膠節(jié)能窗

氣凝膠作為目前隔熱性能最好的固態(tài)材料，因而可以在窗口隔熱體系中得到較廣的應(yīng)用。與普通的泡沫塑料制成的玻璃相比，氣凝膠制造的雙側(cè)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(yīng)用在保溫實(shí)施方案中，同時(shí)還可以避免火災(zāi)的隱患。而且前文曾提過的折射率可調(diào)節(jié)性能，可以使紅外射線得到較好的隔離，阻止室內(nèi)環(huán)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(qiáng)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(jié)能窗得到廣泛的應(yīng)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(shù)小于0.7W/m2·K，同時(shí)有著高達(dá)76%的透光率。[5]

（二）氣凝膠在屋面太陽能集熱器中的應(yīng)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(yīng)用，其集熱效率高于傳統(tǒng)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(yīng)用，使其相較于塑性材料具有無可比擬的優(yōu)越，如良好的熱穩(wěn)定性、光學(xué)穩(wěn)定性以及透光性。

（三）氣凝膠保溫涂料中的應(yīng)用

隨著涂料工業(yè)的發(fā)展，涂料的分類越來越細(xì)化和專業(yè)化。納米氣凝膠復(fù)合涂料是隨著納米氣凝膠材料的發(fā)展而發(fā)展起來的，新開發(fā)的涂料品種可根據(jù)使用的具體要求分為保溫涂料、疏水性涂料等品種應(yīng)用前景廣闊。

保溫涂料是一種低導(dǎo)熱系數(shù)、高耐熱性的新型保溫材料。氣凝膠以其優(yōu)異的保溫性能，非常適合保溫涂料的技術(shù)要求。可以達(dá)到保溫效果好，鍍膜薄。目前，世界范圍內(nèi)的發(fā)達(dá)國家在開發(fā)和應(yīng)用氣凝膠保溫涂料上越來越重視，也將其普遍應(yīng)用于建筑業(yè)和工業(yè)管道中。而國內(nèi)的相關(guān)行業(yè)主要還是進(jìn)口國外的成熟的產(chǎn)品體系，對氣凝膠保溫涂料的開發(fā)研究工作還是分欠缺。與發(fā)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(jié)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(fā)和應(yīng)用新型的保溫隔熱材料。與此同時(shí)，中國城市化進(jìn)程已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)新的高度，城市建筑的大量建設(shè)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(yè)，大到整個(gè)建筑行業(yè)、國家，都在迫切尋求保溫隔熱材料在土木工程中的有效應(yīng)用。除了對現(xiàn)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(fā)，把握新型建材的未來發(fā)展方向，準(zhǔn)確開發(fā)性能更穩(wěn)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(xiàn)：

[1]高姿喬，馬貴陽，趙旸，王佳進(jìn)，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(xué)學(xué)報(bào)，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(yùn)，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(shù)及其在建材領(lǐng)域的應(yīng)用[J].新材料產(chǎn)業(yè)，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(yīng)用進(jìn)展[J].中國陶瓷工業(yè)，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(xué)，2014.

作者簡介：矯昕潼，遼寧工程技術(shù)大學(xué)16級土木工程本科。