氣凝膠材料在建筑行業中的應用

高 杰 王春陽 張鶴譯

1.沈陽職業技術學院

2.遼寧省建設科學研究院有限責任公司

1 引言

建筑行業是一個能源消耗較為嚴重的行業，伴著當前我國城市化進程的加劇，建筑行業對能源的消耗也在日漸的增長。國家也適時加大了對于環境管控的力度，各種新型的節能材料應在建筑行業得以更好地推廣應用。保溫隔熱材料是建設行業經常會用到的一種材料，具有應用數量大，使用領域廣的特點。早期建筑行業經常采用無機材料作為建筑行業保溫材料，熱導率較高，隔熱能力較差，氣凝膠熱導率非常低，與傳統保溫隔熱材料相比，具有非常明顯的優勢。如果在同能效能展示之下，氣凝膠材料厚度僅需要傳統保溫隔熱材料的1/2～1/5，能夠節約大量的應用空間。

2 氣凝膠的制備過程

氣凝膠也被稱作“固態煙”。呈半透明的淡藍色，是由材料科學家史蒂芬·瓊斯博士研制的。目前世界上最輕的固體。密度為3kg/m3。當前世面較為常見的氣凝膠為硅氣凝膠。氣凝膠的家族又分出很多派系，主要有硅系、碳系、硫系、金屬氧化系、金屬系等。氣凝膠的制作過程與干燥技術的實現息息相關，氣凝膠在制備的期間，重點掌握溶膠固化的過程與干燥過程。利用前驅體的化學催化原理，通過相互作用使濕凝膠形成。

應用常壓干燥的技術，使濕凝膠充分進行干燥處理，最終得到氣凝膠材料。在氣凝膠制備的期間，需要適當加大溶液的化學作用。充分進行水解與縮聚的化學作用。在這期間，通過粒子簇數量的變化并通過絡合的化學反應，使得凝膠形成，利用老化的環節，能夠將其構造中的網狀構造通過絡合作用，穩定的特性得以更好地展現。其內部的網絡構成也會逐漸的壯大，整個化學的結構更加均衡。只有這樣，才能使得整個制備的過程，不會因為結構的變化造成制作失敗的結果。在正常情況之下，將乙醇用作老化的主要液體，并且在制作的期間，要嚴格地按照制備條件約束的溫度進行。整個老化的周期為7天，并且要按相關的要求，及時進行老化液體的更換作業。

在充分進行老化作用之下取得的凝膠，必須在干燥的作用之下，才能取得所需的氣凝膠。

干燥技術是氣凝膠在制作過程中，非常重要一道工序，常壓干燥法是當前制備過程中較為常用的方法之一，利用前驅體作業而得到疏水特征，并利用加溫的辦法，使其內部充分干燥。

冷凍干燥作業的方法，主要利用其介質的相互作用，對凝膠進行風干作業，能夠更好地杜絕氣液分離的情況出現。而超臨界干燥法同樣也是通過介質的作用進行處理的一種辦法，但其要使介質處于超出臨界范圍的特性，將其面值控制在“0”。從而更好地保證凝膠的整體品質。當前建筑行業利用凝膠的特點主要來自其微觀的構造，而其自身的特征產生，只能依托于其制作的流程。所以，要使氣凝膠的特征得以更好地發揮，改變其制備的流程，是未來工作建設的重點。

3 氣凝膠在建筑行業中的應用

一直以來，建筑行業都是高能耗的代表。氣凝膠具有優秀的隔離效果，極低的熱導率，被越來越多的建筑行業人士所認可，其在建筑保溫、防火性能的優異表現，不但能更好的倡導低碳節能的生態環境建設，還能最大限度地增加建筑行業的安全系數。在建筑行業具有廣泛的應用空間。

3.1 氣凝膠混凝土的應用

混凝土是當前建筑行業大量使用的建筑材料，被廣泛地應用到建筑主體之中。建筑結構中，有很大一部分建筑的熱量被混凝土結構所帶走。因此，隔熱與保溫對于建筑能耗的重要性不言而喻。應用氣凝膠突出的效能，不但可以讓整個混凝土結構的自重減輕，而且其特殊的抗壓性能也是當前結構應用的重要屬性。建筑行業將SiO2列入最優秀的絕緣保溫材料，通過加入60%氣凝膠，可以制作出導熱性能出色的氣凝膠混凝土。實際導熱性能可以達到0.26W/(m·K)，相關材料專家根據導熱性能的優異表現及其含量之間的關系，成功地研制了0.55W/(m·K)熱導率的混凝土材質，被廣泛地應用到建筑行業的主體設計之中，其體積分數僅為50%。這種方法雖然使得混凝土密度及導熱率得到了更好的控制，但其實用的效能受到了一定的限制。經過專業人員的不懈努力，一種新型的氣凝泡沫混凝土在此環境之下問世，不但能夠更好地保證混凝土的密度，而且其自身的強度及易和的性能都得到了更多專業人士的認可。

3.2 氣凝膠顆粒的應用

SiO2氣凝膠是由分子構成的粒狀物質，被大量的應用至當前建筑保溫材料中使用。按照其分子的性質可以劃分成疏水與親水兩種性能的材質，具體應用，材料使用者可以根據工程建設的實際需求進行調整。氣凝膠顆粒的制備主要有兩種方法：將甲酰胺作為化學反應的催化物質，利用一次成型的方法進行制作。在制作期間，將水玻璃用作前驅體，經過化學的作用之后，利用凝膠成型的辦法，得到氣凝膠顆粒。另外一種方法為二次成型，即先制作完成型的塊狀的凝膠顆粒，然后再具體的按照實際建設需求進行制作。這種材質可能大量的應用到當前墻體保溫材料的夾層之中，還可以將這種材質與建筑砂漿結合使用。

3.3 氣凝膠絕熱板的使用

在建筑行業材料的應用中，保溫材料占據著整個建筑市場較大的份額。當前主要應用EPS、GF 氈等材質作為建筑行業的保溫材料，綜合性能較差，存在隔熱性能較差、安全系數較低、使用周期較短的特性。利用氣凝膠的優異屬性，制作成為新型的具有良好隔溫性能的凝膠隔熱板。不但能夠更好地降低建筑的熱能損耗，還具有更高強度的防火性能。利用常壓干燥作業的方式，制作完成0.0208 W/(m·K)執導系數的AIP 氣凝膠絕熱板，是當前建筑墻體主要應用的材料之一。

3.4 氣凝膠玻璃的應用

玻璃是當前建筑行業重要的應用材質，不但具有實際疏通換氣的作用，而且還具有非常好了采光美觀的效能。但是玻璃的能源消耗也是非常巨大的。有接近一半的熱能都是通過玻璃消耗掉的，硅酸鹽玻璃是大多數建筑工程經常使用的窗戶材質，透光度與隔熱的性能較為優秀，熱量損失較快。應用氣凝膠玻璃能夠更好地展現保溫隔熱的性能，同時氣凝膠玻璃的采光應用效能未發生實質性的改變，但是綜合防輻射的能力卻非常的優秀，更好的防止了陽光的直射輻射，能夠起到更好的養眼保健功效。

4 結束語

綜上所述，通過氣凝膠材料在建筑行業中的應用分析，了解了氣凝膠的制備過程，以及氣凝膠在建筑行業中的應用；氣凝膠混凝土的應用；氣凝膠顆粒的應用；氣凝膠絕熱板的使用；氣凝膠玻璃的應用，由于氣凝膠自身的隔離性能，漸漸地被建筑行業的專業人士所認可。利于氣凝膠的優質特征，能夠將更多的傳統建材進行替代，使建筑的整體安全系數得以更好地保證。