耐高溫氣凝膠絕熱材料在建筑行業中的應用*

李萬景 劉 溧 高相東

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1 江蘇脒諾甫納米材料有限公司 江蘇 宜興 214221)

(2 江蘇拜富科技股份有限公司 江蘇 宜興 214221)

(3 中國科學院上海硅酸鹽研究所 上海 200050)

在建筑行業興起的同時,相關能源受到了嚴重的消耗,在城市化進程日益推進過程中,建筑行業對能源的需求也在不斷上漲。與此同時,國家積極倡導應用新型的節能材料,加強對環境的管控力度。保溫隔熱材料屬于建筑工程中不可或缺的材料種類,擁有數量大、應用范圍廣的特點。從早期建筑方面來講,通常使用到的保溫材料多屬于無機材料,在實際應用期間由于熱導率偏高,致使隔熱能力效果差。相對而言,氣凝膠的熱導率極低,在實現保溫保冷方面具有重要的應用價值,并且由于氣凝膠材料的厚度較低,還可以展現出節省空間的優勢。

1 氣凝膠的有效制備

氣凝膠也被形象地稱為“固態煙”,其通常呈現為淡藍色且符合半透明特征,被譽為世界上最輕的固體物質[1]。按照氣凝膠的相關分類,可包含金屬氧化類、硅類、金屬類、硫類等,結合其制備過程,通常和干燥工藝產生密切聯系。氣凝膠的制備主要劃分成兩個階段,其一屬于溶膠固化階段,其二則屬于干燥過程。在有效借助前驅體實現化學催化原理后,確保在相互作用下生成濕凝膠狀態。

在常壓條件下進行干燥時,濕凝膠會得到及時處理,逐漸形成氣凝膠狀態。需要注意的是,制備氣凝膠期間要體現出化學特性,經過特定的水解和縮聚反應。在這種狀況下,對應的離子會因絡合而積聚,促進凝膠生成,并且經過老化處理,保證其網狀構造的合理性,進而呈現出相對穩定的狀態。通常情況下,會選擇乙醇作為老化首選液體,處理期間要確保溫度適宜,為保證最終凝膠的質量奠定基礎。干燥處理屬于氣凝膠制備期間必備的工序,通常借助前驅體的疏水特性,在升溫條件下,保證其內部實現干燥過程。如果選擇冷凍干燥處理,則通常借助介質間的相互作用,在將凝膠執行風干處理后,避免出現氣液分離現象的發生。此外,若選擇超臨界干燥法,需要充分考慮介質處于超臨界范圍的特征,優先使其面值控制在“0”的狀態,為保證凝膠品質奠定基礎[2]。為了有效提升氣凝膠的特性,結合建筑行業的具體需求,通常還要對氣凝膠進行特殊處理,通常以復合改性為主。

2 耐高溫氣凝膠絕熱材料在建筑行業中的應用

建筑行業屬于高能耗行業,在建筑施工階段要耗費多種資源。由于耐高溫氣凝膠性能良好,在熱導率較低的情況下擁有較低的熱導率,在建筑行業具有重要的應用價值。以建筑保溫、防火為例,不僅能夠滿足建筑工程的實際需求,展現出安全、可靠的特征,還能夠遵循生態環保建設的理念。

2.1 氣凝膠混凝土在建筑行業中的使用

混凝土可以說是建筑行業中應用極其廣泛的材料,它通常直接構成建筑的主體。其實,在整個建筑結構中,許多建筑的熱量會被混凝土結構吸收,加上其擁有獨特的隔熱和保溫功能,可充分展現出自身優勢。在使用氣凝膠的條件下,會使混凝土整體建筑結構的重量降低,有效提升抗壓能力?，F階段已將二氧化硅視作良好的絕緣保溫材料如果在配合氣凝膠的使用,就可以形成導熱性能良好的氣凝膠混凝土材料。調查研究發現,如果合理應用氣凝膠混凝土,可以實現提升建筑主體強度的目標,這種方法還能夠有效控制混凝土的密度和導熱率,通過優化性能提升應用范圍。因此,氣凝膠混凝土的應用在減輕負重的基礎上,提升強度,顯著改變建筑主體的質量。

2.2 耐高溫氣凝膠顆粒在建筑行業中的使用

以二氧化硅氣凝膠為代表,其屬于由分子構成的顆粒狀固體,通常在建筑行業的保溫材料中得到廣泛應用。結合分子的具體特性,主要劃分為疏水和親水兩種類型,在實際應用階段,需要依據施工狀況予以調整。制備氣凝膠顆粒時,將甲酰胺視作催化劑,借助一次成形的方式予以制作,將水玻璃視作前驅體,按照規范化操作完成凝膠成形過程,最終得到氣凝膠顆粒。二次成形階段需要優先制備成塊狀的凝膠狀態,在結合實際需求出發予以調整。建筑行業應用氣凝膠顆粒期間,通常將其填充到墻體的保溫材料夾層中,有時還會與其它材料一起使用。通常氣凝膠顆粒的直徑在0.5～5.0 mm,且密度小,實際使用期間,可以將這種氣凝膠顆粒材料和傳統無機材料共同使用,制備出滿足需求的保溫砂漿[3]。結合對氣凝膠材料在建筑行業中的調查,發現其在建筑節能環保方面具有重要應用。以氈材、顆粒、粉體等材料為例,對比其它常見的保溫材料,就能夠觀察到耐高溫氣凝膠材料的優勢。氣凝膠材料和常用保溫材料性能對比見表1。

表1 氣凝膠材料和常用保溫材料性能對比

2.3 耐高溫氣凝膠絕熱板在建筑行業中的使用

保溫材料作為建筑行業的必備材料,按照當前使用的保溫材料,通常以EPS及其它種類的氈類材料為主。這些材料的綜合性能偏差,不具備良好的隔熱性能,且使用周期較短[4]。在利用氣凝膠絕熱板以后,能夠有效改善傳統材料弊端,在展現出降低建筑熱能損耗的情況下,還可以提升其防火性能。

2.4 氣凝膠玻璃在建筑行業中的使用

從玻璃在建筑行業的應用情況來看,其主要發揮出通風換氣和采光等特性,不過結合實際調查,發現通過玻璃損失的能耗是較大的。針對室內保溫期間,許多熱量都會通過玻璃來消耗,現階段采用的玻璃材料多屬于硅酸鹽材料,其雖然具備良好的透光性,但是散失熱量是相對較快的[5]。在正確使用氣凝膠玻璃的條件下可以呈現出保溫隔熱的優良性能,并且滿足日常采光需求。同時,氣凝膠玻璃的應用還能夠阻擋陽光的直射,發揮出防輻射的運用。

3 結語

綜上所述,在對高溫氣凝膠絕熱材料在建筑行業中的使用情況進行分析時,從氣凝膠的制備過程出發,在實際應用階段,以氣凝膠混凝土、氣凝膠顆粒、氣凝膠絕熱板、氣凝膠玻璃為代表,充分體現出氣凝膠的優良隔離特性。在關注高溫氣凝膠絕熱材料在建筑行業中的應用情況下,發揮出保溫、防輻射、防火、降低重量、提升強度等優勢特點。