耐高溫氣凝膠絕熱材料在建筑行業(yè)中的使用

李萬(wàn)景　劉溧　高相東

摘 要：氣凝膠具備密度小、耐高溫、高孔隙率、高比表面積等特點(diǎn)，也被稱作干凝膠，正常狀態(tài)下，其結(jié)構(gòu)特征類似于海綿。正是由于氣凝膠擁有上述性質(zhì)，才能夠保證其在航空航天、化學(xué)催化、保溫隔熱等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。基于此，本研究從分析耐高溫氣凝膠的制備過(guò)程出發(fā)，探討該材料在建筑行業(yè)中的使用狀況。

關(guān)鍵詞：氣凝膠;絕熱材料;建筑行業(yè);生態(tài)環(huán)保

1 前 言

在建筑行業(yè)興起的同時(shí)，相關(guān)能源受到了嚴(yán)重的消耗，在城市化進(jìn)程日益推進(jìn)過(guò)程中，建筑行業(yè)對(duì)能源的需求也在不斷上漲。與此同時(shí)，國(guó)家積極倡導(dǎo)應(yīng)用新型的節(jié)能材料，加強(qiáng)對(duì)環(huán)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(shù)量大、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。從早期建筑方面來(lái)講，通常使用到的保溫材料多屬于無(wú)機(jī)材料，在實(shí)際應(yīng)用期間由于熱導(dǎo)率偏高，致使隔熱能力效果差。相對(duì)而言，氣凝膠的熱導(dǎo)率極低，在實(shí)現(xiàn)保溫保冷方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值，并且由于氣凝膠材料的厚度較低，還可以展現(xiàn)出節(jié)省空間的優(yōu)勢(shì)。

2氣凝膠的有效制備

氣凝膠也被形象地稱為“固態(tài)煙”，其通常呈現(xiàn)為淡藍(lán)色且符合半透明特征，被譽(yù)為世界上最輕的固體物質(zhì)[1]。按照氣凝膠的相關(guān)分類，可包含金屬氧化類、硅類、金屬類、硫類等，結(jié)合其制備過(guò)程，通常和干燥工藝產(chǎn)生密切聯(lián)系。氣凝膠的制備主要?jiǎng)澐殖蓛蓚€(gè)階段，其一屬于溶膠固化階段，其二則屬于干燥過(guò)程。在有效借助前驅(qū)體實(shí)現(xiàn)化學(xué)催化原理后，確保在相互作用下生成濕凝膠狀態(tài)。

在常壓條件下進(jìn)行干燥時(shí)，濕凝膠會(huì)得到及時(shí)處理，逐漸形成氣凝膠狀態(tài)。需要注意的是，制備氣凝膠期間要體現(xiàn)出化學(xué)特性，經(jīng)過(guò)特定的水解和縮聚反應(yīng)。在這種狀況下，對(duì)應(yīng)的離子會(huì)因絡(luò)合而積聚，促進(jìn)凝膠生成，并且經(jīng)過(guò)老化處理，保證其網(wǎng)狀構(gòu)造的合理性，進(jìn)而呈現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。通常情況下，會(huì)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(zhì)量奠定基礎(chǔ)。干燥處理屬于氣凝膠制備期間必備的工序，通常借助前驅(qū)體的疏水特性，在升溫條件下，保證其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)干燥過(guò)程。如果選擇冷凍干燥處理，則通常借助介質(zhì)間的相互作用，在將凝膠執(zhí)行風(fēng)干處理后，避免出現(xiàn)氣液分離現(xiàn)象的發(fā)生。此外，若選擇超臨界干燥法，需要充分考慮介質(zhì)處于超臨界范圍的特征，優(yōu)先使其面值控制在“0”的狀態(tài)，為保證凝膠品質(zhì)奠定基礎(chǔ)[2]。為了有效提升氣凝膠的特性，結(jié)合建筑行業(yè)的具體需求，通常還要對(duì)氣凝膠進(jìn)行特殊處理，通常以復(fù)合改性為主。

3耐高溫氣凝膠絕熱材料在建筑行業(yè)中的應(yīng)用

建筑行業(yè)屬于高能耗行業(yè)，在建筑施工階段要耗費(fèi)多種資源。由于耐高溫氣凝膠性能良好，在熱導(dǎo)率較低的情況下?lián)碛休^低的熱導(dǎo)率，在建筑行業(yè)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。以建筑保溫、防火為例，不僅能夠滿足建筑工程的實(shí)際需求，展現(xiàn)出安全、可靠的特征，還能夠遵循生態(tài)環(huán)保建設(shè)的理念。

3.1氣凝膠混凝土在建筑行業(yè)中的使用

混凝土可以說(shuō)是建筑行業(yè)中應(yīng)用極其廣泛的材料，它通常直接構(gòu)成建筑的主體。其實(shí)，在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)中，許多建筑的熱量會(huì)被混凝土結(jié)構(gòu)吸收，加上其擁有獨(dú)特的隔熱和保溫功能，可充分展現(xiàn)出自身優(yōu)勢(shì)。在使用氣凝膠的條件下，會(huì)使混凝土整體建筑結(jié)構(gòu)的重量降低，有效提升抗壓能力。現(xiàn)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(dǎo)熱性能良好的氣凝膠混凝土材料。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，如果合理應(yīng)用氣凝膠混凝土，可以實(shí)現(xiàn)提升建筑主體強(qiáng)度的目標(biāo)，這種方法還能夠有效控制混凝土的密度和導(dǎo)熱率，通過(guò)優(yōu)化性能提升應(yīng)用范圍。因此，氣凝膠混凝土的應(yīng)用在減輕負(fù)重的基礎(chǔ)上，提升強(qiáng)度，顯著改變建筑主體的質(zhì)量。

3.2耐高溫氣凝膠顆粒在建筑行業(yè)中的使用

以二氧化硅氣凝膠為代表，其屬于由分子構(gòu)成的顆粒狀固體，通常在建筑行業(yè)的保溫材料中得到廣泛應(yīng)用。結(jié)合分子的具體特性，主要?jiǎng)澐譃槭杷陀H水兩種類型，在實(shí)際應(yīng)用階段，需要依據(jù)施工狀況予以調(diào)整。制備氣凝膠顆粒時(shí)，將甲酰胺視作催化劑，借助一次成型的方式予以制作，將水玻璃視作前驅(qū)體，按照規(guī)范化操作完成凝膠成型過(guò)程，最終得到氣凝膠顆粒。二次成型階段需要優(yōu)先制備成塊狀的凝膠狀態(tài)，在結(jié)合實(shí)際需求出發(fā)予以調(diào)整。建筑行業(yè)應(yīng)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(shí)還會(huì)與其它材料一起使用。通常氣凝膠顆粒的直徑在0.5mm—5mm之間，且密度小，實(shí)際使用期間，可以將這種氣凝膠顆粒材料和傳統(tǒng)無(wú)機(jī)材料共同使用，制備出滿足需求的保溫砂漿[3]。結(jié)合對(duì)氣凝膠材料在建筑行業(yè)中的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其在建筑節(jié)能環(huán)保方面具有重要應(yīng)用。以氈材、顆粒、粉體等材料為例，對(duì)比其它常見(jiàn)的保溫材料，就能夠觀察到耐高溫氣凝膠材料的優(yōu)勢(shì)。氣凝膠材料和常用保溫材料性能對(duì)比見(jiàn)表1。

3.3耐高溫氣凝膠絕熱板在建筑行業(yè)中的使用

保溫材料作為建筑行業(yè)的必備材料，按照當(dāng)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(tǒng)材料弊端，在展現(xiàn)出降低建筑熱能損耗的情況下，還可以提升其防火性能。

3.4氣凝膠玻璃在建筑行業(yè)中的使用

從玻璃在建筑行業(yè)的應(yīng)用情況來(lái)看，其主要發(fā)揮出通風(fēng)換氣和采光等特性，不過(guò)結(jié)合實(shí)際調(diào)查，發(fā)現(xiàn)通過(guò)玻璃損失的能耗是較大的。針對(duì)室內(nèi)保溫期間，許多熱量都會(huì)通過(guò)玻璃來(lái)消耗，現(xiàn)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(duì)較快的[5]。在正確使用氣凝膠玻璃的條件下可以呈現(xiàn)出保溫隔熱的優(yōu)良性能，并且滿足日常采光需求。同時(shí)，氣凝膠玻璃的應(yīng)用還能夠阻擋陽(yáng)光的直射，發(fā)揮出防輻射的運(yùn)用。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)高溫氣凝膠絕熱材料在建筑行業(yè)中的使用情況進(jìn)行分析時(shí)，從氣凝膠的制備過(guò)程出發(fā)，在實(shí)際應(yīng)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(xiàn)出氣凝膠的優(yōu)良隔離特性。在關(guān)注高溫氣凝膠絕熱材料在建筑行業(yè)中的應(yīng)用情況下，發(fā)揮出保溫、防輻射、防火、降低重量、提升強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 矯昕潼. 土木工程新型保溫隔熱材料的應(yīng)用 ——以納米氣凝膠保溫隔熱材料為例[J]. 科技風(fēng)，2019（19）：100，103.

[3] 王康凡. 氣凝膠材料在建筑行業(yè)中的應(yīng)用[J]. 建材與裝飾，2021，17（30）：48-49.

[4] 張廣鵬，吳會(huì)軍，劉彥辰，等. 氧化硅氣凝膠絕熱材料及其建筑減碳應(yīng)用[J]. 無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2021，53（9）：1-5.

[5] 張莉，劉潔玲. 新型復(fù)合建筑材料SiO2氣凝膠在土木工程應(yīng)用探析[J]. 化學(xué)工程師，2021（6）：52-55.F7EC7C08-F1D1-4B52-AEFA-8827B21A5599