建筑外墙保温系统用岩棉板细观结构及节能特性研究

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1、分类号:TU310710-2015128062硕士学位论文建筑外墙保温系统用岩棉板细观结构及节能特性研究周娟导师姓名职称李晓光教授申请学位级别工学硕士学科专业名称结构工程论文提交日期2018年4月20日论文答辩日期2018年6月5日学位授予单位长安大学StudyonMicrostructureandEnergySavingCharacteristicsofRockWoolBoardUsedforBuildingExternalWallInsulationSystemADissertationSubmitte

2、dfortheDegreeofMasterCandidate：ZhouJuanSupervisor：Prof.LiXiaoGuangChang’anUniversity,Xi’an,China摘要近年来，随着全社会节能减排意识的不断地提高，岩棉板作为一种新型节能材料被广泛应用于建筑外墙外保温系统。与此同时，如何进一步提升岩棉板的性能指标，提升其在外墙复杂环境中的耐久性，预测其服役期间的安全可靠性，已成为该类新型保温材料在建筑外墙围护结构系统中应用的发展方向和亟待解决的关键问题。目前，由于纤维制品结构的复杂性

3、，采用传统的实验室测试方法，难以理清上述问题。本研究运用Geodict软件对建筑外墙用岩棉板细观结构进行探测，并利用计算机建模的方式完成了其结构特性分析。在此基础上，建立了岩棉板细观结构特性与其节能属性的对应关系。结合传统实验室试验方法，探索了建筑外墙环境中岩棉板受软水侵蚀后其节能属性的变化趋势。主要研究内容和结果如下：（1）借助实验室分析设备完成了建筑外墙用岩棉板化学成分及物理指标分析。利用纳米CT断层扫描设备及计算机重构技术，量化岩棉板的细观结构。试验发现，岩棉单丝纤维的酸度系数可保证其在受侵蚀过程中，

4、单丝纤维性能指标相对稳定；岩棉板单丝纤维直径分布规律，均呈高斯分布。（2）运用Geodict软件可分别建立岩棉板实际模型。为减少计算量，提高计算机运行效率，在保证不改变岩棉板主要几何特征参数的基础上，建立了岩棉板简化模型。采用平板导热仪测试了试验用岩棉板样品的导热系数，经计算机虚拟结构建模及算法计算，获得构成岩棉板的单丝纤维导热系数。计算结果表明，岩棉单丝纤维导热系数为1.25W/(m·K)。计算值与人工辉绿岩玻璃导热系数较为接近。由于岩棉单丝纤维通常以辉绿岩、玄武岩为生产原料且其微观结构为玻璃体，可认为本

5、研究的计算结果较为可靠。确定岩棉单丝纤维导热系数值，为后续开展岩棉板细观结构变化对岩棉板导热系数的影响规律研究提供了关键材料指标，并为测量各类纤维导热系数提供了全新的思路。（3）运用岩棉板简化模型，研究了岩棉板表观密度和单丝纤维直径对岩棉板节能属性-导热系数的影响，并论证了计算机模拟试验方法的可靠性。模拟试验结果表明：岩棉板导热系数与其表观密度呈线性关系；随岩棉单丝纤维直径增加，岩棉板导热系数增加较快，当直径超过10μm后则趋于定值。当岩棉板表观密度在140~200kg/m3范围内，Geodict软件可准确

6、预测岩棉板导热系数。岩棉板表观密度低于180kg/m3可保证其导热i系数满足规范要求。岩棉单丝纤维直径小于5μm时，岩棉板的热工性能得到明显改善。以上研究成果，为目前建筑围护结构节能广泛应用的岩棉板细观结构优化措施，提供了关键技术思路。（4）将岩棉板浸泡于酸、水和碱溶液，模拟在建筑外墙环境中岩棉板的服役性能之一-热工性能的变化规律。发现三种模拟环境介质对岩棉板侵蚀作用均不可忽略，其中，碱溶液的侵蚀作用最为明显，且腐蚀初期对热工性能影响最大。运用串联热阻法和Geodict软件计算岩棉板孔隙进水率与岩棉板导热系

7、数之间的关系。发现当岩棉板中孔隙进水率小于20%时，岩棉板导热系数仍控制在约0.04W/（m·K）以内。当岩棉板孔隙进水率超过60%时，岩棉板导热系数迅速增加。当岩棉板孔隙进水率大于90%时，则其导热系数急剧增加。计算结果表明：岩棉板应尽量做好憎水处理措施，保证孔隙进水率小于20%。关键词：建筑外墙，岩棉板细观结构，导热系数，Geodict软件，服役性能iiAbstractInrecentyears,energysavingandemissionreductionaregettingmoreandmorea

8、ttentionwiththeeconomicdevelopment,rockwool,asakindofexcellentthermalinsulationmaterial,iswidelyusedinexteriorwallinsulationsystem.Atthesametime,howtofurtherenhancetheperformanceindexoftherockwoolboard,improv