多孔建筑材料热湿物理性能探究及应用

王晓峰

摘要：随着社会经济的发展，人们对生活的环境以及建筑质量有着更高的要求，而在建筑施工中为了提高建筑工程的质量而应用了坚固且运输方便的多孔建筑材料，因此，多孔建筑材料对建筑工程有着较重要的作用。但是同时，多孔建筑材料会因自身结构特点而产生热湿物理性能，而热湿物理性能影响着建筑材料的使用性能以及使用寿命，因此，本文需要探讨多孔建筑材料热湿物理性能，从而为进一步改善多孔建筑材料以及合理的设计围护结构而提供有效地依据。

关键词：多孔结构;建筑材料;热湿物理性能;分析

本文分析了多孔介质的传热质理论，同时，结合建筑围护结构来分析了多孔介质材料的传质系数，从而得知多孔建筑材料热湿物理性能与建筑材料本身以及建筑围护结构有着莫大的关系，因此，为进一步改善多孔建筑材料以及建筑围护结构提供有效的依据，从而为建筑材料研发领域提供一定的指导意义。

1 关于多孔介质传热传质理论分析

根据建筑市场来看，绝大部分的材料均属于多孔介质，它是一种固体与流体组成的复合介质。但是目前为止还没有对其有个明确的定义，根据相关研究学者J·Bear对其进行的简单定义得知：多孔介质是指部分空间至少有一种非固态的物质，固体部分被称为固相基质，固体以外的物质以外的空间被称为空隙空间。同时，多孔介质中至少有一个空隙空间是相连通的。另外，在1990年S·P·W·Wong对建筑材料进行了分类，即非多孔介质材料、等吸湿多孔介质材料以及毛细多孔介质材料等。根据多孔介质传输现象可以得知其具有以下特点：第一，多孔介质传输涉及到较多的科学理论，因此具有多学科交叉的特点;第二，多孔介质材料应用于不同的地方，则侧重点就不一样，例如：当多孔介质材料应用于石油开发中，则需要侧重其液相流动的规律;第三，多孔介质具有非均匀的特点，这也是构成其复杂性的重要原因，在此则需要通过实践来了解其中的规律性。

2 关于建筑围护结构多孔介质材料的传质系数分析

多孔介质材料的各种传递系数在传热传质的研究过程中存在着较大的难题，相关研究学者通过一系列的研究，到目前为止，关于传质系数的研究成果有以下几种：水蒸气扩散系数、液态水扩散系数以及传导系数。

2.1 水蒸气扩散系数研究分析

水蒸气扩散系数是指在一定的蒸汽压差下，某一时间内通过一定面积扩散的水蒸气量。同时，根据材料的不同，水蒸气的扩散系数是不尽相同的，通过研究发现，水蒸气在材料中的扩散系数与其在空气中的系数呈以下关系：，其中μ为水蒸气的扩散阻力系数，其与当地大气压力以及温度有着直接的关系，通过实践计算得出，水蒸气扩散系数具有以下几种成果：第一，水蒸气扩散系数在湿传过程中为一定值;第二，水蒸气扩散系数在不同材料中会产生不同的值;第三，水蒸气扩散系数与材料物理有着一定的关系，且呈现出一定的规律。

2.2 液态水扩散系数研究分析

随着水蒸气的含湿量的增加，在多孔材料中，将会出现水蒸气以及液态水两种介质传递形式。针对液态水在整个湿传递过程中的变化，不同的研究者提出不同的方程来描述，例如：Künzel认为湿扩散系数由吸湿水分阶段与毛细水分阶段结合而成的;而Roels针对水蒸气湿传递给出了两种扩散系数的计算办法，一种是综合指数法，另一种为叠加函数法，这种系数可以得出水汽曲线。

综上所述，以上均是由国外研究学者针对扩散系数而提供的研究情况，我国国内针对水分在混凝土中的扩散也进行了大量的研究，以土壤与岩层水流为例，张靖在分析岩石扩散系统影响的基础上提出扩散系数的温度校正公式，从而建立了一套研究岩石扩散系统的方法;另外，刘志勇等人针对多孔介质材料的气体传输基础上而提出一种混凝土气体有效扩散系数的计算公式，从而提出一种可以通过提高压力梯度来测量混凝土的透气性试验方法等等。而相对于建筑材料而言，其扩散系数的研究较少，但是也有相关研究者提出一些研究成果，例如：苏向辉针对多孔结构内热湿迁移的问题，提出了将质扩散系数与热质扩散系数作为温度以及含湿量，来观察液态水扩散系数的线性变化。

2.3 传导系数研究分析

当驱动力为毛细压力时，传湿量的系数等于液态水传导系数。我国国内不少研究学者就是利用液态水传导系数来计算土壤方面的传导系数。在普通建筑材料中，国外相关研究学者提出以下几点模型，即简化模型、网络模型、管束模型等。简化模型是不考虑多孔结构以及弯曲因子的，而网络模型是利用网格来模拟实际孔隙结构，并且还通过了电阻网络模型的验证。

3 多孔建筑材料质扩散系数研究分析

3.1 关于建筑材料多孔孔隙结构分析

对于建筑材料而言，多孔孔隙影响着其材料的物理性质，例如：强度、定都、弹性等，因此，需要研究以及了解孔隙结构对材料性质的影响，从而有效的解决多孔材料耦合计算的问题。材料内部的热湿物理性能与材料本身的结构特性有着直接的关系，而多孔材料的复杂性以及多样性使得多孔材料的孔隙結构模型的建立有着较大的难度，但是还是取得了突破性的收获，例如：在研究多孔材料结构表征中，探析出了图像分析技术等相关设备。孔隙结构可以分为以下两类，即各向同性与各向异性，其中各向异性材料给热湿传递性能的研究带来一定的难度，所以本文着重结合多孔孔隙结构的各向同性建筑材料来分析热湿传递性能。

3.2 关于质扩散系数的推导分析

为了阐述湿分在多孔孔隙结构各向同性建筑材料中的传递过程，则需要将材料的孔隙体积进行进一步细分。当热力学平衡时，多孔材料的湿度会随着附近空气的湿度而升高，一旦到了一定湿度程度时则会凝结液态水。这时候液态水会居于孔隙中，随着湿度进一步增高，则形成以液态水的形式来传递湿度，在此过程中及公共三个含湿量过程，即干燥含湿量、过渡含湿量、有效含湿量。由于水蒸气以及液态水的传输机理不一样，有串联模式与并联模式，因此，多孔介质中湿热传递情况也不尽相同。

4 结语

本文分析了多孔介质传热传质理论，同时，结合多孔建筑材料质扩散系数理论来分析了热湿物理性能，多孔孔隙结构的建筑材料产生热湿物理性能与建筑的整体能耗以及室内热湿环境有着直接的联系。改善对孔结构建筑材料的热湿物理性能对实现低碳、低能耗的建筑工程有着十分重要的作用，从而为建筑企业带来经济效益与社会效益。

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（作者单位：甘肃中兴盛鼎建筑工程公司）