王曉峰

摘要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活的環(huán)境以及建筑質(zhì)量有著更高的要求，而在建筑施工中為了提高建筑工程的質(zhì)量而應(yīng)用了堅固且運輸方便的多孔建筑材料，因此，多孔建筑材料對建筑工程有著較重要的作用。但是同時，多孔建筑材料會因自身結(jié)構(gòu)特點而產(chǎn)生熱濕物理性能，而熱濕物理性能影響著建筑材料的使用性能以及使用壽命，因此，本文需要探討多孔建筑材料熱濕物理性能，從而為進(jìn)一步改善多孔建筑材料以及合理的設(shè)計圍護(hù)結(jié)構(gòu)而提供有效地依據(jù)。

關(guān)鍵詞：多孔結(jié)構(gòu);建筑材料;熱濕物理性能;分析

本文分析了多孔介質(zhì)的傳熱質(zhì)理論，同時，結(jié)合建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)來分析了多孔介質(zhì)材料的傳質(zhì)系數(shù)，從而得知多孔建筑材料熱濕物理性能與建筑材料本身以及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)有著莫大的關(guān)系，因此，為進(jìn)一步改善多孔建筑材料以及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)提供有效的依據(jù)，從而為建筑材料研發(fā)領(lǐng)域提供一定的指導(dǎo)意義。

1 關(guān)于多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)理論分析

根據(jù)建筑市場來看，絕大部分的材料均屬于多孔介質(zhì)，它是一種固體與流體組成的復(fù)合介質(zhì)。但是目前為止還沒有對其有個明確的定義，根據(jù)相關(guān)研究學(xué)者J·Bear對其進(jìn)行的簡單定義得知：多孔介質(zhì)是指部分空間至少有一種非固態(tài)的物質(zhì)，固體部分被稱為固相基質(zhì)，固體以外的物質(zhì)以外的空間被稱為空隙空間。同時，多孔介質(zhì)中至少有一個空隙空間是相連通的。另外，在1990年S·P·W·Wong對建筑材料進(jìn)行了分類，即非多孔介質(zhì)材料、等吸濕多孔介質(zhì)材料以及毛細(xì)多孔介質(zhì)材料等。根據(jù)多孔介質(zhì)傳輸現(xiàn)象可以得知其具有以下特點：第一，多孔介質(zhì)傳輸涉及到較多的科學(xué)理論，因此具有多學(xué)科交叉的特點;第二，多孔介質(zhì)材料應(yīng)用于不同的地方，則側(cè)重點就不一樣，例如：當(dāng)多孔介質(zhì)材料應(yīng)用于石油開發(fā)中，則需要側(cè)重其液相流動的規(guī)律;第三，多孔介質(zhì)具有非均勻的特點，這也是構(gòu)成其復(fù)雜性的重要原因，在此則需要通過實踐來了解其中的規(guī)律性。

2 關(guān)于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)多孔介質(zhì)材料的傳質(zhì)系數(shù)分析

多孔介質(zhì)材料的各種傳遞系數(shù)在傳熱傳質(zhì)的研究過程中存在著較大的難題，相關(guān)研究學(xué)者通過一系列的研究，到目前為止，關(guān)于傳質(zhì)系數(shù)的研究成果有以下幾種：水蒸氣擴散系數(shù)、液態(tài)水?dāng)U散系數(shù)以及傳導(dǎo)系數(shù)。

2.1 水蒸氣擴散系數(shù)研究分析

水蒸氣擴散系數(shù)是指在一定的蒸汽壓差下，某一時間內(nèi)通過一定面積擴散的水蒸氣量。同時，根據(jù)材料的不同，水蒸氣的擴散系數(shù)是不盡相同的，通過研究發(fā)現(xiàn)，水蒸氣在材料中的擴散系數(shù)與其在空氣中的系數(shù)呈以下關(guān)系：，其中μ為水蒸氣的擴散阻力系數(shù)，其與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫σ约皽囟扔兄苯拥年P(guān)系，通過實踐計算得出，水蒸氣擴散系數(shù)具有以下幾種成果：第一，水蒸氣擴散系數(shù)在濕傳過程中為一定值;第二，水蒸氣擴散系數(shù)在不同材料中會產(chǎn)生不同的值;第三，水蒸氣擴散系數(shù)與材料物理有著一定的關(guān)系，且呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。

2.2 液態(tài)水?dāng)U散系數(shù)研究分析

隨著水蒸氣的含濕量的增加，在多孔材料中，將會出現(xiàn)水蒸氣以及液態(tài)水兩種介質(zhì)傳遞形式。針對液態(tài)水在整個濕傳遞過程中的變化，不同的研究者提出不同的方程來描述，例如：Künzel認(rèn)為濕擴散系數(shù)由吸濕水分階段與毛細(xì)水分階段結(jié)合而成的;而Roels針對水蒸氣濕傳遞給出了兩種擴散系數(shù)的計算辦法，一種是綜合指數(shù)法，另一種為疊加函數(shù)法，這種系數(shù)可以得出水汽曲線。

綜上所述，以上均是由國外研究學(xué)者針對擴散系數(shù)而提供的研究情況，我國國內(nèi)針對水分在混凝土中的擴散也進(jìn)行了大量的研究，以土壤與巖層水流為例，張靖在分析巖石擴散系統(tǒng)影響的基礎(chǔ)上提出擴散系數(shù)的溫度校正公式，從而建立了一套研究巖石擴散系統(tǒng)的方法;另外，劉志勇等人針對多孔介質(zhì)材料的氣體傳輸基礎(chǔ)上而提出一種混凝土氣體有效擴散系數(shù)的計算公式，從而提出一種可以通過提高壓力梯度來測量混凝土的透氣性試驗方法等等。而相對于建筑材料而言，其擴散系數(shù)的研究較少，但是也有相關(guān)研究者提出一些研究成果，例如：蘇向輝針對多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)熱濕遷移的問題，提出了將質(zhì)擴散系數(shù)與熱質(zhì)擴散系數(shù)作為溫度以及含濕量，來觀察液態(tài)水?dāng)U散系數(shù)的線性變化。

2.3 傳導(dǎo)系數(shù)研究分析

當(dāng)驅(qū)動力為毛細(xì)壓力時，傳濕量的系數(shù)等于液態(tài)水傳導(dǎo)系數(shù)。我國國內(nèi)不少研究學(xué)者就是利用液態(tài)水傳導(dǎo)系數(shù)來計算土壤方面的傳導(dǎo)系數(shù)。在普通建筑材料中，國外相關(guān)研究學(xué)者提出以下幾點模型，即簡化模型、網(wǎng)絡(luò)模型、管束模型等。簡化模型是不考慮多孔結(jié)構(gòu)以及彎曲因子的，而網(wǎng)絡(luò)模型是利用網(wǎng)格來模擬實際孔隙結(jié)構(gòu)，并且還通過了電阻網(wǎng)絡(luò)模型的驗證。

3 多孔建筑材料質(zhì)擴散系數(shù)研究分析

3.1 關(guān)于建筑材料多孔孔隙結(jié)構(gòu)分析

對于建筑材料而言，多孔孔隙影響著其材料的物理性質(zhì)，例如：強度、定都、彈性等，因此，需要研究以及了解孔隙結(jié)構(gòu)對材料性質(zhì)的影響，從而有效的解決多孔材料耦合計算的問題。材料內(nèi)部的熱濕物理性能與材料本身的結(jié)構(gòu)特性有著直接的關(guān)系，而多孔材料的復(fù)雜性以及多樣性使得多孔材料的孔隙結(jié)構(gòu)模型的建立有著較大的難度，但是還是取得了突破性的收獲，例如：在研究多孔材料結(jié)構(gòu)表征中，探析出了圖像分析技術(shù)等相關(guān)設(shè)備?？紫督Y(jié)構(gòu)可以分為以下兩類，即各向同性與各向異性，其中各向異性材料給熱濕傳遞性能的研究帶來一定的難度，所以本文著重結(jié)合多孔孔隙結(jié)構(gòu)的各向同性建筑材料來分析熱濕傳遞性能。

3.2 關(guān)于質(zhì)擴散系數(shù)的推導(dǎo)分析

為了闡述濕分在多孔孔隙結(jié)構(gòu)各向同性建筑材料中的傳遞過程，則需要將材料的孔隙體積進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分。當(dāng)熱力學(xué)平衡時，多孔材料的濕度會隨著附近空氣的濕度而升高，一旦到了一定濕度程度時則會凝結(jié)液態(tài)水。這時候液態(tài)水會居于孔隙中，隨著濕度進(jìn)一步增高，則形成以液態(tài)水的形式來傳遞濕度，在此過程中及公共三個含濕量過程，即干燥含濕量、過渡含濕量、有效含濕量。由于水蒸氣以及液態(tài)水的傳輸機理不一樣，有串聯(lián)模式與并聯(lián)模式，因此，多孔介質(zhì)中濕熱傳遞情況也不盡相同。

4 結(jié)語

本文分析了多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)理論，同時，結(jié)合多孔建筑材料質(zhì)擴散系數(shù)理論來分析了熱濕物理性能，多孔孔隙結(jié)構(gòu)的建筑材料產(chǎn)生熱濕物理性能與建筑的整體能耗以及室內(nèi)熱濕環(huán)境有著直接的聯(lián)系。改善對孔結(jié)構(gòu)建筑材料的熱濕物理性能對實現(xiàn)低碳、低能耗的建筑工程有著十分重要的作用，從而為建筑企業(yè)帶來經(jīng)濟效益與社會效益。

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（作者單位：甘肅中興盛鼎建筑工程公司）