浸水對硅質(zhì)聚苯板保溫性能的影響及解決方案探討

郭書源， 趙 敏， 武 昕

(西安工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 西安 710021)

近年來為解決我國城鎮(zhèn)化過程中突顯出的建筑能耗問題，國家制定了相關(guān)的法律法規(guī)[1-3]，規(guī)定建筑物要在安全的基礎(chǔ)上，減少能耗，達(dá)到綠色節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)。建筑節(jié)能是指通過建筑過程中的一些措施有效地降低建筑能耗，而構(gòu)建建筑外圍保溫體系，是其中重要的節(jié)能措施。外墻保溫材料性能則是使建筑外圍保溫體系發(fā)揮作用的關(guān)鍵。因此新型的綠色環(huán)保外墻保溫材料得到了大力推廣。

聚苯板作為一種新型的外墻環(huán)保保溫材料，不僅具有導(dǎo)熱系數(shù)小，保溫隔熱效果好等優(yōu)點(diǎn)，而且具有A級不燃性，是理想的外墻環(huán)保保溫材料。目前專業(yè)人士對硅質(zhì)聚苯板在復(fù)雜條件下作為外墻保溫系統(tǒng)的保溫性能研究較為缺乏。因此，對于保證硅質(zhì)聚苯板在復(fù)雜條件下的保溫性能的研究至關(guān)重要。

本文主要研究浸水對硅質(zhì)聚苯板保溫性能的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計

1.1 聚苯板的準(zhǔn)備

聚苯板屬于一種新型建筑保溫材料，是基于EPS保溫板改良制成，運(yùn)用高壓技術(shù)將阻燃液體壓入EPS顆粒中，接著預(yù)熱烘干使阻燃液體儲存于EPS板中，最后在模具中加熱泡制成硅質(zhì)聚苯板。

選擇硅質(zhì)聚苯板要注意以下幾點(diǎn)：

1)聚苯板質(zhì)量應(yīng)達(dá)標(biāo)。目前硅質(zhì)聚苯板正處于初步發(fā)展階段，相關(guān)部門并未對聚苯板質(zhì)量要求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范，因此市場上的硅質(zhì)聚苯板質(zhì)量良莠不齊，一些不良商家為追求高利潤，在硅質(zhì)聚苯板質(zhì)量上以次充好；

2)聚苯板應(yīng)具有保溫性能好、防火效果佳、導(dǎo)熱系數(shù)小、幾何穩(wěn)定性高等性能指標(biāo)；

3)聚苯板尺寸、厚度應(yīng)符合當(dāng)?shù)丨h(huán)境。比如南北方氣候差異，所選的保溫材料就不同。要根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境選取最佳厚度、最耐用的保溫材料，滿足在相應(yīng)規(guī)范中的使用壽命。

基于以上三點(diǎn)，經(jīng)過對建材市場的情況的市場調(diào)研，選取了西安北大明宮建材市場上的優(yōu)質(zhì)硅質(zhì)聚苯板作為本文的試驗(yàn)研究對象。該保溫板的性能指標(biāo)如表1所示。

1.2 粘結(jié)砂漿

聚合物粘結(jié)砂漿具有固結(jié)時間短、粘接性高、性能穩(wěn)定、和易性好、耐凍融等優(yōu)點(diǎn)，目前作為聚苯板保溫體系建筑墻體與硅質(zhì)聚苯板粘結(jié)的專用砂漿。本次粘結(jié)砂漿采用西安瑞格建材有限公司生產(chǎn)的RG-A型聚合物粘結(jié)砂漿(保溫板粘結(jié)專用)，該砂漿質(zhì)量高，屬性優(yōu)良。

1.3 硅質(zhì)聚苯板試樣制備

硅質(zhì)聚苯板保溫體系在飾面層和抹面層掉落后，裸露在外的硅質(zhì)聚苯板就會直接面對自然環(huán)境的考驗(yàn)，保溫體系整體的保溫性能就開始降低。故本次試驗(yàn)的試樣采用硅質(zhì)聚苯板和粘結(jié)砂漿粘結(jié)的方式進(jìn)行制備。

表1 聚苯板性能指標(biāo)

市場采購硅質(zhì)聚苯板的尺寸為650 mm×650 mm×40 mm，用鋒利的鋸齒刀將其分割成成150 mm×150 mm×40 mm試件備用。

1.4 粘結(jié)砂漿制備

將聚合物砂漿與水按 的比例混合，靜置3 min后再次攪拌均勻，粘結(jié)砂漿應(yīng)做到隨做隨用，最好在2 h內(nèi)使用完畢。

1.5 硅質(zhì)聚苯板保溫體系試件制備

使用整面粘結(jié)法用抹灰刀將制備好的粘結(jié)砂漿涂抹在硅質(zhì)聚苯板試件上，涂抹均勻后，置于溫度(10～28) ℃，濕度(50±10)%的養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)485 h，然后測試每塊試樣的初始導(dǎo)熱系數(shù)。硅質(zhì)聚苯板及試樣制備過程如圖1所示。

圖1 粘接砂漿制備及試樣制作

1.6 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)所用的導(dǎo)熱系數(shù)測試儀是北京世紀(jì)建通環(huán)境技術(shù)有限公司生產(chǎn)的JTRG-III導(dǎo)熱系數(shù)測試儀。該設(shè)備的測試范圍為0.02～0.8 W/(m·K)，相對誤差≤±3%。熱板和冷板的溫度分別設(shè)定在5 ℃和40 ℃左右。當(dāng)被測試保溫板的試驗(yàn)達(dá)到一定時間，且熱板、冷板的實(shí)測熱流恒定不變時，即可判定該保溫板達(dá)到一個穩(wěn)定狀態(tài)。導(dǎo)熱系數(shù)儀如圖2所示。

圖2 導(dǎo)熱系數(shù)儀

恒溫水箱采用金壇區(qū)西城新瑞儀器廠生產(chǎn)的HH-600恒溫水箱，溫度控制范圍：室溫—99 ℃，控制精度≤0.5 ℃。恒溫水箱如圖3所示。

圖3 恒溫水箱

1.7 試驗(yàn)方法

本次硅質(zhì)聚苯板保溫體系浸水試驗(yàn)的方法如下：將試樣置于恒溫20 ℃的HH-600型恒溫水箱中浸泡，測試隨著浸水時長的增加，浸水對于硅質(zhì)聚苯板保溫體系保溫性能的影響。為保證測試的準(zhǔn)確性，每次測試后，試樣必須在20 ℃恒溫箱內(nèi)風(fēng)干，然后再進(jìn)行下一次試驗(yàn)。

2 浸水試驗(yàn)結(jié)果與分析

經(jīng)過試驗(yàn)，我們記錄了硅質(zhì)聚苯板保溫體系試樣在不同浸水時長下導(dǎo)熱系數(shù)的變化情況，數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 浸水對硅質(zhì)聚苯板保溫體系保溫性能的影響

根據(jù)硅質(zhì)聚苯板保溫體系浸水試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著浸水時長的不斷增加，硅質(zhì)聚苯板保溫體系的導(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)出先增長，而后達(dá)到相對穩(wěn)定的趨勢，證明硅質(zhì)聚苯板保溫體系在吸水性達(dá)到飽和的情況下，導(dǎo)熱系數(shù)基本達(dá)到穩(wěn)定。在浸水試驗(yàn)開始階段，硅質(zhì)聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)會隨著浸水時長增加，這是因?yàn)楣栀|(zhì)聚苯板是由覆有阻燃硅質(zhì)液的聚苯顆粒預(yù)發(fā)加熱制成。雖然硅質(zhì)聚苯顆粒具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、防水的特性，但硅質(zhì)聚苯板的結(jié)構(gòu)是由硅質(zhì)聚苯顆粒熱熔連接的互聯(lián)式蜂窩結(jié)構(gòu)，顆粒間會存有一定的孔隙，經(jīng)過浸水，水分會逐步填充硅質(zhì)聚苯顆粒間的孔隙，而水是很好的導(dǎo)熱材料，所以硅質(zhì)聚苯板保溫體系的導(dǎo)熱系數(shù)會在遇水后隨著導(dǎo)熱逐步增加。到浸水試驗(yàn)后期，由于硅質(zhì)聚苯板顆粒間的孔隙空間充滿水分，硅質(zhì)聚苯板含水率達(dá)到飽和后不再吸收水分，因此硅質(zhì)聚苯板保溫體系導(dǎo)熱系數(shù)趨于穩(wěn)定。

由圖4可以看出，硅質(zhì)聚苯板保溫體系在經(jīng)歷9個小時的浸水時長的情況下，硅質(zhì)聚苯板的吸水率達(dá)到100%，硅質(zhì)聚苯板保溫體系導(dǎo)熱系數(shù)會趨于穩(wěn)定，最終穩(wěn)定在0.11 W/(m·K)左右。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范規(guī)定，凡平均溫度不高于350 ℃時保溫板保溫體系的導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12 W/(m·K)的體系稱為保溫體系。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，硅質(zhì)聚苯板保溫體系在吸水率達(dá)到飽和時雖然仍能達(dá)到保溫體系的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，但已經(jīng)接近于失去保溫性能。浸水試驗(yàn)結(jié)果表明在自然環(huán)境中，雨水的滲入會導(dǎo)致硅質(zhì)聚苯板保溫體系保溫性能降低。

為總結(jié)浸水時長與硅質(zhì)聚苯板保溫體系導(dǎo)熱系數(shù)的相關(guān)規(guī)律，我們使用了數(shù)據(jù)處理軟件對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如圖5所示。

圖5 浸水損傷擬合

如圖5所示，浸水損傷試驗(yàn)擬合公式為y=0.06998×x0.16157。

經(jīng)過試驗(yàn)，得出硅質(zhì)聚苯板保溫體系導(dǎo)熱系數(shù)在浸水自然因素影響下保溫系數(shù)的變化情況，通過分析這種損傷規(guī)律，總結(jié)得到以下結(jié)論：

硅質(zhì)聚苯板保溫體系在浸水試驗(yàn)開始時，導(dǎo)熱系數(shù)快速增加；在浸水時長達(dá)到9 h后含水率達(dá)到飽和，導(dǎo)熱系數(shù)趨于穩(wěn)定，而在導(dǎo)熱系數(shù)快速增加的過程中，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷9 h后，導(dǎo)熱系數(shù)總增長率為76.57%。因此應(yīng)加強(qiáng)防水措施，避免浸水對硅質(zhì)聚苯板保溫體系的保溫性能造成影響。

3 改良試驗(yàn)

3.1 改良試驗(yàn)試樣的制備

1)硅質(zhì)聚苯板及粘結(jié)砂漿的制作方法與前文所述相同。

2)憎水劑選用北京瑞盛特建材有限公司生產(chǎn)的無機(jī)透明有機(jī)硅憎水劑。

3)改良硅質(zhì)聚苯板保溫體系試件的制作。

a.配制粘結(jié)砂漿：聚合物砂漿與水按4∶1的比例混合均勻，靜置3 min后，再次攪拌均勻，粘結(jié)砂漿應(yīng)做到隨做隨用，最好在2 h內(nèi)使用完畢。

b.硅質(zhì)聚苯板與粘結(jié)砂漿選用整面粘接法，將粘結(jié)砂漿均勻涂抹于硅質(zhì)聚苯板表面，并用抹子將其涂抹均勻。

c.將試樣置于溫度(10～28)℃，濕度(50±10)%的養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)48 h。

d.將憎水劑與水按的比例攪拌均勻，然后均勻噴涂在硅質(zhì)聚苯板上，最后將試樣置于溫度(10～28) ℃，濕度(50±10)%的養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)48 h。

3.2 改良試驗(yàn)方法

1)試驗(yàn)設(shè)備。導(dǎo)熱系數(shù)儀：北京世紀(jì)建通環(huán)境技術(shù)有限公司生產(chǎn)的JTRG-III導(dǎo)熱系數(shù)測試儀。該設(shè)備的測試范圍為0.02～0.8 W/(m·K)，相對誤差≤±3%。熱板和冷板的溫度分別設(shè)定在5 ℃和40 ℃左右。

恒溫水箱：金壇區(qū)西城新瑞儀器廠生產(chǎn)的HH-600恒溫水箱，溫度控制范圍：室溫-99 ℃，控制精度≤0.5 ℃。

2)試驗(yàn)步驟。將試樣置于恒溫20 ℃的HH-600型恒溫水箱中浸泡，測試隨著浸水時長的增加對硅質(zhì)聚苯板保溫體系保溫性能的影響；為保證測試的準(zhǔn)確性，每次測試后，將試樣放置在20 ℃恒溫箱內(nèi)風(fēng)干后再進(jìn)行下一次試驗(yàn)。

3.3 改良硅質(zhì)聚苯板試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過浸水試驗(yàn)，我們記錄了改良硅質(zhì)聚苯板保溫體系試樣在不同浸水時長下導(dǎo)熱系數(shù)的變化情況，數(shù)據(jù)如下圖6所示。

圖6 浸水時長對改良硅質(zhì)聚苯板保溫體系保溫性能影響

由圖6可以得出，改良后的硅質(zhì)聚苯板經(jīng)歷9小時浸水試驗(yàn)之后，試驗(yàn)的四組試樣的導(dǎo)熱系數(shù)平均增加0.004 1 W/(m·K)左右，增長率為6.66%；經(jīng)歷16小時之后，改良后的硅質(zhì)聚苯板保溫體系導(dǎo)熱系數(shù)增加0.011 W/(m·K)左右，增長率為%；其中從浸水9小時到浸水16小時之間，增長率的變化為11.2%；硅質(zhì)聚苯板保溫體系試件經(jīng)歷20小時浸泡后，試件的導(dǎo)熱系數(shù)穩(wěn)定在0.072 6 W/(m·K)，試樣的導(dǎo)熱系數(shù)不再增加。

根據(jù)改良硅質(zhì)聚苯板保溫體系浸水損傷試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著浸水時長的不斷增加，硅質(zhì)聚苯板保溫體系的導(dǎo)熱系數(shù)變化呈現(xiàn)先緩慢增長，后快速增長，最后趨于穩(wěn)定的規(guī)律。導(dǎo)熱系數(shù)的變化趨勢表明：硅質(zhì)聚苯板表面覆蓋的憎水劑起到了防水的作用。由于憎水劑覆蓋的不夠均勻，少部分水分可通過孔隙滲透進(jìn)硅質(zhì)聚苯板中，硅質(zhì)聚苯板保溫體系的導(dǎo)熱系數(shù)仍在增長，但增速較緩(增長率為6.66%)；隨著硅質(zhì)聚苯板浸泡時長的增加，硅質(zhì)聚苯板表面覆蓋的憎水劑或有少許脫落的現(xiàn)象，加速了硅質(zhì)聚苯板空隙內(nèi)含水量的增長，因此硅質(zhì)聚苯板保溫體系的導(dǎo)熱系數(shù)在緩慢增長一定時間后增長速率變大(增長率的變化為11.2%)。試驗(yàn)后期硅質(zhì)聚苯板保溫體系導(dǎo)熱系數(shù)趨于穩(wěn)定，為0.072 6 W/(m·K)，且不再變化，可表明憎水劑的覆蓋使大部分硅質(zhì)聚苯板孔隙內(nèi)再沒有水分的滲入。由此可見，硅質(zhì)聚苯板保溫體系在增加防水涂層后，達(dá)到穩(wěn)定后的導(dǎo)熱系數(shù)0.072 6 W/(m·K)比未增加防水層的硅質(zhì)聚苯板浸水9小時后0.11 W/(m·K)的導(dǎo)熱系數(shù)要低得多，充分證明增加防水層后，硅質(zhì)聚苯板保溫體系保溫性能得到有效的保護(hù)，能維持長效的保溫效果。

為總結(jié)浸水時長與改良后的硅質(zhì)聚苯板保溫體系導(dǎo)熱系數(shù)的相關(guān)規(guī)律，我們再次使用了數(shù)據(jù)處理軟件對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如下圖7所示。

圖7 改良硅質(zhì)聚苯板浸水損傷擬合

如上圖所示，浸水時長與改良后的硅質(zhì)聚苯板保溫體系試件的擬合公式為y=0.05844×x0.06914。

3.4 施工現(xiàn)場試驗(yàn)與驗(yàn)證

為了充分驗(yàn)證硅質(zhì)聚苯板保溫體系增加防水層對于降低浸水對保溫效果影響的有效性，我們的試驗(yàn)人員特在施工現(xiàn)場進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)來驗(yàn)證其合理性。

3.4.1 試驗(yàn)材料制備

1)按照施工工藝在硅質(zhì)聚苯板上依次增加粘接層、防水層、抹面層和裝飾層；

2)按照施工標(biāo)準(zhǔn)對試樣進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；

3)測試硅質(zhì)聚苯板保溫體系的初始導(dǎo)熱系數(shù)。

3.4.2 試驗(yàn)方法

嚴(yán)格按照在實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)步驟，將硅質(zhì)聚苯板保溫體系浸泡于室外水箱中，記錄不同浸水時長對硅質(zhì)聚苯板保溫體系的影響。

3.4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過現(xiàn)場試驗(yàn)，我們記錄了改良后的硅質(zhì)聚苯板保溫體系試樣在施工現(xiàn)場不同浸水時長下導(dǎo)熱系數(shù)的變化情況，數(shù)據(jù)如圖8所示。

圖8 現(xiàn)場浸水試驗(yàn)

通過施工現(xiàn)場試驗(yàn)的數(shù)據(jù)圖表來看，四組試樣的變化趨勢與改良后的硅質(zhì)聚苯板試樣在室內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化曲線基本一致，從而得出其改良效果一致，有效地證明了硅質(zhì)聚苯板保溫體系增加防水層的合理性。

4 結(jié)語

通過上述試驗(yàn)可知，硅質(zhì)聚苯板保溫體系在受浸水因素影響后，其保溫性能降低非常明顯。為了降低這種浸水損傷造成的影響，我們提出了對硅質(zhì)聚苯板增加防水層的方案，并通過對增加防水層的硅質(zhì)聚苯板保溫體系進(jìn)行損傷試驗(yàn)，綜合試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)分析得到以下結(jié)論：

硅質(zhì)聚苯板保溫體系增加防水層后，其保溫體系的保溫性能與未增加防水層的保溫體系保溫性能相比，有十分明顯的改善作用。在浸水損傷試驗(yàn)中，試樣在試驗(yàn)中浸水達(dá)到飽和以后，增加防水層的硅質(zhì)聚苯板試樣導(dǎo)熱系數(shù)增長率為17.86%，而無防水層的試樣導(dǎo)熱系數(shù)增長率為，充分證明增加防水層后，硅質(zhì)聚苯板保溫體系保溫性能得到了有效的保護(hù)，能維持長效的保溫效果。為進(jìn)一步驗(yàn)證室內(nèi)試驗(yàn)的合理性，我們在施工現(xiàn)場做了同樣的試驗(yàn)。通過比較施工現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)與室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了兩者在變化趨勢上的相似性，從而有效地證明了硅質(zhì)聚苯板增加防水層的可行性。

在自然環(huán)境中，不僅浸水會對外墻外保溫體系產(chǎn)生影響，光照、凍融等也會對其產(chǎn)生影響。本文主要探究浸水對于外墻外保溫體系的影響及解決方案，并未對浸水以外的其他因素進(jìn)行探究，更全面的分析結(jié)果需后續(xù)考察更多的影響因素。根據(jù)本文的試驗(yàn)結(jié)果及分析探究結(jié)果，可以了解到給硅質(zhì)聚苯板增加防水層的必要性和可行性，隨著硅質(zhì)聚苯板在外墻外保溫體系中的廣泛應(yīng)用，給硅質(zhì)聚苯板增加防水層勢在必行。