吸濕型材料改善建筑物地下層潮濕環境研究

【摘 要】 本文嘗試研制一種新型吸濕型材料，利用該材料的自我調濕恢復功能，即在高濕度時可除濕并排出水分，干燥季節可恢復自身除濕功能，用來改善建筑物地下層潮濕環境，并進行初步的實驗研究。

【關鍵詞】 吸濕型材料；潮濕環境；建筑物地下層；改善

1.引言

寧波受梅雨和臺風兩大氣候影響，室內的濕度往往達到95%以上，甚至達到100%，導致建筑物墻體處于高濕度環境。在濕度過高的環境中，容易影響人的正常情緒，還可能引發關節炎、凍瘡、呼吸系統等一些疾病；高濕度也會降低建筑結構材料的使用質量和耐久性以及裝飾效果甚至造成裝飾層的脫落，降低建筑節能效果，甚至影響建筑物使用壽命。

建筑物的防潮有主動防潮和被動防潮兩大類。一般以主動防潮為主，被動防潮為輔。但主動防潮存在防潮材料涂布不勻，使用壽命短，粘附性差，易剝落等缺點，而被動防潮如使用干燥劑，吸濕器等方法，時間長了就會失去防潮效果。

本文嘗試研制一種新型吸濕型材料，通過“以排治潮”，來改善建筑物地下層潮濕環境。該材料具有自我恢復功能，即在高濕度時可以除濕并排出水分，干燥季節可以恢復自身除濕功能，這樣可以避免干燥劑，吸濕器等因使用時間過長而吸濕效果差的問題。

2.吸濕型材料調濕原理分析

吸濕型材料對濕氣的吸收與釋放取決于表面的濕氣分壓力及周圍環境空氣的濕氣分壓力，如圖1所示。其中Ps表示吸濕型材料表面濕氣分壓力，Pa表示周圍環境空氣的濕氣分壓力。當Ps>Pa時，濕氣被釋放；當Ps

本吸濕型材料主要材料是蒙脫土，輔助其他材料進行改性處理，形成一種具有許多能吸附和解析水蒸氣的微孔材料，即新型吸濕型材料。蒙脫土是一種具有層狀結構的鋁硅酸鹽礦物。它的單位晶胞系由二層狀四面體，中間夾著一層八面體所組成，相鄰層的硅氧四面體通過鋁氧八面體構成層結構。由于層間靠陽離子的靜電引力聯接，這種靜電引力較弱，使它具有可交換性能，在極性溶劑如水的作用下，層間距有可膨脹性。蒙脫土的層狀結構及能吸附和釋放水蒸氣的特性，使它成為較好的吸濕材料。當空氣中的水蒸汽分壓高于其孔內凹液面上水的飽和蒸汽壓時，水蒸汽被吸附，反之則脫附。

3.吸濕型材料調濕實驗

3.1 飽和蒸汽壓下吸濕性實驗

吸濕型材料飽和蒸汽壓下吸濕量的測量在干燥器中進行。實驗時，首先將干燥器中的干燥劑取出，加水至液面接近隔板，然后將干燥器的蓋子蓋上，此時干燥器內空間就形成了一個封閉環境，可以近似認為是一個飽和濕度環境。

隨后，在天平上稱取一定質量的調濕材料質量（記為W0），置于玻璃皿中，放到干燥器中的隔板上，蓋上干燥器后，每隔一定的時間將玻璃皿取出，并測出此時調濕材料的質量（記為Wt），因而此時的含濕量Wt-W0，吸濕率δ為（Wt-W0）*100%/W0。以吸濕率相對時間為坐標，可得到飽和蒸汽壓下該調濕材料的吸濕曲線，如圖2所示。

從圖2可見，該吸濕型材料較好的吸濕量效果，可見初期的吸濕速度比較快，在2h時吸濕率δ可達10%左右，10h時達到30%以上，在40h時大體上達到飽和吸濕量的90%左右，可見達到飽和吸濕量的時間較短。

3.2 高濕環境下的吸濕實驗

為模擬寧波用4～6月的梅雨季節和8～9月臺風雨導致的高濕度環境，采用40L大小密封有機玻璃箱作為實驗模擬室，用溫濕度傳感儀器不間斷測量相對濕度。實驗時，充入高濕空氣并靜止，使實驗模擬室內部相對濕度維持在95%，然后放入該吸濕型材料進行除濕實驗，直至實驗模擬室內部濕度保持恒定。實驗結果如圖3所示。

由圖3可見，該吸濕型材料在相對濕度大的時候，具有良好吸濕性能，能在幾小時內可以使實驗模擬室的相對濕度降到90%以下，在20h內降到80%以下，而后基本上在相對濕度70%左右保持平衡。這可以明顯改善環境中的相對濕度，但與人類活動中最佳濕度范圍45%～65%有一些差距，這可能是吸濕型材料內部已處于吸水飽和狀態，就是增加吸濕型材料數量也無法再使實驗模擬室的相對濕度降低。

3.3 低濕環境下的放濕實驗

為模擬低濕環境，在該實驗模擬室充入干燥的空氣，保持相對濕度35%左右，然后該吸濕型材料（事先已作飽和吸水處理），直至實驗模擬室內部濕度保持恒定。實驗結果如圖4。

由圖4可見，該吸濕型材料在相對濕度比較低的時候，具有較好的放濕性能，10 h內可以使實驗模擬室內濕度達到45%以上，但隨后放濕速度放慢，平衡時相對濕度在52%左右。分析原因，這可能是蒙脫土在持續放濕過程中，水蒸氣分子逐漸封閉了蒙脫土的內孔，導致后來水蒸氣分子擴散比較慢，放濕過程停滯。

3.4 模擬環境下的調濕實驗及分析

為了模擬真實環境下該吸濕型材料的調濕效果，在某建筑物地下層進行應用，實驗時間為9月中旬到9月下旬，測量到的室內平均室溫在23～30℃之間。通過放置該吸濕型材料，發現該地下層的平均相對濕度持續保持在65%～75%，相比未放置前的平均相對濕度在80%～90%之間，明顯改善許多。這可以從圖5吸濕材料的等溫平衡含濕曲線看出。圖5中的曲線1和2分別為吸濕材料吸濕和放濕性能曲線，dmin和dmax分別為材料放濕后的最小和最大含濕量，φ1和φ2分別為該材料放濕和吸濕前地下層周圍的相對濕度。

當建筑物地下層的相對濕度超過φ2時，平衡含濕量急劇增加，材料吸收建筑物地下層周圍中的水分；當建筑物地下層周圍中的相對濕度低于φ1時，平衡含濕量迅速降低，材料緩慢恢復自身吸濕功能。只要材料的含濕量處于dmin～dmax之間，室內空氣相對濕度就自動維持在φ1～φ2范圍內。

4.結論

本文對新型吸濕型材料的調濕性能進行了初步研究，嘗試利用該材料的自我調濕恢復功能，即在高濕度時可除濕并排出水分，干燥季節可恢復自身除濕功能，用來改善建筑物地下層潮濕環境。

參考文獻

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基金項目

2011年浙江省大學生科研創新團隊資助項目（項目編號：2011R419016）