外墻保溫系統用A級保溫材料體積吸水率檢測的研究

張超

上海市建設工程檢測行業協會 上海 200032

引言

建筑業是實現碳達峰﹑碳中和目標不可忽視的重要部分。2021年2月，上海市住房和城鄉建設管理委員會頒布了《外墻保溫系統及材料應用統一技術規定（暫行）》（滬建建材〔2021〕113號）[1]，為上海建筑節能工作的開展和節能新材料應用提供了技術指導，推動墻體保溫系統“產業化”“裝配化”進程持續發展，并對外墻保溫系統用保溫材料實際應用的防水性能進行了詳細規定。

目前，外墻保溫一體化系統﹑保溫裝飾板外保溫系統等在建筑墻體節能中的應用日益廣泛，這些系統主要使用的保溫材料是以聚苯乙烯泡沫顆粒為集料，采用無機膠凝材料為主要成分的處理劑通過混合成型等工藝制成，材料的燃燒性能為A級。然而，現行保溫材料吸水性能試驗方法的適用范圍尚不涵蓋燃燒性能等級為A級的保溫材料（簡稱A級保溫材料），也無相應的國家﹑行業和本市現行同類標準可作為技術支撐。因此，需研究相關試驗方法標準用于規范外墻保溫系統用A級保溫材料吸水性能的測定。

1 研究概況

一般情況下，干燥溫度在100℃以上的條件下更有利于樣品中水分的遷移與揮發。因此，現行國家標準《無機硬質絕熱制品試驗方法》GB/T 5486-2008[2]﹑《礦物棉及其制品試驗方法》GB/T 5480-2017[3]中規定，吸水率試驗前試樣分別需要在（110±5）℃和（105±5）℃條件下干燥至恒重。筆者將含有聚苯顆粒的保溫板試樣置于（105±2）℃條件下干燥后發現，試樣表面的聚苯顆粒發生了熔融現象，并剩下無機膠凝材料，降低了試樣表面的防水功能，造成試樣狀態與產品的實際應用存在差異。基于調研，筆者嘗試在研究試驗中將外墻保溫系統用A級保溫材料試樣的干燥溫度調整為（65±2）℃。

試驗原理：將試樣在（65±2）℃溫度下干燥至恒定質量，按規定方式完全浸入水中（48±1）h，通過測量試樣浸水前后的質量和浸水前試樣的體積，計算得體積吸水率。

試樣的體積V：按GB/T 5486-2008中第4章的規定，測量試樣的長度﹑寬度﹑厚度后計算而得。

試驗環境：溫度（20±5）℃，相對濕度（60±10）%。

3 儀器設備和材料

電熱鼓風干燥箱：溫度偏差應控制在±2℃。

鋼直尺：標稱長度不應小于500mm，分度值應為1mm。

游標卡尺或數顯卡尺：分度值不應大于0.05mm。

電子天平：分度值不應大于0.1g。

水箱：容量應能浸泡試樣，水箱的長度宜大于1000mm，寬度宜大于450mm。

干燥器：容量應能放置試樣。

格柵：由斷面約為20mm×20mm的不易腐爛的材料制成，格柵與試樣的接觸面積不應大于試樣面積的10%。

毛巾。

軟質聚氨酯泡沫塑料（海綿）：

尺寸應為180mm×100mm×40mm。

4 試樣

4.1 試樣尺寸和數量

試樣尺寸長度為（400±1）mm，寬度為（300±1）mm，厚度為保溫材料制品厚度。除保溫裝飾復合板試樣外，其他試樣應保留表皮或裝飾面。

試樣數量為3塊。

4.2 試樣制備

以制品供貨形態制備試樣。從供貨制品中隨機抽取3塊，每塊分別制備1塊試樣，取樣部位距離制品邊緣不應小于50mm。

對于保溫裝飾復合板樣品，試樣制備時采用機械加工方式去除帶飾面層的面板以及底襯材料。試樣表面應平整，且不留有膠水等影響試驗的其他材料。保溫裝飾一體板，參考現行行業標準《建筑用發泡陶瓷保溫板》JG/T 511和《保溫防火復合板應用技術規程》JGJ/T 350中的相關規定，帶著裝飾面進行檢測。

將試樣置于電熱鼓風干燥箱中，在（65±2）℃條件下烘干至恒定質量，恒定質量判定依據為恒溫3h兩次稱量試樣質量的變化率小于0.2%。將烘干至恒定質量的試樣移至干燥器中冷卻至室溫。

5 試驗步驟

將每塊試樣分別水平放置在水箱底部格柵上，試樣距周邊及試樣間距不小于25mm。然后，將另一格柵放置在試樣上表面，加上重物。

在水箱中加入自來水，水面高出試樣表面25mm～30mm。注水完畢開始計時，浸水時間應為（48±1）h。試驗期間，確保自來水的水溫為（20±5）℃。

試樣取出后立即放在擰干水分的毛巾上，排水（10±1）min，然后用軟質聚氨酯泡沫塑料（海綿）吸去試樣表面吸附的殘余水分。吸水前，用力擠出海綿中的水，然后放置在試樣表面均勻地吸附表面的殘余水分，吸附時將海綿壓縮至其厚度的50%。每一表面至少吸水兩次，每次吸水（60±5）s，直至試樣表面無可見的殘余水分。

稱量試樣的質量 ，精確至0.1g。

6 試驗數據處理

試樣的體積吸水率按式（1）計算，精確至0.01%。

式中：

體積吸水率為3個試樣體積吸水率的算術平均值，精確至0.1%。

7 驗證試驗

7.1 驗證試驗內容

為驗證本試驗方法對外墻保溫系統用A級保溫材料體積吸水率檢測的可操作性和準確性，了解影響該方法的試驗影響因素，特設計進行以下試驗：①對試樣干燥溫度和再現性條件下精密度進行驗證；②對不同類型保溫材料分別進行浸水2h和48h試驗比對；③對不同類型保溫材料分別進行浸水24h﹑48h和72h試驗比對；④試驗方法重復性條件下精密度驗證。

7.2 驗證試驗數據匯總和分析

7.2.1 對試樣干燥溫度和再現性條件下精密度進行驗證。目前，從生產工藝和產品特點來看，A級保溫材料本身具有一定的含水率，為了降低對檢測結果的影響，應對試樣進行干燥處理后再測試其體積吸水率。

本次實驗采用了外墻保溫一體化系統用保溫材料作為驗證試驗樣品，試樣分別在（65±2）℃和（105±2）℃條件下進行干燥處理，隨后進行體積吸水率試驗，并對試驗方法的再現性進行了驗證。兩項驗證試驗結果詳見表1。

表1 外墻保溫一體化系統用保溫材料不同干燥溫度下試驗結果

以上試驗結果表明，試樣在（65±2）℃條件下進行干燥處理表面沒有發生異常情況，體積吸水率試驗結果偏差相對較小，而置于（105±2）℃下樣品的體積吸水率數值偏大40%左右。筆者認為，這主要是因試樣表面及內部構造發生變化造成。

上述驗證試驗表明，將此類試樣的干燥溫度設定為（65±2）℃是可以行的。同時，試驗結果中，外墻保溫一體化系統用保溫材料樣品在再現性條件下獲得的2次檢測結果絕對差值不超過兩次檢測結果算術平均值的1.1%，說明本試驗方法具有較好的可操作性和再現性條件下精密度。

7.2.2 對不同類型保溫材料分別進行不同浸水時間的驗證試驗。GB/T 5486-2008規定無機硬質保溫材料吸水率的浸水時間為2h。筆者采用外墻保溫一體化系統用保溫材料﹑復合聚苯乙烯泡沫保溫板及帶釉面發泡陶瓷保溫板三種類型樣品，分別進行浸水2h和48h試驗比對，具體結果詳見表2～表4。

表2 外墻保溫一體化系統用保溫材料浸水2h和48h試驗結果

表3 復合聚苯乙烯泡沫保溫板浸水2h和48h試驗結果

（續表）

表4 帶釉面發泡陶瓷保溫板浸水2h和48h試驗結果

上述試驗結果顯示，對于外墻保溫一體化系統用保溫材料和復合聚苯乙烯泡沫保溫板浸水2h和48h后，試樣吸水率變化較大，而帶釉面發泡陶瓷保溫板浸水2h和48h后，試樣吸水率基本保持不變。

基于此，筆者分別采用復合聚苯乙烯泡沫保溫板﹑泡沫玻璃保溫板樣品分別進行浸水24h﹑48h和72h試驗。試驗結果詳見表5﹑表6。

表5 復合聚苯乙烯泡沫保溫板浸水24h、48h和72h試驗結果

表6 泡沫玻璃保溫板浸水24h、48h和72h試驗結果

（續表）

從試驗數據看，復合聚苯乙烯泡沫保溫板樣品和泡沫玻璃板樣品浸水48h和72h變化小于5%，浸水48h樣品基本達到水飽和狀態。因此，筆者建議采用浸水48h作為A級保溫材料體積吸水率的浸水時間。

7.2.3 試驗方法重復性條件下精密度驗證。筆者分別采用外墻保溫一體化系統用保溫材料﹑復合聚苯乙烯泡沫保溫板和帶釉面發泡陶瓷保溫板樣品對試驗方法的重復性進行驗證。試驗結果詳見表7～表9。

表7 外墻保溫一體化系統用保溫材料重復性試驗

表8 復合聚苯乙烯泡沫保溫板重復性試驗

表9 帶釉面發泡陶瓷保溫板重復性試驗

上述試驗結果可得，外墻保溫一體化系統用保溫材料﹑復合聚苯乙烯泡沫保溫板和帶釉面發泡陶瓷保溫板樣品在重復性條件下獲得的2次檢測結果絕對差值分別不超過兩次檢測結果平均值的1.0%﹑1.0%﹑0.1%，說明本試驗方法具有較好的可操作性和重復性條件下精密度。

8 結束語

現行國家標準關于保溫材料吸水性能的試驗方法不能完全適用于外墻保溫系統用A級保溫材料，主要在適用范圍﹑試驗原理﹑樣品取樣制備和狀態調節﹑試驗條件等方面存在差異，無法準確體現其實際吸水性能。經調研與試驗驗證，將外墻保溫系統用A級保溫材料試樣的干燥溫度設為（65±2）℃，并采用完全浸入法浸水48h，能更準確地進行其體積吸水率檢測試驗。本試驗方法具有可操作性與科學性，符合外墻保溫系統的應用要求，為真實反映外墻保溫系統用A級保溫材料實際吸水性能提供了技術支持，對保障節能工程用保溫材料質量﹑促進建筑節能和建材企業發展具有積極作用。