郭書源， 趙 敏， 武 昕

(西安工業(yè)大學 建筑工程學院， 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，國家制定了相關的法律法規(guī)[1-3]，規(guī)定建筑物要在安全的基礎上，減少能耗，達到綠色節(jié)能的標準。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，不僅具有導熱系數小，保溫隔熱效果好等優(yōu)點，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)人士對硅質聚苯板在復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，對于保證硅質聚苯板在復雜條件下的保溫性能的研究至關重要。

本文主要研究浸水對硅質聚苯板保溫性能的影響。

1 試驗設計

1.1 聚苯板的準備

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，運用高壓技術將阻燃液體壓入EPS顆粒中，接著預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聚苯板。

選擇硅質聚苯板要注意以下幾點：

1)聚苯板質量應達標。目前硅質聚苯板正處于初步發(fā)展階段，相關部門并未對聚苯板質量要求進行標準化的規(guī)范，因此市場上的硅質聚苯板質量良莠不齊，一些不良商家為追求高利潤，在硅質聚苯板質量上以次充好；

2)聚苯板應具有保溫性能好、防火效果佳、導熱系數小、幾何穩(wěn)定性高等性能指標；

3)聚苯板尺寸、厚度應符合當地環(huán)境。比如南北方氣候差異，所選的保溫材料就不同。要根據當地環(huán)境選取最佳厚度、最耐用的保溫材料，滿足在相應規(guī)范中的使用壽命。

基于以上三點，經過對建材市場的情況的市場調研，選取了西安北大明宮建材市場上的優(yōu)質硅質聚苯板作為本文的試驗研究對象。該保溫板的性能指標如表1所示。

1.2 粘結砂漿

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

1.3 硅質聚苯板試樣制備

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

表1 聚苯板性能指標

市場采購硅質聚苯板的尺寸為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，粘結砂漿應做到隨做隨用，最好在2 h內使用完畢。

1.5 硅質聚苯板保溫體系試件制備

使用整面粘結法用抹灰刀將制備好的粘結砂漿涂抹在硅質聚苯板試件上，涂抹均勻后，置于溫度(10～28) ℃，濕度(50±10)%的養(yǎng)護箱內養(yǎng)護485 h，然后測試每塊試樣的初始導熱系數。硅質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 試驗設備

本試驗所用的導熱系數測試儀是北京世紀建通環(huán)境技術有限公司生產的JTRG-III導熱系數測試儀。該設備的測試范圍為0.02～0.8 W/(m·K)，相對誤差≤±3%。熱板和冷板的溫度分別設定在5 ℃和40 ℃左右。當被測試保溫板的試驗達到一定時間，且熱板、冷板的實測熱流恒定不變時，即可判定該保溫板達到一個穩(wěn)定狀態(tài)。導熱系數儀如圖2所示。

圖2 導熱系數儀

恒溫水箱采用金壇區(qū)西城新瑞儀器廠生產的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 試驗方法

本次硅質聚苯板保溫體系浸水試驗的方法如下：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，浸水對于硅質聚苯板保溫體系保溫性能的影響。為保證測試的準確性，每次測試后，試樣必須在20 ℃恒溫箱內風干，然后再進行下一次試驗。

2 浸水試驗結果與分析

經過試驗，我們記錄了硅質聚苯板保溫體系試樣在不同浸水時長下導熱系數的變化情況，數據如圖4所示。

圖4 浸水對硅質聚苯板保溫體系保溫性能的影響

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

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

為總結浸水時長與硅質聚苯板保溫體系導熱系數的相關規(guī)律，我們使用了數據處理軟件對相關參數進行數據處理，如圖5所示。

圖5 浸水損傷擬合

如圖5所示，浸水損傷試驗擬合公式為y=0.06998×x0.16157。

經過試驗，得出硅質聚苯板保溫體系導熱系數在浸水自然因素影響下保溫系數的變化情況，通過分析這種損傷規(guī)律，總結得到以下結論：

硅質聚苯板保溫體系在浸水試驗開始時，導熱系數快速增加；在浸水時長達到9 h后含水率達到飽和，導熱系數趨于穩(wěn)定，而在導熱系數快速增加的過程中，我們發(fā)現(xiàn)經歷9 h后，導熱系數總增長率為76.57%。因此應加強防水措施，避免浸水對硅質聚苯板保溫體系的保溫性能造成影響。

3 改良試驗

3.1 改良試驗試樣的制備

1)硅質聚苯板及粘結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的無機透明有機硅憎水劑。

3)改良硅質聚苯板保溫體系試件的制作。

a.配制粘結砂漿：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，粘結砂漿應做到隨做隨用，最好在2 h內使用完畢。

b.硅質聚苯板與粘結砂漿選用整面粘接法，將粘結砂漿均勻涂抹于硅質聚苯板表面，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)護箱內養(yǎng)護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聚苯板上，最后將試樣置于溫度(10～28) ℃，濕度(50±10)%的養(yǎng)護箱內養(yǎng)護48 h。

3.2 改良試驗方法

1)試驗設備。導熱系數儀：北京世紀建通環(huán)境技術有限公司生產的JTRG-III導熱系數測試儀。該設備的測試范圍為0.02～0.8 W/(m·K)，相對誤差≤±3%。熱板和冷板的溫度分別設定在5 ℃和40 ℃左右。

恒溫水箱：金壇區(qū)西城新瑞儀器廠生產的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聚苯板保溫體系保溫性能的影響；為保證測試的準確性，每次測試后，將試樣放置在20 ℃恒溫箱內風干后再進行下一次試驗。

3.3 改良硅質聚苯板試驗結果及分析

通過浸水試驗，我們記錄了改良硅質聚苯板保溫體系試樣在不同浸水時長下導熱系數的變化情況，數據如下圖6所示。

圖6 浸水時長對改良硅質聚苯板保溫體系保溫性能影響

由圖6可以得出，改良后的硅質聚苯板經歷9小時浸水試驗之后，試驗的四組試樣的導熱系數平均增加0.004 1 W/(m·K)左右，增長率為6.66%；經歷16小時之后，改良后的硅質聚苯板保溫體系導熱系數增加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%；硅質聚苯板保溫體系試件經歷20小時浸泡后，試件的導熱系數穩(wěn)定在0.072 6 W/(m·K)，試樣的導熱系數不再增加。

根據改良硅質聚苯板保溫體系浸水損傷試驗數據可以看出，隨著浸水時長的不斷增加，硅質聚苯板保溫體系的導熱系數變化呈現(xiàn)先緩慢增長，后快速增長，最后趨于穩(wěn)定的規(guī)律。導熱系數的變化趨勢表明：硅質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硅質聚苯板中，硅質聚苯板保溫體系的導熱系數仍在增長，但增速較緩(增長率為6.66%)；隨著硅質聚苯板浸泡時長的增加，硅質聚苯板表面覆蓋的憎水劑或有少許脫落的現(xiàn)象，加速了硅質聚苯板空隙內含水量的增長，因此硅質聚苯板保溫體系的導熱系數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%)。試驗后期硅質聚苯板保溫體系導熱系數趨于穩(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聚苯板孔隙內再沒有水分的滲入。由此可見，硅質聚苯板保溫體系在增加防水涂層后，達到穩(wěn)定后的導熱系數0.072 6 W/(m·K)比未增加防水層的硅質聚苯板浸水9小時后0.11 W/(m·K)的導熱系數要低得多，充分證明增加防水層后，硅質聚苯板保溫體系保溫性能得到有效的保護，能維持長效的保溫效果。

為總結浸水時長與改良后的硅質聚苯板保溫體系導熱系數的相關規(guī)律，我們再次使用了數據處理軟件對相關參數進行數據處理，如下圖7所示。

圖7 改良硅質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)場試驗與驗證

為了充分驗證硅質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，我們的試驗人員特在施工現(xiàn)場進行相關試驗來驗證其合理性。

3.4.1 試驗材料制備

1)按照施工工藝在硅質聚苯板上依次增加粘接層、防水層、抹面層和裝飾層；

2)按照施工標準對試樣進行養(yǎng)護；

3)測試硅質聚苯板保溫體系的初始導熱系數。

3.4.2 試驗方法

嚴格按照在實驗室的試驗步驟，將硅質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聚苯板保溫體系的影響。

3.4.3 試驗結果與分析

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

圖8 現(xiàn)場浸水試驗

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

4 結語

通過上述試驗可知，硅質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，我們提出了對硅質聚苯板增加防水層的方案，并通過對增加防水層的硅質聚苯板保溫體系進行損傷試驗，綜合試驗結果和數據分析得到以下結論：

硅質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。在浸水損傷試驗中，試樣在試驗中浸水達到飽和以后，增加防水層的硅質聚苯板試樣導熱系數增長率為17.86%，而無防水層的試樣導熱系數增長率為，充分證明增加防水層后，硅質聚苯板保溫體系保溫性能得到了有效的保護，能維持長效的保溫效果。為進一步驗證室內試驗的合理性，我們在施工現(xiàn)場做了同樣的試驗。通過比較施工現(xiàn)場試驗數據與室內試驗數據，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生影響，光照、凍融等也會對其產生影響。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行探究，更全面的分析結果需后續(xù)考察更多的影響因素。根據本文的試驗結果及分析探究結果，可以了解到給硅質聚苯板增加防水層的必要性和可行性，隨著硅質聚苯板在外墻外保溫體系中的廣泛應用，給硅質聚苯板增加防水層勢在必行。