建筑外墻涂料水蒸氣透過(guò)性能測(cè)試方法比較

1、建筑外墻涂料水蒸氣透過(guò)性能測(cè)試方法比較摘要:涂料的透濕性直接影響了外墻保溫系統(tǒng)保溫效果的發(fā)揮,其良好的透濕性對(duì) 于現(xiàn)代建筑節(jié)能意義重大。但當(dāng)前市場(chǎng)中外墻涂料的透濕性能參差不齊,對(duì)此國(guó)家和建 筑行業(yè)制定了詳細(xì)的測(cè)試方法供涂料生產(chǎn)企業(yè)和使用方進(jìn)行性能驗(yàn)證。 本文對(duì)比了 GB/T 17146 1997建筑材料水蒸氣透過(guò)性能試驗(yàn)方法 和 JG/T 309-2011外墻涂料水蒸氣 透過(guò)率的測(cè)定及分級(jí)關(guān)于試驗(yàn)方法的異同,并以市售乳膠漆為例詳細(xì)介紹了 JG/T 309中關(guān)于水蒸氣透過(guò)率的測(cè)試方法,證明了減重法涂料水蒸氣透過(guò)率測(cè)試具有一定的合理 性和操作性。關(guān)鍵詞:外墻涂料、水蒸氣透過(guò)率、 GB/T 1714

2、6、 JG/T 309外墻涂料是建筑涂料的重要組成部分,其長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中,除了要求具備良 好的裝飾性、耐水性和耐候性,同時(shí)外墻涂料作為外墻保溫系統(tǒng)的一部分,更應(yīng)承擔(dān)建 筑節(jié)能的重要責(zé)任。水是破壞建筑外墻保溫效果的首要元兇。在建筑結(jié)構(gòu)中,水以固態(tài) 水、液態(tài)水、氣態(tài)水的形式通過(guò)擴(kuò)散、滲漏、結(jié)冰等現(xiàn)象進(jìn)行遷移,其中人們更多的關(guān) 注液態(tài)水滲漏引發(fā)的外墻保溫失效問(wèn)題,殊不知外墻涂料的水蒸氣滲透性能同樣影響著 外墻保溫系統(tǒng)的功效。一、外墻涂料水蒸氣透過(guò)性能概述由于建筑外墻保溫系統(tǒng)內(nèi)外存在溫度差,溫度較高一側(cè)水蒸氣分壓力較大,在水蒸 氣分壓差的作用下,水蒸氣分子從高壓側(cè)透過(guò)外墻涂料向低壓側(cè)遷移滲透,這

3、一過(guò)程叫 做水蒸氣滲透。在寒冷區(qū)域或冬季,建筑外墻內(nèi)側(cè)溫度普遍高于外側(cè),水蒸氣由建筑內(nèi) 層向外遷移,倘若外墻涂料透濕性能較差,阻礙水蒸氣向外排出,不僅影響外觀顏色, 還會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,使涂料鼓泡、脫落,同時(shí)因水蒸氣富集在墻體內(nèi)部,易導(dǎo)致墻體內(nèi)部結(jié) 露,從而對(duì)墻體熱工、結(jié)構(gòu)等帶來(lái)不利影響 1。JG/T 149-2003膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)明確規(guī)定,薄抹灰外墻保溫系 統(tǒng)的水蒸氣濕流密度應(yīng)不小于 0.85g/(m2·h , 根據(jù)外墻保溫系統(tǒng)中水蒸氣濕流密度由內(nèi)側(cè) 材料向外側(cè)材料遞增,因此外墻涂料的水蒸氣濕流密度要遠(yuǎn)高于 0.85 g/(m2·h ,才能保證整個(gè)外墻保溫系統(tǒng)的

4、正常透氣。 該標(biāo)準(zhǔn)中提到的 “ 水蒸氣濕流密度 ” 指的是單位時(shí)間內(nèi)流 經(jīng)單位面積的氣相水的質(zhì)量 2,與 “ 透濕率 ”“ 水蒸氣透過(guò)率 ” 同為描述水蒸氣透過(guò)性能專(zhuān)業(yè) 術(shù)語(yǔ), 但在不同的標(biāo)準(zhǔn)中,這三項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算方法有些許的差異。二、外墻涂料水蒸氣透過(guò)性能的測(cè)試方法介紹與對(duì)比隨著科技的發(fā)展,市售多數(shù)外墻涂料已經(jīng)具備一定的水蒸氣透過(guò)性能,但是否滿足 使用標(biāo)準(zhǔn)仍需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。當(dāng)前,關(guān)于外墻涂料水蒸氣透過(guò)性能測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)主 要有兩種:GB/T 17146 1997建筑材料水蒸氣透過(guò)性能試驗(yàn)方法和 JG/T 309-2011外墻涂料水蒸氣透過(guò)率的測(cè)定及分級(jí) 。下面將從適用范圍、試驗(yàn)原理、試驗(yàn)儀器

5、和材 料、試樣制備四大方面進(jìn)行二者的對(duì)比與介紹。(一適用范圍GB/T 17146為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了片狀、板狀的絕熱、防水隔潮、裝飾裝修等用途的 各種建筑材料的濕流密度、透濕率試驗(yàn)方法。而 JG/T 309為建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)性 的規(guī)定了工業(yè)與民用建筑的磚、石、混凝土等多孔基材上使用的外墻涂料的水蒸氣透過(guò) 率測(cè)定方法。通常行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)屬于專(zhuān)業(yè)性、技術(shù)性較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn),是對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充。對(duì) 于符合上述兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍的外墻涂料,可依據(jù)其一進(jìn)行水蒸氣透過(guò)性能測(cè)試。 (二試驗(yàn)原理JG/T 309的試驗(yàn)原理為在試驗(yàn)杯中盛入定量的磷酸二氫銨飽和溶液,使試驗(yàn)杯上方 空氣的相對(duì)濕度迅速提升至 93%。使用膜狀待

6、測(cè)樣品或者涂覆有待測(cè)樣品的多孔結(jié)構(gòu)的 基材來(lái)封閉試驗(yàn)杯。將試驗(yàn)杯放置于一個(gè)溫度和相對(duì)濕度可控制的空間內(nèi),使樣品兩側(cè) 保持一定的水蒸氣濃度差。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔內(nèi)稱(chēng)量試驗(yàn)杯,當(dāng)質(zhì)量變化與時(shí)間間隔的 變化成正比關(guān)系時(shí),就可通過(guò)質(zhì)量的變化來(lái)測(cè)定水蒸氣透過(guò)率。由于該方法是通過(guò)試驗(yàn) 杯質(zhì)量的減少而計(jì)算出的結(jié)果,因此亦可稱(chēng)為 “ 減重法 ” 試驗(yàn)方法。與之不同的是, GB/T 17146提供了干燥劑法和水法兩種不同的方法。水法,即為減重法,而干燥劑法,樣品 封裝同水法,但試驗(yàn)盤(pán)(即為 JG/T 309中的 “ 試驗(yàn)杯 “ 內(nèi)放入干燥劑,其內(nèi)部的相對(duì)濕 度可視為 0。 將試驗(yàn)盤(pán)放置于溫濕度可控的空間內(nèi)定時(shí)稱(chēng)重

7、, 由于試樣兩側(cè)濕度差的存在, 試驗(yàn)盤(pán)重量將不斷增加,通過(guò)測(cè)量增加的試驗(yàn)盤(pán)的重量來(lái)測(cè)算出水蒸氣透過(guò)率,該法又 稱(chēng)為 ” 增重法 “ 。理論上,兩種測(cè)試方法均能獲得正確的測(cè)試數(shù)據(jù),但在實(shí)際增重法測(cè)試過(guò)程中,干燥劑的干燥能力不斷下降,試樣兩側(cè)的濕度差發(fā)生變化,容易引起測(cè)試數(shù)據(jù)的 誤差 3。而減重法中, 試驗(yàn)杯裝入某種溶液或蒸餾水使內(nèi)部保持在一個(gè)高濕水平,而試驗(yàn) 杯外側(cè)可利用恒溫恒濕儀器穩(wěn)定在一個(gè)低濕環(huán)境中,由此能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的恒定濕度 差,利于試驗(yàn)的精確進(jìn)行。因此,下文中主要對(duì)比兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中減重法的測(cè)試差異。 (三試驗(yàn)儀器和材料1、試驗(yàn)容器和密封方式。 JG/T 309要求使用耐腐蝕、由一定強(qiáng)度的

8、材料如玻璃、 聚乙烯、鋁等制成的試驗(yàn)杯,直徑 81mm ,試驗(yàn)面積至少為 50cm 2。樣品與杯口利用帶 有環(huán)形蓋的機(jī)械夾緊裝置或螺口裝置, 同時(shí)配合合適的密封環(huán)進(jìn)行有效密封, 見(jiàn)圖 1。 亦 可選用熔融蠟作為密封劑。相比于 JG/T 309提供的規(guī)范性試驗(yàn)容器, GB/T17146提出 了試驗(yàn)容器的基本要求,在此基礎(chǔ)上根據(jù)試樣的厚度和透濕率高低列出了多種試驗(yàn)盤(pán)的 設(shè)計(jì)可供選擇。試驗(yàn)盤(pán)宜選用大而淺的盤(pán)子,盤(pán)口徑至少 60mm ,試樣越厚,盤(pán)口徑越 大。對(duì)于較厚且面積較大的樣品,應(yīng)使用鋁箔或金屬材料制成遮模將超出盤(pán)口的樣品部 分遮擋起來(lái),使盤(pán)口面積基本等同于試驗(yàn)面積,防止水蒸氣從邊緣和不該暴露的

9、部位逸 進(jìn) /逸出。對(duì)于易發(fā)生收縮或翹曲的樣品,應(yīng)在盤(pán)口外面設(shè)置一個(gè)帶凸緣的欄圈,內(nèi)側(cè)涂 覆密封劑,將試樣固定在試驗(yàn)盤(pán)欄圈內(nèi)居中位置,最終用鋁箔圍粘在凸緣和欄圈底部, 完成密封,見(jiàn)圖 2。除了使用密封劑密封, GB/T 17146也允許密封墊式密封。 圖 1. JG/T 309試驗(yàn)杯說(shuō)明:1-試驗(yàn)蓋; 2-試樣; 3-密封墊圈; 4-支撐架; 5-試驗(yàn)杯; 6-試驗(yàn)杯與蓋螺紋連 接。 圖 2. GB/T 17146試驗(yàn)盤(pán)及密封2、 容器內(nèi)外相對(duì)濕度。 JG/T 309中試驗(yàn)杯中盛放的是由 1665g 磷酸二氫銨和 4500g 水配置而成的飽和溶液,能使試驗(yàn)杯上方空氣的相對(duì)濕度達(dá)到 93%;而試

10、驗(yàn)杯應(yīng)處于溫 度 (23士 2 , 相對(duì)濕度 (50士 5 %的房間或箱體中, 風(fēng)速應(yīng)低于 0.3m/s。 GB/T17146水法試驗(yàn)中, 試樣盤(pán)放置的是蒸餾水, 試驗(yàn)盤(pán)上方空氣濕度視為 100%, 周?chē)h(huán)境可選在 21 23之間,相對(duì)濕度一般保持在(50士 2 %。(四試樣制備JG/T 309是針對(duì)外墻涂料的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),因而針對(duì)不同的涂料類(lèi)型,如薄涂型水性涂 料、 溶劑型涂料、 彈性建筑涂料和厚漿型涂料 (非彈性 , 詳細(xì)描述了應(yīng)選用的基材類(lèi)型、 涂布量、 制備方法和養(yǎng)護(hù)時(shí)間等, 見(jiàn)表 1。 而 GB/T 17146更側(cè)重于對(duì)樣品宏觀性的介紹, 如厚度均勻性、樣品的代表性、取樣厚度等。表 1

11、試驗(yàn)樣品的制備 三、以乳膠漆為例詳細(xì)介紹 JG/T 309水蒸氣透過(guò)率測(cè)試方法為了詳細(xì)介紹外墻涂料的水蒸氣透過(guò)率測(cè)試方法,同時(shí)了解市售涂料的水蒸氣透過(guò) 性能,現(xiàn)依據(jù) JG/T309-2011外墻涂料水蒸氣透過(guò)率的測(cè)定及分級(jí) ,對(duì)某品牌的乳膠 涂料進(jìn)行了水蒸氣透過(guò)率測(cè)試。(一試驗(yàn)儀器:濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司產(chǎn) W3/031水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀。(二試驗(yàn)原理:減重法測(cè)試,在一定溫度下,使試樣兩側(cè)形成特定的濕度差,水 蒸氣透過(guò)密封在試驗(yàn)杯口的試樣進(jìn)入干燥的一側(cè),通過(guò)測(cè)定試驗(yàn)杯重量隨時(shí)間的變化量, 計(jì)算出試樣的水蒸氣透過(guò)率等參數(shù)。(三試樣制備1、基材。乳膠漆屬于水性涂料，其制成的涂層為非自支撐涂層，根

12、據(jù)表 1 要求，需 要使用多孔基材。JG/T309 規(guī)定，多孔基材的水蒸氣透過(guò)率應(yīng)大于 240g/(m2· d，因此本 次試驗(yàn)選取了多孔的無(wú)紡布基材， 見(jiàn)圖 3。 經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證， 其水蒸氣透過(guò)率為 435.21 g/(m2· d， 符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。 圖 3. 無(wú)紡布基材 2、樣品的制備。按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)對(duì)乳膠漆進(jìn)行了稀釋?zhuān)瑢⑵渚鶆蛲坎荚跓o(wú)紡布基材 上。根據(jù) JG/T309 的要求“涂布干膜厚度80m，刷涂，至少涂布 2 道，每道間隔 6h”， 樣品涂布后涂層厚度為 147.6m，平均克重為 309.62g/m2。涂布完成后養(yǎng)護(hù) 14d，養(yǎng)護(hù) 環(huán)境溫濕度分別為（23±

13、2）， （50±5）%。 3、樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，將樣品在下述條件下進(jìn)行三次循環(huán)老化試驗(yàn)：在 （23±2）溫度下，浸于 GB/T6682-2008 規(guī)定的三級(jí)水中 24h，浸水時(shí)涂層應(yīng)當(dāng)朝下并 保證完全浸沒(méi)。之后，將樣品在（50±2）溫度下，干燥 24h。老化試驗(yàn)后，在進(jìn)行測(cè) 試之前將樣品放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下存放 48h。若涂層出現(xiàn)起鼓、開(kāi)裂現(xiàn)象，應(yīng)重新制樣。 如圖 4。 圖 4. 涂覆涂料的無(wú)紡布基材 （四）試驗(yàn) 將樣品裁剪為直徑 74mm 的 3 個(gè)試樣， 以涂層面朝上的形式分別密封在裝有 （200±5） g 的磷酸二氫銨飽和溶液的試驗(yàn)杯中， 將

14、 3 個(gè)試驗(yàn)杯放入儀器的試驗(yàn)腔中試驗(yàn)架上。 因該 儀器采用的是自動(dòng)化控制間歇式稱(chēng)重測(cè)量，設(shè)置一定的稱(chēng)重時(shí)間間隔、試驗(yàn)溫度 23， 試驗(yàn)濕度 55%即可開(kāi)始試驗(yàn)。當(dāng)水蒸氣滲透達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，試驗(yàn)自動(dòng)停止，結(jié)果自動(dòng) 存儲(chǔ)并于配套的計(jì)算機(jī)屏幕上顯示數(shù)據(jù)曲線。 （五）結(jié)果計(jì)算 1、涂覆涂料的多孔基材的水蒸氣透過(guò)率 根據(jù) JG/T309 中對(duì)涂覆涂料的多孔基材的水蒸氣透過(guò)率 Vi 的計(jì)算方法（1） ： Vi= -(1 式中，Vi 試樣的水蒸氣透過(guò)率，g/(m2· d；m1，m2 分別在時(shí)間 t1，t2 的總質(zhì) 量，mg；t1，t2 時(shí)間，h；Ai 試樣的表面積，cm2。 可得出 3 個(gè)試樣測(cè)得

15、的水蒸氣透過(guò)率分別為 76.54g/(m2· d、77.21g/(m2· d、76.93 g/(m2· d。 2、涂料的水蒸氣透過(guò)率 根據(jù) JG/T309 中對(duì)多孔基材上的非自支撐涂層水蒸氣透過(guò)率 V 的計(jì)算方法（2） ： V= -(2 式中，V 涂料的水蒸氣透過(guò)率，g/(m2· d；Vcs 涂覆涂料的多孔基材的水蒸 氣透過(guò)率，g/(m2· d；Vs 多孔基材的水蒸氣透過(guò)率，g/(m2· d。 可得出，3 個(gè)試樣的涂料的水蒸氣透過(guò)率分別為 92.87g/(m2· d、 93.86g/(m2· d、 93.45g/(m2· d，該涂料的平均水蒸氣透過(guò)率為 93.39g/(m2· d。 四、總結(jié) 涂料的透濕性直接影響了外墻保溫系統(tǒng)保溫效果的發(fā)揮，其良好的透濕性對(duì)于現(xiàn)代 建筑節(jié)能意義重大。但當(dāng)前市場(chǎng)中外墻涂料的透濕性能參差不齊，對(duì)此國(guó)家和建筑行業(yè) 制定了詳細(xì)的測(cè)試方法供涂料生產(chǎn)企業(yè)和使用方進(jìn)行性能驗(yàn)證。本文對(duì)比了 GB/T171461997建筑材料水蒸氣透過(guò)性能試驗(yàn)方法和 JG/T 309-2011外墻涂料 水蒸氣透過(guò)率的測(cè)定及分級(jí) 關(guān)于試驗(yàn)方法的異同， 并以市售乳膠漆為例詳細(xì)介紹了 JG/