热固复合聚苯板吸水率快速测试方法及其影响因素分析

赛明泽，王林

（1．卧牛山建筑节能有限公司 江苏 南京210000）

（2．中国建筑材料工业规划研究院 北京100035）

0 引言

随着中国工业化和城镇化的快速发展，建筑能耗占到社会总能耗的40%以上，建筑节能已成为全社会节能的重点领域，中国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，建筑保温节能是中国建筑行业向低碳和绿色发展转型的重要发展方向之一。

《建筑设计防火规范》GB 50016中对公共建筑以及高层的民用建筑均作了明确要求，保温芯材需达到A级防火的标准，热固复合聚苯板（TEPS板）作为A级保温芯材的一种，是建筑节能的重要产品。吸水率是衡量其保温性能的一个主要性能指标，保温材料吸水后，其保温性能也随之降低，在低温环境下，保温材料内部吸入的水极易结冰，破坏保温材料的内部结构，从而使其强度、保温性能等指标下降。由于《硬质泡沫塑料吸水率的测定》GB/T 8810吸水率1,2的测试方法对试验装置有一定的要求，单次测试试样少，测试效率无法有效提高，无法满足大批量测试需要，现通过更改实验方法，弱化了吸水率测试对试验装置的要求，可同时进行多组试样测试，批量测试提高效率。

通过研究厚度、标称密度、浸水时间对TEPS板吸水率的影响，找出TEPS板吸水率的主要影响因素，并通过对比标准方法和本实验方法测得吸水率值，对本实验设计的方法得出的实验结果准确性进行分析。寻找一种快速检测TEPS板吸水率的方法。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

TEPS板（符合JG/T 536-2017《热固复合聚苯乙烯泡沫保温板》中低密度型的TEPS板）、蒸馏水（蒸馏后放置48 h）、自制水槽（尺寸35*65*45 cm）、游标卡尺（上海工具厂有限公司，200 mm）、钢直尺（长城，300 mm）、螺旋测微计（上海量具刃具厂，25 mm）、电子天平（天津丹纳赫西特传感工业控制，BL-2000S）、硬质泡沫吸水率测定仪（上海恒平，JA21002P）。

1.2 实验方法

TEPS板试样尺寸为（100±1）mm×（100±1）mm。

标准方法：《硬质泡沫塑料吸水率的测定》GB/T 8810吸水率的测试方法。

本实验测试方法：切割取样后对每块TEPS板进行标记，按照GB/T 2918的规定调节试验环境为（23±2）℃和（50±5）%相对湿度3，试样在该环境下养护24h后称重为m1，试样线性尺寸根据《泡沫塑料与橡胶 线性尺寸的测定》GB/T 6342中方法进行测试4。将试样浸没在（23±2）℃的蒸馏水中，并使试样顶面距水面约50mm，用软毛刷或搅动除去试样表面气泡。分别在第1天、第2天、第3天、第4天、第5天 取 出，在1分钟内用拧干的湿抹布擦干表面水后称重为m2，记录并计算其体积吸水率。试样质量精确至0.01g，线性尺寸精确至0.02mm，试样同时测量3个取平均值。

V试样体积=a×b×c×10-3

ωAv：体积吸水率，%

m1：试样浸水前质量，g

m2：试样浸水后质量，g

V试样体积：试样的体积，cm3

V所吸水分：试样吸收水分的体积，cm3

ρ水：水的密度按照1g/cm3计算

a：长度，mm b：宽度，mm c：厚度，mm

1.3 实验方案

1.3.1 厚度对吸水率的影响

分别选取厚度为30 mm、50 mm、70 mm的TEPS板，切割成测试要求尺寸，选相同标称密度的试样，测试第1～5天的吸水率。对比分析厚度对TEPS板吸水率的影响。

1.3.2 标称密度对吸水率的影响

选取厚度为30 mm、标称密度不同具有一定梯度值的TEPS板，切割成测试要求尺寸，测试第1天、第2天、第3天、第4天、第5天的吸水率。对比分析标称密度对TEPS板吸水率的影响。

1.3.3 吸水率测试GB/T 8810标准方法和本实验方法对比

选取不同标称密度（具有一定梯度值）、厚度为30 mm的TEPS板，试样分别用GB/T 8810标准测试方法和本方法进行吸水率测试，分析2种方法实验结果的差异性大小。

1.3.4 浸水时间对吸水率的影响

测试52组不同标称密度、厚度为30mm的TEPS试样，测试第1天、第2天、第3天、第4天、第5天的吸水率。以第4天作为标准值，分析第n（n=1、2、3、5）天的吸水率与第4天吸水率的比值关系。

2 结果与讨论

2.1 厚度对TEPS板吸水率的影响分析

取样标称密度为37 kg/m3，厚度分别为30 mm、50 mm、70 mm的TEPS板吸水率随天数增加而变化趋势见图1。

图1 不同厚度的TEPS板吸水率随天数变化图示

由 图1可 见：30 mm、50 mm、70 mm的TEPS板第4天吸水率分别为3.47%，3.21%，2.87%，说明在相同的时间点上，TEPS板吸水率随试样厚度的增加而降低。主要是由于TEPS板厚度越大，水分子通过板材缝隙渗透扩散到TEPS板内部的时间就越长，其吸水率就越小。

此外，TEPS板吸水率前3天增速较快，而后随着天数增加吸水率趋近吸水饱和值，增长趋势变缓。

2.2 标称密度对TEPS板吸水率影响分析

标称密度分别为32.60 kg/m3，34.15kg/m3，37.61 kg/m3，40.43 kg/m3，42.48 kg/m3的TEPS板（厚度为30 mm），其第4天的吸水率值依次为：2.84%，3.04%，3.67%，4.30%，4.89%，其吸水率随天数的增加而变化的趋势见图2。

图2 不同标称密度的TEPS板的吸水率随时间变化趋势

由图2可见，TEPS板吸水率随试样标称密度的增加而增大，主要是由于TEPS板标称密度越大，聚苯乙烯发泡颗粒越多，其比表面积越大，孔隙率总量越大，其相对的无机防火液用量也就越大，水分渗透扩散到TEPS板内部的时间就越短，因此吸水率就越大。

此外TEPS板吸水率前3天增速较快，而后随着吸水饱和值的趋近而渐缓，到第4天吸水率基本趋于平衡。

2.3 吸水率测试GB/T 8810标准方法和本实验方法对比分析

对22组厚度为30mm，标称密度不同的TEPS板进行GB/T 8810标准方法和本实验方法吸水率测试，2种方法第4天吸水率测试结果分布如图3所示，对2种方法测试数据分别进行线性拟合，回归方程线见图3。

图3 标准方法和本实验方法第4天吸水率分布及线性回归方程

2种方法线性回归方程分别如下：

标准方法:Y=1.99766+0.04325X（相关系数R=0.96232，标准偏差SD=0.08131）。

本实验方法:Y=1.97052+0.04513X（相关系数R=0.98336，标准偏差SD=0.05548）。

由图3可见，2种实验方法的回归方程相关系数都在0.96以上，标准偏差都小于0.08，斜率分别为0.043和0.045，可见2种实验方法所测得吸水率偏差不大。

另外对2种实验方法的测试平均值求比值，两者比值为1.0022，可见对于厚度为30mm的TEPS板，本实验方法得出的实验结果偏差较小，且2种方法的误差远小于操作误差以及试样均一性误差，因此本方法所得的实验结果准确可靠。

2.4 浸水时间对TEPS板吸水率的影响分析

对52组厚度为30mm的TEPS板通过本实验方法进行吸水率测试，以第4天吸水率作为标准，求52组试样第n（n=1、2、3、5）天与第4天吸水率比值的平均值，分别为D1=0.63，D2=0.77，D3=0.92，D5=1.03，如图4，第1天的吸水率是第4天的0.63倍，第2天的吸水率是第4天的0.77倍，第3天的吸水率是第4天的0.92倍，第5天的吸水率是第4天的1.03倍。

若第4天的吸水率以临界值4 %作为参照，当第1天的吸水率达到4%×0.63=2.52%时，第2天的吸水率达到4%×0.77=3.08%时，第3天的吸水率达到4%×0.92=3.68%时，则第4天的吸水率能达到临界值。因此，可通过第1天、第2天、第3天的吸水率来快速推算TEPS板第4天吸水率值是否达到临界值。

图4 第n（n=1、2、3、5）天的吸水率与第4天吸水率的比值图

3 结语

通过对比GB/T 8810标准方法和本实验设计方法对吸水率测试结果，2种实验方法的回归方程相关系数都在0.96以上，标准偏差都小于0.08，可知2种方法所测得吸水率偏差不大，且2种方法的误差远小于操作误差以及试样均一性误差，所以本实验方法得出的实验结果准确可靠。

通过用本实验方法大量实验测试验证，以第4天吸水率作为标准值，当第1天的吸水率达到2.52%时，第2天的吸水率达到3.08%时，第3天的吸水率达到3.68 %时，则第4天的吸水率能达到临界值4%。因此，可通过第1天、第2天、第3天的吸水率来推算TEPS板第4天吸水率是否达到临界值，达到快速检测TEPS板吸水率的目的。