外墙保温系统用A级保温材料体积吸水率检测的研究

张超

上海市建设工程检测行业协会 上海 200032

引言

建筑业是实现碳达峰﹑碳中和目标不可忽视的重要部分。2021年2月，上海市住房和城乡建设管理委员会颁布了《外墙保温系统及材料应用统一技术规定（暂行）》（沪建建材〔2021〕113号）[1]，为上海建筑节能工作的开展和节能新材料应用提供了技术指导，推动墙体保温系统“产业化”“装配化”进程持续发展，并对外墙保温系统用保温材料实际应用的防水性能进行了详细规定。

目前，外墙保温一体化系统﹑保温装饰板外保温系统等在建筑墙体节能中的应用日益广泛，这些系统主要使用的保温材料是以聚苯乙烯泡沫颗粒为集料，采用无机胶凝材料为主要成分的处理剂通过混合成型等工艺制成，材料的燃烧性能为A级。然而，现行保温材料吸水性能试验方法的适用范围尚不涵盖燃烧性能等级为A级的保温材料（简称A级保温材料），也无相应的国家﹑行业和本市现行同类标准可作为技术支撑。因此，需研究相关试验方法标准用于规范外墙保温系统用A级保温材料吸水性能的测定。

1 研究概况

一般情况下，干燥温度在100℃以上的条件下更有利于样品中水分的迁移与挥发。因此，现行国家标准《无机硬质绝热制品试验方法》GB/T 5486-2008[2]﹑《矿物棉及其制品试验方法》GB/T 5480-2017[3]中规定，吸水率试验前试样分别需要在（110±5）℃和（105±5）℃条件下干燥至恒重。笔者将含有聚苯颗粒的保温板试样置于（105±2）℃条件下干燥后发现，试样表面的聚苯颗粒发生了熔融现象，并剩下无机胶凝材料，降低了试样表面的防水功能，造成试样状态与产品的实际应用存在差异。基于调研，笔者尝试在研究试验中将外墙保温系统用A级保温材料试样的干燥温度调整为（65±2）℃。

试验原理：将试样在（65±2）℃温度下干燥至恒定质量，按规定方式完全浸入水中（48±1）h，通过测量试样浸水前后的质量和浸水前试样的体积，计算得体积吸水率。

试样的体积V：按GB/T 5486-2008中第4章的规定，测量试样的长度﹑宽度﹑厚度后计算而得。

试验环境：温度（20±5）℃，相对湿度（60±10）%。

3 仪器设备和材料

电热鼓风干燥箱：温度偏差应控制在±2℃。

钢直尺：标称长度不应小于500mm，分度值应为1mm。

游标卡尺或数显卡尺：分度值不应大于0.05mm。

电子天平：分度值不应大于0.1g。

水箱：容量应能浸泡试样，水箱的长度宜大于1000mm，宽度宜大于450mm。

干燥器：容量应能放置试样。

格栅：由断面约为20mm×20mm的不易腐烂的材料制成，格栅与试样的接触面积不应大于试样面积的10%。

毛巾。

软质聚氨酯泡沫塑料（海绵）：

尺寸应为180mm×100mm×40mm。

4 试样

4.1 试样尺寸和数量

试样尺寸长度为（400±1）mm，宽度为（300±1）mm，厚度为保温材料制品厚度。除保温装饰复合板试样外，其他试样应保留表皮或装饰面。

试样数量为3块。

4.2 试样制备

以制品供货形态制备试样。从供货制品中随机抽取3块，每块分别制备1块试样，取样部位距离制品边缘不应小于50mm。

对于保温装饰复合板样品，试样制备时采用机械加工方式去除带饰面层的面板以及底衬材料。试样表面应平整，且不留有胶水等影响试验的其他材料。保温装饰一体板，参考现行行业标准《建筑用发泡陶瓷保温板》JG/T 511和《保温防火复合板应用技术规程》JGJ/T 350中的相关规定，带着装饰面进行检测。

将试样置于电热鼓风干燥箱中，在（65±2）℃条件下烘干至恒定质量，恒定质量判定依据为恒温3h两次称量试样质量的变化率小于0.2%。将烘干至恒定质量的试样移至干燥器中冷却至室温。

5 试验步骤

将每块试样分别水平放置在水箱底部格栅上，试样距周边及试样间距不小于25mm。然后，将另一格栅放置在试样上表面，加上重物。

在水箱中加入自来水，水面高出试样表面25mm～30mm。注水完毕开始计时，浸水时间应为（48±1）h。试验期间，确保自来水的水温为（20±5）℃。

试样取出后立即放在拧干水分的毛巾上，排水（10±1）min，然后用软质聚氨酯泡沫塑料（海绵）吸去试样表面吸附的残余水分。吸水前，用力挤出海绵中的水，然后放置在试样表面均匀地吸附表面的残余水分，吸附时将海绵压缩至其厚度的50%。每一表面至少吸水两次，每次吸水（60±5）s，直至试样表面无可见的残余水分。

称量试样的质量 ，精确至0.1g。

6 试验数据处理

试样的体积吸水率按式（1）计算，精确至0.01%。

式中：

体积吸水率为3个试样体积吸水率的算术平均值，精确至0.1%。

7 验证试验

7.1 验证试验内容

为验证本试验方法对外墙保温系统用A级保温材料体积吸水率检测的可操作性和准确性，了解影响该方法的试验影响因素，特设计进行以下试验：①对试样干燥温度和再现性条件下精密度进行验证；②对不同类型保温材料分别进行浸水2h和48h试验比对；③对不同类型保温材料分别进行浸水24h﹑48h和72h试验比对；④试验方法重复性条件下精密度验证。

7.2 验证试验数据汇总和分析

7.2.1 对试样干燥温度和再现性条件下精密度进行验证。目前，从生产工艺和产品特点来看，A级保温材料本身具有一定的含水率，为了降低对检测结果的影响，应对试样进行干燥处理后再测试其体积吸水率。

本次实验采用了外墙保温一体化系统用保温材料作为验证试验样品，试样分别在（65±2）℃和（105±2）℃条件下进行干燥处理，随后进行体积吸水率试验，并对试验方法的再现性进行了验证。两项验证试验结果详见表1。

表1 外墙保温一体化系统用保温材料不同干燥温度下试验结果

以上试验结果表明，试样在（65±2）℃条件下进行干燥处理表面没有发生异常情况，体积吸水率试验结果偏差相对较小，而置于（105±2）℃下样品的体积吸水率数值偏大40%左右。笔者认为，这主要是因试样表面及内部构造发生变化造成。

上述验证试验表明，将此类试样的干燥温度设定为（65±2）℃是可以行的。同时，试验结果中，外墙保温一体化系统用保温材料样品在再现性条件下获得的2次检测结果绝对差值不超过两次检测结果算术平均值的1.1%，说明本试验方法具有较好的可操作性和再现性条件下精密度。

7.2.2 对不同类型保温材料分别进行不同浸水时间的验证试验。GB/T 5486-2008规定无机硬质保温材料吸水率的浸水时间为2h。笔者采用外墙保温一体化系统用保温材料﹑复合聚苯乙烯泡沫保温板及带釉面发泡陶瓷保温板三种类型样品，分别进行浸水2h和48h试验比对，具体结果详见表2～表4。

表2 外墙保温一体化系统用保温材料浸水2h和48h试验结果

表3 复合聚苯乙烯泡沫保温板浸水2h和48h试验结果

（续表）

表4 带釉面发泡陶瓷保温板浸水2h和48h试验结果

上述试验结果显示，对于外墙保温一体化系统用保温材料和复合聚苯乙烯泡沫保温板浸水2h和48h后，试样吸水率变化较大，而带釉面发泡陶瓷保温板浸水2h和48h后，试样吸水率基本保持不变。

基于此，笔者分别采用复合聚苯乙烯泡沫保温板﹑泡沫玻璃保温板样品分别进行浸水24h﹑48h和72h试验。试验结果详见表5﹑表6。

表5 复合聚苯乙烯泡沫保温板浸水24h、48h和72h试验结果

表6 泡沫玻璃保温板浸水24h、48h和72h试验结果

（续表）

从试验数据看，复合聚苯乙烯泡沫保温板样品和泡沫玻璃板样品浸水48h和72h变化小于5%，浸水48h样品基本达到水饱和状态。因此，笔者建议采用浸水48h作为A级保温材料体积吸水率的浸水时间。

7.2.3 试验方法重复性条件下精密度验证。笔者分别采用外墙保温一体化系统用保温材料﹑复合聚苯乙烯泡沫保温板和带釉面发泡陶瓷保温板样品对试验方法的重复性进行验证。试验结果详见表7～表9。

表7 外墙保温一体化系统用保温材料重复性试验

表8 复合聚苯乙烯泡沫保温板重复性试验

表9 带釉面发泡陶瓷保温板重复性试验

上述试验结果可得，外墙保温一体化系统用保温材料﹑复合聚苯乙烯泡沫保温板和带釉面发泡陶瓷保温板样品在重复性条件下获得的2次检测结果绝对差值分别不超过两次检测结果平均值的1.0%﹑1.0%﹑0.1%，说明本试验方法具有较好的可操作性和重复性条件下精密度。

8 结束语

现行国家标准关于保温材料吸水性能的试验方法不能完全适用于外墙保温系统用A级保温材料，主要在适用范围﹑试验原理﹑样品取样制备和状态调节﹑试验条件等方面存在差异，无法准确体现其实际吸水性能。经调研与试验验证，将外墙保温系统用A级保温材料试样的干燥温度设为（65±2）℃，并采用完全浸入法浸水48h，能更准确地进行其体积吸水率检测试验。本试验方法具有可操作性与科学性，符合外墙保温系统的应用要求，为真实反映外墙保温系统用A级保温材料实际吸水性能提供了技术支持，对保障节能工程用保温材料质量﹑促进建筑节能和建材企业发展具有积极作用。