浸水对硅质聚苯板保温性能的影响及解决方案探讨

郭书源， 赵 敏， 武 昕

(西安工业大学 建筑工程学院， 西安 710021)

近年来为解决我国城镇化过程中突显出的建筑能耗问题，国家制定了相关的法律法规[1-3]，规定建筑物要在安全的基础上，减少能耗，达到绿色节能的标准。建筑节能是指通过建筑过程中的一些措施有效地降低建筑能耗，而构建建筑外围保温体系，是其中重要的节能措施。外墙保温材料性能则是使建筑外围保温体系发挥作用的关键。因此新型的绿色环保外墙保温材料得到了大力推广。

聚苯板作为一种新型的外墙环保保温材料，不仅具有导热系数小，保温隔热效果好等优点，而且具有A级不燃性，是理想的外墙环保保温材料。目前专业人士对硅质聚苯板在复杂条件下作为外墙保温系统的保温性能研究较为缺乏。因此，对于保证硅质聚苯板在复杂条件下的保温性能的研究至关重要。

本文主要研究浸水对硅质聚苯板保温性能的影响。

1 试验设计

1.1 聚苯板的准备

聚苯板属于一种新型建筑保温材料，是基于EPS保温板改良制成，运用高压技术将阻燃液体压入EPS颗粒中，接着预热烘干使阻燃液体储存于EPS板中，最后在模具中加热泡制成硅质聚苯板。

选择硅质聚苯板要注意以下几点：

1)聚苯板质量应达标。目前硅质聚苯板正处于初步发展阶段，相关部门并未对聚苯板质量要求进行标准化的规范，因此市场上的硅质聚苯板质量良莠不齐，一些不良商家为追求高利润，在硅质聚苯板质量上以次充好；

2)聚苯板应具有保温性能好、防火效果佳、导热系数小、几何稳定性高等性能指标；

3)聚苯板尺寸、厚度应符合当地环境。比如南北方气候差异，所选的保温材料就不同。要根据当地环境选取最佳厚度、最耐用的保温材料，满足在相应规范中的使用寿命。

基于以上三点，经过对建材市场的情况的市场调研，选取了西安北大明宫建材市场上的优质硅质聚苯板作为本文的试验研究对象。该保温板的性能指标如表1所示。

1.2 粘结砂浆

聚合物粘结砂浆具有固结时间短、粘接性高、性能稳定、和易性好、耐冻融等优点，目前作为聚苯板保温体系建筑墙体与硅质聚苯板粘结的专用砂浆。本次粘结砂浆采用西安瑞格建材有限公司生产的RG-A型聚合物粘结砂浆(保温板粘结专用)，该砂浆质量高，属性优良。

1.3 硅质聚苯板试样制备

硅质聚苯板保温体系在饰面层和抹面层掉落后，裸露在外的硅质聚苯板就会直接面对自然环境的考验，保温体系整体的保温性能就开始降低。故本次试验的试样采用硅质聚苯板和粘结砂浆粘结的方式进行制备。

表1 聚苯板性能指标

市场采购硅质聚苯板的尺寸为650 mm×650 mm×40 mm，用锋利的锯齿刀将其分割成成150 mm×150 mm×40 mm试件备用。

1.4 粘结砂浆制备

将聚合物砂浆与水按 的比例混合，静置3 min后再次搅拌均匀，粘结砂浆应做到随做随用，最好在2 h内使用完毕。

1.5 硅质聚苯板保温体系试件制备

使用整面粘结法用抹灰刀将制备好的粘结砂浆涂抹在硅质聚苯板试件上，涂抹均匀后，置于温度(10～28) ℃，湿度(50±10)%的养护箱内养护485 h，然后测试每块试样的初始导热系数。硅质聚苯板及试样制备过程如图1所示。

图1 粘接砂浆制备及试样制作

1.6 试验设备

本试验所用的导热系数测试仪是北京世纪建通环境技术有限公司生产的JTRG-III导热系数测试仪。该设备的测试范围为0.02～0.8 W/(m·K)，相对误差≤±3%。热板和冷板的温度分别设定在5 ℃和40 ℃左右。当被测试保温板的试验达到一定时间，且热板、冷板的实测热流恒定不变时，即可判定该保温板达到一个稳定状态。导热系数仪如图2所示。

图2 导热系数仪

恒温水箱采用金坛区西城新瑞仪器厂生产的HH-600恒温水箱，温度控制范围：室温—99 ℃，控制精度≤0.5 ℃。恒温水箱如图3所示。

图3 恒温水箱

1.7 试验方法

本次硅质聚苯板保温体系浸水试验的方法如下：将试样置于恒温20 ℃的HH-600型恒温水箱中浸泡，测试随着浸水时长的增加，浸水对于硅质聚苯板保温体系保温性能的影响。为保证测试的准确性，每次测试后，试样必须在20 ℃恒温箱内风干，然后再进行下一次试验。

2 浸水试验结果与分析

经过试验，我们记录了硅质聚苯板保温体系试样在不同浸水时长下导热系数的变化情况，数据如图4所示。

图4 浸水对硅质聚苯板保温体系保温性能的影响

根据硅质聚苯板保温体系浸水试验数据可以看出，随着浸水时长的不断增加，硅质聚苯板保温体系的导热系数呈现出先增长，而后达到相对稳定的趋势，证明硅质聚苯板保温体系在吸水性达到饱和的情况下，导热系数基本达到稳定。在浸水试验开始阶段，硅质聚苯板导热系数会随着浸水时长增加，这是因为硅质聚苯板是由覆有阻燃硅质液的聚苯颗粒预发加热制成。虽然硅质聚苯颗粒具有结构稳定、防水的特性，但硅质聚苯板的结构是由硅质聚苯颗粒热熔连接的互联式蜂窝结构，颗粒间会存有一定的孔隙，经过浸水，水分会逐步填充硅质聚苯颗粒间的孔隙，而水是很好的导热材料，所以硅质聚苯板保温体系的导热系数会在遇水后随着导热逐步增加。到浸水试验后期，由于硅质聚苯板颗粒间的孔隙空间充满水分，硅质聚苯板含水率达到饱和后不再吸收水分，因此硅质聚苯板保温体系导热系数趋于稳定。

由图4可以看出，硅质聚苯板保温体系在经历9个小时的浸水时长的情况下，硅质聚苯板的吸水率达到100%，硅质聚苯板保温体系导热系数会趋于稳定，最终稳定在0.11 W/(m·K)左右。根据国家相关规范规定，凡平均温度不高于350 ℃时保温板保温体系的导热系数不大于0.12 W/(m·K)的体系称为保温体系。根据此标准，硅质聚苯板保温体系在吸水率达到饱和时虽然仍能达到保温体系的规定标准，但已经接近于失去保温性能。浸水试验结果表明在自然环境中，雨水的渗入会导致硅质聚苯板保温体系保温性能降低。

为总结浸水时长与硅质聚苯板保温体系导热系数的相关规律，我们使用了数据处理软件对相关参数进行数据处理，如图5所示。

图5 浸水损伤拟合

如图5所示，浸水损伤试验拟合公式为y=0.06998×x0.16157。

经过试验，得出硅质聚苯板保温体系导热系数在浸水自然因素影响下保温系数的变化情况，通过分析这种损伤规律，总结得到以下结论：

硅质聚苯板保温体系在浸水试验开始时，导热系数快速增加；在浸水时长达到9 h后含水率达到饱和，导热系数趋于稳定，而在导热系数快速增加的过程中，我们发现经历9 h后，导热系数总增长率为76.57%。因此应加强防水措施，避免浸水对硅质聚苯板保温体系的保温性能造成影响。

3 改良试验

3.1 改良试验试样的制备

1)硅质聚苯板及粘结砂浆的制作方法与前文所述相同。

2)憎水剂选用北京瑞盛特建材有限公司生产的无机透明有机硅憎水剂。

3)改良硅质聚苯板保温体系试件的制作。

a.配制粘结砂浆：聚合物砂浆与水按4∶1的比例混合均匀，静置3 min后，再次搅拌均匀，粘结砂浆应做到随做随用，最好在2 h内使用完毕。

b.硅质聚苯板与粘结砂浆选用整面粘接法，将粘结砂浆均匀涂抹于硅质聚苯板表面，并用抹子将其涂抹均匀。

c.将试样置于温度(10～28)℃，湿度(50±10)%的养护箱内养护48 h。

d.将憎水剂与水按的比例搅拌均匀，然后均匀喷涂在硅质聚苯板上，最后将试样置于温度(10～28) ℃，湿度(50±10)%的养护箱内养护48 h。

3.2 改良试验方法

1)试验设备。导热系数仪：北京世纪建通环境技术有限公司生产的JTRG-III导热系数测试仪。该设备的测试范围为0.02～0.8 W/(m·K)，相对误差≤±3%。热板和冷板的温度分别设定在5 ℃和40 ℃左右。

恒温水箱：金坛区西城新瑞仪器厂生产的HH-600恒温水箱，温度控制范围：室温-99 ℃，控制精度≤0.5 ℃。

2)试验步骤。将试样置于恒温20 ℃的HH-600型恒温水箱中浸泡，测试随着浸水时长的增加对硅质聚苯板保温体系保温性能的影响；为保证测试的准确性，每次测试后，将试样放置在20 ℃恒温箱内风干后再进行下一次试验。

3.3 改良硅质聚苯板试验结果及分析

通过浸水试验，我们记录了改良硅质聚苯板保温体系试样在不同浸水时长下导热系数的变化情况，数据如下图6所示。

图6 浸水时长对改良硅质聚苯板保温体系保温性能影响

由图6可以得出，改良后的硅质聚苯板经历9小时浸水试验之后，试验的四组试样的导热系数平均增加0.004 1 W/(m·K)左右，增长率为6.66%；经历16小时之后，改良后的硅质聚苯板保温体系导热系数增加0.011 W/(m·K)左右，增长率为%；其中从浸水9小时到浸水16小时之间，增长率的变化为11.2%；硅质聚苯板保温体系试件经历20小时浸泡后，试件的导热系数稳定在0.072 6 W/(m·K)，试样的导热系数不再增加。

根据改良硅质聚苯板保温体系浸水损伤试验数据可以看出，随着浸水时长的不断增加，硅质聚苯板保温体系的导热系数变化呈现先缓慢增长，后快速增长，最后趋于稳定的规律。导热系数的变化趋势表明：硅质聚苯板表面覆盖的憎水剂起到了防水的作用。由于憎水剂覆盖的不够均匀，少部分水分可通过孔隙渗透进硅质聚苯板中，硅质聚苯板保温体系的导热系数仍在增长，但增速较缓(增长率为6.66%)；随着硅质聚苯板浸泡时长的增加，硅质聚苯板表面覆盖的憎水剂或有少许脱落的现象，加速了硅质聚苯板空隙内含水量的增长，因此硅质聚苯板保温体系的导热系数在缓慢增长一定时间后增长速率变大(增长率的变化为11.2%)。试验后期硅质聚苯板保温体系导热系数趋于稳定，为0.072 6 W/(m·K)，且不再变化，可表明憎水剂的覆盖使大部分硅质聚苯板孔隙内再没有水分的渗入。由此可见，硅质聚苯板保温体系在增加防水涂层后，达到稳定后的导热系数0.072 6 W/(m·K)比未增加防水层的硅质聚苯板浸水9小时后0.11 W/(m·K)的导热系数要低得多，充分证明增加防水层后，硅质聚苯板保温体系保温性能得到有效的保护，能维持长效的保温效果。

为总结浸水时长与改良后的硅质聚苯板保温体系导热系数的相关规律，我们再次使用了数据处理软件对相关参数进行数据处理，如下图7所示。

图7 改良硅质聚苯板浸水损伤拟合

如上图所示，浸水时长与改良后的硅质聚苯板保温体系试件的拟合公式为y=0.05844×x0.06914。

3.4 施工现场试验与验证

为了充分验证硅质聚苯板保温体系增加防水层对于降低浸水对保温效果影响的有效性，我们的试验人员特在施工现场进行相关试验来验证其合理性。

3.4.1 试验材料制备

1)按照施工工艺在硅质聚苯板上依次增加粘接层、防水层、抹面层和装饰层；

2)按照施工标准对试样进行养护；

3)测试硅质聚苯板保温体系的初始导热系数。

3.4.2 试验方法

严格按照在实验室的试验步骤，将硅质聚苯板保温体系浸泡于室外水箱中，记录不同浸水时长对硅质聚苯板保温体系的影响。

3.4.3 试验结果与分析

通过现场试验，我们记录了改良后的硅质聚苯板保温体系试样在施工现场不同浸水时长下导热系数的变化情况，数据如图8所示。

图8 现场浸水试验

通过施工现场试验的数据图表来看，四组试样的变化趋势与改良后的硅质聚苯板试样在室内的试验数据变化曲线基本一致，从而得出其改良效果一致，有效地证明了硅质聚苯板保温体系增加防水层的合理性。

4 结语

通过上述试验可知，硅质聚苯板保温体系在受浸水因素影响后，其保温性能降低非常明显。为了降低这种浸水损伤造成的影响，我们提出了对硅质聚苯板增加防水层的方案，并通过对增加防水层的硅质聚苯板保温体系进行损伤试验，综合试验结果和数据分析得到以下结论：

硅质聚苯板保温体系增加防水层后，其保温体系的保温性能与未增加防水层的保温体系保温性能相比，有十分明显的改善作用。在浸水损伤试验中，试样在试验中浸水达到饱和以后，增加防水层的硅质聚苯板试样导热系数增长率为17.86%，而无防水层的试样导热系数增长率为，充分证明增加防水层后，硅质聚苯板保温体系保温性能得到了有效的保护，能维持长效的保温效果。为进一步验证室内试验的合理性，我们在施工现场做了同样的试验。通过比较施工现场试验数据与室内试验数据，发现了两者在变化趋势上的相似性，从而有效地证明了硅质聚苯板增加防水层的可行性。

在自然环境中，不仅浸水会对外墙外保温体系产生影响，光照、冻融等也会对其产生影响。本文主要探究浸水对于外墙外保温体系的影响及解决方案，并未对浸水以外的其他因素进行探究，更全面的分析结果需后续考察更多的影响因素。根据本文的试验结果及分析探究结果，可以了解到给硅质聚苯板增加防水层的必要性和可行性，随着硅质聚苯板在外墙外保温体系中的广泛应用，给硅质聚苯板增加防水层势在必行。