建筑外墻涂料水蒸氣透過性能測(cè)試方法比較

范珺

（濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250031）

0 引言

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。

1 外墻涂料水蒸氣透過性能概述

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)透過外墻涂料向低壓側(cè)遷移滲透，這一過程叫做水蒸氣滲透。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0.85 g/(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”“水蒸氣透過率”同為描述水蒸氣透過性能專業(yè)術(shù)語，但在不同的標(biāo)準(zhǔn)中，這三項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算方法有些差異。

2 外墻涂料水蒸氣透過性能的測(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性能試驗(yàn)方法》和JG/T 309-2011《外墻涂料水蒸氣透過率的測(cè)定及分級(jí)》。下面將從適用范圍、試驗(yàn)原理、試驗(yàn)儀器和材料、試樣制備四個(gè)方面對(duì)二者進(jìn)行對(duì)比與介紹。

2.1 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)性地規(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率測(cè)定方法。通常行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)屬于專業(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)行水蒸氣透過性能測(cè)試。

2.2 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)，就可通過質(zhì)量的變化來測(cè)定水蒸氣透過率。由于該方法是通過試驗(yàn)杯質(zhì)量的減少而計(jì)算出的結(jié)果，因此亦可稱為“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；干燥劑法的樣品封裝同水法，但試驗(yàn)盤（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)盤放置于溫濕度可控的空間內(nèi)定時(shí)稱重，由于試樣兩側(cè)濕度差的存在，試驗(yàn)盤重量將不斷增加，通過測(cè)量增加的試驗(yàn)盤的重量來測(cè)算出水蒸氣透過率，該法又稱為”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)，但在增重法實(shí)際測(cè)試過程中，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。

2.3 試驗(yàn)儀器和材料

2.3.1 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)度的材料如玻璃、聚乙烯、鋁等制成的試驗(yàn)杯，直徑81 mm，試驗(yàn)面積至少為50 cm2。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，見圖1。

圖1 JG/T 309試驗(yàn)杯

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)盤的設(shè)計(jì)可供選擇。試驗(yàn)盤宜選用大而淺的盤子，盤口徑至少60 mm，試樣越厚，盤口徑越大。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口的樣品部分遮擋起來，使盤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，見圖2。除了使用密封劑密封，GB/T 17146也允許密封墊式密封。

圖2 GB/T 17146試驗(yàn)盤及密封

2.3.2 容器內(nèi)外相對(duì)濕度

JG/T 309中試驗(yàn)杯中盛放的是由1 665 g磷酸二氫銨和4 500 g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%；而試驗(yàn)杯應(yīng)處于溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%的房間或箱體中，風(fēng)速應(yīng)低于0.3 m/s。GB/T17146水法試驗(yàn)中，試樣盤放置的是蒸餾水，試驗(yàn)盤上方空氣濕度視為100%，周圍環(huán)境可選在21～23℃之間，相對(duì)濕度一般保持在（50±2）%。

2.4 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)選用的基材類型、涂布量、制備方法和養(yǎng)護(hù)時(shí)間等，見表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。

3 以乳膠漆為例詳細(xì)介紹JG/T 309水蒸氣透過率測(cè)試方法

為了詳細(xì)介紹外墻涂料的水蒸氣透過率測(cè)試方法，同時(shí)了解市售涂料的水蒸氣透過性能，現(xiàn)依據(jù)JG/T309-2011《外墻涂料水蒸氣透過率的測(cè)定及分級(jí)》，對(duì)某品牌的乳膠涂料進(jìn)行水蒸氣透過率測(cè)試。

3.1 試驗(yàn)儀器

濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司產(chǎn)W3/031水蒸氣透過率測(cè)試儀。

3.2 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，水蒸氣透過密封在試驗(yàn)杯口的試樣進(jìn)入干燥的一側(cè)，通過測(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率等參數(shù)。

3.3 試樣制備

3.3.1 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率應(yīng)大于240 g/(m2·d)，因此本次試驗(yàn)選取了多孔的無紡布基材，見圖3。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，其水蒸氣透過率為435.21 g/(m2·d)，符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.3.2 樣品的制備

按照產(chǎn)品說明書對(duì)乳膠漆進(jìn)行了稀釋，將其均勻涂布在無紡布基材上。根據(jù)JG/T 309的要求“涂布干膜厚度≥80 μm，刷涂，至少涂布2道，每道間隔6 h”，樣品涂布后涂層厚度為147.6 μm，平均克重為309.62 g/m2。涂布完成后養(yǎng)護(hù)14 d，養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫濕度分別為（23±2）℃，（50±5）%。

表1 試驗(yàn)樣品的制備

圖3 無紡布基材

3.3.3 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/T 6682-2008規(guī)定的三級(jí)水中24 h，浸水時(shí)涂層應(yīng)當(dāng)朝下并保證完全浸沒。之后，將樣品在（50±2）℃溫度下，干燥24 h。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48 h。若涂層出現(xiàn)起鼓、開裂現(xiàn)象，應(yīng)重新制樣，見圖4。

圖4 涂覆涂料的無紡布基材

3.4 試驗(yàn)

將樣品裁剪為直徑74 mm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)化控制間歇式稱重測(cè)量，設(shè)置一定的稱重時(shí)間間隔、試驗(yàn)溫度23℃，試驗(yàn)濕度55%即可開始試驗(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。

3.5 結(jié)果計(jì)算

3.5.1 涂覆涂料的多孔基材的水蒸氣透過率

根據(jù)JG/T 309中對(duì)涂覆涂料的多孔基材的水蒸氣透過率Vi的計(jì)算方法（1）：

式中:Vi—試樣的水蒸氣透過率，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。

得出3個(gè)試樣測(cè)得的水蒸氣透過率分別為76.54 g/(m2·d)、77.21 g/(m2·d)、76.93 g/(m2·d)。

3.5.2 涂料的水蒸氣透過率

根據(jù)JG/T 309中對(duì)多孔基材上的非自支撐涂層水蒸氣透過率V的計(jì)算方法（2）：

式中：V—涂料的水蒸氣透過率，g/(m2·d)；Vcs—涂覆涂料的多孔基材的水蒸氣透過率，g/(m2·d)；Vs—多孔基材的水蒸氣透過率，g/(m2·d)。

得出3個(gè)試樣的涂料的水蒸氣透過率分別為92.87 g/(m2·d)、93.86 g/(m2·d)、93.45 g/(m2·d)，該涂料的平均水蒸氣透過率為93.39 g/(m2·d)。

4 結(jié)語

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/T1 7146-1997《建筑材料水蒸氣透過性能試驗(yàn)方法》和JG/T 309-2011《外墻涂料水蒸氣透過率的測(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)于水蒸氣透過率的測(cè)試方法，證明了減重法涂料水蒸氣透過率測(cè)試具有一定的合理性和可操作性。

[1]林宣益.外墻涂料的拒水和透氣性[J].上海建材, 1998,（5）:24-25.

[2]GB/T 4132-1996,絕熱材料及相關(guān)術(shù)語[S].

[3]張目清.透濕性測(cè)試稱重法的現(xiàn)狀分析以及發(fā)展趨勢(shì)[J].包裝工程,2008,29(6):209-210.