熱固復(fù)合聚苯板吸水率快速測(cè)試方法及其影響因素分析

賽明澤，王林

（1．臥牛山建筑節(jié)能有限公司 江蘇 南京210000）

（2．中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院 北京100035）

0 引言

隨著中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，建筑能耗占到社會(huì)總能耗的40%以上，建筑節(jié)能已成為全社會(huì)節(jié)能的重點(diǎn)領(lǐng)域，中國力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，建筑保溫節(jié)能是中國建筑行業(yè)向低碳和綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型的重要發(fā)展方向之一。

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016中對(duì)公共建筑以及高層的民用建筑均作了明確要求，保溫芯材需達(dá)到A級(jí)防火的標(biāo)準(zhǔn)，熱固復(fù)合聚苯板（TEPS板）作為A級(jí)保溫芯材的一種，是建筑節(jié)能的重要產(chǎn)品。吸水率是衡量其保溫性能的一個(gè)主要性能指標(biāo)，保溫材料吸水后，其保溫性能也隨之降低，在低溫環(huán)境下，保溫材料內(nèi)部吸入的水極易結(jié)冰，破壞保溫材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而使其強(qiáng)度、保溫性能等指標(biāo)下降。由于《硬質(zhì)泡沫塑料吸水率的測(cè)定》GB/T 8810吸水率1,2的測(cè)試方法對(duì)試驗(yàn)裝置有一定的要求，單次測(cè)試試樣少，測(cè)試效率無法有效提高，無法滿足大批量測(cè)試需要，現(xiàn)通過更改實(shí)驗(yàn)方法，弱化了吸水率測(cè)試對(duì)試驗(yàn)裝置的要求，可同時(shí)進(jìn)行多組試樣測(cè)試，批量測(cè)試提高效率。

通過研究厚度、標(biāo)稱密度、浸水時(shí)間對(duì)TEPS板吸水率的影響，找出TEPS板吸水率的主要影響因素，并通過對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)方法和本實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得吸水率值，對(duì)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性進(jìn)行分析。尋找一種快速檢測(cè)TEPS板吸水率的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

TEPS板（符合JG/T 536-2017《熱固復(fù)合聚苯乙烯泡沫保溫板》中低密度型的TEPS板）、蒸餾水（蒸餾后放置48 h）、自制水槽（尺寸35*65*45 cm）、游標(biāo)卡尺（上海工具廠有限公司，200 mm）、鋼直尺（長城，300 mm）、螺旋測(cè)微計(jì)（上海量具刃具廠，25 mm）、電子天平（天津丹納赫西特傳感工業(yè)控制，BL-2000S）、硬質(zhì)泡沫吸水率測(cè)定儀（上海恒平，JA21002P）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

TEPS板試樣尺寸為（100±1）mm×（100±1）mm。

標(biāo)準(zhǔn)方法：《硬質(zhì)泡沫塑料吸水率的測(cè)定》GB/T 8810吸水率的測(cè)試方法。

本實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法：切割取樣后對(duì)每塊TEPS板進(jìn)行標(biāo)記，按照GB/T 2918的規(guī)定調(diào)節(jié)試驗(yàn)環(huán)境為（23±2）℃和（50±5）%相對(duì)濕度3，試樣在該環(huán)境下養(yǎng)護(hù)24h后稱重為m1，試樣線性尺寸根據(jù)《泡沫塑料與橡膠 線性尺寸的測(cè)定》GB/T 6342中方法進(jìn)行測(cè)試4。將試樣浸沒在（23±2）℃的蒸餾水中，并使試樣頂面距水面約50mm，用軟毛刷或攪動(dòng)除去試樣表面氣泡。分別在第1天、第2天、第3天、第4天、第5天 取 出，在1分鐘內(nèi)用擰干的濕抹布擦干表面水后稱重為m2，記錄并計(jì)算其體積吸水率。試樣質(zhì)量精確至0.01g，線性尺寸精確至0.02mm，試樣同時(shí)測(cè)量3個(gè)取平均值。

V試樣體積=a×b×c×10-3

ωAv：體積吸水率，%

m1：試樣浸水前質(zhì)量，g

m2：試樣浸水后質(zhì)量，g

V試樣體積：試樣的體積，cm3

V所吸水分：試樣吸收水分的體積，cm3

ρ水：水的密度按照1g/cm3計(jì)算

a：長度，mm b：寬度，mm c：厚度，mm

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

1.3.1 厚度對(duì)吸水率的影響

分別選取厚度為30 mm、50 mm、70 mm的TEPS板，切割成測(cè)試要求尺寸，選相同標(biāo)稱密度的試樣，測(cè)試第1～5天的吸水率。對(duì)比分析厚度對(duì)TEPS板吸水率的影響。

1.3.2 標(biāo)稱密度對(duì)吸水率的影響

選取厚度為30 mm、標(biāo)稱密度不同具有一定梯度值的TEPS板，切割成測(cè)試要求尺寸，測(cè)試第1天、第2天、第3天、第4天、第5天的吸水率。對(duì)比分析標(biāo)稱密度對(duì)TEPS板吸水率的影響。

1.3.3 吸水率測(cè)試GB/T 8810標(biāo)準(zhǔn)方法和本實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比

選取不同標(biāo)稱密度（具有一定梯度值）、厚度為30 mm的TEPS板，試樣分別用GB/T 8810標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法和本方法進(jìn)行吸水率測(cè)試，分析2種方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異性大小。

1.3.4 浸水時(shí)間對(duì)吸水率的影響

測(cè)試52組不同標(biāo)稱密度、厚度為30mm的TEPS試樣，測(cè)試第1天、第2天、第3天、第4天、第5天的吸水率。以第4天作為標(biāo)準(zhǔn)值，分析第n（n=1、2、3、5）天的吸水率與第4天吸水率的比值關(guān)系。

2 結(jié)果與討論

2.1 厚度對(duì)TEPS板吸水率的影響分析

取樣標(biāo)稱密度為37 kg/m3，厚度分別為30 mm、50 mm、70 mm的TEPS板吸水率隨天數(shù)增加而變化趨勢(shì)見圖1。

圖1 不同厚度的TEPS板吸水率隨天數(shù)變化圖示

由 圖1可 見：30 mm、50 mm、70 mm的TEPS板第4天吸水率分別為3.47%，3.21%，2.87%，說明在相同的時(shí)間點(diǎn)上，TEPS板吸水率隨試樣厚度的增加而降低。主要是由于TEPS板厚度越大，水分子通過板材縫隙滲透擴(kuò)散到TEPS板內(nèi)部的時(shí)間就越長，其吸水率就越小。

此外，TEPS板吸水率前3天增速較快，而后隨著天數(shù)增加吸水率趨近吸水飽和值，增長趨勢(shì)變緩。

2.2 標(biāo)稱密度對(duì)TEPS板吸水率影響分析

標(biāo)稱密度分別為32.60 kg/m3，34.15kg/m3，37.61 kg/m3，40.43 kg/m3，42.48 kg/m3的TEPS板（厚度為30 mm），其第4天的吸水率值依次為：2.84%，3.04%，3.67%，4.30%，4.89%，其吸水率隨天數(shù)的增加而變化的趨勢(shì)見圖2。

圖2 不同標(biāo)稱密度的TEPS板的吸水率隨時(shí)間變化趨勢(shì)

由圖2可見，TEPS板吸水率隨試樣標(biāo)稱密度的增加而增大，主要是由于TEPS板標(biāo)稱密度越大，聚苯乙烯發(fā)泡顆粒越多，其比表面積越大，孔隙率總量越大，其相對(duì)的無機(jī)防火液用量也就越大，水分滲透擴(kuò)散到TEPS板內(nèi)部的時(shí)間就越短，因此吸水率就越大。

此外TEPS板吸水率前3天增速較快，而后隨著吸水飽和值的趨近而漸緩，到第4天吸水率基本趨于平衡。

2.3 吸水率測(cè)試GB/T 8810標(biāo)準(zhǔn)方法和本實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比分析

對(duì)22組厚度為30mm，標(biāo)稱密度不同的TEPS板進(jìn)行GB/T 8810標(biāo)準(zhǔn)方法和本實(shí)驗(yàn)方法吸水率測(cè)試，2種方法第4天吸水率測(cè)試結(jié)果分布如圖3所示，對(duì)2種方法測(cè)試數(shù)據(jù)分別進(jìn)行線性擬合，回歸方程線見圖3。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)方法和本實(shí)驗(yàn)方法第4天吸水率分布及線性回歸方程

2種方法線性回歸方程分別如下：

標(biāo)準(zhǔn)方法:Y=1.99766+0.04325X（相關(guān)系數(shù)R=0.96232，標(biāo)準(zhǔn)偏差SD=0.08131）。

本實(shí)驗(yàn)方法:Y=1.97052+0.04513X（相關(guān)系數(shù)R=0.98336，標(biāo)準(zhǔn)偏差SD=0.05548）。

由圖3可見，2種實(shí)驗(yàn)方法的回歸方程相關(guān)系數(shù)都在0.96以上，標(biāo)準(zhǔn)偏差都小于0.08，斜率分別為0.043和0.045，可見2種實(shí)驗(yàn)方法所測(cè)得吸水率偏差不大。

另外對(duì)2種實(shí)驗(yàn)方法的測(cè)試平均值求比值，兩者比值為1.0022，可見對(duì)于厚度為30mm的TEPS板，本實(shí)驗(yàn)方法得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較小，且2種方法的誤差遠(yuǎn)小于操作誤差以及試樣均一性誤差，因此本方法所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2.4 浸水時(shí)間對(duì)TEPS板吸水率的影響分析

對(duì)52組厚度為30mm的TEPS板通過本實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行吸水率測(cè)試，以第4天吸水率作為標(biāo)準(zhǔn)，求52組試樣第n（n=1、2、3、5）天與第4天吸水率比值的平均值，分別為D1=0.63，D2=0.77，D3=0.92，D5=1.03，如圖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天的吸水率以臨界值4 %作為參照，當(dāng)?shù)?天的吸水率達(dá)到4%×0.63=2.52%時(shí)，第2天的吸水率達(dá)到4%×0.77=3.08%時(shí)，第3天的吸水率達(dá)到4%×0.92=3.68%時(shí)，則第4天的吸水率能達(dá)到臨界值。因此，可通過第1天、第2天、第3天的吸水率來快速推算TEPS板第4天吸水率值是否達(dá)到臨界值。

圖4 第n（n=1、2、3、5）天的吸水率與第4天吸水率的比值圖

3 結(jié)語

通過對(duì)比GB/T 8810標(biāo)準(zhǔn)方法和本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)吸水率測(cè)試結(jié)果，2種實(shí)驗(yàn)方法的回歸方程相關(guān)系數(shù)都在0.96以上，標(biāo)準(zhǔn)偏差都小于0.08，可知2種方法所測(cè)得吸水率偏差不大，且2種方法的誤差遠(yuǎn)小于操作誤差以及試樣均一性誤差，所以本實(shí)驗(yàn)方法得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

通過用本實(shí)驗(yàn)方法大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證，以第4天吸水率作為標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)?shù)?天的吸水率達(dá)到2.52%時(shí)，第2天的吸水率達(dá)到3.08%時(shí)，第3天的吸水率達(dá)到3.68 %時(shí)，則第4天的吸水率能達(dá)到臨界值4%。因此，可通過第1天、第2天、第3天的吸水率來推算TEPS板第4天吸水率是否達(dá)到臨界值，達(dá)到快速檢測(cè)TEPS板吸水率的目的。