建築外牆塗料水蒸氣透過性能測試方法比較

　　外牆塗料是（shì）建（jiàn）築塗料的重要組成（chéng）部分，其長期暴露在自然環境中，除了（le）要求具備良好的裝飾性、耐水（shuǐ）性和耐候性，同時外（wài）牆塗料作為外（wài）牆保溫係統的一部分，更（gèng）應承擔建築節能的重要責（zé）任。水是破壞建築外牆保溫效果的首（shǒu）要元（yuán）凶。在（zài）建築結構中，水（shuǐ）以固態水、液態水、氣（qì）態水的形式通過擴散、滲漏、結冰等現象進行遷移，其中人們（men）更多的（de）關注液態水滲漏引發的外牆保溫失（shī）效問題，殊不知外牆塗料的水（shuǐ）蒸氣滲透性能同樣影響著（zhe）外牆保溫係統的（de）功效。

一、外牆塗料水蒸氣透過性能概述

　　由於建築外牆保（bǎo）溫係統內外存（cún）在（zài）溫度差，溫度較高一側水蒸氣分壓力較大，在水（shuǐ）蒸氣分壓差的作用下（xià），水蒸氣（qì）分子從高壓側透過外牆塗料向低壓側遷移滲透，這一過程叫做水蒸氣滲透。在寒冷區域或冬季，建築外牆內側溫度普遍高於外側，水蒸氣由建築內層向（xiàng）外遷（qiān）移，倘若外牆塗料透濕性能較差，阻礙水蒸（zhēng）氣向外排出，不僅影（yǐng）響外觀顏色，還會產生應力，使塗料鼓泡、脫落，同時因水蒸氣富集在牆體內部，易導致牆體（tǐ）內（nèi）部結露，從而對牆體熱工（gōng）、結構等帶來不利影響^[1]。

　　JG/T149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外牆外保溫係統》明（míng）確規定（dìng），薄抹灰外牆保溫（wēn）係統的水蒸氣濕流密度應（yīng）不小於0.85g/(m²·h)，根據外牆保溫係統中水蒸氣濕流密度由內側材料向外側材料（liào）遞增，因此外牆塗（tú）料的水蒸氣濕流密度要遠高於0.85 g/(m²·h)，才能保證整個外牆（qiáng）保溫係統的正常透氣。該標準中（zhōng）提（tí）到的“水蒸氣濕（shī）流密度”指的是單位時間內流經單位麵積（jī）的氣相（xiàng）水的質量^[2]，與“透濕（shī）率”“水蒸氣透過（guò）率”同為描述水蒸氣透過性能專業術語， 但在不同的標準中，這三（sān）項指標的計算方法有些許的差異。

二、外牆塗料水蒸氣透過性能的測試方法介紹與對比

　　隨著（zhe）科技的（de）發展，市售多數外牆（qiáng）塗（tú）料已經具備一定的水蒸氣透過性能，但（dàn）是否滿足使用標準（zhǔn）仍（réng）需進一步試驗驗證。當前，關於外牆塗料水蒸氣透（tòu）過性能測（cè）試方法的標準主要有兩種：GB/T 17146—1997《建築材料水蒸氣透過性（xìng）能試驗方法》和JG/T309-2011《外牆塗料水蒸氣透過（guò）率的測定及分級》。下麵將從適用範圍、試驗原理、試驗儀（yí）器和材料、試樣製備（bèi）四（sì）大方麵進行二（èr）者的（de）對比與（yǔ）介紹。

（一）適用範（fàn）圍

　　GB/T 17146為國家標準，規定了片狀、板狀的絕熱、防水隔潮、裝飾裝修等用途（tú）的（de）各種建築材料的濕流密度、透濕率試驗（yàn）方法（fǎ）。而JG/T 309為建築工業行業標準，針對性的規定了工業與民用建築的磚、石（shí）、混凝土等（děng）多孔基材上使用的外牆（qiáng）塗（tú）料的水蒸氣透過（guò）率（lǜ）測（cè）定方法。通常行（háng）業標（biāo）準屬於專業性、技術（shù）性較強的標準（zhǔn），是對國家標（biāo）準的補充（chōng）。對於符合上述兩項標（biāo）準適用範（fàn）圍的外牆塗料，可依據其一進行水蒸（zhēng）氣透（tòu）過性能測試。

（二）試驗原理

　　JG/T 309的試驗原理為在試驗杯中盛入定量的磷酸二（èr）氫銨飽和溶液，使試驗杯上方空氣的相對濕（shī）度迅速提升至93%。使（shǐ）用膜狀待測樣（yàng）品或者塗（tú）覆有待測樣（yàng）品的多孔結構的基材來封閉試驗杯。將試驗杯放置於一個溫度和相對濕度可控製的空間內，使樣品兩側保持一定的水蒸氣濃度差。在適當的時間間隔內稱量試驗杯，當質量變化與時間間隔的變化成正（zhèng）比關係時，就可通過質量的變（biàn）化來測定水蒸氣透（tòu）過（guò）率。由於（yú）該方法是通過試驗杯（bēi）質（zhì）量（liàng）的（de）減少而計算出的結果，因此亦可稱（chēng）為“減重法”試驗方法。與之不同的是（shì），GB/T 17146提供（gòng）了幹（gàn）燥劑法和水法兩種不同的方法。水法，即為減（jiǎn）重法，而幹燥劑法，樣品封裝（zhuāng）同水法，但試驗盤（即（jí）為JG/T 309中的“試驗杯“）內（nèi）放入幹燥劑，其內（nèi）部的相對濕度可視為0。將試（shì）驗盤（pán）放置於溫濕度可控（kòng）的空間內定時稱重，由於試樣（yàng）兩側濕度差的存在，試驗盤重量將不斷增加，通過測量增加的試驗（yàn）盤的重量來測算出水蒸氣透過率，該法又稱為”增重（chóng）法“。理論上，兩種測試方法均能獲得正確的測試數據，但在實際增重法測試過程中，幹燥劑的幹燥能力（lì）不斷下降，試樣兩側的濕度差發生變化，容易引起測試數據的誤差^[3]。而減重法中，試驗杯裝入某種（zhǒng）溶液或蒸餾水（shuǐ）使（shǐ）內（nèi）部保持在（zài）一個高濕水平，而試驗杯（bēi）外側可利用（yòng）恒溫恒濕儀器穩定在一個低濕環境中，由此能實現自動化控製的恒（héng）定濕度差，利於試驗的精確進行。因此，下文中主要對（duì）比兩項標準（zhǔn）中減（jiǎn）重法的（de）測試（shì）差異。

（三）試驗儀器和材料

　　1、試驗容器和（hé）密封方（fāng）式。JG/T 309要求使用耐腐蝕、由一定強度的材料（liào）如玻璃、聚乙烯（xī）、鋁等製成的試（shì）驗杯，直徑81mm，試驗麵積至少為50cm²。樣品與杯口利用帶有環形蓋的機械夾緊（jǐn）裝置或螺口裝置，同時配合合（hé）適的密封環進（jìn）行有效密封（fēng），見圖1。亦可選用熔融蠟作為密封劑。相比（bǐ）於JG/T 309提供的規範性試驗容器，GB/T17146提出了試驗容器的（de）基本要求，在此基礎上根據試樣的（de）厚度和（hé）透濕率高低（dī）列（liè）出了多種試驗盤的設計可供選擇。試驗盤宜選用大而淺的盤子，盤口徑至少60mm，試樣越厚，盤口徑越大。對於（yú）較厚且麵積較（jiào）大的樣品，應（yīng）使用鋁箔（bó）或金屬材料製成遮（zhē）模將超出盤口的樣品部分遮擋起來，使盤口麵積（jī）基本等同於試驗麵積，防止水蒸氣從邊緣和不該暴露的部位逸進/逸出。對於易發（fā）生收縮或翹曲的樣（yàng）品，應（yīng）在盤口外麵設置一個帶凸緣（yuán）的欄圈，內側（cè）塗（tú）覆密封劑，將試樣固定在試驗盤欄圈內居中位置，最終用鋁箔（bó）圍粘在凸緣和欄圈底（dǐ）部，完成密封，見圖（tú）2。除了使用密封劑密（mì）封，GB/T 17146也允（yǔn）許密（mì）封（fēng）墊式密封。

 

 圖1.JG/T 309試驗杯

說明（míng）：1-試驗蓋；2-試樣；3-密封墊圈；4-支撐架；5-試驗杯；6-試（shì）驗杯與蓋螺紋連接。

 

圖2. GB/T 17146試驗盤及密封

　　2、容器內外（wài）相對濕度。JG/T 309中（zhōng）試驗杯中盛放的是由1665g磷酸二氫銨和4500g水配置而成的飽和（hé）溶液，能使試驗杯上方空氣的相對濕度達到93%；而試驗杯應處於溫度（23士（shì）2）℃，相（xiàng）對濕度（50士5）%的房間或箱（xiāng）體中，風速應低於0.3m/s。GB/T17146水（shuǐ）法試驗中，試樣（yàng）盤放置的是蒸餾水，試驗（yàn）盤上方（fāng）空氣（qì）濕度視為100%，周圍環境可選（xuǎn）在（zài）21℃~23℃之間，相對濕度（dù）一般保持在（50士（shì）2）%。

（四）試樣製備

　　JG/T 309是針對外（wài）牆塗料的行業標準，因（yīn）而針對不同的塗料類型，如薄塗型水性塗料、溶（róng）劑型塗料、彈性建築塗料和厚漿型塗料（liào）（非（fēi）彈（dàn）性），詳細描述了應選用的（de）基（jī）材類型、塗布（bù）量、製備方（fāng）法和養護時間等，見表1。而GB/T 17146更側重於對（duì）樣品宏觀性的介紹，如厚（hòu）度均勻性、樣品的代表性、取樣厚度等。

表1 試驗樣品（pǐn）的製備

三、以乳膠漆為例詳細介紹JG/T 309水（shuǐ）蒸氣（qì）透過率測（cè）試（shì）方法

　　為（wéi）了詳細介紹外牆塗料的水蒸氣（qì）透過率測試方法，同時了（le）解市售塗料的水蒸氣透過性能，現依據JG/T309-2011《外牆塗料水蒸氣透過率的測定（dìng）及分級》，對（duì）某品牌的乳膠（jiāo）塗（tú）料進行了水蒸（zhēng）氣（qì）透過率測試。

（一）試（shì）驗儀器：濟南蘭（lán）光機電技術有限公司（sī）產W3/031水蒸氣透過率測試儀。

（二）試驗原理：減重法測試，在一（yī）定溫（wēn）度下（xià），使試樣兩側形成特定的濕度差，水蒸氣透過密封在試驗杯口的試（shì）樣進（jìn）入幹燥的一側，通過（guò）測定試驗杯重量隨時間的變化量（liàng），計算出試樣（yàng）的水蒸氣透過率等參數。

（三）試樣製備

　　1、基材。乳膠漆屬於水性塗（tú）料，其製成的塗層為非自支撐塗層，根據表1要求，需要使用多孔基（jī）材。JG/T309規定，多孔基材的水蒸氣（qì）透過率應大於240g/(m²·d)，因此本次試（shì）驗選取了多孔的無紡布基材，見圖3。經試驗驗（yàn）證，其水（shuǐ）蒸氣透過（guò）率為435.21 g/(m²·d)，符合標準的要求。

圖3. 無紡布（bù）基材

　　2、樣品的製備。按照產品說明書對乳膠漆進行了稀釋，將其均勻塗布在無紡布基材上。根據JG/T309的要求“塗布幹膜厚（hòu）度≥80μm，刷塗，至少塗布2道，每道間隔6h”，樣（yàng）品（pǐn）塗（tú）布後塗層厚度為147.6μm，平均（jun1）克重為309.62g/m²。塗布完成後養護14d，養護環境（jìng）溫濕度分別為（23±2）℃，（50±5）%。

　　3、樣品狀態調節。養護結束後，將樣品（pǐn）在下述條件下進行三次循環老化試驗：在（23±2）℃溫度下，浸於GB/T6682-2008規定的三級水中24h，浸水時塗層應（yīng）當朝下並保證完全浸沒。之後，將樣品在（50±2）℃溫度下，幹（gàn）燥24h。老化（huà）試驗後，在進行測試之前將（jiāng）樣品放在標準養護條件下（xià）存放48h。若塗層出現起鼓、開裂現象，應重新（xīn）製樣。如圖4。

 

圖（tú）4. 塗覆塗料的無紡布基材

（四）試驗（yàn）

　　將樣品裁剪為直（zhí）徑74mm的（de）3個試樣，以塗層麵朝上的形式分別密封在（zài）裝有（200±5）g的磷酸（suān）二氫銨飽（bǎo）和溶液的試驗杯中，將3個試驗杯（bēi）放入儀器的試驗腔中試驗架（jià）上。因該儀器采用的（de）是自動化控製間歇式稱重測量，設置一定的稱重時間間（jiān）隔、試驗溫度23℃，試驗（yàn）濕度55%即可開始（shǐ）試驗。當水蒸氣滲（shèn）透達到平衡狀態（tài）時，試驗自（zì）動停（tíng）止，結果自動（dòng）存儲並於配套的計算機（jī）屏幕上顯示數據曲線。

（五）結果計算

　　1、塗覆塗料（liào）的多孔基材的水蒸氣透過率

　　根據JG/T309中對塗（tú）覆塗（tú）料的多（duō）孔基材的（de）水蒸氣透（tòu）過率V_i的計（jì）算方法（1）：

     -----------(1)

　　式中，V_i——試樣的水蒸氣透過率，g/(m²·d)；m₁，m₂——分別（bié）在時間t₁，t₂的總質量，mg；t₁，t₂——時間（jiān），h；A_i ——試樣的表麵積，cm²。

　　可得（dé）出3個試樣（yàng）測得的（de）水蒸氣透過率（lǜ）分別（bié）為（wéi）76.54g/(m²·d)、77.21g/(m²·d)、76.93 g/(m²·d)。

　　2、塗料的水蒸氣（qì）透過率

　　根據JG/T309中對多孔基材上的非自支撐塗層水蒸（zhēng）氣透過率V的計算方法（2）：

  ---------------(2)

　　式中，V ——塗料的水（shuǐ）蒸氣透過率，g/(m²·d)；Vcs——塗覆塗料（liào）的多孔基材（cái）的水（shuǐ）蒸氣透過率，g/(m²·d)；Vs ——多孔基材的水蒸（zhēng）氣透過（guò）率，g/(m²·d)。

　　可得出，3個試樣的塗料的水蒸氣透過率（lǜ）分別為92.87g/(m²·d)、93.86g/(m²·d)、93.45g/(m²·d)，該塗（tú）料的平均水蒸氣透過率為（wéi）93.39g/(m²·d)。

四、總結

　　塗料的透濕性直接影響（xiǎng）了外牆保溫係統保（bǎo）溫（wēn）效果的發揮，其良好的透濕性對（duì）於現代建築節能意義重大。但當前市場中外牆塗料的透濕性能參差不齊，對此國家和建築行業製定了詳細的測試方法供塗（tú）料生產企業和（hé）使用方（fāng）進行性能驗證。本文對比了（le）GB/T17146—1997《建築（zhù）材料水蒸氣透過性能試驗方（fāng）法》和JG/T309-2011《外牆塗料水蒸氣透過率的測定及（jí）分級》關於試驗方法（fǎ）的異（yì）同，並以市售乳膠漆為例詳細介紹了JG/T309中關於水蒸氣透過率的測試方法（fǎ），證明了減重法塗料水蒸氣透過率測試（shì）具有一定的合理性和操作性。

參考文獻：

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

[2]GB/T4132-1996,絕熱材料及相關術語[S].北京:中國標準出版社（shè）,1996.

[3]張（zhāng）目清.透濕性測試稱（chēng）重（chóng）法的現狀分析以及發展趨勢[J].包裝工程,2008,29(6):209-210