建築外牆涂料水蒸氣透過性能測試方法比較

摘要	涂料的透濕性直接影響了外牆保溫系統保溫效果的發揮，其良好的透濕性對於現代建築節能意義重大。但當前市場中外牆涂料的透濕性能參差不齊，對此國家和建築行業制定了詳細的測試方法供涂料生產企業和使用方進行性能驗證。本文對比了GB/T 17146—1997《建築材料水蒸氣透過性能試驗方法》和JG/T 309-2011《外牆涂料水蒸氣透過率的測定及分級》關於試驗方法的異同，並以市售乳膠漆為例詳細介紹了JG/T 309中關於水蒸氣透過率的測試方法，證明了減重法涂料水蒸氣透過率測試具有一定的合理性和操作性。
關鍵詞	外牆涂料、水蒸氣透過率、GB/T 17146、JG/T 309
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　　外牆涂料是建築涂料的重要組成部分，其長期暴露在自然環境中，除了要求具備良好的裝飾性、耐水性和耐候性，同時外牆涂料作為外牆保溫系統的一部分，更應承擔建築節能的重要責任。水是破壞建築外牆保溫效果的首要元凶。在建築結構中，水以固態水、液態水、氣態水的形式通過擴散、滲漏、結冰等現象進行遷移，其中人們更多的關注液態水滲漏引發的外牆保溫失效問題，殊不知外牆涂料的水蒸氣滲透性能同樣影響著外牆保溫系統的功效。

一、外牆涂料水蒸氣透過性能概述

　　由於建築外牆保溫系統內外存在溫度差，溫度較高一側水蒸氣分壓力較大，在水蒸氣分壓差的作用下，水蒸氣分子從高壓側透過外牆涂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外遷移，倘若外牆涂料透濕性能較差，阻礙水蒸氣向外排出，不僅影響外觀顏色，還會產生應力，使涂料鼓泡、脫落，同時因水蒸氣富集在牆體內部，易導致牆體內部結露，從而對牆體熱工、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系統》明確規定，薄抹灰外牆保溫系統的水蒸氣濕流密度應不小於0.85g/(m²·h)，根據外牆保溫系統中水蒸氣濕流密度由內側材料向外側材料遞增，因此外牆涂料的水蒸氣濕流密度要遠高於0.85 g/(m²·h)，纔能保證整個外牆保溫系統的正常透氣。該標准中提到的“水蒸氣濕流密度”指的是單位時間內流經單位面積的氣相水的質量^[2]，與“透濕率”“水蒸氣透過率”同為描述水蒸氣透過性能專業術語， 但在不同的標准中，這三項指標的計算方法有些許的差異。

二、外牆涂料水蒸氣透過性能的測試方法介紹與對比

　　隨著科技的發展，市售多數外牆涂料已經具備一定的水蒸氣透過性能，但是否滿足使用標准仍需進一步試驗驗證。當前，關於外牆涂料水蒸氣透過性能測試方法的標准主要有兩種：GB/T 17146—1997《建築材料水蒸氣透過性能試驗方法》和JG/T309-2011《外牆涂料水蒸氣透過率的測定及分級》。下面將從適用范圍、試驗原理、試驗儀器和材料、試樣制備四大方面進行二者的對比與介紹。

（一）適用范圍

　　GB/T 17146為國家標准，規定了片狀、板狀的絕熱、防水隔潮、裝飾裝修等用途的各種建築材料的濕流密度、透濕率試驗方法。而JG/T 309為建築工業行業標准，針對性的規定了工業與民用建築的磚、石、混凝土等多孔基材上使用的外牆涂料的水蒸氣透過率測定方法。通常行業標准屬於專業性、技術性較強的標准，是對國家標准的補充。對於符合上述兩項標准適用范圍的外牆涂料，可依據其一進行水蒸氣透過性能測試。

（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氫銨飽和溶液，使試驗杯上方空氣的相對濕度迅速提昇至93%。使用膜狀待測樣品或者涂覆有待測樣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制的空間內，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比關系時，就可通過質量的變化來測定水蒸氣透過率。由於該方法是通過試驗杯質量的減少而計算出的結果，因此亦可稱為“減重法”試驗方法。與之不同的是，GB/T 17146提供了乾燥劑法和水法兩種不同的方法。水法，即為減重法，而乾燥劑法，樣品封裝同水法，但試驗盤（即為JG/T 309中的“試驗杯“）內放入乾燥劑，其內部的相對濕度可視為0。將試驗盤放置於溫濕度可控的空間內定時稱重，由於試樣兩側濕度差的存在，試驗盤重量將不斷增加，通過測量增加的試驗盤的重量來測算出水蒸氣透過率，該法又稱為”增重法“。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，乾燥劑的乾燥能力不斷下降，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，試驗杯裝入某種溶液或蒸餾水使內部保持在一個高濕水平，而試驗杯外側可利用恆溫恆濕儀器穩定在一個低濕環境中，由此能實現自動化控制的恆定濕度差，利於試驗的精確進行。因此，下文中主要對比兩項標准中減重法的測試差異。

（三）試驗儀器和材料

　　1、試驗容器和密封方式。JG/T 309要求使用耐腐蝕、由一定強度的材料如玻璃、聚乙烯、鋁等制成的試驗杯，直徑81mm，試驗面積至少為50cm²。樣品與杯口利用帶有環形蓋的機械夾緊裝置或螺口裝置，同時配合合適的密封環進行有效密封，見圖1。亦可選用熔融蠟作為密封劑。相比於JG/T 309提供的規范性試驗容器，GB/T17146提出了試驗容器的基本要求，在此基礎上根據試樣的厚度和透濕率高低列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。對於較厚且面積較大的樣品，應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於試驗面積，防止水蒸氣從邊緣和不該暴露的部位逸進/逸出。對於易發生收縮或翹曲的樣品，應在盤口外面設置一個帶凸緣的欄圈，內側涂覆密封劑，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1.JG/T 309試驗杯

說明：1-試驗蓋；2-試樣；3-密封墊圈；4-支橕架；5-試驗杯；6-試驗杯與蓋螺紋連接。

 

圖2. GB/T 17146試驗盤及密封

　　2、容器內外相對濕度。JG/T 309中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2）℃，相對濕度（50士5）%的房間或箱體中，風速應低於0.3m/s。GB/T17146水法試驗中，試樣盤放置的是蒸餾水，試驗盤上方空氣濕度視為100%，周圍環境可選在21℃~23℃之間，相對濕度一般保持在（50士2）%。

（四）試樣制備

　　JG/T 309是針對外牆涂料的行業標准，因而針對不同的涂料類型，如薄涂型水性涂料、溶劑型涂料、彈性建築涂料和厚漿型涂料（非彈性），詳細描述了應選用的基材類型、涂布量、制備方法和養護時間等，見表1。而GB/T 17146更側重於對樣品宏觀性的介紹，如厚度均勻性、樣品的代表性、取樣厚度等。

表1 試驗樣品的制備

三、以乳膠漆為例詳細介紹JG/T 309水蒸氣透過率測試方法

　　為了詳細介紹外牆涂料的水蒸氣透過率測試方法，同時了解市售涂料的水蒸氣透過性能，現依據JG/T309-2011《外牆涂料水蒸氣透過率的測定及分級》，對某品牌的乳膠涂料進行了水蒸氣透過率測試。

（一）試驗儀器：濟南蘭光機電技術有限公司產W3/031水蒸氣透過率測試儀。

（二）試驗原理：減重法測試，在一定溫度下，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樣進入乾燥的一側，通過測定試驗杯重量隨時間的變化量，計算出試樣的水蒸氣透過率等參數。

（三）試樣制備

　　1、基材。乳膠漆屬於水性涂料，其制成的涂層為非自支橕涂層，根據表1要求，需要使用多孔基材。JG/T309規定，多孔基材的水蒸氣透過率應大於240g/(m²·d)，因此本次試驗選取了多孔的無紡布基材，見圖3。經試驗驗證，其水蒸氣透過率為435.21 g/(m²·d)，符合標准的要求。

圖3. 無紡布基材

　　2、樣品的制備。按照產品說明書對乳膠漆進行了稀釋，將其均勻涂布在無紡布基材上。根據JG/T309的要求“涂布乾膜厚度≥80μm，刷涂，至少涂布2道，每道間隔6h”，樣品涂布後涂層厚度為147.6μm，平均克重為309.62g/m²。涂布完成後養護14d，養護環境溫濕度分別為（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，浸水時涂層應當朝下並保證完全浸沒。之後，將樣品在（50±2）℃溫度下，乾燥24h。老化試驗後，在進行測試之前將樣品放在標准養護條件下存放48h。若涂層出現起鼓、開裂現象，應重新制樣。如圖4。

 

圖4. 涂覆涂料的無紡布基材

（四）試驗

　　將樣品裁剪為直徑74mm的3個試樣，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杯中，將3個試驗杯放入儀器的試驗腔中試驗架上。因該儀器采用的是自動化控制間歇式稱重測量，設置一定的稱重時間間隔、試驗溫度23℃，試驗濕度55%即可開始試驗。當水蒸氣滲透達到平衡狀態時，試驗自動停止，結果自動存儲並於配套的計算機屏幕上顯示數據曲線。

（五）結果計算

　　1、涂覆涂料的多孔基材的水蒸氣透過率

　　根據JG/T309中對涂覆涂料的多孔基材的水蒸氣透過率V_i的計算方法（1）：

     -----------(1)

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

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

　　2、涂料的水蒸氣透過率

　　根據JG/T309中對多孔基材上的非自支橕涂層水蒸氣透過率V的計算方法（2）：

  ---------------(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)。

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

四、總結

　　涂料的透濕性直接影響了外牆保溫系統保溫效果的發揮，其良好的透濕性對於現代建築節能意義重大。但當前市場中外牆涂料的透濕性能參差不齊，對此國家和建築行業制定了詳細的測試方法供涂料生產企業和使用方進行性能驗證。本文對比了GB/T17146—1997《建築材料水蒸氣透過性能試驗方法》和JG/T309-2011《外牆涂料水蒸氣透過率的測定及分級》關於試驗方法的異同，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，證明了減重法涂料水蒸氣透過率測試具有一定的合理性和操作性。

參考文獻：

[1]林宣益.外牆涂料的拒水和透氣性[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:中國標准出版社,1996.

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