熱固復合聚苯板吸水率快速測試方法及其影響因素分析

賽明澤，王林

（1．臥牛山建筑節能有限公司 江蘇 南京210000）

（2．中國建筑材料工業規劃研究院 北京100035）

0 引言

隨著中國工業化和城鎮化的快速發展，建筑能耗占到社會總能耗的40%以上，建筑節能已成為全社會節能的重點領域，中國力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和，建筑保溫節能是中國建筑行業向低碳和綠色發展轉型的重要發展方向之一。

《建筑設計防火規范》GB 50016中對公共建筑以及高層的民用建筑均作了明確要求，保溫芯材需達到A級防火的標準，熱固復合聚苯板（TEPS板）作為A級保溫芯材的一種，是建筑節能的重要產品。吸水率是衡量其保溫性能的一個主要性能指標，保溫材料吸水后，其保溫性能也隨之降低，在低溫環境下，保溫材料內部吸入的水極易結冰，破壞保溫材料的內部結構，從而使其強度、保溫性能等指標下降。由于《硬質泡沫塑料吸水率的測定》GB/T 8810吸水率1,2的測試方法對試驗裝置有一定的要求，單次測試試樣少，測試效率無法有效提高，無法滿足大批量測試需要，現通過更改實驗方法，弱化了吸水率測試對試驗裝置的要求，可同時進行多組試樣測試，批量測試提高效率。

通過研究厚度、標稱密度、浸水時間對TEPS板吸水率的影響，找出TEPS板吸水率的主要影響因素，并通過對比標準方法和本實驗方法測得吸水率值，對本實驗設計的方法得出的實驗結果準確性進行分析。尋找一種快速檢測TEPS板吸水率的方法。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

TEPS板（符合JG/T 536-2017《熱固復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）、游標卡尺（上海工具廠有限公司，200 mm）、鋼直尺（長城，300 mm）、螺旋測微計（上海量具刃具廠，25 mm）、電子天平（天津丹納赫西特傳感工業控制，BL-2000S）、硬質泡沫吸水率測定儀（上海恒平，JA21002P）。

1.2 實驗方法

TEPS板試樣尺寸為（100±1）mm×（100±1）mm。

標準方法：《硬質泡沫塑料吸水率的測定》GB/T 8810吸水率的測試方法。

本實驗測試方法：切割取樣后對每塊TEPS板進行標記，按照GB/T 2918的規定調節試驗環境為（23±2）℃和（50±5）%相對濕度3，試樣在該環境下養護24h后稱重為m1，試樣線性尺寸根據《泡沫塑料與橡膠 線性尺寸的測定》GB/T 6342中方法進行測試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分鐘內用擰干的濕抹布擦干表面水后稱重為m2，記錄并計算其體積吸水率。試樣質量精確至0.01g，線性尺寸精確至0.02mm，試樣同時測量3個取平均值。

V試樣體積=a×b×c×10-3

ωAv：體積吸水率，%

m1：試樣浸水前質量，g

m2：試樣浸水后質量，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計算

a：長度，mm b：寬度，mm c：厚度，mm

1.3 實驗方案

1.3.1 厚度對吸水率的影響

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

1.3.2 標稱密度對吸水率的影響

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

1.3.3 吸水率測試GB/T 8810標準方法和本實驗方法對比

選取不同標稱密度（具有一定梯度值）、厚度為30 mm的TEPS板，試樣分別用GB/T 8810標準測試方法和本方法進行吸水率測試，分析2種方法實驗結果的差異性大小。

1.3.4 浸水時間對吸水率的影響

測試52組不同標稱密度、厚度為30mm的TEPS試樣，測試第1天、第2天、第3天、第4天、第5天的吸水率。以第4天作為標準值，分析第n（n=1、2、3、5）天的吸水率與第4天吸水率的比值關系。

2 結果與討論

2.1 厚度對TEPS板吸水率的影響分析

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

圖1 不同厚度的TEPS板吸水率隨天數變化圖示

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%，說明在相同的時間點上，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散到TEPS板內部的時間就越長，其吸水率就越小。

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

2.2 標稱密度對TEPS板吸水率影響分析

標稱密度分別為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%，其吸水率隨天數的增加而變化的趨勢見圖2。

圖2 不同標稱密度的TEPS板的吸水率隨時間變化趨勢

由圖2可見，TEPS板吸水率隨試樣標稱密度的增加而增大，主要是由于TEPS板標稱密度越大，聚苯乙烯發泡顆粒越多，其比表面積越大，孔隙率總量越大，其相對的無機防火液用量也就越大，水分滲透擴散到TEPS板內部的時間就越短，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 吸水率測試GB/T 8810標準方法和本實驗方法對比分析

對22組厚度為30mm，標稱密度不同的TEPS板進行GB/T 8810標準方法和本實驗方法吸水率測試，2種方法第4天吸水率測試結果分布如圖3所示，對2種方法測試數據分別進行線性擬合，回歸方程線見圖3。

圖3 標準方法和本實驗方法第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：

標準方法:Y=1.99766+0.04325X（相關系數R=0.96232，標準偏差SD=0.08131）。

本實驗方法:Y=1.97052+0.04513X（相關系數R=0.98336，標準偏差SD=0.05548）。

由圖3可見，2種實驗方法的回歸方程相關系數都在0.96以上，標準偏差都小于0.08，斜率分別為0.043和0.045，可見2種實驗方法所測得吸水率偏差不大。

另外對2種實驗方法的測試平均值求比值，兩者比值為1.0022，可見對于厚度為30mm的TEPS板，本實驗方法得出的實驗結果偏差較小，且2種方法的誤差遠小于操作誤差以及試樣均一性誤差，因此本方法所得的實驗結果準確可靠。

2.4 浸水時間對TEPS板吸水率的影響分析

對52組厚度為30mm的TEPS板通過本實驗方法進行吸水率測試，以第4天吸水率作為標準，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，當第1天的吸水率達到4%×0.63=2.52%時，第2天的吸水率達到4%×0.77=3.08%時，第3天的吸水率達到4%×0.92=3.68%時，則第4天的吸水率能達到臨界值。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 結語

通過對比GB/T 8810標準方法和本實驗設計方法對吸水率測試結果，2種實驗方法的回歸方程相關系數都在0.96以上，標準偏差都小于0.08，可知2種方法所測得吸水率偏差不大，且2種方法的誤差遠小于操作誤差以及試樣均一性誤差，所以本實驗方法得出的實驗結果準確可靠。

通過用本實驗方法大量實驗測試驗證，以第4天吸水率作為標準值，當第1天的吸水率達到2.52%時，第2天的吸水率達到3.08%時，第3天的吸水率達到3.68 %時，則第4天的吸水率能達到臨界值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天吸水率是否達到臨界值，達到快速檢測TEPS板吸水率的目的。