紙面石膏板調濕性能研究

王麗，陳紅霞，尚珺虓

(北新集團建材股份有限公司，北京 100096)

0 引 言

空氣相對濕度是評價建筑室內人居環境舒適度的一項重要性能指標。目前，對建筑物內濕度調節一般按是否消耗能源分主動和被動2 種方式，主動濕調節方法會產生能耗且易污染環境，不符合我國對能源可持續發展的策略，被動濕調節方法即利用可再生能源或材料自身的吸附特性對室內的濕度控制調節，是一種生態的調控方式[1]。因建筑圍護材料內表面多為多孔材料，具備一定的吸放濕性能，合理利用吸放濕性能較好的建筑圍護結構材料便可對室內濕度進行被動調節[2]。當室內濕度高于一定范圍后，調濕材料能感知并自動吸附環境內的濕氣，使得室內的濕度降低，而當室內濕度低于一定范圍時，能釋放出自身吸附的濕氣，從而使得室內的濕度增加，保持室內的濕環境在一定的人類所需的范圍內。

目前，對石膏及其制品的調濕功能關注較少，尤其對建筑裝飾結構材料中應用的石膏板對室內空間調濕能力的評價缺乏數據支撐。本文對石膏板材及其制品的調濕能力進行監測分析，為后續功能型石膏板研發和生產積累提供技術依據。

1 試 驗

1.1 原材料

紙面石膏板A 和B：分別取自生產紙面石膏板的工廠A和工廠B，規格均有9.5 mm 和12 mm 兩種；木塊、磚塊和水泥塊：均取自施工現場。石膏板的面密度為6.15 kg/m2，木塊、磚塊和水泥塊的密度分別為0.63、1.68、2.12 kg/m3。

1.2 儀器設備及測試方法

手持低倍電子顯微鏡(Dino-lite，臺灣安鵬科技股份有限公司)；WiFi 溫濕度記錄儀(RS-WS-WIFI-Y4，山東仁科測控技術有限公司)；恒溫恒濕箱；鼓風干燥箱；干燥器。

材料的吸放濕性能參照GB/T 20312—2006/ISO 12571：2000《建筑材料及制品的濕熱性能吸濕性能的測定》和JC/T 2082—2011《調濕功能室內建筑裝飾材料》進行測試。

2 材料的吸放濕性能

采用建筑圍護結構中常用的石膏板、木塊、磚塊、水泥塊，尺寸均為100 mm×100 mm×9.5 mm，置于特定條件(首先溫度25 ℃、相對濕度高濕90%、持續24 h；然后溫度25 ℃、相對濕度低濕50%、持續24 h)的恒溫恒濕箱，測試其在不同相對濕度環境中的吸放濕性能，結果見表1。

表1 不同建筑材料的吸濕率

由表1 可知，在溫度25 ℃、相對濕度為90%高濕環境下放置24 h 的各建筑材料均呈現吸濕狀態，木塊的吸濕率最高，達8.55%。之后，將恒溫恒濕箱濕度設置為低濕(溫度溫度25 ℃、相對濕度為50%)再持續24 h。在低濕環境持續16 h 和24 h 時，各材料出現放濕現象。可知，木塊吸濕速率和放濕速率較大，吸濕量最大，但相比其較強的吸濕性能，其放濕性能較差，也就是說木塊很容易吸濕但其脫水能力較差；磚塊和水泥塊在相同的測試條件下，其吸、放濕量較小，吸濕放濕速率較小；石膏板的吸濕量和放濕量相差最小，其吸濕量雖然不如木塊，但是其放濕性能優于木塊，表明石膏板不僅吸濕能力良好同時也有著較強的放濕性能，調濕能力最佳。

本試驗為評價各建筑材料在穩定環境中的實時吸放濕性能和飽和吸放濕量，將建筑材料長時間置于高濕、低濕環境中，計算吸濕率，結果見表2。

表2 不同建筑材料長時間的吸濕率

由表2 可見，在溫度25 ℃、相對濕度為90%試驗環境中，木塊在48 h 的吸濕率能達到9.93%，石膏板(9.5 mm 厚)在48 h 的吸濕率能達到3.05%，磚塊和水泥板在48 h 吸濕率分別為0.91%和0.80%；48 h 后，將恒溫恒濕箱的相對濕度下調至50%，各建筑材料均表現出放濕現象；放濕3 h 后，各建筑材料放濕率變化不大。在高濕環境中，當測試時間超過24 h 后隨著測試時間的延長，除木塊外其它建筑材料的吸濕率變化不大，也就是說石膏板、磚塊和水泥塊在高濕環境24 h 時即可達到飽和吸濕。

為進一步研究結構、孔隙等因素對材料吸放濕性能影響，用手持低倍電子顯微鏡觀察木塊、紙面石膏板板芯、磚塊內芯和水泥塊的表觀形貌，結果見圖1。

圖1 木塊、紙面石膏板板芯、磚塊內芯和水泥塊的表觀形貌(×50)

由圖1 可見，木塊表面布滿了0.2～0.8 mm 的孔洞，木材纖維縱橫交織在一起，質地疏松；而石膏板板芯布滿了0.1～0.3mm 的泡孔，泡孔尺寸均勻，數量較多；磚塊和水泥塊結構致密，除一些結構缺陷外，很難觀察到較大的孔或疏松的結構。通過表觀形貌分析可知，木塊中疏松的木質纖維和較大的孔洞既可以為水蒸氣的流通提供通道，也有利于水蒸氣的吸附，因此其吸濕能力較強，但木質纖維與水蒸氣結合后不易脫附，影響了其放濕能力；而石膏板中尺寸均一的泡孔既可以為水蒸氣提供自由通道，也可以使吸附其上的水蒸氣輕松脫附，因此石膏板材調濕性能優異。

將不同規格的紙面石膏板和護面紙(面積為30 cm×30 cm，在45 ℃的鼓風干燥箱烘干至恒重)置于干燥器(具有硫酸鉀飽和溶液，室溫為20～25 ℃)中，比較不同規格紙面石膏板和護面紙的吸濕性能，結果見圖2。

圖2 不同規格紙面石膏板和護面紙的吸濕性能

由圖 2 可見，紙面石膏板和護面紙的質量隨測試時間延長大幅增加。12 h 時，工廠A 的 9.5、12 mm 紙面石膏板質量分別增加0.73、0.78 g；工廠B 的9.5、12 mm 紙面石膏板質量分別增加 0.74、1.00 g。3 h 時，工廠 B 的 12 mm 紙面石膏板質量增加0.76 g；在相同時刻、相同的實驗環境中，護面紙的吸濕質量增量也較大，3 h 其質量增加0.14 g，12 h 質量增加0.25 g，約為紙面石膏板質量增量的1/3，說明在吸濕測試過程中，護面紙的吸濕能力不容忽視，吸濕量較大。

目前，對如何客觀反映調濕材料調濕性能的研究仍然有限，冉茂宇[3]利用封閉小箱觀測到的實驗現象進一步完善了封閉空間中調濕材料的調濕特性指標的理論。研究表明，材料與水分的結合性質與結合能密切相關，材料與水分的結合能越接近純態水分子間結合能，材料的調濕特性越好。為研究不同紙面石膏板和其它建筑材料配合對封閉小環境濕度的影響，將工廠B 的9.5 mm 紙面石膏板分別置于封閉的木箱(50 cm×50 cm×50 cm)、塑箱(50 cm×50 cm×50 cm)內四周，測試相對濕度的變化，測試時間為7 月3 日～26 日，結果如圖3 所示。

圖3 紙面石膏板對封閉小環境相對濕度的影響

由圖3 可知，與室內相對濕度變化曲線相比，其它3 種工況的空間相對濕度變化曲線中的波峰和波谷銳減，并且其相對濕度曲線均有所延遲。封裝石膏板的塑箱內相對濕度曲線波動最小，其次為封裝石膏板木箱內相對濕度的變化曲線。這說明石膏板通過自身對濕的吸附性能，減緩封閉環境的濕度波動，將環境濕度保持在一定的范圍內[4]。

為表征紙面石膏板在自然環境中的吸放濕性能，采用6張工廠A 生產的紙面石膏板(規格為2 m×2 m×9.5 mm)圍成正方體，在北京5 月份的某一天 9：00～16：00 這段時段(8 h)分別置于室內和室外環境監測其不同時刻的質量變化，結果見圖4。

圖4 紙面石膏板在不同時刻的質量變化

由圖4 可見，板材在整個測試時段表現出質量增加的現象，在上午質量增加率較大；在室內(溫度、濕度變化小，近似恒溫)石膏板的質量變化率較小，在室外尤其是在10：30～16：00時石膏板的質量變化率較大，在10：45 時石膏板的質量增量為469 g，在14：30 時石膏板的質量增量為224 g。

3 建筑材料對室內環境相對濕度的影響

研究建筑圍護材料對室內(四周圍有石膏板、地為木地板)相對濕度影響程度，將濕度探測頭分別置于房間內的不同位置和房間外的位置(見圖5)，監測北京夏季環境中(7～8 月份)房間內部和外部相對濕度的變化情況，結果見圖6，所用石膏板為工廠A 的12 mm 紙面石膏板。

圖5 測試房間

圖6 夏季高濕環境中紙面石膏板對室內相對濕度的影響

由圖6 可知，北京7～8 月份大多數時間處于相對濕度≥60%的狀態。調濕材料紙面石膏板能有效抑制室內相對濕度的波峰，使室內的相對濕度趨向40%～60%的人體舒適度較高的環境區域中移動，在相同測試時間，房間內的相對濕度要比房間外降低了2～8 個百分點。

4 結 論

紙面石膏板是一種輕質的綠色環保裝飾裝修建筑材料，因其具有高孔隙率、優良的吸附性能可以作為理想的調濕材料。在本實驗測試所用的特定圍護結構和實驗環境下，尤其是在冬冷夏熱的地區，夏季高濕時段較多的7、8 月份，石膏板等調濕材料能夠有效抑制室內相對濕度的波峰，室內相對濕度要比同一時刻房間外的相對濕度降低了2～8 個百分點。合理的建筑圍護材料可以有效調節人居環境，使室內相對濕度趨向40%～60%的人體舒適度較高的環境區域中移動，使室內濕環境的變化趨于穩定并降低能耗。