建筑用巖棉絕熱制品質(zhì)量吸濕率檢測技術(shù)研究

一、檢測原理

質(zhì)量吸濕率指材料在恒定溫濕度條件下吸收空氣中水蒸氣的能力，以質(zhì)量百分比表示。其物理本質(zhì)為水分子在材料內(nèi)部孔隙表面的吸附與凝結(jié)過程，遵循非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)規(guī)律。

科學(xué)依據(jù)基于Fick擴散定律與毛細管凝結(jié)理論：

1. Fick第一定律：描述水蒸氣在濃度梯度驅(qū)動下的擴散通量，J = -D·(∂C/∂x)，其中J為擴散通量，D為水蒸氣擴散系數(shù)，∂C/∂x為濃度梯度。

2. 毛細管凝結(jié)：在多孔材料中，當(dāng)環(huán)境相對濕度達到某一臨界值時，水蒸氣在毛細孔內(nèi)發(fā)生凝結(jié)，此現(xiàn)象可由Kelvin方程解釋，與孔隙半徑和環(huán)境相對濕度直接相關(guān)。

3. 吸附動力學(xué)：水分子與巖棉纖維表面的硅酸鹽、金屬氧化物等發(fā)生物理吸附（范德華力）及部分化學(xué)吸附（羥基結(jié)合），其吸附速率和平衡量受材料比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分影響。

檢測過程即模擬材料在特定高濕環(huán)境下，通過精確測量試樣吸濕前后質(zhì)量變化，計算其質(zhì)量吸濕率，以此評估材料的抗?jié)裥阅芗霸诔睗癍h(huán)境下熱工性能的穩(wěn)定性。

二、檢測項目

巖棉絕熱制品的吸濕性檢測項目系統(tǒng)分類如下：

1. 短期吸濕率檢測：

   • 項目描述：在規(guī)定時間（如24h、48h）及恒定溫濕度（如溫度23±2℃，相對濕度50±5%至90±5%）條件下，測定試樣的質(zhì)量增加率。主要用于生產(chǎn)過程質(zhì)量控制及產(chǎn)品快速比對。

2. 長期吸濕率檢測：

   • 項目描述：在更長時間周期（如28天、90天）及特定濕熱條件（如溫度23±2℃，相對濕度90±5%或更高）下，測定試樣的吸濕平衡狀態(tài)或長期吸濕趨勢。用于評估產(chǎn)品在長期使用過程中的耐濕性能。

3. 部分浸水吸濕率檢測：

   • 項目描述：模擬施工過程或使用環(huán)境中可能遇到的液態(tài)水接觸場景，將試樣部分浸入水中，測定其毛細吸水量及質(zhì)量變化。此項目更側(cè)重于評估材料的抗液態(tài)水滲透能力。

4. 循環(huán)濕熱試驗：

   • 項目描述：使試樣在高溫高濕與低溫高濕（或常溫常濕）環(huán)境間進行多次循環(huán)，檢測其質(zhì)量變化及可能的結(jié)構(gòu)損傷。用于評估材料在干濕交替環(huán)境下的耐久性。

三、檢測范圍

巖棉絕熱制品的吸濕率檢測覆蓋其所有應(yīng)用領(lǐng)域，各領(lǐng)域具體要求側(cè)不同：

1. 建筑圍護結(jié)構(gòu)：

   • 外墻外保溫：要求極低的吸濕率（通常<1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)），以防止因吸濕導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)顯著增加、結(jié)露及凍融破壞。

   • 屋面保溫：需具備優(yōu)異的憎水性和低吸濕性，以抵抗雨水、冷凝水侵襲。

   • 內(nèi)隔墻與吊頂：關(guān)注在室內(nèi)濕度波動下的吸濕穩(wěn)定性，避免霉菌滋生和性能衰減。

2. 工業(yè)設(shè)備與管道保溫：

   • 高溫管道與設(shè)備：吸濕率過高會導(dǎo)致高溫下水分急劇蒸發(fā)，破壞保溫層結(jié)構(gòu)，甚至引發(fā)設(shè)備腐蝕。

   • 低溫深冷設(shè)備：要求極低的吸濕率及良好的憎水性，防止水分侵入導(dǎo)致保溫性能下降和結(jié)冰。

3. 船舶與海洋平臺：

   • 面臨高鹽霧、高濕度環(huán)境，檢測標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)苛，通常要求通過長期的耐鹽霧腐蝕和低吸濕率測試。

4. 農(nóng)業(yè)與特殊建筑：

   • 如溫室、養(yǎng)殖場等高溫高濕環(huán)境，要求材料在持續(xù)高濕條件下仍能保持較低的吸濕率和穩(wěn)定的尺寸。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對巖棉制品吸濕率的檢測方法、條件及指標(biāo)要求存在差異：

1. 標(biāo)準(zhǔn)：

   • ISO 29767:2019 《建筑設(shè)施用隔熱產(chǎn)品 短期吸水性測定》：規(guī)定了通過部分浸泡測定隔熱產(chǎn)品短期吸水性的方法。

   • ISO 12571:2021 《建筑材料和產(chǎn)品的濕熱性能 吸濕性能的測定》：詳細規(guī)定了在不同相對濕度下材料吸濕性能的測定方法，包括平衡含濕量的測定。

   • ASTM C1104/C1104M 《無機保溫材料表面吸水性標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》：采用接觸法測定材料表面吸水率。

2. 歐洲標(biāo)準(zhǔn)：

   • EN 1609 《建筑用隔熱制品 部分浸入時短期吸水性測定》：是歐盟CE認證中常用的吸水性測試方法。

   • EN 12087 《建筑用隔熱制品 長期吸水性測定 by immersion》。

3. 中國標(biāo)準(zhǔn)：

   • GB/T 25975-2010 《建筑外墻外保溫用巖棉制品》：規(guī)定了建筑用巖棉板的吸濕率（≤1.0%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）和憎水率（≥98%）要求及檢測方法，通常參照GB/T 5480或GB/T 10299進行。

   • GB/T 5480-2017 《礦物棉及其制品試驗方法》：包含了對礦物棉制品質(zhì)量吸濕率測試的詳細步驟。

   • GB/T 10299-2011 《保溫材料憎水性試驗方法》：雖主要針對憎水性，但與吸濕性密切相關(guān)。

對比分析：

• 測試條件：ISO及EN標(biāo)準(zhǔn)對溫濕度的控制、試樣預(yù)處理要求更為嚴(yán)格和統(tǒng)一。中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25975等通常引用了類似的測試原理，但在具體參數(shù)（如測試時間、濕度水平）上可能根據(jù)國情有所調(diào)整。

• 指標(biāo)要求：歐洲標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)用于不同場景的巖棉制品分級更細（如ETICS用巖棉要求極低的吸水量）。中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25975對建筑外墻外保溫用巖棉制品的吸濕率有明確的限值規(guī)定。

• 方法側(cè)重：ISO 12571更側(cè)重于材料本身的吸濕等溫線測定，而EN 1609/12087及ASTM C1104更側(cè)重于模擬實際使用條件下的液態(tài)水或高濕空氣接觸。

五、檢測方法

主要檢測方法及操作要點：

1. 質(zhì)量法（恒溫恒濕箱法）：

   • 方法概述：將干燥至恒重的試樣置于恒溫恒濕環(huán)境中，定期稱量直至質(zhì)量變化率小于規(guī)定值，計算吸濕率。

   • 操作要點：

     • 試樣制備：代表性取樣，尺寸精確，表面清潔。

     • 預(yù)處理：在標(biāo)準(zhǔn)溫度下烘干至恒重（如105±5℃），并于干燥器中冷卻至室溫。

     • 環(huán)境控制：嚴(yán)格控制試驗箱溫度（如23±0.5℃）和相對濕度（如50±3%或90±3%）。

     • 稱量：使用精度至少為0.01g的天平，稱量過程需迅速，避免試樣在稱量過程中吸濕或脫濕。

     • 終點判斷：連續(xù)兩次稱量間隔24h，質(zhì)量變化不超過初始質(zhì)量的0.1%。

2. 部分浸泡法：

   • 方法概述：將試樣部分浸入水中一定時間后，取出擦干表面水分，稱量計算吸水量。

   • 操作要點：

     • 浸泡深度與時間：嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如EN 1609規(guī)定浸泡72h，浸入深度10±2mm）。

     • 表面水分去除：使用濕潤海棉或布快速、均勻地擦去表面水滴，整個過程應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)完成（如1分鐘內(nèi)）。

     • 稱量：浸泡后立即稱量。

六、檢測儀器

關(guān)鍵檢測設(shè)備及其技術(shù)特點：

1. 恒溫恒濕箱：

   • 技術(shù)特點：溫度控制精度±0.5℃，濕度控制精度±3%RH；內(nèi)膽材質(zhì)為耐腐蝕不銹鋼；具備良好的氣流組織確保箱內(nèi)均勻性；可編程控制溫濕度曲線，用于循環(huán)試驗。

2. 精密分析天平：

   • 技術(shù)特點：量程覆蓋試樣質(zhì)量范圍，分辨率至少0.01g；具備防風(fēng)罩以減少氣流和濕度對稱量的影響；校準(zhǔn)周期符合計量要求。

3. 鼓風(fēng)干燥箱：

   • 技術(shù)特點：高溫度至少150℃，控溫精度±2℃；強制對流設(shè)計確保溫度均勻性；用于試樣的預(yù)處理干燥。

4. 試樣切割與制備工具：

   • 技術(shù)特點：保證試樣尺寸精確、邊緣平整，避免因制備過程引入誤差。

七、結(jié)果分析與評判

1. 計算方法：

   • 質(zhì)量吸濕率 $W_h$ 按以下公式計算：

   $$W_h = \frac{m_h - m_0}{m_0} \times 100\%$$

   其中，$m_0$ 為試樣干燥質(zhì)量(g)，$m_h$ 為吸濕后試樣質(zhì)量(g)。

2. 結(jié)果分析：

   • 數(shù)據(jù)有效性：檢查平行試樣的測試結(jié)果離散度，若超出標(biāo)準(zhǔn)允許范圍，需查找原因并重測。

   • 吸濕動力學(xué)曲線：繪制質(zhì)量隨時間變化曲線，可分析材料的吸濕速率和平衡時間。

   • 與標(biāo)準(zhǔn)對比：將計算結(jié)果與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 25975）或合同規(guī)定的限值進行比對。

3. 評判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 直接評判：計算出的質(zhì)量吸濕率是否滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限（如≤1.0%）。

   • 性能分級：根據(jù)吸濕率大小對產(chǎn)品進行性能分級，如優(yōu)等品、合格品等。

   • 工程應(yīng)用參考：吸濕率過高預(yù)示材料在潮濕環(huán)境下導(dǎo)熱系數(shù)上升風(fēng)險大，長期耐久性可能不足，需謹(jǐn)慎用于高濕環(huán)境或需采取額外的防潮措施。

檢測結(jié)果的準(zhǔn)確分析不僅在于判斷合格與否，更在于為材料改進、應(yīng)用選型和工程耐久性預(yù)測提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。