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关于外墙涂料防水透气性的探讨
2019年06月08日    阅读量:251    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

强调了GB50574 关于外墙涂料应具有防水透气性的规定,讨论了水如何进入墙体,以及对外墙墙体结构和保温系统的危害和应采取的防治措施。较详细地介绍了建工行业标准规定的外墙涂料防水透气性的两项重要技术指标——吸水性和水蒸气透过率,强调外墙涂料就有防水

关于外墙涂料防水透气性的探讨

李庆繁1 高连玉1,2 高作平3

(1. 行业标准JGJ/T17—2008 修编组,辽宁抚顺113008;2. 中国建筑东北设计研究院有限公司,辽宁沈阳110006;3. 武汉武大巨成结构股份有限公司,湖北武汉430000)


1 前言

《墙体材料应用统一技术规范》(GB50574)规定的外保温墙体“饰面层应选用防水透气性材料或做透气性构造处理”、内保温墙体的“外饰面涂料应具有防水透气性”,那么,为什么要求外墙涂料应具有防水透气性?简单地说,就是防止水对建筑外墙墙体结构和保温系统造成危害。本文拟就此和有关问题进行讨论中国建材网cnprofit.com


2 水如何进入墙体对建筑外墙墙体结构和保温系统造成危害及防治措施

2.1 水进入墙体的途径

水进入墙体有两个途径:

a.保温层外侧有密实保护层的多层墙体结构,当内侧结构层为蒸压加气混凝土和烧结砖等多孔材料时,由于采暖期间存在着由室内向室外的水蒸气分子压力差,水蒸气分子将从压力高的一侧通过墙体向低的一侧渗透扩散,这种现象称为墙体湿迁移也叫蒸汽渗透。若设计不当,水蒸气沿墙体向室外渗透时,在墙体内部靠外侧遇到某个冷区其温度达到或低于露点,则可能在墙体结构内部和保温系统中出现冷凝受潮。

曾对某蒸压加气混凝土砌块建造的房屋进行了水湿迁移现场实测,墙体用密度级别为B05、强度等级为A3.5的砌块与薄型粘结剂砌筑而成,蒸压加气混凝土墙厚为118 mm(设计为120 mm),见图1。室内墙面为清水墙,室外则涂刷了建材市场购买的弹性涂料。测试在寒冷的冬季(2月~3月期间)进行,室外温度为-16 ℃,室内温度为16 ℃~22 ℃(夜间较白天冷),图中各曲线为不同时间段所测得的墙体内含湿分布状态。

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墙体含湿分布状态

试验开始时,墙内、外侧表面含水率均为5.2 %,中间偏大,为13.9 %(和未砌筑前露天堆放的含水状态一致),7 d后由于室内温度的影响,内表面含水率下降到了2.7 %,而外侧由于弹性涂料的遮挡,含水率则提高到9 %,一个半月后内表面含水率继续下降至1.25 %,而外表面又提高到27.5 %,而墙体中间部分的含水率基本保持不变。外表面含水率的增加,其补给水源主要是来自室内的潮湿空气(因室内空气湿度——水蒸气分压一般均高于室外,湿气总是由水蒸气分压较高处向较低处迁移)。其结果,由于外墙弹性涂料饰面层阻碍了湿气的外迁移,而产生了起泡甚至裂缝,见图2。

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外墙涂料饰面起泡严重

b.建筑砌体外墙会因块体材料自身的干燥收缩大、抗冻性差、抗折强度低等而引起墙体裂缝,也有的是因设计和施工不当造成墙体裂缝,以及砌体竖向灰缝不饱满等,也使得雨水极易渗、漏至墙体内部,使墙体结构和保温系统受到水的侵蚀。

2.2 水对墙体的危害

2.2.1 外墙墙体水蒸气冷凝受潮的危害

a.保温能力降低。外墙墙体内部冷凝受潮,出现冷凝水,会使保温材料的含水率显著增加,致使保温材料的导热系数增大,保温能力降低;此外,在严寒和寒冷地区,由于内部冷凝水的冻融交替作用,抗冻性差的低强度保温材料便遭到破坏,从而降低结构的使用质量和耐久性。

b.看不见的隐患。室内水蒸气沿墙体向室外一侧迁移时,很容易在墙体块材结构内部孔隙中冷凝成水珠或遭冻而结成冰,这种内部冷凝或结冰现象危害更大,前者可造成材料软化、强度降低,后者会因结冰膨胀可使墙体饰面脱落,这是一种看不见的安全隐患。

以往在北方地区一提起蒸压加气混凝土砌块墙体,人们都纷纷指责这种墙体在经过一到两个冬季后,就会出现饰面空鼓、墙体开裂、面砖脱落等质量事故,因而极力抵制蒸压加气混凝土制品的应用。

系统研究及工程实践可知,这主要是由于设计、施工及建设者不知道墙体湿迁移的概念,没有采取必要的应用技术所致。如一些蒸压加气混凝土外墙墙体所采用的饰面涂料为一般非防水透气性涂料或不宜透气的瓷砖,由于非防水透气性涂料(瓷砖)的水蒸气穿越能力很低,尤其一些所谓的弹性涂料或大块型釉面瓷砖,更会对水蒸气的湿迁移构成较大的蒸汽渗透阻,一定会使墙体含水率增加,无疑会造成涂料饰面外表色差并导致涂料饰面起泡、发霉、开裂,釉面瓷砖脱落(见图3)。

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非透气涂料饰面劣化

由此而带来的墙体含水率的增加,也加大了蒸压加气混凝土制品导热系数,使其热工性能产生变化(墙体中的湿度越高,导热系数越大,其保温隔热效果越差),从而影响了墙体的保温、节能效果。

由于不晓得饰面砖脱离的实质原因,人们一见到建筑物外贴瓷砖的大面积脱落,就指责釉面瓷砖的质量,或认为施工者的粘贴质量不过关。不知道墙体进行蒸汽湿迁移遇到满贴透气性不好(蒸汽渗透阻大)的瓷砖(或未采取墙体排湿构造),就会在瓷砖粘贴面处产生冷凝—结露—结冰现象,水结成冰的膨胀过程足以使饰面瓷砖脱落。图4是2008年3月辽宁省沈阳市的一幢16层办公大楼的外墙饰面大面积脱落,造成较大影响。

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2.1.2 外墙渗漏的危害

a.外墙渗漏严重将会降低工程结构的耐久性、安全性。因为混凝土中常存在孔隙和裂缝,砌体的块材和砂浆中也存在孔隙和裂缝,外墙渗漏后,水进入其中,如遇气温降至零度以下,则水结成冰,其体积膨胀约9%,将直接挤压材料,致使材料表面剥蚀。同时内部剩余水被挤压,是材料内部也产生压应力,从而引发裂缝,或致使裂缝进一步扩展,这种现象称之为冻蚀。

b.材料孔隙率越大、裂缝越多、含水量越大及湿度越高,则冻蚀越严重。随着使用年限的增加,冻蚀也越来越严重。冻蚀的结果导致材料截面不断减小及裂缝不断增多、增宽和增长,材料的承载能力也不断下降。

c.混凝土保护层破坏,还会导致钢筋锈蚀,则钢筋的截面会不断减小;另外钢筋锈蚀其体积膨胀约1~4倍,则会挤压混凝土,从而引发裂缝或裂缝进一步扩展,甚至崩脱保护层。所有这些都会导致结构耐久性和安全性降低。

d. 对于节能建筑,则会提高保温材料的导热系数,保温能力降低,以至于保温材料遭到破坏。

2.3 水对墙体危害的防治措施

2.3.1 外墙墙体结构防潮措施

根据国家标准《民用建筑热工设计规范》(GB50176—1993)的规定,外墙墙体防潮应采用的措施。

a.建筑外墙当采用多层墙体结构时,应将较大的密实材料布置在内侧,而将蒸汽渗透阻较小的布置在外侧,使渗透进外墙墙体结构的蒸汽能保持难进易出,这是防止围护结构内部水蒸气冷凝、结露、受潮的基本原则和措施。因此,当外墙采用外墙涂料做饰面层时,其应有较小的蒸汽渗透阻,即具有良好的透气性。

b. 保温层外侧有密实经保证层的多层墙体结构。当内侧结构层为蒸压加气混凝土和烧结砖等多孔材料时,应进行冷凝验算,经内部冷凝验算而必须设置隔气层时,应严格控制保温层的施工湿度,或采用预制板状或块状保温材料,避免湿法施工和雨天施工,并保证隔气层的施工质量。

2.3.2 墙体渗、漏的防治措施

行业标准《建筑工程裂缝防治技术规程》(JGJ/T317—2014),为保证建筑物的安全性、适用性和耐久性,对防治建筑工程裂缝做出具体规定。其中,对砌体结构裂缝的防治措施,从材料、设计和施工等方面做出了具体规定,详见规程,这里不再赘述。对外墙外保温工程裂缝控制措施,从材料、施工等方面提出了具体要求,强调墙体所采用的涂料应具有防水透气性。

无疑,外墙墙体采用涂料做饰面层,为防止墙体结构内部水蒸气冷凝受潮,建筑外墙涂料膜应具有较小的蒸汽渗透阻,也就是要使水蒸气易于透过,同时为防止降水(雨、雪)经外墙涂料渗入造成墙体结构内部受潮,亦应具有较好的防水性能,即外墙饰面涂料应具有防水透气性。

 

3 关于涂料的防水透气性

3.1 涂料的防水性和透气性

涂膜的防水性与其吸水性(水吸收的性质)密切相关。水的吸收渗透是通过毛细管效应进行的,孔隙率越低,吸水性越低。而透气性亦与孔隙率密切相关,孔隙率越大,透气性越大(水蒸气渗透阻力越小)。

从涂料的装饰效果、保护作用及使用寿命来讲,材料吸水性越低越好,也就是说,涂膜致密、孔隙率低甚至无孔才能达到目的。透气性越大(即透气阻力越小)越好,即选用孔隙率高的材料。

涂膜中的孔隙,是在涂层的成膜过程中,因为水或者溶剂的挥发会产生大量针孔及高分子链结构的微间隙,即孔隙率高,墙体结构中的水蒸气会通过这些间隙散发出来,而具有较好透气性。反之,涂膜越致密,防水性越好,则透气性不好。一方面,如果涂层的透气性不好,水汽扩散受阻,会造成砌体墙结构的破坏。具体包括:①是阻碍砌体墙结构向外排湿,影响饰面涂层的颜色;②是阻碍砌体墙结构向外排湿,导致湿气在基体和涂层界面的积聚从而产生应力,使涂层鼓泡、脱落;③是导致砌体墙基体的含湿量逐步增加,产生冷凝水富集,从而给墙体热工、结构等性能带来不利影响。另一方面,如果涂层的透气量太大,孔隙率大,则吸水性大而不具备防水性,且容易使外界的腐蚀介质侵入。

为了保护建筑物,外墙涂料必须既可防止水分由外面进入墙体,又不抑制内部形成的潮气向外排出,因此,只能是涂膜防水性和透气性两者之间取得较好的平衡,使涂膜既具有良好的防水性,又具有良好的透气性。

为了保证保温系统的耐久性,如膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统,就要求保温施工中的粘结层、保温层、抹面胶浆、玻璃纤维网格布等材料符合JG149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》的规定,而作为直接接触外界环境的饰面层——外墙涂料也是最重要的环节。从装饰效果、保养维修以及安全性方面考虑,建筑外墙涂料应是首选。涂料必须与薄抹灰外保温系统相容,其各项性能指标特别是防水透气性指标应符合外墙建筑涂料的标准要求。外保温系统常见的问题是表面的开裂、空鼓和渗水,开裂和渗水的外墙外保温比不做外墙外保温影响还坏,而且很难修复。饰面层是决定整个外保温体系性能的关键,采用具有良好的防水透气性的外墙涂料,饰面层做好了,外墙外保温的抗裂性以及消除空鼓和渗水的危害就有了基本保证。

3.2 防水性—吸水性(W)

防水性是指涂膜表面防止水分入侵渗透的特性。防水性性能优劣的评价指标为吸水性。

随着我国建筑节能法律、法规和技术规程等的普遍实施,外墙外保温技术得到广泛应用,也给建筑外墙涂料行业提出了更高的要求。2011年,我国当时现有的外墙涂料标准已经就涂料的很多性能提出了要求,然而其中的一个重要性能——涂料的吸水率却一直没有相应的技术指标。国外关于涂料的吸水率的重要性已有充分认识,欧美使用的涂料都有明确的吸水性指标。因此非常有必要制定这方面的方法标准,使涂料更适用于维护系统,特别是外墙外保温系统。行业标准《外墙涂料吸水性的分级与测定》(JGJ/T343—2011),部分修改采用了欧洲标准EN1062-3:2008《色漆和清漆——砖石和混凝土上用涂料和涂料系统第三部分:液态水渗透性的测定》,规定了吸水性的分级与试验和计算方法。

吸水性(W)是指在一定温度和深度的水中,在24h内单位面积上渗透过涂膜的水的质量。吸水性的单位是以千克每平方米每小时平方根[kg/(m2·h0.5)]。是外墙涂层抵抗雨水渗透,即防水性的一项重要性能指标,对多孔性墙体基层及外墙外保温材料基层十分重要。其数学表达式如下:

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式中W—吸水性,kg/(m2·h0.5);

m1—浸水后试件质量,kg;

m0—浸水前试件质量,kg;

t—浸水时间,h;

S—试件浸水试验面积,m2。

材料的吸水性取决于该材料的孔隙率、孔径和表面张力。通常,材料的吸水性以吸水系数来表示。吸水量关于外墙涂料防水透气性的探讨 中国建材网,cnprofit.com与吸水时间的平方根成正比,单位面积吸水量对吸水时间的平方根作图是一条通过原点的直线,其斜率就是材料的吸水系数(见图5)。吸水达饱和状态后,就是一条与时间轴线平行的直线。因此,规定材料吸水性时,以kg/(m2·h0.5)表示最为合适。

材料吸水量与吸水时间的平方根关系

JGJ/T43—2011规定吸水性按表1分级。

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吸水性的分级

在建工行业标准《建筑外墙涂料通用技术要求》(征求意见稿)中,规定了不同等级吸水性的适用范围,而更便于应用:

除干燥少雨地区外,在未做外防水的多孔基材上使用的外墙涂层吸水性不应低于Ⅱ级,在保温层基材上使用的外墙涂层应为Ⅲ级。

在行业标准《建筑外墙涂料通用技术要求》(征求意见稿)中,评价涂料的防水性技术指标没有采用“透水性”。涂膜透气性的技术指标为水蒸气透过率。

3.3 透气性——水蒸气透过率(V)

水蒸气在建筑外墙室内、外水蒸气分压差作用下,水蒸气分子从高压侧透过外墙涂料膜向低压侧迁移渗透的性质。涂膜透气性的技术指标是水蒸气透过率(V)。

2011年由于我国尚无外墙涂料水蒸气透过性能试验方法,住房和城乡建设部于2011年发布了行业标准《外墙涂料水蒸气透过率的测定及分级》(JG/T309—2011),该标准修改采用了ISO7783-2:1999《色漆和清漆砖石和混凝土外墙用涂料和涂料系统第二部分:水蒸气透过率的测定和分级》,规定了水蒸气透过率的分级与测定和计算方法。水蒸气透过率是指:单位时间内透过水蒸气透过率单位面积的水蒸气的质量,单位:g/(m2·d)。JG/T309为建筑工业行业标准,有针对性地规定了工业与民用建筑的砖石和混凝土等多孔基材上使用的外墙涂料的水蒸气透过率测定、计算方法和分级,水蒸气透过率分级按表2分级。

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外墙涂料水蒸气透过率的分级

由于JG/T309规定的Ⅱ级的范围过于宽泛(见表3),不便于应用,故在建工行业标准《建筑外墙涂料通用技术要求》(征求意见稿)中,又细分为Ⅱ-1、Ⅱ-12、Ⅱ-3三个级别(见表3),便于和工程应用对接,更具有可操作性。表3中同时列出了与水蒸气透过率相对应的水蒸气湿流密度指标,以便于对照采用。

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水蒸气透过率(V)分级

*注:水蒸气湿流密度是由国家标准《建筑材料水蒸气透过性能试验方法》(GB/T17146-1997)所定义,其是指:单位时间内流经单位面积的水蒸气的质量。单位:g/(m2 ·s),工业常用单位:g/(m2 ·h)。膨胀聚苯板、挤塑聚苯板和硬泡聚氨酯板外墙外保温系统国家现行标准,规定的防水性技术指标均要求水蒸气湿流密度小于等于0.85g/(m2·h)。

在《建筑外墙涂料通用技术要求》(征求意见稿)中,还根据基材和应用环境的不同,规定砌体外墙复层系涂料体系水蒸气透过率应符合下列要求:①在多孔性基材上使用的不应低于Ⅱ-1级;②在块状保温基材上不宜低于Ⅱ-2级;③在纤维状保温基材上不宜低于Ⅱ-3级;④严寒地区宜提高一个级别。涂膜的水蒸气透过性是建筑外墙涂料十分重要的一项技术指标。理想的涂膜应具有良好的水蒸气透过性且不透水,可使基材和室内的气态水散发,使基材具有一定的呼吸功能,避免由于环境温度、湿度变化引起墙体内外蒸汽压力不平衡,从而造成墙面结露或涂层起泡、裂纹等现象发生,保温材料导热系数升高。特别是外保温系统的装饰涂料,如涂膜透气性差,最终会危害到整个保温系统的安全性、稳定性和耐久性。

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不同系统作法的水蒸气湿流密度

值得指出的是,不可一种涂料各地都适用,更不可一个固定指标满天飞。表4给出了不同系统作法的水蒸气湿流密度差异对比,建议寒冷或严寒地区系统的水蒸气湿流密度限值不应小于.5g/(m2·h)。

3.4 小结

外墙涂料的吸水性和水蒸气透过率是两项十分重要的技术指标,特别是对外墙外保温系统尤为重要。吸水性和水蒸气透过率满足行业标准JGJ/T343和JGJ/T309要求的涂料,用于节能建筑的外墙,特别是对外墙外保温系统,在其他性能指标满足标准求的前提下,可避免墙体结构和保温系统,受到冷凝水和渗漏水的危害,甚至危害到整个保温系统的安全性、稳定性和耐久性。然而,国家现行有关外墙涂料的标准,包括2014年发布的国家标准《合成树脂乳液外墙涂料》(GB∕T9755—2014),均未对与节能建筑保温系统安全性、稳定性和耐久性密切相关的这两项十分重要的技术指标作出规定。无疑,对于目前生产的完全可满足防水性和透气性要求的外墙涂料,按标准检测的检测报告却得不到体现,那么其所具有的良好的防水透气性功能不会被认可和承认,因此不利于节能建筑的健康发展。

 

4 结语

a.建筑外墙应采用具有防水透气性功能的外墙涂料,这是建筑节能的需要。

b.建议按不同的气候分区推荐使用不同的建筑外墙涂料,以及严寒及寒冷地区外墙不使用防水透气性差的涂料或弹性涂料。

c.武汉蒸汽巨成股份有限公司研制成功“透气性合成树脂乳液外墙装饰涂料,水蒸气透过率可大于等于150 g/(m2·d),亦具有良好的防水性,更适用于严寒地区的节能建筑,其推广应用定会为节能建筑健康发展做出贡献。

d.涂膜的防水性和水蒸气透过性是建筑外墙涂料十分重要的二项技术指标。然而《合成树脂乳液外墙涂料》(GB∕T9755—2014)等国家现行有关外墙涂料标准中,却没有规定这两项十分重要的技术指标,不利于节能建筑的健康发展,应予以修订,以满足建筑节能安全性、耐久性和稳定性的需要。

以上就外墙涂料防水性和透气性的作用、吸水性和水蒸气透过率两项技术指标及国家现行外墙涂料标准没有规定涂料的防水性和透气性的危害进行了讨论,以求共同探讨。


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