摘要：根據國標GB/T 9755—2014《合成樹脂乳液外墻涂料
》中規定的合成樹脂乳液外墻涂料透水性的測試方法，研究分析基材對透水性測試的影響因素。對比了不同生產廠商的無石棉纖維水泥平板的透水性。結果表明：試驗板材的性能參數對空板透水性以及涂膜透水性的測試結果均有影響。測試試驗板材上增加不同的膩子層后涂膜透水性發生變化，表明膩子層對涂膜透水性有影響。對比大容量漏斗與國標透水性測試漏斗對透水性的影響，發現大容量漏斗在透水性測試中對基材差異的影響具有屏蔽作用。
關鍵詞：涂料；透水性測試；影響因素；板材
近年來，隨著建筑行業的飛速發展與城市市容改造進度的加快，樹脂乳液外墻涂料（以下簡稱外墻涂料）因其對建筑良好的保護和裝飾作用得到了廣泛的應用，其產品技術也獲得了長足發展。由于外墻涂料不可避免地會受到雨雪、紫外線及灰塵等影響，人們對外墻涂料的各項指標都有比較高的要求。其中，雨水經過涂層滲入會直接導致墻面發霉、鼓包、脫落，更有甚者會造成墻體內部結構受潮，影響建筑結構的耐久性、完整性和安全性，因此外墻涂料的透水性作為表征涂層阻隔外部水分滲入基材的關鍵性能指標，其重要性不言而喻。
透水性是指外界環境中的液態水穿過涂層進入基材的程度。透水性測試值越小，說明外界的水分越難進入基材，涂層對基材的保護性能越好。2014年修訂的國標GB/T 9755—2014《合成樹脂乳液外墻涂料》新增了透水性測試，標準出臺以來，在長期的透水性測試中，經常會碰到透水性實驗結果因平行樣之間絕對偏差大于0.2 mL 而導致試驗無效的情況。分析試驗結果無效的影響因素，高繼東等探討了實驗板材、保養時間、實驗用水、實驗溫度與濕度等對外墻涂料透水性的影響，認為不同材質的試驗板材對外墻涂料透水性影響最大。在GB/T 9755—2014中，外墻涂料透水性試驗的試驗板材為符合標準JC/T 412.1—2006中NAF H V級要求的無石棉纖維水泥平板，但在JC/T 412.1—2006中并未規定與透水性相關的板材理化性能指標，僅規定了試驗板材密度、含水率、吸水率等性能指標，在最新的標準JC/T 412.1—2018中甚至取消了含水率這一物理指標，同時表觀密度也僅需符合供應商提供的質量文件。
本文討論了不同生產廠家的無石棉纖維水泥平板對外墻涂料透水性試驗結果的影響。同時選擇了3種透水性不同的測試用涂料產品和2種不同外墻膩子產品，購買了一批新的大容量漏斗，測試分析了不同等級的外墻涂料產品透水性受板材的影響，增加膩子層對透水性的影響，以及大容量漏斗對比國標漏斗對透水性試驗板材差異的不同敏感程度。
1、 實驗部分
三級實驗用水：自制；線棒涂布器（規格為80、120）：上海現代儀器；無石棉纖維水泥平板（A、B、C，430 mm×150 mm×6 mm）：A公司、B公司、C公司；測試涂料：合格品、一等品、優等品（3種涂料均通過常州涂料化工研究院外檢確認透水性符合對應等級）；外墻膩子（D、E，符合JG/T 157—2009的要求）：D公司、E公司。帶刻度的漏斗狀玻璃裝置：容量（95±5）mL；上部玻璃管帶有4 mL刻度，最小分度值為0.1 mL；底盤直徑為65~66 mm，經磨砂處理，如圖1所示。
沒有刻度的大容量漏斗：容量（160±5）mL；底盤直徑88~92 mm，總高度為225 mm，如圖2所示。
1.2 實驗過程
1.2.1 基材取樣
A、B、C 3種無石棉纖維水泥平板各取8塊，依次編號1~24，如表1所示；在每個試驗樣板兩端各切出1塊80 mm×80 mm的樣板進行表觀密度、含水率、吸水率及孔隙率的物理性能測試，測得的物理性能結果取平均后進行分析；樣板剩余部分（270 mm×150 mm）進行空板透水性測試與涂膜透水性測試，如圖3所示。
A、B、C 3種無石棉纖維水泥平板各取2塊，編號25~30。使用一等品外墻涂料，在試驗板材兩端測試不同膩子層上的涂膜透水性，在板材中間測試無膩子層的涂膜透水性作為對照組，如圖4所示。
A、B 2 種無石棉纖維水泥平板各取3 塊，編號31~36。使用3種測試涂料分別在2種不同試驗板材上進行涂覆及養護，試驗板材與測試涂料的對應關系如表1所示。
養護完成后，測試國標漏斗涂膜透水性與大容量漏斗涂膜透水性，如圖5所示。
1.2.2 基材物理性能測試
根據GB/T 7019—2014《纖維水泥制品實驗方法》的規定，測試試驗板材的表觀密度ρ、含水率H、吸水率X 及孔隙率K，如式（1）~（4）所示。
式中：ρ0—水的密度；m0—自然狀態的質量；m1—干燥狀態的質量；m2—飽水狀態在水中的質量；m3—飽水狀態在空氣中的質量。
1.2.3 基材空板透水性測試
根據GB/T 9755—2014中透水性測試方法，將測試樣板平放，測試面朝上，將透水性試驗測試漏斗放置在試板的中部，用不吸水的密封材料密封試板和透水性試驗測試漏斗的縫隙，待密封膠干燥后，將規定的實驗用水緩慢注入玻璃管內，直至液體的凹液面與試管的0 mL刻度重合，確認容器中無氣泡后，再次調整試管的0 mL刻度，將玻璃管頂端用錫箔紙遮蓋包住，在恒溫恒濕的試驗環境中靜置24 h后，觀察并記錄液面下降體積（單位為mL）。觀察結果時，當液面低于4 mL 時，使用三級實驗用水補至0 mL 刻度，并用電子天平稱量所補水的質量（單位為g），換算成容積單位（單位為mL）。
1.2.4 涂膜透水性測試
使用3種不同等級的測試涂料分別在無石棉纖維水泥平板上進行涂覆及養護，涂膜、養護根據GB/T9755—2014中的規定實施，使用規格為120和80的線棒刮涂2道均勻的漆膜，放置于恒溫恒濕的實驗環境中養護7 d。完成養護后進行透水性測試，方法同空板透水性測試方法。試驗板材與測試涂料的對應關系如表1所示。
1.2.5 膩子層涂膜透水性測試
使用2種測試膩子（D、E）分別在3種無石棉纖維水泥平板上指定位置（150 mm×150 mm）批涂2遍，每遍上料30 g；養護干燥2 d后，使用一等品外墻涂料在樣板上制膜養護后進行透水性測試，方法同涂膜透水性測試，指定位置參照圖4。
1.2.6 大容量漏斗涂膜透水性測試
標注大容量漏斗最大加水量：密封大容量漏斗底部，通過量筒加入160 mL水標注漏斗最大加水位置。
在用大容量漏斗測試涂膜透水性時，加水至160 mL標注位置，其余測試操作與國標漏斗測試透水性方法相同，測試過程中記錄漏斗1 h、3 h、5 h、7 h、24 h液面下降位置并標注。觀察結果時，使用三級實驗用水從對應位置補至最大加水位置，并用電子天平稱量所補水的質量（單位為g），換算成容積單位（單位為mL）。
2、結果與討論
2.1 基材物理性能對空板透水性測試的影響
2.1.1 基材表觀密度對透水性的影響
基材的表觀密度與空板透水性的關系如圖6所示。
由圖6可知，基材表觀密度為1.33~1.83 g/cm3，差異明顯，同一公司試驗板材的表觀密度接近，但仍有個別板材的偏差較大；JC/T 412.1—2006中規定高密度無石棉纖維水泥平板的表觀密度區間為1.4~1.7 g/cm3，A公司的8塊板材中，試驗板材1~4的表觀密度低于標準中的表觀密度要求；B公司的8塊板材中，僅編號16的試驗板材的表觀密度高于標準中的表觀密度要求，板材密度穩定性較好；C公司的8塊板材中，試驗板材21~24的表觀密度高于標準中的表觀密度要求，整體密度偏高。在最新的標準JC/T 412.1—2018中取消了對平板表觀密度的具體數值要求，僅需符合供應商質量文件中標明的規定值，但板材的表觀密度對透水性的影響不可忽視。
分析圖6可以發現，基材表觀密度與空板透水性呈現一定的負相關性，即表觀密度越大，空板透水性越低。筆者認為基材的表觀密度一定程度上會影響空板透水性。
2.1.2 基材含水率對透水性的影響
基材含水率與空板透水性的關系如圖7所示。
由圖7可知，基材含水率分布在3%~6%，含水率與空板透水性無明顯關系。以試驗板材10、11、12為例，這3 塊板材密度相同，但含水率分別為4. 66%、3.19%和5.31%，差異明顯，對應的空板透水率分別為5.8 mL、6.0 mL、6.1 mL，無明顯相關性，因此認為基材的含水率對空板透水性無明顯影響。
2.1.3 基材吸水率對透水性的影響
基材吸水率與空板透水性的關系如圖8所示。
由圖8可知，基材吸水率均小于JC/T 412.1—2006要求的28%，但差異明顯，分布在21%~28%，與空板透水性有一定程度的正相關，這可能是基材的吸水率對空板透水性有明顯影響，即基材吸水率越高，空板透水越多；反之，基材吸水率降低，空板透水也降低。
2.1.4 基材孔隙率對透水性的影響
基材孔隙率與空板透水性的關系如圖9所示。
由圖9可知，基材孔隙率分布在31%~37%，與基材的表觀密度和吸水率均有一定關系，基材孔隙率與空板透水性呈一定的正相關性。可見，基材的孔隙率對空板透水性有明顯影響，基材孔隙率越高，空板透水越多。
2.1.5 基材空板透水性
由圖6~圖9可知，基材空板透水性差異較大，從最低3.2 mL 到最高16.0 mL，相差5 倍。且不同公司生產的無石棉纖維水泥平板物理性能存在差異，相同公司多個無石棉纖維水泥平板物理性能也存在差異，基材各項物理性能差異直接影響空板的透水性測試結果。其中，基材含水率對空板透水性測試無明顯影響；基材表觀密度越大，即板材越致密，空板透水性測試數值越小；基材吸水率與孔隙率越大，空板透水性測試數值越大。在GB/T 9755—2014透水性測試部分，對于無石棉纖維水泥平板的空板透水性，僅規定了下限應大于4 mL，對于上限并未做明確規定。實驗進一步研究符合國標要求、無石棉纖維水泥平板空板透水性大于4 mL 的板材涂膜透水性。
2.2 基材差異對涂膜透水性的影響
涂膜透水性測試結果如表2所示。
進一步研究空板透水性與不同等級涂料涂膜透水性的關系，結果如圖10所示。
根據GB/T 9755—2014規定，合格品24 h透水性應當≤1.4 mL，一等品24 h透水性應當≤1.0 mL，優等品24 h透水性應當≤0.6 mL。結合表2中測試結果分析，無石棉纖維水泥板的空板透水性對不同規格測試涂料產品的透水性數據有明顯影響，呈一定程度的正相關性。一等品涂料的8塊測試板材中，2號板材空板透水性最高為16.0 mL，同時涂膜透水性測試結果最高為1.9 mL，遠高于標準中一等品涂膜透水性要求；合格品涂料的8塊測試板材中，19號板材空板透水性不符合國標對實驗板材的要求，其對應的透水性結果最好，完全失真，不能反映出各規格測試涂料的透水性真實結果，4號和7號板材空板透水性分別為13. 2 mL、10.7 mL，透水測試結果對應為2.3 mL、1.5 mL，均不符合合格品透水性要求；優等品涂料的8塊測試板材中，3號和6號板材空板透水性為14.7 mL和11.7 mL，對應的涂膜透水性測試結果也不符合國標優等品透水性的要求。以上空板透水性超過10 mL的數據如表3所示。
由以上結果可知，產品透水性測試結果受板材差異影響極大，表觀密度大、空板透水少的板材測試結果明顯優于空板透水多的板材，進一步表明實驗板材對涂料透水性測試結果的影響不可忽視。
在涂膜透水性測試中，當空板透水性>10 mL時，3種測試涂料的涂膜透水性測試結果都超過了國標對應等級的規定要求。因此，測試涂料產品透水性等級時，除了需要保證空板透水性>4 mL之外，空板透水性還應<10 mL，避免基材空板透水過多導致涂料產品透水性測試結果不合格。
2.3 膩子層對涂膜透水性的影響
膩子層上涂膜透水數據如表4所示。
綜合表4中的實驗數據，有膩子層D的涂膜透水性比沒有膩子層的涂膜透水性小，而有膩子層E的涂膜透水性比沒有膩子層的涂膜透水性大。因此，本研究認為增加膩子層并不能屏蔽基材物理性能差異的影響，同時實驗數據也無法判斷增加膩子層是否可以使涂膜透水性更加穩定。值得關注的是，引入膩子層會增加新的變量，例如膩子的種類、厚度、致密程度等，這些新的變量都會導致透水數據出現偏差。
2.4 大容量漏斗對透水性測試的影響
分析3家公司的無石棉纖維水泥平板，C公司的無石棉纖維水泥平板表觀密度較高，板材較致密，透水測試結果整體偏小，故在大容量漏斗透水性測試中只選擇了A公司和B公司的無石棉纖維水泥平板，測試結果如圖11所示。
由圖11可知，透水性測試數據與時間呈線性關系，擬合直線方程的斜率受透水性試驗各影響因素（基材、樣品涂層、試驗裝置等）的綜合影響。相同實驗時間、相同基材上，大容量漏斗的透水量是國標漏斗的3 倍左右；大容量漏斗透水性數據擬合情況更好，國標漏斗透水性數據離散系數更大。分析可能原因，大容量漏斗在透水性測試中，放大了透水量，透水性測試結果屏蔽了板材本身物理性能差異。
由圖11（a）、（b）可知，合格品涂料和一等品涂料在使用國標漏斗時，A板上的24 h透水數據比B板上的小，而在使用大容量漏斗時，A板與B板上的透水數據接近。盡管合格品涂料與一等品涂料均符合國標相應等級指標要求，但在A 板和B 板上有明顯差異；而在使用大容量漏斗時，受大容量漏斗放大效應的影響，2種板材上的透水數據接近。
由圖11（c）可知，優等品涂料在使用國標漏斗時，A板與B板上的透水數據接近，認為可能原因是優等品涂料中乳液含量較高，涂膜更加致密，透水數據受板材物理性能差異影響較小。
綜上分析，大容量漏斗在透水性測試中，可以屏蔽掉一些透水性測試影響因素，如基材物理性能差異影響等。
3、 結 語
綜上所述，涂料在進行透水性試驗時，不同的基材即不同廠家生產的無石棉纖維水泥平板本身的差異會影響實驗結果。
（1）不同生產廠家生產的無石棉纖維水泥平板，性能參數差異較大，對涂膜透水性試驗結果影響較大，其中基材表觀密度越大，即板材越致密，涂膜透水數據越小；基材吸水率越低，涂膜透水數據越小；同時基材孔隙率越低，涂膜透水數據也越小。
（2）性能參數差異較大的基材，在測試涂料透水性試驗中，空板透水性差異較大，會直接影響測試涂料的透水性。無石棉纖維水泥平板空板透水性>10 mL時，涂膜透水性測試數據普遍偏大。
（3）膩子層上的涂膜透水數據受膩子層的影響，增加膩子層并不能屏蔽基材物理性能差異的影響，同時也無法判斷增加膩子層是否可以使涂膜透水性更加穩定。
（4）大容量漏斗對基材差異屏蔽效果明顯，相較于國標漏斗，其對透水性測試放大效果明顯，可以有效拉開不同等級涂料的透水梯度，使對應測試更加準確。
為保證涂料透水性測試的穩定性與準確性，需確保涂料透水性測試使用的無石棉纖維水泥平板性能參數相同或相近。可考慮增加對透水性測試使用的無石棉纖維水泥平板物理性能指標的規范性要求，如對表觀密度、吸水率、孔隙率等做明確規定，控制透水性測試使用板材的穩定性，避免板材物理性能差異影響透水性測試結果。同時，可以考慮在無石棉纖維水泥平板透水性測試中，增加空板透水性的上限，避免涂膜透水性測試結果過差。本研究建議透水性測試中，空板透水性應<10 mL。
對于增加膩子層對涂膜透水性的影響需要更深入的研究，例如使用什么型號的膩子，批刮膩子的致密程度、上料量以及厚度等因素都需要進一步的實驗確定。
大容量漏斗對于試驗板材物理性能差異屏蔽效果肉眼可見，未來可嘗試增大現有透水性漏斗的容積，降低基材差異的影響效果。針對大容量漏斗的刻度與儀器細節、測試時間與測試方法，需要更深入的試驗研究確認。
