吸湿型材料改善建筑物地下层潮湿环境研究

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【摘 要】 本文尝试研制一种新型吸湿型材料，利用该材料的自我调湿恢复功能，即在高湿度时可除湿并排出水分，干燥季节可恢复自身除湿功能，用来改善建筑物地下层潮湿环境，并进行初步的实验研究。

【关键词】 吸湿型材料；潮湿环境；建筑物地下层；改善

1.引言

宁波受梅雨和台风两大气候影响，室内的湿度往往达到95%以上，甚至达到100%，导致建筑物墙体处于高湿度环境。在湿度过高的环境中，容易影响人的正常情绪，还可能引发关节炎、冻疮、呼吸系统等一些疾病；高湿度也会降低建筑结构材料的使用质量和耐久性以及装饰效果甚至造成装饰层的脱落，降低建筑节能效果，甚至影响建筑物使用寿命。

建筑物的防潮有主动防潮和被动防潮两大类。一般以主动防潮为主，被动防潮为辅。但主动防潮存在防潮材料涂布不匀，使用寿命短，粘附性差，易剥落等缺点，而被动防潮如使用干燥剂，吸湿器等方法，时间长了就会失去防潮效果。

本文尝试研制一种新型吸湿型材料，通过“以排治潮”，来改善建筑物地下层潮湿环境。该材料具有自我恢复功能，即在高湿度时可以除湿并排出水分，干燥季节可以恢复自身除湿功能，这样可以避免干燥剂，吸湿器等因使用时间过长而吸湿效果差的问题。

2.吸湿型材料调湿原理分析

吸湿型材料对湿气的吸收与释放取决于表面的湿气分压力及周围环境空气的湿气分压力，如图1所示。其中Ps表示吸湿型材料表面湿气分压力，Pa表示周围环境空气的湿气分压力。当Ps>Pa时，湿气被释放；当Ps

本吸湿型材料主要材料是蒙脱土，辅助其他材料进行改性处理，形成一种具有许多能吸附和解析水蒸气的微孔材料，即新型吸湿型材料。蒙脱土是一种具有层状结构的铝硅酸盐矿物。它的单位晶胞系由二层状四面体，中间夹着一层八面体所组成，相邻层的硅氧四面体通过铝氧八面体构成层结构。由于层间靠阳离子的静电引力联接，这种静电引力较弱，使它具有可交换性能，在极性溶剂如水的作用下，层间距有可膨胀性。蒙脱土的层状结构及能吸附和释放水蒸气的特性，使它成为较好的吸湿材料。当空气中的水蒸汽分压高于其孔内凹液面上水的饱和蒸汽压时，水蒸汽被吸附，反之则脱附。

3.吸湿型材料调湿实验

3.1 饱和蒸汽压下吸湿性实验

吸湿型材料饱和蒸汽压下吸湿量的测量在干燥器中进行。实验时，首先将干燥器中的干燥剂取出，加水至液面接近隔板，然后将干燥器的盖子盖上，此时干燥器内空间就形成了一个封闭环境，可以近似认为是一个饱和湿度环境。

随后，在天平上称取一定质量的调湿材料质量（记为W0），置于玻璃皿中，放到干燥器中的隔板上，盖上干燥器后，每隔一定的时间将玻璃皿取出，并测出此时调湿材料的质量（记为Wt），因而此时的含湿量Wt-W0，吸湿率δ为（Wt-W0）*100%/W0。以吸湿率相对时间为坐标，可得到饱和蒸汽压下该调湿材料的吸湿曲线，如图2所示。

从图2可见，该吸湿型材料较好的吸湿量效果，可见初期的吸湿速度比较快，在2h时吸湿率δ可达10%左右，10h时达到30%以上，在40h时大体上达到饱和吸湿量的90%左右，可见达到饱和吸湿量的时间较短。

3.2 高湿环境下的吸湿实验

为模拟宁波用4～6月的梅雨季节和8～9月台风雨导致的高湿度环境，采用40L大小密封有机玻璃箱作为实验模拟室，用温湿度传感仪器不间断测量相对湿度。实验时，充入高湿空气并静止，使实验模拟室内部相对湿度维持在95%，然后放入该吸湿型材料进行除湿实验，直至实验模拟室内部湿度保持恒定。实验结果如图3所示。

由图3可见，该吸湿型材料在相对湿度大的时候，具有良好吸湿性能，能在几小时内可以使实验模拟室的相对湿度降到90%以下，在20h内降到80%以下，而后基本上在相对湿度70%左右保持平衡。这可以明显改善环境中的相对湿度，但与人类活动中最佳湿度范围45%～65%有一些差距，这可能是吸湿型材料内部已处于吸水饱和状态，就是增加吸湿型材料数量也无法再使实验模拟室的相对湿度降低。

3.3 低湿环境下的放湿实验

为模拟低湿环境，在该实验模拟室充入干燥的空气，保持相对湿度35%左右，然后该吸湿型材料（事先已作饱和吸水处理），直至实验模拟室内部湿度保持恒定。实验结果如图4。

由图4可见，该吸湿型材料在相对湿度比较低的时候，具有较好的放湿性能，10 h内可以使实验模拟室内湿度达到45%以上，但随后放湿速度放慢，平衡时相对湿度在52%左右。分析原因，这可能是蒙脱土在持续放湿过程中，水蒸气分子逐渐封闭了蒙脱土的内孔，导致后来水蒸气分子扩散比较慢，放湿过程停滞。

3.4 模拟环境下的调湿实验及分析

为了模拟真实环境下该吸湿型材料的调湿效果，在某建筑物地下层进行应用，实验时间为9月中旬到9月下旬，测量到的室内平均室温在23～30℃之间。通过放置该吸湿型材料，发现该地下层的平均相对湿度持续保持在65%～75%，相比未放置前的平均相对湿度在80%～90%之间，明显改善许多。这可以从图5吸湿材料的等温平衡含湿曲线看出。图5中的曲线1和2分别为吸湿材料吸湿和放湿性能曲线，dmin和dmax分别为材料放湿后的最小和最大含湿量，φ1和φ2分别为该材料放湿和吸湿前地下层周围的相对湿度。

当建筑物地下层的相对湿度超过φ2时，平衡含湿量急剧增加，材料吸收建筑物地下层周围中的水分；当建筑物地下层周围中的相对湿度低于φ1时，平衡含湿量迅速降低，材料缓慢恢复自身吸湿功能。只要材料的含湿量处于dmin～dmax之间，室内空气相对湿度就自动维持在φ1～φ2范围内。

4.结论

本文对新型吸湿型材料的调湿性能进行了初步研究，尝试利用该材料的自我调湿恢复功能，即在高湿度时可除湿并排出水分，干燥季节可恢复自身除湿功能，用来改善建筑物地下层潮湿环境。

参考文献

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[2] 闫杰，马斌齐，岳鹏.调湿建筑材料调湿性能试验研究[J].建筑科学.2009年第25卷第6期：61-64

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基金项目

2011年浙江省大学生科研创新团队资助项目（项目编号：2011R419016）