非均匀吸放湿过程对建材导热系数的影响

李娟红 ,张鹏宇 ,王莹莹

（西安建筑科技大学 a.建筑设备科学与工程学院；b.西部绿色建筑国家重点实验室，西安 710054）

建筑材料导热系数的准确取值是建筑能耗预测准确、设备选择经济可靠的关键。目前，相关规范和设计手册一般仅给出建材在干燥状态下的导热系数[1-2]，实际使用过程中，多孔建材容易受到湿组分的侵入渗透，大量研究表明，建材含湿后导热系数变化显著[3-5]。

建立导热系数计算模型预测含湿材料导热系数是常用研究手段，Jin 等[6]考虑潮湿样品中湿组分，利用分形理论推导出针对加气混凝土的三相（固、液、气）有效导热系数分型模型；Shen 等[7]基于热电类比原理，建立了液相不饱和多孔介质有效导热系数（ETC）的通用模型；马超[8]基于分形理论推导出考虑微尺度传热效应的液、气空间替换的固液气共存导热系数预测模型，引入迂曲度等空间结构参数，建立模型时的通用假设一般为多孔建材含湿均匀。计算模型的预测精度随含湿量变化会有所下降，多数学者选择通过制备含湿材料实测其导热系数变化，制备方法大致分为2 种：使用液态水侵入多孔材料的浸泡法及使用水蒸气渗透多孔材料的恒湿箱法[9-12]。Boukhattem 等[13]、Belkharchouche 等[14]、Nguyen 等[15]、Gao 等[16]、Cao 等[17]、Liu 等[18]采用传统浸泡法制备了半饱和、饱和含湿材料，Khoukhi[19]、Yang 等[20]的研究中采用恒温恒湿箱或自制恒湿设备维持多孔材料稳定的吸湿环境，制备含湿材料。通过以上试验方案能得到含湿饱和、稳定的含湿材料，材料内部湿分布均匀。

但实际工程使用中，建筑材料受室内外温、湿度变化动态影响，材料内部湿组分会增加和衰减，呈现沿湿接触方向上的非均匀分布，从而造成含湿多孔材料导热系数动态变化。在多孔材料均匀增湿方案的基础上，确定增减湿过程中非均匀含湿建材制备及导热系数测量方案，初步探究相同含湿量下非均匀含湿状态对多孔建材导热系数影响程度。

1 多孔建材增减湿试验

1.1 试验材料

选择材料首先考虑材料孔径特征，不同的孔径大小直接影响湿组分侵入材料的方式和速率，进而影响含湿材料导热系数[21]。运用适当的增减湿方案，可得到在先增湿后减湿过程中不同材料湿组分的不同分布对材料导热系数的影响。湿组分侵入材料的不同方式直接决定湿组分在材料中的不同分布，选用孔径特征存在较大差异的加气混凝土（AAC）、发泡水泥（FC）、红砖（RB）等3 种材料进行试验。

各材料均制作0.5～1 cm 立方体颗粒各3～5 块用于压汞实验，测量3 种材料的孔隙率及孔径分布。各材料均制作60 mm×60 mm×50 mm 标准试件各6 块，每2 块为1 组，3 组材料同时进行液态水侵入试验，测试完成后再进行干空气蒸发减湿试验。试验测量取平均值，各组减湿起点材料选用本组增湿稳定材料，保证质量含湿量连贯，各材料均用同一批次或同一块母材料制作标准试件。

1.2 试验仪器

使用高性能全自动压汞仪，型号为麦克9620，测试工作压力为3.45～429 919.74 kPa，测试孔径范围为2.90～361 727.08 nm。测试试件为近似1 cm3正方体材料颗粒，利用压汞仪可得出典型建筑材料的孔径分布、比表面积、比孔容积等基本参数。使用高性能全自动压汞仪，由小到大施加压力，使汞克服表面张力，侵入材料孔隙，以此测定孔隙率及孔径分布。

选用瞬态导热系数测试仪（TPS2200），用瞬态平面热源法测量材料导热系数，仪器导热系数测试范围为0.005～500 W/（m·K），精度优于3%。仪器探头产生平面圆形热场，测量被测试件的瞬间温度提升，计算出材料导热系数，短时间瞬间热场引起的材料湿迁移可忽略不计。

使用烘箱营造干燥环境，烘箱由德国Binder 公司生产，型号为FD115，环境温度营造最高限值为230 ℃，最低限值比环境温度高5 ℃即可，可设置报警温度（即仪器不受控升温后提示操作者，防止损坏试件），温度控制精度为±2%。

1.3 试验方案

传统浸泡法一般直接浸没试件，获取液态水半饱和、饱和的含湿材料，材料内部含湿均匀且含湿状态点较少，并且未将增减湿过程相结合，无法得到相同含湿量下同组试件不同含湿状态及分布的导热系数差异。笔者采用不同于传统含湿材料的制备方法，并将增减湿过程相结合。

1.3.1 增湿试验方案 增湿过程中使用饱和含水海绵接触建筑材料上表面，从而获得持续稳定的液态水侵入速度和压力，通过控制海绵放置时间来控制试件的质量含湿量，经过预实验验证能够有效控制含湿材料质量含湿量的近似增长规律。同时对材料其他非接触面进行蜡封处理，控制液态水沿侵入方向迁移。用显微镜观察表面湿组分形态特征，并结合多孔材料的孔隙特征分析研究非均匀含湿多孔材料吸放湿全过程导热系数变化特性。如图1 所示，随着试件与饱和含水海绵接触时间的增加，液态水侵入材料的深度增加，在不同阶段试件湿分布不同。增湿过程均在室温25 ℃下进行，具体如下。

图1 AAC 材料液态水侵入增湿过程Fig.1 Liquid water intrusion humidification process of AAC material

1）取各材料标准试件组各两块，在105 ℃烘箱中烘干至质量稳定，连续3 d 测得试块质量变化率小于1%。覆膜冷却前记录材料干燥状态下的质量m0。

2）将烘干试块用PE 保鲜膜包裹，冷却至室温，去除PE 膜后用游标卡尺测量各试块的真实长度，并记录材料干燥状态下体积V，并计算出干燥时试件的表观密度。

3）将各标准试块5 个面进行蜡封处理，记录蜡封后试块质量，作为吸湿过程的质量起点m1。

4）用70 mm×70 mm×30 mm 的海绵饱和吸收添加纯蓝墨水的去离子水，并放置在材料未蜡封表面上侧，每个增湿过程时长见表1。

表1 各材料加湿过程及吸湿时间Table 1 Humidification process and moisture absorption time of each material

5）完成第i增湿过程设定的时间，称量含湿材料质量mi，测量材料导热系数。计算第i加湿过程材料含湿量ui，见式（1）。

式中：ui为第i增湿过程材料质量含湿量；mi表示第i增湿过程材料的质量；m1为同一材料干燥状态下蜡封后质量；m0为同一试件干燥状态下的质量。

6）重复步骤4）、步骤5），进入第i+1 加湿过程。

1.3.2 液态水侵入增湿截面方案 由于AAC 试件高孔隙率、高透水的特点，且材料易于切割，切割过程中液态水蒸发可忽略不计，因此，无液态水直接流出现象，故加气混凝土材料AAC 非常适合进行截面实验。共设置1、2、3、5 h 四种加湿时间，每个增湿时间共测量4 个部位的导热系数，分别为材料触湿表面及材料上层、中层、下层，通过调整探头中心位置达到测量不同区域导热系数的目的。每次完成加湿过程后，快速沿液态水浸入方向切开，可观察到液态湿组分在材料内部的空间不均匀分布。采用瞬态平面热源法测试被测材料的导热系数，通过调整瞬态平面热源法圆形探头中心位置，改变测试区域，从而得到沿湿组分浸入方向上的导热系数变化，测试过程如图2 所示。将沿液态水浸入方向1.5～2 mm 的区域定义为顶部区域，2～3.5 mm 的区域定义为中部区域，3.5～5 mm 的区域定义为底部区域。

图2 改变探头位置测量导热系数Fig.2 Change the probe position to measure the thermal conductivity

1.3.3 减湿试验方案 利用烘箱营造干空气环境，将含湿量稳定的材料移入55 ℃的强制对流烘箱中，升高饱和试件主体及材料内部湿组分温度，加快饱和试件表面及内部湿组分蒸发，具体过程如下。

1）试件经液态水浸入达到吸湿稳定，取该标准试件组重新放入鼓风机烘箱在55 ℃进行烘干处理。每个减湿过程时长详见表2，测试前将试件覆膜冷却至室温。

表2 各材料减湿过程及减湿时间Table 2 Dehumidification process and time of each material

2）每个减湿过程结束后，记录各阶段含湿材料质量mi，在室温下测量导热系数，计算第i减湿过程材料含湿量ui，如式（1）所示。

3）重复步骤1）、步骤2），进入第i+1减湿过程。

2 非均匀吸放湿对建材导热系数的影响

2.1 实验材料孔隙特征

用压汞仪测得3 种材料的孔隙率及孔径分布，如图3 所示。加气混凝土材料AAC 孔径分布基本涵盖了所有孔径大小类型，主要以10～1 000 nm 区间的过渡孔、毛细孔及大于10 000 nm 的大孔为主，分别占总孔隙的53.6%和45.2%。毫米级的宏观大型孔道可极大提高水蒸气吸收面积，同时为液态水提供毛细管流通道；过渡孔、毛细孔作为固体骨架渗透的主要通道。

图3 3 种材料不同孔径孔隙容积百分比Fig.3 Percentage of pore volume of three materials with different pore diameters

发泡水泥材料FC 主要以大于10 000 nm 的大孔为主，占总孔隙的71.7%。由于发泡水泥独特的封闭气孔结构，使得样品总孔隙率较高，大孔占比较高，同时过渡孔、毛细孔较少，占总孔隙的26.1%，导致材料FC 固体骨架渗透阻力较大。

红砖材料RB 主要以1 000～10 000 nm 的大孔为主，占总孔隙的66.9%，大孔孔径明显小于材料AAC，使得材料RB 大孔对湿空气的吸收作用弱化，作为毛细管流通道则不受影响。100～1 000 nm 的毛细孔占总孔隙的23.5%，可作为固体骨架渗透作用的主要通道。3 种多孔建材总孔隙率见表3。

表3 3 种材料总孔隙率Table 3 Total porosity of three materials %

2.2 非均匀增减湿过程中多孔建材质量含湿量及导热系数变化

如图4 所示，在增湿、减湿过程中，材料AAC 的导热系数变化大致可分为3 个阶段。AAC 干燥导热系数为0.213 W/（m·K），经过11 次加湿，含湿量稳定时材料导热系数为0.807 W/（m·K），增长了279%。再经过18 次减湿，减湿过程终此时材料导热系数为0.194 W/（m·K），降低了73.6%。在AAC 增减湿过程中，导热系数均为前期变化剧烈，中期变化速率趋缓，后期基本趋于稳定。

图4 AAC 加湿及减湿过程导热系数及含湿量变化趋势Fig.4 Variation trend of thermal conductivity and moisture content in humidification and dehumidification process of AAC

增湿过程中，阶段1 为加湿过程1～2，材料导热系数由0.213 W/m·K 增长至0.519 W/(m·K)，增长幅度为干燥状态下导热系数的177%，占增湿过程导热系数增长的63.9%。该过程液态湿组分接触AAC 材料表面，多数通过毛细管流的方式深入材料内部，少数通过固体骨架渗透方式进入材料。液态湿组分渗透不及时、饱和等情况下，会在表面形成局部小型液桥，因此，该阶段导热系数增加迅速。

阶段2 为加湿过程3～9，材料导热系数由0.633 W/（m·K）增长至 0.807 W/（m·K），增长幅度为上过程结束时导热系数的36.1%，占增湿过程导热系数增长的29.4%。该过程宏观孔洞中液态湿组分逐渐饱和，固体骨架渗透速度小于液态湿组分补充速度，造成表面湿组分组织形式逐步演化，即小型液桥→零星水团→局部小液团→大型连通液桥→小型液坑→大型液坑→局部液膜。

阶段3 为加湿过程10～11，材料导热系数由0.781 W/(m·K)增长至 0.805 W/（m·K），含湿材料导热系数基本保持稳定。此时各宏观孔道中液态湿组分已趋于饱和，固体骨架的细密气孔中湿组分饱和，毛细作用微弱，材料AAC 表面形成稳定的局部或大型水膜。

减湿过程中，阶段1 为减湿过程1～6，材料导热系数由0.807 W/(m·K)降低至0.496 W/（m·K），占减湿过程导热系数降低的52.3%。减湿前期材料AAC 上层液态湿组分充足，表面液态湿组分受热蒸发，浅层湿组分通过固体骨架渗透，快速返回材料表面或孔壁，参与蒸发，故该阶段导热系数下降迅速。

阶段2 为减湿过程7～11，材料导热系数由0.482 W/（m·K）降低至0.248 W/（m·K），占减湿过程导热系数降低的39.4%，该过程材料AAC 导热系数下降速度均匀。材料上层液态湿组分基本完全蒸发，中层湿组分通过固体骨架渗透方式返回材料上层，或直接在材料中层蒸发，随膨胀空气溢散出材料。

阶段3 为减湿过程12～18，材料导热系数由0.257 W/（m·K）降低至 0.194 W/（m·K），占到减湿过程导热系数降低的10.5%。该过程AAC 材料导热系数下降趋缓直至稳定，已经接近干燥状态下材料导热系数。此时，材料中上层液态湿组分缓慢迁移蒸发，底层蒸发水蒸气返回材料表面是该过程材料导热系数缓慢下降的原因。

截面实验中，试件内湿分布如图1 所示。材料加湿1 h，仅试件截面顶部区域有液态水浸入湿润现象；加湿2 h，截面顶部、中部区域有液态水浸入湿润现象；加湿3 h，截面顶部、中部、底部区域均有液态水浸入湿润现象；加湿5 h，液态水已完全浸润整个材料，材料截面导热系数变化如图5 所示。

图5 截面各部位导热系数随加湿时间的变化Fig.5 The thermal conductivity of each part of the section changes with humidification time

由图5 可见，材料表面导热系数变化大致分为3个过程，导热系数呈先增长10.9%，之后稳定缓慢增长0.67%，再增长5.8%的整体趋势。材料顶部导热系数变化滞后于材料表面，即先稳定缓慢增长0.3%，之后迅速增长22.6%，再处于稳定波动状态；材料中部导热系数变化不同于表面和顶部，先迅速增长34.5%，之后趋于稳定；材料底部导热系数变化则是持续增长139%。

随着累计增湿时长的增长，材料内部湿组分趋于均匀，表面与底部材料导热系数逐渐接近。实际情况中，由于湿组分浸入方向、时长等因素不同，含湿材料内部导热系数沿浸入方向递减。材料顶部导热系数变化滞后于材料表面，具体表现为表面导热系数增长，顶部导热系数增长停滞；表面导热系数增长停滞，顶部导热系数增长。原因是测量时刻1 至2，湿组分在表面积存，向下渗透浸入仍需持续的液态湿组分补充。造成表面导热系数快速增长，而顶部导热系数增长因迁入与迁出动态平衡，导热系数增长停滞。测量时刻2 至3，湿组分进一步增多，表面湿组分获得浸入渗透动力，向下迁移。顶部湿组分增多，而表面湿组分仍持续增多，此时间段，材料表面导热系数增长停滞，顶部材料导热系数迅速增长。顶部材料导热系数增长第1 次停滞是由于湿组分迁移停滞，湿组分暂时达到动态平衡。在测试时刻3 至5，材料中部也出现导热系数增长停滞，原因是材料中部湿组分暂时动态平衡。材料底部一直处于导热系数增长状态，但随着累计加湿时间的增加，在之后的测试时刻材料底部出现导热系数增长停滞，由此可得随着浸入渗透行程的增加，导热系数增长、停滞过程拉长。

如图6 所示，FC 的导热系数变化在增湿、减湿过程中大致皆可分为两个阶段，FC 干燥导热系数为0.11 W/(m·K)，经过5 次加湿，含湿量稳定时材料导热系数为0.403 W/(m·K)，导热系数增长266%。再经过8 次减湿，减湿过程终点材料导热系数为0.107 W/(m·K)，导热系数降低73.5%。FC增减湿过程导热系数变化均为前期变化较快，后期变化速率趋缓。

图6 增湿及减湿过程FC 导热系数及含湿量变化趋势Fig.6 Variation trend of thermal conductivity and moisture content in humidification and dehumidification process of FC

增湿过程中，阶段1 为加湿过程1，材料导热系数由0.11 W/（m·K）增长至 0.246 W/（m·K），增长幅度为干燥状态导热系数的123%，占增湿过程导热系数增长的46.4%，该阶段液态湿组分通过固体骨架渗透方式进入材料，渗透阻力明显大于材料AAC。液态湿组分渗透不及时、饱和等情况下，在材料表面形成零星液滴，导热系数增加迅速。

阶段2 为加湿过程2～5，材料导热系数由0.271 W/（m·K）增长至0.403 W/（m·K），占增湿过程导热系数增长的53.6%。由于液态湿组分只能通过固体骨架渗透方式进入材料，且渗透阻力明显大于材料AAC 液态湿组分补充速度，容易造成液态湿组分在表面积累，液态湿组分形态特征快速演化，即零星液滴→小型液桥→小型液坑→大型液坑，表面湿组分组织形式演化明显快于材料AAC。

减湿过程中，阶段1 为减湿过程1～4，材料导热系数由0.403 W/（m·K）降低至 0.177 W/（m·K），占减湿过程导热系数降低的76.7%。由于发泡水泥特殊的表面微观特征，即封闭气孔造成的无宏观孔道、无固体骨架细密气孔结构。液态湿组分渗透速率低，通过毛细作用返回表面的速率低，液态湿组分多数积存在材料上层，减湿初期FC 材料表面湿组分快速蒸发，材料导热系数快速下降。

阶段2 为减湿过程5～8，材料导热系数由0.142 W/（m·K）降低至0.107 W/（m·K），占减湿过程导热系数降低的23.3%。由于发泡水泥特殊的封闭气孔结构，导致湿组分仅能通过固体骨架渗透方式缓慢上移参与蒸发，迁移阻力较大，减湿过程时间长。故该过程材料导热系数已经接近干燥状态下材料导热系数。

如图7 所示，在增湿、减湿过程中,RB 的导热系数变化大致可分为4 个阶段。干燥状态下材料RB导热系数为0.851 W/（m·K），经过6 次加湿，含湿量稳定时材料导热系数为1.758 W/（m·K），增长106%。再经过9 次减湿，减湿过程结束时材料导热系数为0.719 W/（m·K），降低63.19%。增减湿过程RB 导热系数变化与AAC 不同之处在于其中前期存在导热系数稳定阶段。

图7 增湿及减湿过程RB 导热系数及含湿量变化趋势Fig.7 Variation trend of thermal conductivity and moisture content in humidification and dehumidification process of RB

增湿过程中，阶段1 为加湿过程1，材料导热系数由0.851 W/（m·K）增长至 1.301 W/（m·K），增长幅度为干燥状态下的52.9%，占增湿过程导热系数增长的49.6%。该过程液态湿组分多数通过毛细管流的方式深入材料内部，少数通过固体骨架渗透方式进入材料，液态湿组分渗透完全，材料微观表面无法观察到成规模的液态湿组分，因此导热系数增加较快。

阶段2 为加湿过程2～4，材料导热系数由1.35 W/（m·K）增长至1.40 W/（m·K），占到增湿过程导热系数增长的10.8%。该过程材料上层孔道湿组分局部动态饱和，液态湿组分向下浸入，渗透速率基本等于液态水补充速率。表面液态湿组分积聚状态基本保持不变，导热系数增长趋缓。

阶段3 为加湿过程4，材料导热系数由1.40 W/（m·K）增长至1.78 W/（m·K），占增湿过程导热系数增长的41.9%。该过程表面湿组分由连通液坑过渡为大型连通液坑，材料下层孔道液态湿组分趋于饱和，表面湿组分开始积聚，液坑规模不断扩大，向液膜态发展。

阶段4 为加湿过程5，含湿材料RB 导热系数基本保持稳定。此时各宏观孔道中液态湿组分已趋于饱和，固体骨架细密气孔中的湿组分饱和，毛细作用微弱，材料RB 表面形成稳定的局部或大型水膜。

减湿过程中，阶段1 为减湿过程1～3，材料导热系数由1.90 W/（m·K）降低至1.674 W/（m·K），占到减湿过程导热系数降低的10.0%。减湿前期材料RB 上层液态湿组分充足，表面液态湿组分受热蒸发，浅层湿组分通过固体骨架渗透，快速返回材料表面或孔壁，参与蒸发，由于毛细作用，测试区液态湿组分质量可能维持不变甚至上升，导致前两个减湿过程导热系数出现反常上升。减湿过程3，由于重力、行程等原因上层湿组分无法及时补充至材料表面，导热系数开始下降。

阶段2 为减湿过程4～5，材料导热系数由1.651 W/（m·K）降低至1.615 W/（m·K），占减湿过程导热系数降低的2.9%。该过程材料表面湿组分蒸发，但又通过固体骨架向上渗透，得到内部湿组分的补充，测试区材料含湿状态几乎达到动态平衡，故材料导热系数下降速度缓慢。

阶段3 为减湿过程6～7，材料导热系数由1.333 W/（m·K）降低至0.814 W/（m·K），占减湿过程导热系数降低的42.1%。该过程RB 材料导热系数迅速下降，材料上层液态湿组分基本完全蒸发，中层湿组分通过固体骨架渗透方式返回材料上层，或直接在材料中层蒸发，随膨胀空气溢散。

阶段4 为减湿过程8～9，材料导热系数由0.768 W/（m·K）降低至0.719 W/（m·K），占到减湿过程导热系数降低的3.91%。材料中上层液态湿组分基本蒸发完全，底层液态湿组分以固体骨架渗透方式上移，无法影响测试区材料含湿量，是该过程材料导热系数缓慢下降的原因。

2.3 增/减湿过程多孔建材湿组分分布示意图

增湿过程中，饱和吸水的海绵提供长时间稳定的液态水接触，液态湿组分受重力和毛细作用影响，总体沿重力向下浸入渗透。由于孔隙特征不同，各多孔建材浸入渗透速率各不相同。增湿过程初期，湿组分分布在材料表面浅层且较集中，中后期液态湿组分通过固体骨架渗透和毛细管流的方式浸入材料内部，内部湿分布随增湿时间的增长而逐渐趋于均匀。内部非均匀湿分布示意图如图8所示。

图8 增湿过程多孔材料非均匀湿分布示意图Fig.8 Schematic diagram of non-uniform moisture distribution in humidification process of porous materials

减湿过程初期，表面湿组分快速蒸发，浅层液态水返流，补充表层蒸发损失，在重力及毛细作用影响下，中下层液态水继续向下渗透浸入；减湿过程中期，表层浅层液态水持续蒸发，由于材料中层含湿量降低，返流作用不断减弱，材料内部微孔中的液态水开始蒸发，中下层液态湿组分分布趋于均匀。减湿过程后期，大型孔道内的液态水基本蒸发完毕，仅微小孔隙中液态湿组分内部蒸发。内部非均匀湿分布示意图如图9 所示。

图9 减湿过程多孔材料非均匀湿分布示意图Fig.9 Schematic diagram of non-uniform moisture distribution in the dehumidification process of porous materials

2.4 增/减湿全过程多孔材料导热系数变化特性分析

材料AAC 与RB 孔隙结构相似，孔径分布不同，故将二者一并讨论。如图10 所示，增/减湿过程材料AAC 与RB 的导热系数变化可大致分为3 个阶段，阶段1 导热系数快速上升或降低，阶段2 导热系数上升或下降速度趋缓，阶段3 导热系数趋于稳定。

图10 增减湿全过程材料AAC 和RB 相同质量含湿量下的导热系数Fig.10 Thermal conductivity of AAC and RB under the same mass moisture content in the whole process of increasing and decreasing humidity

增、减湿过程中材料AAC 和RB 红色含湿状态点的质量含湿量及导热系数均相同。按照预期设想，如果含湿量下降，导热系数应随之下降，但减湿初期、增湿后期，AAC 和RB 红色圆区域内的减湿状态点含湿量明显小于增湿状态点，但导热系数却分别高出10.3%和13.4%。

阶段3 材料AAC 含湿量区间为0.38～0.46 kg/kg，RB 含湿量区间为0.118～0.227 kg/kg。减湿过程前期，由于表层液态水蒸发，湿组分返流上升带来液态水补充，流动性增强。增湿过程液态水均主要集中在中上层，但减湿过程浅层湿润且流动性更强，内部湿组分更均匀，故材料质量含湿量相同时，该阶段材料AAC 和RB 减湿过程导热系数高于增湿过程，导热系数最大增长约为20.2% 和18.0%。同时，由于材料RB 峰值孔径小于材料AAC，蒸发强度较小，返流作用持续时间更长，导热系数反向增长持续时间更长。

阶段2 材料AAC 含湿量区间为0.151～0.38 kg/kg，RB 含湿量区间为0.07～0.118 kg/kg。减湿过程中经过长时间蒸发，浅层湿组分基本蒸发，中上层湿组分返流行程长且受重力作用无法返流至材料表面，由于迁移时间更久，湿组分已渗透进入材料骨架内部，流动受限，并且主要集中在材料中部；增湿过程中，湿组分分布在材料表面浅层且更加集中，并存在一定流动性。故材料质量含湿量相同时，该阶段增湿过程导热系数逐渐大于减湿过程，增湿过程材料AAC 和RB 导热系数分别高出减湿过程最大约63.4%和37.4%。

阶段1 材料AAC 质量含湿量区间为0.023～0.151 kg/kg，材料RB 含湿量区间为0.025～0.07 kg/kg。减湿过程后期，液态水主要分布在材料底部且较分散，流动性差，大型孔道内液态水蒸发完全，微小孔隙内液态水蒸发迁移缓慢。增湿过程液态水主要分布在材料表面浅层，大型孔道中液态水向骨架渗透，流动性较强。增湿过程导热系数增长迅速，减湿过程基本保持稳定，故该阶段材料质量含湿量相同时，增湿过程导热系数逐渐大于减湿过程。

增/减湿过程发泡水泥材料FC 导热系数变化可大致分为2 个阶段，如图11 所示。阶段1 导热系数快速上升或降低，阶段2 导热系数上升或下降速度趋缓。

图11 增减湿全过程FC 在相同质量含湿量下的导热系数Fig.11 Thermal conductivity of FCunder the same mass moisture content in the whole process of increasing and decreasing humidity

在质量含湿量相同时，材料FC 液态水接触表面导热系数增湿过程始终大于减湿过程。阶段2 质量含湿量区间为0.243～0.331 kg/kg，材料FC 增湿过程与减湿过程导热系数平行变化。材料FC 没有出现类似于材料AAC 的导热系数反向增长现象，由于材料FC 特殊的封闭气孔结构，阻碍了湿组分迁移。减湿过程中，表面湿组分蒸发迅速而无反流补充，质量降低，导热系数开始剧烈下降。导热系数由增湿过程结束时的0.403 W/（m·K）降低至减湿初期的0.345 W/（m·K），降低约14.5%。

阶段1 质量含湿量区间为0.029～0.243 kg/kg，增湿与减湿过程导热系数差值先增大后减小。减湿过程中由于孔隙结构不利于湿组分迁移，湿组分分散在材料内部蒸发；增湿过程湿组分分布集中在表面浅层，非均匀分布导致相同质量含湿量下增湿过程导热系数更大。最大差值出现在质量含湿量0.12 kg/kg 附近，增湿过程导热系数为0.271 W/（m·K），减湿过程导热系数为0.127 W/（m·K），降低约53.3%。

3 结论

针对加气混凝土、发泡水泥、红砖等多孔建材开展增/减湿过程中液态湿组分非均匀分布下导热系数变化特性研究，更加贴近多孔建材非均匀吸/放湿的实际使用情况。首先得到3 种材料的孔隙率和孔径分布，然后采用瞬态导热系数测试技术得到增减湿过程中非均匀分布下的导热系数变化特性。主要结论如下：

1）增减湿过程中3 种材料存在质量含湿量相同的含湿状态点，导热系数变化与液态湿组分分布及流动性有关。

2）质量含湿量相同时，材料AAC 与RB 阶段1和阶段2 增湿过程导热系数始终大于减湿过程；质量含湿量相同时，阶段3 减湿过程导热系数高于增湿过程。减湿初期含湿量下降，相较增湿过程，导热系数反而增长。减湿初期、增湿后期，红色圆区域内的减湿状态点含湿量明显小于增湿状态点，但导热系数却分别高出10.3%和13.4%。

3）FC 的封闭气孔结构不利于液态水返流蒸发，含湿量降低导致导热系数降低。相同含湿量下，材料增湿过程导热系数始终高于减湿过程。

4）相较干燥状态加湿后AAC、FC、RB 导热系数，分别增长279%、266%、106%。增、减湿全过程中，AAC 质量含湿量变化范围为0～0.457 kg/kg；FC 为0～0.332 kg/kg；RB 为0～0.227 kg/kg，质量含湿量相同时AAC 导热系数差值范围约为-20.2%～63.4%；FC 为14.5%～53.3%，RB 为-18.0%～37.4%。

相同含湿量下，不同增/减湿过程中，不同含湿分布状态的多孔建材导热系数存在差异。需要考虑多孔建材的含湿状态及湿分布，以精准预测建筑在不同气候条件下的能耗。