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外墙外保温抗裂技术的研究外墙涂料 ..

时间:2010-08-04 01:34:58 来源:中国艺术涂料网 作者:未名 点击:

编者按:保温墙体裂缝的存在,降低了墙体的质量,如整体性、保温性、耐久性和抗震性能。因此加强保温墙体结构安全性研究,特别是保温墙体的抗裂措施研究,已成为建筑业共同关注的课题。建设部于两年前就组织有关专家进行《外墙保温体系面层裂缝产生的原因及其控制技术的研究》,并成立专门的课题组进行技术攻关。最近,这一科研项目通过了建设部组织的专家鉴定。课题报告总结了裂缝产生的原因及控制措施,而且根据实验结果加以分析,提出了“外保温隔热体系抗裂优于内保温隔热体系”、“坚持逐层渐变,柔性释放应力的抗裂技术路线”等一系列抗裂技术理念,本刊分两次摘要刊发该课题报告的主要内容,供业内人士参考


外墙保温裂缝的产生原因
 
 
裂缝是固体材料中的某种不连续现象,在学术上属于结构材料强度理论范畴[1]。外墙保温隔热裂缝产生的原因相当复杂,包含从构造设计、材料及施工的各个环节。
 
1. 构造设计
 
1.1外墙内保温隔热构造设计存在的缺陷
 
内保温隔热是将保温隔热体系置于外墙内侧从而使内、外墙体分处于两个温度场,建筑物结构受热应力的影响而始终处于不稳定的状态,使结构寿命缩短。在相同气候条件下做内保温隔热不仅比做外保温隔热、甚至比不做保温隔热时,外墙与内部结构墙体的温差更大,受外界各种作用力的影响更直接。外墙更易遭受温差应力的破坏。
 
1.2外墙外保温隔热构造设计存在的不足
 
外保温隔热是将保温隔热体系置于外墙外侧从而使主体结构所受温差作用大幅度下降,温度变形减小,对结构墙体起到保护作用并可有效阻断冷(热)桥,有利于结构寿命的延长。因此从有利于结构稳定性方面来说,外保温隔热具有明显的优势,在可选择的情况下应首选外保温隔热。
 
(1) 聚苯板薄抹灰外保温隔热构造设计产生裂缝的原因
 
保温板在昼夜及季节变化发生热胀冷缩、湿胀干缩时也会在板缝处集中产生变形应力。该体系通常采用纯点粘或筐点粘,体系存在贯通的空腔,正负风压对有空腔的保温隔热墙面进行挤或拉,易造成板缝处开裂。极端情况下负风压甚至会将保温板掀掉(见图1)。另外一个因素是当聚苯板的温度超过70℃时, 聚苯板会产生不可逆热收缩变形造成较为严重的开裂变形。
 
(2) 现浇无网聚苯板外保温隔热构造设计产生裂缝的原因
 
聚苯板与混凝土基墙结合力不够。现浇施工表面平整度控制困难,工程通高垂直偏差较大,局部达到40mm~60mm。由于聚苯板表面强度低,在支护和拆卸外侧模板时,聚苯板表面不可避免受到损坏,混凝土在浇注时难以避免出现漏浆形成热桥。
 
(3) 水泥砂浆厚抹灰钢丝网架保温板外保温隔热构造设计产生裂缝的原因
 
普通水泥砂浆自身易产生各种收缩变形,并且存在强度增长周期短收缩周期长的矛盾,在约束条件下,当收缩形成的拉应力超过水泥砂浆的抗拉强度时,就会出现裂缝(见图2)。配筋位置不合理引起裂缝。荷载过大产生挤压开裂。
 
(4) 存在的不足
 
很多预制板在上墙后仍在收缩,将板缝拉开(见图3)。预制板受温度及湿度变化会发生热胀冷缩、湿胀干缩现象,对板缝反复挤压造成板缝开裂。板缝处理难度大是产生裂缝的原因之一。
 
(5) 膨胀珍珠岩及海泡石保温浆料外墙外保温隔热体系设计存在的不足
 
采用以膨胀珍珠岩及海泡石为主保温隔热材料的浆料由于吸水率高、干缩变形及温湿变形大易开裂脱落,且保温性能较差。


 
(6) 胶粉聚苯颗粒预混合干拌保温材料外墙外保温隔热体系
 
该类做法从构造设计上充分考虑了热应力、水、火、风压及地震力的影响,采用无空腔和逐层渐变柔性释放应力的技术路线有效解决了抗裂难题。但是,在严寒地区单一胶粉聚苯颗粒外墙外保温隔热体系要达到节能65%已不具有经济合理性,因此利用胶粉聚苯颗粒外墙外保温隔热体系成熟、优良的综合性能与高性能保温隔热材料复合,将是比较理想的模式。在该体系中不用柔性腻子而采用刚性腻子、不采用压折比小于3的抗裂砂浆而采用普通水泥砂浆或柔韧性不够的抹面砂浆、门窗洞口角未铺设45°耐碱玻纤网、网布干搭接等,将会引起裂缝。
 
(7) 存在的缺陷
 
饰面砖会受到三维方向温度应力的影响,在饰面层会产生局部应力集中,如在纵横墙体交接处;墙或屋面与墙体连接处;大面积墙中部等位置,粘结砂浆强度过高引起饰面层开裂、面砖脱落。反复冻融循环,造成面砖粘接层破坏,引起面砖脱落。组合荷载作用、地基不均匀沉降等引起结构物墙体变形、错位造成墙体严重开裂、面砖脱落(见图4)。
 
1.3局部节点设计缺陷
 
(1) 保温设计中常常忽视对结构挑出部位如阳台、雨罩、博士帽、靠外墙阳台拦板、空调室外机搁板、附壁柱、凸窗、装饰线、靠外墙阳台分户隔墙、檐沟、女儿墙内外侧及压顶等部位的保温(见图5)。
 
(2) 在保温层与其它材料的材质变换处,因为保温层与其它材料的材质的密度相差过大,这就决定了材质间的弹性模量和线性膨胀系数也不尽相同,在温度应力作用下的变形也不同,极容易在这些部位产生面层的裂缝。
 
(3) 老虎窗根部与坡屋面的交接处如果保温处理不好也容易出现保温断点,导致返霜结露的情况的发生。
 
(4) 面砖密缝粘贴,应力无处释放形成开裂。另外面砖密缝粘贴形成瞎缝,雨(雪)水浸渍及冻融破坏易引起开裂脱落。
 
(5) 将增强网直接铺设在保温隔热层上,没起到抗裂作用反而形成了隔离作用。
 
(6) 窗口周边及墙体转折处等易产生应力集中的部位未铺网格布来分散其应力,从而产生裂缝。
 
2. 材料
 
外保温隔热体系的设计和安装是遵照体系供应商的设计和安装说明进行的。在保证了体系构造设计合理性的情况下,体系组成材料的性能就成为关键因素。由于各类体系抗裂构造设计理念的实现是通过材料性能来提供保障的,除应考虑各层材料自身柔韧性外还应充分考虑材料的相容性及匹配性。
 
2.1 保温隔热材料
 
过于松软和过于高强的保温隔热板材均不利于整个体系的稳定和抗裂性能。
 
(1) 膨胀聚苯板
 
用于外墙保温的聚苯板主要是密度在18.0~ 22.0 kg/m3、尺寸稳定性≤ 0.30%的阻燃型膨胀聚苯板。由于材料因素造成开裂的原因有:聚苯板密度过低,陈化时间不够,材料粉化,热熔缩,所用胶粘剂达不到外保温技术对产品的质量要求,直接抹在聚苯板上的抹面砂浆与聚苯板的导热系数相差过大,在温差变化大的严寒地区问题较多。
 
(2) 挤塑聚苯板
 
除了与膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温体系类似的开裂原因外,还有以下原因:①整个体系材料不配套,未经大型耐候性试验验证。②挤塑聚苯板比膨胀聚苯板密度大强度高由于自身变形及温差变形而产生的变形应力也大,相对于每条板缝来说,相临两块板自身的应力变化是反向的,对板缝处进行挤或拉,造成板缝处开裂[2];③挤塑聚苯板具有更小的导热系数,其与面层砂浆的导热系数相差越大,温度变化时,导致发生形变的量差越大,易产生裂缝(见图6)。


 
(3) 保温隔热浆料
 
以海泡石及珍珠岩为主要原料的保温隔热浆料具有强度高、变形性差、易空鼓开裂的缺点,尤其是温湿变化会对其产生较大影响。而以聚苯颗粒为主要原料的胶粉聚苯颗粒保温隔热材料变形小、抗裂性能好并具有良好的耐候性能。
 
2.2 防护层
 
由抹面砂浆与增强网构成的防护层对整个体系的抗裂性能起着关键的作用。玻纤网格布则是抗裂防护层软配筋的关键增强材料。由于防护层材料而引起保温隔热墙面开裂的原因有:直接采用水泥砂浆做防护层,强度高、收缩大、柔韧变形性不够。配制的抗裂砂浆虽然也用了聚合物进行改性,但柔韧性不够也易开裂。抗裂砂浆层过厚:砂浆层收缩大易开裂。使用了不合格的玻纤网格布:由于断裂强力低、耐碱强力保留率低、断裂应变大等原因造成起不到长期有效分散应力的作用,引起防护层裂缝。
 
2.3 饰面层
 
涂料饰面层的材料中,采用刚性腻子、不耐水的腻子、不耐老化的涂料或者与腻子不匹配的涂料均是引起裂缝的原因。
 
在面砖饰面层的材料中,采用玻纤网为增强材料的抗裂防护层上粘贴面砖;水泥砂浆或聚灰比达不到要求的聚合物砂浆粘贴面砖;水泥砂浆或聚灰比达不到要求的聚合物砂浆进行面砖勾缝;以及使用吸水率大的面砖和不带槽的平板面砖均是引起开裂的原因。
 
3. 施工
 
由于外墙外保温隔热通常是在施工现场完成,施工的质量对外墙外保温隔热体系质量的保证是非常重要的。
 
3.1 基层处理及保温层在基层上的粘贴/固定
 
基层表面平整度偏差过大或有妨碍粘贴的物质;所用胶粘剂或者锚固施工不符合设计规范要求;粘结面积过小;基层墙面过干或过湿都是造成裂缝的原因。
 
3.2 涂料饰面外保温隔热施工因素
 
网格布干搭接或搭接不够、网格布设置位置贴近保温隔热层、门窗洞口的四角处沿45°未加铺玻纤网格布、冬季施工、聚苯板虚贴或空鼓、墙面平整度不好并未找平均会引起开裂。另外,当面层的增强材料为钢丝网时,没有采用抗裂砂浆做面层抹灰材料,依然采用普通水泥砂浆或仅掺加纤维的水泥砂浆做为面层抹灰材料;施工面层时在太阳曝晒下进行或在高温天气下面层保水性能不足;在腻子层尚未干燥或刚淋过雨的情况下,直接在上面涂刷透汽较差的高弹性面层涂料也是开裂的原因。
 
3.3 面砖饰面外保温隔热施工因素
 
由于施工因素造成面砖饰面层开裂脱落的原因有:基体未清理干净、表面太光滑、有脱膜剂;墙体表面垂直度、平整度偏差大;粘结前需要面砖浸水而未浸水;由于需要浸水的面砖浸水后粘结前未擦干/晾干,粘结面形成水膜;当采用密缝粘贴面砖时,由于面砖饰面层受热应力影响而产生的变形应力得不到释放,易发生空鼓开裂。
 
 
外墙外保温隔热体系实验研究
 
 
1. 耐候性试验
 
耐候性试验模拟夏季墙面经高温日晒后突降暴雨和冬夏年温度的反复作用,对大尺寸的外保温隔热墙体进行的加速气候老化试验,是检验和评价外保温隔热体系质量的最重要的试验项目。耐候性试验与实际工程有着很好的相关性,能很好地反应实际外保温隔热工程的耐候性能。大型耐侯性试验要求试样经80次高温(70℃)——降雨(15℃)循环和20次加热(50℃)——冷冻(-20℃)循环后不得出现空鼓、脱落及开裂。从试验结果看,如果构造不合理、材料质量不符合要求的体系都经受不住这样的考验,出现了明显的裂缝(见图7)。而构造合理、材料相容、防护层抹面砂浆韧性良好、网格布质量保证铺贴位置正确、体系各层材料符合柔性渐变释放内应力及时、充分的保温隔热体系则通过这样的考验[3](见图8)。


 
2. 火反应性试验
 
火反应性试验是采用国外先进锥型量热器法对外保温隔热体系的火反应性试验(包括点火性、热释放、烟和有毒气体产生等性能以及体系在高温辐射下的体积稳定性),从而为外保温隔热体系进行防火分级及防火规范的建立提供依据。火反应性试验研究表明:胶粉聚苯颗粒外保温隔热体系和岩棉外保温隔热体系除了点火性、热释放、烟及有毒气体的产生等性能大于聚苯板外保温隔热体系外,在高温辐射时外保温隔热体系的体积稳定性上也具有明显的优势[4]。
 
3. 瓷砖外饰面体系抗震试验
 
试验选用具有广泛代表性的、对外饰面破坏力最大正弦拍波,使外保温隔热瓷砖外饰面体系抗震试验更具有现实意义和代表性。抗震试验结果为确立各类保温隔热体系面层荷载限值提供了参考。在地震8度以上(含8度)设防区,采用ZL胶粉聚苯颗粒保温隔热浆料作为外保温隔热材料时,面层荷载限值为60kg/m2;采用有网聚苯板时,面层荷载限值为40kg/m2;采用无网聚苯板时,面层荷载限值为20kg/m2。
 
4. 热工缺陷红外热像检测技术研究
 
红外热像仪是目前热故障诊断和检测领域最先进有效的手段之一。利用该技术研究判别保温隔热墙体内部材料及构造的缺陷,并对其严重程度进行定量化研究,对传统建筑节能检测方法进行提升、改造、集成,提高检测效率和准确性;同时可直观观测到热工缺陷,针对产生裂缝的工程,红外热像仪可帮助分析由于热工缺陷、温差变化等原因造成的裂缝[5]。
 
5. 外保温隔热饰面层粘贴面砖体系抗裂技术研究
 
通过比较详细的研究[6]认为,在外墙外保温隔热墙面上粘贴面砖时以下关键技术因素必须认真考虑:
 
(1) 在保护保温隔热层的前提下,使外保温隔热体系形成一个整体,分散面砖饰面层负荷,改善面砖粘贴基层的强度,达到标准规定要求;
 
(2) 要考虑粘结材料的压折比、粘结强度、耐候稳定性等指标以及整个外保温隔热体系材料变形量的匹配性,以释放和消纳热应力或其他应力;
 
(3) 要考虑外保温隔热材料的抗渗性以及保温隔热体系的透气性,避免冻融破坏而导致面砖掉落;
 
(4) 提高外保温隔热体系的防火等级,以避免火灾等意外事故出现后产生空腔,外保温隔热体系丧失整体性在面砖饰面的自重重力的影响下大面积塌落;
 
(5) 提高外保温隔热体系的抗震和抗风压能力,以避免偶发事故出现后的水平方向作用力对外保温隔热体系的破坏。
 
 
外墙外保温隔热裂缝控制技术小结
 
 
保温墙体不是孤立的体系,从构造上,它大体上是由主体结构墙体、界面层、保温层、保护层以及外装饰防水层等组成,形成一个多功能的复合墙体;其体系长期暴露于大气环境中,对耐久性有更高的要求。保温墙体的形成是由设计、材料、施工以及使用管理共同完成的。设计是龙头、材料是基础、施工是保证。针对外墙保温面的裂缝控制,提出以下几项基本原则:
 
(1) 外保温隔热体系抗裂优于内保温隔热体系的原则;
 
(2) “逐层渐变柔性释放应力”的抗裂技术原则;
 
(3) 普通水泥砂浆不应作为保温体系表面的找平及保护层材料的原则;
 
(4) 无空腔构造提高体系稳定性的原则;
 
(5) 防护层的抗裂问题是控制裂缝的主要矛盾的原则;
 
(6) 所有外保温体系经过大型体系耐候性试验验证抗裂性原则;
 
(7) 应尽量选择涂料外饰面外保温体系的原则;


 
(8) 应充分考虑各层材料的相容性及匹配性原则;
 
(9) 加强保温截止部位材质变换处的密封原则;
 
(10) 外墙保温体系供应商应对体系材料成套供应的原则;
 
(11) 提高保温体系的质量保证率的原则;
 
在遵循以上技术原则的前提下,注意本文中分析的构造设计、材料、施工等造成裂缝的原因,采用相应技术避免,则可以做到外墙外保温节能达到国家要求并不产生裂缝,延长建筑物的寿命。
 
 
参考文献
 
[1] 王铁梦,工程结构裂缝控制,中国建筑工业出版社, 北京,2002,5
 
[2] 黄振利,刘钢,外墙保温隔热体系面层裂缝产生原因分析及产生裂缝工程调研报告,调研报告
 
[3] 林燕成,振利保温体系耐候性试验研究,研究论文
 
[4] 黄振利,林燕成,朱青,外墙外保温瓷砖外饰面体系抗震试验与分析,研究论文
 
[5] 杨红,墙体传热系数现场检测及热工缺陷红外热像检测技术研究,研究论文
 
[6] 黄振利,陈全良,高层建筑外墙外保温饰面层粘贴面砖体系研究报告,研究论文
 
作者:北京振利高新技术公司董事长

关键词: 涂料 保温外保
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