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外墙外保温体系的保温层表面裂缝控制
【摘 要】墙体外保温发展极快,在使用后发现存在保温层表面开裂、空鼓及脱落质量问题,尤其是开裂现象更加严重。本文根据工程应用实际,对保温复合材料裂缝的原因进行分析,并提出一些适合材料特性,符合规范要求的预防裂缝的控制措施。
  【关键词】墙体保温;系统变形裂缝;抗放结合防裂;分块设缝;防水透气
  external wall insulation system insulation layer surface crack control
  liu fei
  (xinjiang petroleum engineering construction supervision co., ltd karamay xinjiang 834000)
  【abstract】wall insulation fast development in the use of the surface of the insulation layer found to exist after cracking, hollowing and shedding quality problems, especially cracking phenomenon is more serious. based on the practical engineering application of thermal insulation composite analysis of the causes of cracks and make some suitable material properties, in line with regulatory requirements to prevent crack control measures.
  【key words】wall insulation;system deformation cracks;put the combined anti-cracking;chunked with joints;waterproof and breathable
  现在我国建筑墙体保温技术及材料的研究开发和应用发展极快,但经过实际应用同时也存在一些具体问题,也就是外保温系统的开裂、空鼓及脱落质量问题,其中开裂现象更加明显,成为墙体外保温技术应用的难题,影响到建筑保温节能工作的深入进行。wWW.11665.CoM由于外墙外保温系统是依附于建筑物墙体的外侧,是以保温为目的并要有防水、防火及装饰作用的复合型墙体,由几层不同物理力学性能的材料所组成,通过人工合理排列组合,使不同材料的性能得到充分有效的发挥,表现出较好的综合功能。如果外墙外保温系统只采用一层结构,难以达到单一材料能同时满足保温、保护和外装饰的多种结构及使用功能,只有采取多种不同材料复合的方法才能够实现保温节能目标的实现。
  1. 外保温复合材料裂缝的原因分析
  (1)工程应用实践表明,外墙外保温系统产生的变形裂缝,尤其是因温度引起的裂缝,由变形和外力共同作用下产生的保温层裂缝现象,占保温系统总裂缝的约90%左右,因其它原因如风压、外碰撞等作用力及人为破坏引起的裂缝比例是很少的。
  (2)目前外墙外保温系统是采用多层不同材料组合而成的复合结构体,其各不同层材料因其物理力学性能等个性存在差异,因而自身变形和变形应力也是不同,各层之间材料的变形受相邻层材料的制约牵扯,当这种制约作用引起的限制拉应力大于或是等于某层材料的抗拉强度时,或者应变大于或等于该材料的极限抗拉延伸率时,则该种保温材料会被拉裂,进一步叉会影响到相邻材料的安全。由于外保温系统是依附于建筑外墙的外侧,直接接触到自然环境中各种因素的影响,尤其是昼夜及季节性温度的影响,太阳照射、风、雨、雪及干湿、冻融变化是最严重的影响因素。因此环境因素是对保温系统所用材料适应性的要求十分严格。
  (3)外墙外保温系统构造是由粘结层、保温层、保护抹灰层、防水层及饰面层所组成。也有时采取增加材料之间粘结而设置的界面处理层做法,作为两层间的过渡层,裂缝可能由此而产生。因此对于每层材料的适应性、搭配选择、排列及工艺过程控制,都要把对可能出现的问题如牢固性及裂缝的产生作为重点来考虑。外墙外保温系统由于多种不同材料组成的复合结构体,构成了裂缝产生的内在条件,而保温系统置于墙体外侧的气候多变是外在条件,又增加了保温系统开裂的可能性,并给裂缝控制带来相应的难度。
  2. 采取“抗放结合、以放为主”的防裂措施
  2.1 建筑工程多年以来,节能保温应用的外墙外保温系统受因水泥砂浆刚性防水做法的影响,采用刚度大、高强和高弹性模量材料,或采用预应力结构,采取“以抗为主”的防裂原则来预防裂缝。这种方法限制了稳定应力充分释放的可能,对变形应力的产生和释放考虑不周,缺少能合理释放变形应力的构造措施,也没有合理选用材料的特性利用,往往导致控制裂缝失败的教训很多。以高强度硬“抗” 的防裂方法,就是提高各材料层的抗拉强度或拉伸极限应变,用提高抗拉强度抵抗裂缝产生,或提高拉

极限以拉伸变形吸收变形能量。“以抗为主” 的防裂方法,采用高强、高密实度、刚度大及高弹性模量的材料,没有给变形应力释放的任何机会。例如在抹灰层中铺设玻璃纤维网格布、配置钢筋网片或掺入各种纤维,就是采取“抗”的方法限制抹面层的变形,增加抹面层的抗拉强度。采用“抗”的方法控制裂缝产生,必须使各层材料有足够的抗拉强度储备量。
  2.2 所以采取以“放” 的防裂方法,就是对各层材料采取允许变形、限制变形、诱导变形的技术手段释放变形应力。为此,要求各材料层必须具有足够的变形能力和具有一定的柔韧性,将约束引起的应力或变形量用“疏导”的方法加以控制,创造出能够给各层材料变形的机会来减少层间较大约束,利用各层材料的变形或位移释放变形能量。例如,界面层的作用不只是要具有使界面层内外材料层粘结牢固,而且还要使相接的材料层可互相滑动,具有足够充分的变形能力,能使变形应力得以充分释放。由此可见,增加各材料层的变形能力,提供各材料层的延性,是防止保温系统开裂的主导采用措施。2.2.1 采取逐层渐变、逐层释放的做法:复合型外墙外保温系统的应力宜变形同步、协调一致,防止层间变形悬殊而引起过大的约束拉应力产生,因此必须考虑相邻材料的某些物理力学性质相同或力求接近,使其变形协调而不发生突变,其变形要逐层渐变、缓慢过度,不可骤升骤降。控制其物理力学性能的某些技术参数的变化,相邻层的差异不要过大,要缓慢逐层渐变,变化梯度要小。几种常见与变形有关的建筑材料物理力学性能见表1示。
  (1)材料的弹性模量。
  材料的弹性模量反映了抵抗弹性变形的能力,是材料在弹性极限内应力与应变的比值,是材料刚度的量度。数值越大,说明材料抵抗弹性变形的能力越强;数值越小,说明材料抵抗弹性变形的能力越弱。弹性模量的不同,表现为材料抵抗弹性变形的能力不同。为使相邻材料层之间的变形相互适应和协调一致,必须使其弹性模量相近和协调。
  (2)材料的导热系数。
  导热系数反映了材料以导热方式传递热量的能力,其数值与材料的组成、密度和分子结构等因素相关。即使是同一种材料,因工作条件的温度、湿度及孔隙的大小、形状和排列不同,导热系数也有所不同。不同材料具有的导热系数,而不同的材料的升温速度又导致其不同的变形速度。两种相邻材料的变形率及变形速度差,会导致界面处产生约束拉应力,也可能导致保温系统开裂。
  (3)材料的线膨胀系数。
  线膨胀系数反映了材料在温差作用下的变形能力。在相同温差的作用下,线膨胀系数越大变形量也越大。外墙外保温系统各层材料的线膨胀系数数值上的显著差异,会使在相同温差作用下的层间产生很大的相对变形或相对位移,变形的不协调则会引起不同材料的层间产生较大的约束拉应力。从表1可见,砼的线膨胀系数约为(1.0~1.4) ×10-5,水泥砂浆的线膨胀系数比砼的略大,约为1.5×10-5。聚苯板的线膨胀系数约为(5~7)×10-5,比前两者大5~7倍,有时甚至更大;比砌体结构的线膨胀系数(0.5~0.8) ×10-5大10~14倍。线膨胀系数相差如此悬殊的两种材料一起工作,则在相邻界面上产生的剪切应力很容易使保温系统开裂,可见为使相邻材料间的变形能相互适应和协调,必须使线膨胀系数相同或相近,以求变形相互协调。
  外墙外保温系统层所用的膨胀聚苯乙烯板,与其外侧的抹面层存在着不同的变形率和变形速度。该两层之间的变形率和变形速度比其他各层间大得多,会引起变形速度较大且体积变形较快、强度较高的抹面层开裂,成为外墙外保温系统开裂的主要原因。
  2.2.2 减小约束力、增强延伸性: 要减小约束拉应力,须设法减小各层间的约束系数,创造条件给各材料层以较大变形的机会来减小约束,以求柔性软连接,增强各材料层的延伸性,即以“放” 的形式来减小约束应力,使其在外力达到开裂或破坏前各材料层有较大的变形,柔性逐层释放变形能量。为此就要求所用材料具有足够大的变形能力,即各层材料具有良好的延伸性。延伸性是指材料在外作用下达到断裂或破坏前伸展变形的能力,延伸性好的材料在断裂或破坏前有较大的塑性变形,通过大幅度的塑性变形来吸收和抵消变形能量。
  2.2.3 相邻材料变形匹配相容:
  (1)为减小约束拉应力的产生,应尽量减小相邻层材料的约束和反约束应力。外墙外保

温系统最外层与外界环境直接接触,其温度变化要比外保温系统其他各层的温度变化大的多。尤其在夏季,太阳照射的热量经墙面吸收后,被外保温层阻挡在墙外表面,整个外墙墙体是一个热不稳定体。墙体,尤其是最外面的表面层变形大于其内部各层。所以,在要求邻层材料变形相近的前提下,还要求最外层材料的可变形量,应逐层渐变地大于各内层的可变形量,最外层材料的延性要逐层比各内层高,使其变形互相协调适应。
  (2)各层材料的匹配相容,指保温系统中任何一种组成材料与其他层所有材料的匹配应相容,表现为各部分组成材料之间相互稳定,不起化学反应,并能很好地共同协调工作,完整保持原系统设计要求的各项技术性能。这里指的不仅是保温材料预期相邻层的匹配相容,还应特别注意涂料层材料与保温材料的隔层匹配相容。实际工程中已多次发生过此类质量事故,其原因是由于使用了溶剂型涂料,而抹面层又很薄,致使涂料透过抹面层腐蚀保温材料,造成抹面层大面积空鼓、开裂和脱落。
  2.2.4 提高材料强度、增加过渡层: 所用各类材料层的面积、形状及其弹性模量决定各层材料刚度的大小,刚度增大会引起材料层的变形能力减小,延性和柔性降低及约束拉应力增加。提高材料层的抗拉强度,可使抗裂能力增强。如果相邻两层材料的变形能力相差悬殊,可在两层材料之间增设柔性材料过渡层,利用变形能力良好的延性材料,柔性地释放变形应力,使之在反复多次变形的作用下不产生疲劳破坏。例如使用柔性腻子,粘贴面砖使用柔性粘结胶,使用柔性较好材料作界面处理等。
  2.2.5 分块设缝、防水透气: (1)一般墙面面积较大,为防止其保温系统开裂应考虑设分块缝,可在其间嵌入变形能力较强的柔性填缝材料。对刚性的抹面层和饰面层,可参照大面积抹灰的分块方法处理。(2)保温系统不仅要防裂,而且要求防水透气。防水是防止雨水渗入,保持保温系统(特别是其中的保温层)的干燥状态。透气是为了保证系统对室内水蒸气“呼吸”作用的通畅。
  在冬季,由于室内温度和绝对湿度都比室外高,因此外墙两侧存在着水蒸气分压力差,水蒸气分子从分压较高的室内向分压较低的室外渗透。为使水蒸气不在保温层内积聚,一是要阻止或减少室内水蒸气的渗入,二是要使进入保温层内的水蒸气顺利排出,为此可在保温层内测设置隔气层,以阻止室内水蒸气渗入。目前设置隔气层的保温系统做法非常少见,其作用尚未引起重视。另一方面就是减小保温层外侧材料的水蒸气渗透阻,以能使水蒸气在压力差作用下顺利从保温层内排出。如果保温系统湿作业工程量大,冬季来临之前水蒸气不能及时逸出,冬季水蒸气“呼吸”质量低,到春季在冻融交替循环作用下,湿胀和冻胀反复作用后,产生的变形应力则可能引起保温系统空鼓、开裂和脱落产生。
  参考文献
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  [5] 孙振平 等。外墙外保温系统的构造、工艺及特性[j]。低温建筑技术,2005(6):107~109.
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  [文章编号]1006-7619(2013)06-20-519
  [作者简介] 刘飞(1981.9-),男,职称:助理工程师,2009.7中国石油大学(华东)毕业,现从事工程监理工作。
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  •  更新时间:2013-08-11 23:30:01  作者:佚名 [标签: 外墙 保温 裂缝 外墙 保温 外墙 保温 ]
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