隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們的物質(zhì)生活水平有了很大提高,伴隨著能源危機(jī)凸顯,低碳環(huán)保的觀念日益深入人心,建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫技術(shù),尤其是外墻保溫技術(shù)的發(fā)展成為必然要求。
建筑外墻保溫是目前我國(guó)對(duì)建筑的節(jié)能要求之一,選擇合理的保溫材料和保溫方法,降低冬季采暖和夏季空調(diào)能耗,提高建筑的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益,是建筑節(jié)能的必然趨勢(shì)。我國(guó)北方地區(qū)因所處地理緯度偏高,氣候寒冷,季節(jié)性差異較大,建筑外墻保溫成為工程設(shè)計(jì)和施工中的一個(gè)必須解決的課題。本文通過(guò)探討目前在我國(guó)北方建筑中常使用的外墻保溫技術(shù),從材料選擇、施工工藝和缺陷預(yù)防等方面逐一分析,幫助合理正確選擇外墻保溫做法,達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
一、外墻保溫材料的選用
國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常見(jiàn)的保溫材料分為無(wú)機(jī)保溫材料(巖棉、玻璃棉、泡沫玻璃等)和有機(jī)保溫材料(EPSXPS、PU、酚醛泡沫等)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)和施工中,可用于替代EPS(聚苯乙烯泡沫)、XPS(擠塑聚苯乙烯泡沫)的保溫材料有以下幾種:
(一)巖棉板、玻璃棉板
巖棉板、玻璃棉板的制作工藝一般為,巖石或玻璃經(jīng)高溫熔融后,由高速離心設(shè)備制成無(wú)機(jī)纖維,同時(shí)均勻加入一定比例的粘結(jié)劑、防塵油、硅油,然后根據(jù)不同要求,制成板材。其保溫性能、機(jī)械性能良好,具有良好的吸音特性,屬不燃材料,價(jià)格低廉。因此,該類溫材料多用于設(shè)備、管道保溫隔熱和人員不易接觸到的場(chǎng)所。
(二)泡沫玻璃
泡沫玻璃是一種無(wú)機(jī)硬質(zhì)保溫材料,由無(wú)機(jī)玻璃(國(guó)內(nèi)使用平板碎玻璃)做主要原料,加入碳素或碳酸鹽等作發(fā)泡劑和其它輔料,將其一起磨細(xì)混合均勻后,放在耐熱鋼模具內(nèi),再在窯爐中經(jīng)過(guò)800℃~900℃高溫?zé)Y(jié)發(fā)泡和退火冷卻處理后制成。泡沫玻璃的物理化學(xué)性能優(yōu)點(diǎn)突出:具有耐多種化學(xué)腐蝕,能提高保溫系統(tǒng)的耐酸雨、酸霧、大氣碳化、抗水軟化侵蝕、抗紫外線致老化等自然風(fēng)化侵損的性能;不吸水,既能耐高溫、又能耐低溫,能在-196℃~400℃廣闊溫度范圍內(nèi)使用,有利于提高外保溫系統(tǒng)的抗水抗凍性能;安全性能可靠,不燃燒、無(wú)毒,符合環(huán)保要求。
(三)聚氨酯PU
聚氨酯PU屬熱固性材料,是通過(guò)雙組份液料反應(yīng)交聯(lián)固化發(fā)泡而成,呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),其耐高溫性能、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等物化綜合性能比普通塑料泡沫要優(yōu)越得多。聚氨酯PU未經(jīng)阻燃加工處理時(shí),屬易燃體;經(jīng)過(guò)科學(xué)方法改性,引入難燃、耐溫、低發(fā)煙、低毒性的環(huán)狀結(jié)構(gòu)化合物(異氰脲酸環(huán)、啞唑烷酮、芳香族環(huán)、碳化亞二胺鍵),或引人具有難燃結(jié)構(gòu)聚合物納米顆粒,使聚氨酯PU泡沫在遇火時(shí)不產(chǎn)生收縮,同時(shí)形成一層碳化層,隔絕了熱量的傳遞和氧份的滲透,從而阻止火焰繼續(xù)擴(kuò)張,不產(chǎn)生蔓延燃燒現(xiàn)象,使原來(lái)可燃的PU泡沫變成阻燃、難燃性泡沫,甚至接近不燃性泡沫。這類系統(tǒng)導(dǎo)熱系數(shù)低,保溫層厚度小,耐高溫性能、系統(tǒng)穩(wěn)定性好,施工工藝多樣化。
(四)酚醛泡沫
酚醛泡沫是一種性能優(yōu)異的防火、節(jié)能、隔熱、隔音、輕質(zhì)材料,屬難燃材料,火表面略有炭化卻不燒穿,既不會(huì)著火也不會(huì)散發(fā)濃煙和毒氣。在所有保溫材料中,酚醛泡沫具有最低的導(dǎo)熱系數(shù),其保溫性能比礦棉、輕軟木、珍珠巖、玻璃棉等傳統(tǒng)的保溫材料高一倍左右。
(五)保護(hù)層材料
由于水泥砂漿的強(qiáng)度高、收縮大、柔韌性變形不夠,直接作用在保溫層外面,耐候性差,而引起開(kāi)裂。為解決這一問(wèn)題,必須采用專用的抗裂砂漿并輔以合理的增強(qiáng)網(wǎng),并在砂漿中加入適量的纖維,抗裂砂漿的壓折比小于3。如外飾面為面磚,在水泥抗裂砂漿中也可以加入鋼絲網(wǎng)片光,鋼絲網(wǎng)片孔距不宜過(guò)小,也不宜過(guò)到,面磚的短邊應(yīng)至少覆蓋在兩個(gè)以上網(wǎng)孔上,鋼絲網(wǎng)應(yīng)采用防腐好的熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)。
(六)加強(qiáng)網(wǎng)
玻纖網(wǎng)格布作為抗裂保護(hù)層軟賠進(jìn)的關(guān)鍵增強(qiáng)材料在外墻外保溫技術(shù)中的應(yīng)用得以快速發(fā)展,一方面它能有效的增加保護(hù)層的拉伸強(qiáng)度,另一方面由于能有效分散應(yīng)力,將原本可以產(chǎn)生的款裂縫分散成許多較細(xì)裂縫,從而形成抗裂作用。由于保溫層的外保護(hù)開(kāi)裂砂漿為堿性,玻纖網(wǎng)格布的長(zhǎng)期耐堿性對(duì)抗裂縫就具有了決定性的意義。從耐久性上分析,高耐堿纖維網(wǎng)格布要比無(wú)堿網(wǎng)格布和中堿網(wǎng)格布的耐久性好得多,至少能夠滿足25年的使用要求,因此,在增強(qiáng)網(wǎng)的選擇上,建議使用高耐堿的網(wǎng)格布。
二、外墻保溫主要方法
目前在我國(guó)北方地區(qū)常用的有內(nèi)保溫、外保溫、夾心保溫等方法。
(一)內(nèi)保溫
外墻內(nèi)保溫就是外墻的內(nèi)側(cè)使用苯板、保溫砂漿等保溫材料,從而使建筑達(dá)到保溫節(jié)能作用的施工方法。它的優(yōu)點(diǎn)在于:它對(duì)飾面和保溫材料的防水、耐候性等技術(shù)指標(biāo)的要求不甚高。紙面石膏板、石膏抹面砂漿等均可滿足使用要求,取材方便;內(nèi)保溫材料被樓板所分隔,僅在一個(gè)層高范圍內(nèi)施工,不需搭設(shè)腳手架,施工進(jìn)度快。近年來(lái),在工程上也經(jīng)常的被采用。但是,在多年的實(shí)踐中。外墻內(nèi)保溫也顯露出一些缺陷,如:結(jié)構(gòu)冷(熱)橋的存在使局部溫差過(guò)大導(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。由于內(nèi)保溫保護(hù)的位置僅僅在建筑的內(nèi)墻及梁內(nèi)側(cè),內(nèi)墻及板對(duì)應(yīng)的外墻部分形成冷(熱)橋,冬天與室內(nèi)的溫度差可達(dá)到15℃以上,一旦室內(nèi)的濕度條件適合,在此處即可形成結(jié)露現(xiàn)象,易造成保溫隔熱墻面發(fā)霉、開(kāi)裂。另外,外墻和屋面受室外溫度和太陽(yáng)輻射熱的作用而引起的溫度變化幅度較大,內(nèi)外墻反復(fù)形變使內(nèi)保溫隔熱體系始終處于一種不穩(wěn)定的墻體基礎(chǔ)上,在這種形變應(yīng)力反復(fù)作用下不僅是外墻易遭受溫差應(yīng)力的破壞也易造成內(nèi)保溫隔熱體系的空鼓開(kāi)裂。
(二)外保溫
外墻外保溫,是將保溫隔熱體系置于外墻外側(cè),使建筑達(dá)到保溫的施工方法。由于外保溫是將保溫隔熱體系置于外墻外側(cè),從而使主體結(jié)構(gòu)所受溫差作用大幅度下降,溫度變形減小,對(duì)結(jié)構(gòu)墻體起到保護(hù)作用并可有效阻斷冷(熱)橋,有利于結(jié)構(gòu)壽命的延長(zhǎng)。因此從有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面來(lái)說(shuō),外保溫隔熱具有明顯的優(yōu)勢(shì),在可選擇的情況下應(yīng)首選外保溫隔熱。然而,由于外保溫隔熱體系被置于外墻外側(cè),直接承受來(lái)自自然界的各種因素影響,因此對(duì)外墻外保溫體系提出了更高的要求。就太陽(yáng)輻射及環(huán)境溫度變化對(duì)其影響來(lái)說(shuō),至于保溫層之上的抗裂防護(hù)層只有3mm—20mm,且保溫材料具有較大的熱阻,因此在的熱量相同的情況下,外保溫抗裂保護(hù)層溫度變化速度比無(wú)保溫情況下主體外傾溫度變化速度提高8—30倍。抗裂防護(hù)層的柔韌性和耐候性對(duì)外保溫體系的抗裂性能起著關(guān)鍵的作用。
(三)夾心保溫
外墻夾心保溫是將保溫材料置于同一外墻的內(nèi)、外側(cè)墻片之間,內(nèi)、外側(cè)墻片均可采用傳統(tǒng)的粘土磚、混凝土空心砌塊等。因此,這些傳統(tǒng)材料的防水、耐候等性能均良好,對(duì)內(nèi)側(cè)墻片和保溫材料形成有效的保護(hù),對(duì)保溫材料的選材要求不高,聚苯乙烯、玻璃棉、巖棉等各種材料均可使用;對(duì)施工季節(jié)和施工條件的要求不十分高,不影響冬期施工。近年來(lái),在黑龍江、內(nèi)蒙古、擴(kuò)肅北部等嚴(yán)寒地區(qū)得到一定的應(yīng)用。由于在非嚴(yán)寒地區(qū),此類墻體與傳統(tǒng)墻體相比尚偏厚,且內(nèi)、外側(cè)墻片之間需有連接件連接,構(gòu)造較傳統(tǒng)墻體復(fù)雜以及地震區(qū)建筑中圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置,尚有熱橋存在。保溫材料的效率仍然得不到充分的發(fā)揮。
三、常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷分析
(一)聚苯板薄摸灰外保溫隔熱構(gòu)造設(shè)計(jì)
這類外保溫隔熱通常采用粘貼固定在墻體的外側(cè),然后在保溫板上抹抹面砂漿并將增強(qiáng)網(wǎng)鋪壓在抹面砂漿中,此類做法很常見(jiàn),但是出現(xiàn)裂縫的也非常多。該體系聚苯板保溫層僅是3mm的抗裂砂漿復(fù)合網(wǎng)格布,膨脹聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)為0.042W(m.K),而抗裂砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)為0.932W(m.K),兩材料的導(dǎo)熱系數(shù)相差22倍。由于聚苯板保溫隔熱層熱阻很大從而使保護(hù)層的熱量不易通過(guò)傳導(dǎo)擴(kuò)散,因此當(dāng)受太陽(yáng)直射時(shí)熱量積聚在抗裂砂漿層,溫差變化以及受晝夜和季節(jié)室外氣溫的影響,對(duì)抹灰砂漿的柔韌性合網(wǎng)格布的耐久性提出了相當(dāng)高的要求。另外一個(gè)應(yīng)該考慮的因素是當(dāng)聚苯板的溫度超過(guò)70℃時(shí),聚苯板會(huì)產(chǎn)生不可逆熱收縮變形,造成較為嚴(yán)重的開(kāi)裂變形,這種情況在高溫干燥地區(qū)更為明顯。
(二)水泥砂漿厚抹灰鋼絲網(wǎng)架保溫板外保溫隔熱構(gòu)造設(shè)計(jì)
這類外保溫隔熱通常采用帶有鋼絲網(wǎng)架的聚苯板作為主體保溫隔熱材料,分為鋼絲網(wǎng)穿透聚苯板何不穿透聚苯板兩種類型。鋼絲網(wǎng)穿透軍苯板的鋼絲網(wǎng)架聚苯板施工時(shí)通過(guò)預(yù)先澆混凝土整體一次性澆筑固定在基層墻體上,不穿透聚苯板的采用機(jī)械錨固的方式固定在基層墻體上,面層均采用20mm—30mm的普通砂漿找平。由于該類體系采用厚抹灰水泥砂漿做法,開(kāi)裂現(xiàn)象比較普遍,原因主要有:(1)普通水泥砂漿自身易產(chǎn)生各種收縮變形,并且存在強(qiáng)度增長(zhǎng)周期短、體積收縮周期長(zhǎng)的矛盾,在約束條件下,當(dāng)體積收縮形成的拉應(yīng)力超過(guò)水泥砂漿的抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)出現(xiàn)裂縫。(2)配筋不合理引起裂縫,鋼絲網(wǎng)架在在水泥砂漿中的位置相當(dāng)于單面配筋方式,,且靠近保溫隔熱層。在正負(fù)風(fēng)壓、熱脹冷縮、干縮濕漲及地政等作用都是雙向或多向。該種方式的配筋對(duì)靠近外墻飾面應(yīng)力的分散作用很有限,起不到應(yīng)有的抗裂作用。(3)不完全外保溫引起的裂縫,在外墻保溫中,我們經(jīng)常注重整體墻面的保溫,然而卻忽略了女兒墻、雨篷、老虎窗、凸窗、外陽(yáng)臺(tái)等部位的保溫,而使此部分出現(xiàn)開(kāi)裂或者降低使用壽命。
(三)無(wú)網(wǎng)聚苯板外保溫外飾面粘貼面磚的缺陷
從構(gòu)造設(shè)計(jì)上看,直接在玻纖網(wǎng)布復(fù)合抹灰砂漿的無(wú)網(wǎng)聚苯板外保溫外面粘貼面磚是不合理的。一方面,從受力狀況看,應(yīng)用于外保溫的聚苯板的通常采用點(diǎn)粘法,粘結(jié)面積35%左右,而聚苯板本身具有受力變形的特性,由聚苯板直接承受面磚飾面層(包括粘結(jié)砂漿)荷載,必然會(huì)發(fā)生徐變,短期或許不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重事故,但長(zhǎng)期的變形將導(dǎo)致受力的失衡從而引發(fā)開(kāi)裂甚至脫落。另一方面,從抗風(fēng)壓性上看,粘貼聚苯板外保溫體系存在空腔,抗風(fēng)壓尤其是抗負(fù)風(fēng)壓的性能差,會(huì)出現(xiàn)在刮大風(fēng)時(shí)聚苯板刮落事件。第三,從防火性能上看,體系本身就存在整體連通的空氣層,火災(zāi)是很快形成“引火通道”是火災(zāi)迅速蔓延。聚苯板外墻外保溫體系在高溫輻射下很快收縮、熔結(jié),在明火狀態(tài)下燃燒,即在火災(zāi)發(fā)生時(shí),聚苯板外墻外保溫體系將很快遭到破壞。從這個(gè)意義上說(shuō),在聚苯板外保溫體系面層粘貼面磚的做法是非常危險(xiǎn)的,火災(zāi)狀態(tài)下聚苯板在受熱后嚴(yán)重變形,使面磚層喪失依托,引起面磚層整體脫落造成人員傷害。
四、結(jié)論
由于采用的材料與施工工藝有所不同,因此各自的適用范圍也不盡相同。使用中。應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)的建筑的造價(jià)、地理位置等各方面的因素進(jìn)行選擇。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn),由于內(nèi)保溫、混合保溫等方法在設(shè)計(jì)中的缺陷,建議采用外保溫,并按照逐層漸變,柔性釋放應(yīng)力的原則,選擇材料及施工方法,以達(dá)到保溫、抗裂的目的。由于外墻保溫體系是一個(gè)有機(jī)的整體,組成的各相關(guān)層協(xié)同作用不僅要求柔性漸變,而且應(yīng)有一定的相容性、協(xié)同性,形成一個(gè)復(fù)合整體。因此,外墻保溫體系應(yīng)由乙烯材料供應(yīng)商經(jīng)質(zhì)量體系認(rèn)證和系統(tǒng)材料及體系性能試驗(yàn)檢驗(yàn)合格后成套供應(yīng),以保證體系材料的匹配性及抗裂技術(shù)路線的實(shí)施,并有利于明確外墻保溫體系供應(yīng)商對(duì)外保溫工程質(zhì)量負(fù)責(zé)。