王 浩(甘肅省建筑科學研究院，甘肅 蘭州 730050)

1 前言

節(jié)能減排是我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要保障。隨著建筑節(jié)能技術(shù)的不斷普及和深化，各種保溫材料以及保溫體系被廣泛的應(yīng)用于建筑保溫工程中，其中外墻外保溫體系是目前國內(nèi)應(yīng)用最多的圍護結(jié)構(gòu)保溫措施。然而，近年來的幾場大火，都是由于外墻外保溫體系采用了可燃的有機材料造成的，火災(zāi)給社會帶來了巨大的生命和財產(chǎn)損失，也使人們開始關(guān)注保溫材料的耐火性能。

在外墻外保溫體系中，除耐火性能外，耐久性能已成為當前亟待解決的首要難題。目前保溫體系的設(shè)計使用年限僅為25年[1]，與主體結(jié)構(gòu)不能同壽命。實際使用過程中一旦出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)面層開裂、保溫層空鼓脫落，會直接影響建筑物整體的保溫效果和耐久性能。另外，現(xiàn)有的建筑外墻保溫體系耐侯性試驗及評價方法，是建立在模擬氣候條件下的導(dǎo)出結(jié)論，與實際工程的耐久性無對比數(shù)據(jù)。如何解決以上的問題，還需要在工程實踐中探索和總結(jié)經(jīng)驗。

巖棉外墻外保溫體系是選用巖棉板作為保溫層材料，巖棉是以精選的玄武巖或輝綠巖為主要原料，外加一定數(shù)量的補助料，經(jīng)高溫熔融離心吹制成的人造無機纖維[2]。在巖棉纖維中加入適量粘結(jié)劑、防塵劑、憎水劑等外加劑，經(jīng)過壓制固化可制成具有一定強度的巖棉板。巖棉板具有良好的保溫和耐火性能。上世紀70年代末80年代初,巖棉外墻外保溫系統(tǒng)首先在歐洲采用，30多年的發(fā)展和實踐經(jīng)驗證明，巖棉外墻外保溫體系以其高透氣性、高防火性能、高隔音吸聲性能得到廣泛的應(yīng)用。它不僅用于新建、改建、擴建的節(jié)能建筑，也廣泛用于既有建筑的節(jié)能改造[3]。

甘肅省建筑科學研究院在上世紀90年初開始對巖棉外保溫應(yīng)用技術(shù)進行研究。1991年通過對該體系的樣板墻進行施工和熱工性能試驗觀測后，總結(jié)經(jīng)驗，并于1992年和1993年選取了兩幢四層的磚混結(jié)構(gòu)住宅樓進行了既有建筑的巖棉外墻外保溫改造設(shè)計與施工。經(jīng)過20年的使用，我們對這兩幢住宅樓的保溫體系進行了耐久性觀測，并對部分材料進行了物理和熱工性能的檢測。

2 巖棉外保溫改造技術(shù)要點

甘肅省建筑科學研究院31#、32#住宅樓外墻為240mm厚實心黏土磚墻。這兩棟上世紀70年代建筑保溫性能較差，采暖能源浪費大。結(jié)合對巖棉外保溫應(yīng)用的研究成果，于90年代初對上述兩棟建筑進行了節(jié)能改造[4]。構(gòu)造做法見圖1。

圖1 巖棉外墻外保溫構(gòu)造示意圖

2.1 巖棉外保溫施工工序

巖棉外墻外保溫改造施工工序如下：

1)在基層墻體上打眼，安裝連接件；

2)鋪貼50mm厚巖棉板；

3)鋪設(shè)熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)，穿固定銷桿；

4)外層抹抗裂水泥砂漿保護層；

5)噴涂丙烯酸飾面外墻涂料。

2.2 應(yīng)用技術(shù)要點

當時進行巖棉外保溫設(shè)計與施工時，為了保證質(zhì)量，采用了以下幾方面的技術(shù)措施：

1）巖棉保溫層和外保護層是通過連接件依附到基層體墻體上，巖棉板和外保護層在外界溫度作用下會產(chǎn)生熱脹冷縮，因此連接件要做到連接可靠，能承受保溫層，保護層的重量，并能抵抗外力(如拉拔、碰撞等)的作用而不致脫落，還要防止銹蝕，并有一定的耐久性。通過參考國外連接件的技術(shù)特點和性能，我們設(shè)計了一種加工簡便、價格低廉的鉸接型式連接件，可使各連接點能隨保溫層、保護層伸縮時的微小變形相互協(xié)調(diào)工作，以使保溫層、保護層能隨溫差變化而自由伸縮，從而減少或避免其產(chǎn)生“溫度和收縮應(yīng)力”而開裂。該連接件在實際應(yīng)用中性能可靠，可滿足使用要求。

2）暴露在室外的砂漿保護層應(yīng)能承受風雪、雨淋、溫差變化、紫外線照射老化和沖擊力等的作用。由于抹灰基底較軟，因此砂漿要具備良好的柔韌和抗裂性能。為了提高砂漿保護層的上述性能，推遲微裂紋及可見裂紋的形成和擴展。在保護層水泥砂漿中摻加了提高砂漿塑性指標的外加劑來提高砂漿自身的抗裂性能。同時，我們還在柔韌抗裂砂漿保護層中加了一層鍍鋅點焊網(wǎng)片，以提高保護層抵抗收縮溫度應(yīng)力和與保溫層間的結(jié)合能力及整體受力能力。

3）對抗裂砂漿保護層設(shè)置分隔縫，以減少收縮溫度應(yīng)力。在試點工程中，根據(jù)原有住宅抗震加固中圈梁、構(gòu)造柱的位置，將整片外墻立面分為若干個大塊，在每塊墻面四周伸縮縫內(nèi)填瀝青麻絲，使保護層受溫度變化影響下可自由膨脹和收縮。

4）對外窗角、每一伸縮縫分塊的四周等部位用鋼絲網(wǎng)將巖棉板包角封邊，對外窗角四周的巖棉板上增加一層鋼絲網(wǎng)，以增強抵抗應(yīng)力集中的能力。工程實踐證明，上述措施是行之有效的。

5）保溫體系外飾面選用了柔性膩子和丙烯酸外墻噴塑涂料作為飾面材料。這種材料與水泥砂漿相容性好，有較高的抗拉強度和適應(yīng)變形能力，較好的抑制了砂漿的開裂和裂縫的擴展延伸。并且材料施工時，在高壓氣流的噴射下噴出許多不均勻、離散的斑塊，有些細小的裂縫會在噴塑施工中得到修補和覆蓋。另一方面，噴塑涂料可將砂漿的毛細孔堵塞住，防止水分向內(nèi)滲透。同時涂料的憎水性能又較好地防止了墻體表面吸水，提高保護層的防水性能，避免鍍鋅鋼絲網(wǎng)的銹蝕。

3 外墻面裂縫觀測及原因分析

3.1 住宅樓外墻面裂縫分布

31#、32#住宅樓外墻面裂縫分布見圖2。

圖2 墻面裂縫分布圖

3.2 外墻面裂縫的特點和規(guī)律

從裂縫圖可以看出31#、32#住宅樓外墻裂縫有如下特點和規(guī)律：

1）從墻體裂縫及分布情況來看：兩棟住宅樓都出現(xiàn)了不同程度的裂縫，但31#裂縫相對較多，32#則較少；

2）從墻體裂縫出現(xiàn)的部位來看：裂縫主要出現(xiàn)在墻面、門窗洞口和外加圈梁抹灰層等部位；

3）從墻體裂縫的形狀來看：大部分裂縫為豎向裂縫，少部分為斜向和水平向裂縫；

4）從墻體裂縫和破損嚴重程度來看：31#西山墻在架設(shè)電纜線的部位裂縫和破損最嚴重，見圖2(c)。

5）從總體來看，已使用20年的巖棉外保溫建筑外墻裂縫還是較少的。

3.3 外墻面裂縫形成的原因分析

從上述兩棟住宅樓外墻面裂縫的特點和規(guī)律可以看出：

1)兩棟樓外墻面裂縫主要是飾面層干燥收縮，如墻面的豎向裂縫和外加圈梁飾面層的豎向裂縫（外加圈梁處飾面層中未加熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)）；

2)兩棟樓外窗洞口處的裂縫，屬收縮溫度應(yīng)力集中裂縫；

3)31#西山墻兩端裂縫較多且破損嚴重是由于架設(shè)電纜線固定架時將飾面層破壞所致，見圖2(c)。

4)31#裂縫相對較多，是由于31#先施工，當時施工經(jīng)驗不足，32#施工時，吸取了31#施工經(jīng)驗，故裂縫相對較少。

4 系統(tǒng)及材料性能測試結(jié)果

為了能夠充分了解這兩棟住宅樓目前的保溫效果，我們采用紅外熱像法對外墻熱工缺陷進行了全面測試，并對不同朝向的外立面墻進行了傳熱系數(shù)檢測。由于這兩棟建筑目前仍在使用，給材料性能試驗的取樣工作帶來一定難度。通過與住戶協(xié)商，最終選定31#住宅樓1層的外墻進行了開剖取樣。檢測結(jié)果如下：

4.1 系統(tǒng)熱工性能

首先采用紅外熱像法對各外墻面進行測試，測試結(jié)果如圖3。從紅外熱像溫度場分布情況來看，墻表面溫度分布比較均勻，基本沒有溫度突變的情況，外墻保溫層經(jīng)過20年使用后沒有發(fā)現(xiàn)大面積空鼓和剝離情況，保溫效果保持較好。

圖3 31#紅外熱像圖

并對外墻傳熱系數(shù)進行了檢測，結(jié)果見表1。

表1 外墻傳熱系數(shù)檢測結(jié)果對照表

4.2 系統(tǒng)材料性能

開剖取樣顯示，巖棉保溫體系的結(jié)構(gòu)比較分明，各結(jié)構(gòu)層除最外面的飾面層有少部分裂紋外，砂漿保護層裂紋較少，鍍鋅鋼絲網(wǎng)與巖棉板固定緊密，巖棉板比較完整，拼接處縫隙較小。鍍鋅鋼絲網(wǎng)用固定銷桿鏈接，完全覆蓋整個巖棉保溫層，除固定銷桿有輕微銹蝕現(xiàn)象，連接件與基層墻體鏈接緊密完好（開剖取樣檢測結(jié)果見表2）。

表2 巖棉及鍍鋅鋼絲網(wǎng)取樣檢測結(jié)果

5 結(jié)語

通過對兩棟已使用20年既有建筑巖棉外保溫改造的住宅樓進行裂縫現(xiàn)狀調(diào)查、熱工性能測試和材料性能檢測，并分析結(jié)果可以看出：

1)由于在巖棉外墻保溫設(shè)計施工時采用了多種防止出現(xiàn)裂縫的技術(shù)措施，兩棟住宅樓雖已使用20年，但總體來看，兩棟樓外墻面裂縫較少，說明這些技術(shù)措施效果顯著。

2)從紅外熱像檢測結(jié)果以及現(xiàn)場實測熱工性能可以看出，兩棟樓在做巖棉外保溫改造并使用20年后，其外墻傳熱系數(shù)相當，并與20年前所測傳統(tǒng)熱系數(shù)基本一致。一方面說明兩棟樓施工工藝相同，整個保溫體系的性能較為穩(wěn)定；另一方面也說明巖棉外保溫在20年內(nèi)確實起到了很好的保溫效果。

3)通過對實體取樣的巖棉板和鍍鋅點焊鋼絲網(wǎng)進行物理性能檢測可以看出，使用20年的巖棉板在外設(shè)面層沒有遭到破壞的情況下，其本身的物理性能基本沒有發(fā)生變化，性能較為穩(wěn)定。鍍鋅點焊鋼絲網(wǎng)強度較好，有較高的焊點抗拉力，對于抵抗墻體開裂和整體受力起到了作用。只是由于時間較長，鍍鋅有輕微脫落現(xiàn)象，裸露部分出現(xiàn)了少量銹蝕。

通過工程實例和試驗可以證實，巖棉外保溫體系在采用有效防裂縫的措施下，可以明顯提高其耐久性能。近年來巖棉生產(chǎn)工藝和材料性能也已有較大改進和提高，如在構(gòu)造措施和施工方法上加以增強與改進，巖棉外墻外保溫體系不僅其防火性能可以達到與結(jié)構(gòu)同等級，其耐久性能也可達到或接近與建筑同壽命，因而具有廣闊的發(fā)展前景。

[1]中華人民共和國行業(yè)標準：外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程[S].2004

[2]宋長友，黃振利，陳丹林，等. 巖棉外墻外保溫系統(tǒng)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].建筑科學, 2008,24(2)： 84-92

[3]蔡鳳武，姚文生，劉曉波. 巖棉保溫材料性能探討[J] 河北建筑工程學院學報, 2011，29(1)：49-51

[4]吳紀昌，任俊.蘭州地區(qū)采暖居住建筑節(jié)能技術(shù)研究[R].1994