華雪 王偉 馬源良 張國娟

摘 要：我國嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)普遍采用外墻外保溫系統(tǒng)，然而熱應(yīng)力是造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破裂不可缺少的因素之一。本文從熱應(yīng)力的研究意義入手，分析我國近年來對外墻外保溫系統(tǒng)熱應(yīng)力的研究近況，同時通過論文進(jìn)行總結(jié)，對外保溫系統(tǒng)熱濕應(yīng)力的研究趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：熱應(yīng)力；外保溫；試驗

隨著國家對節(jié)約能源越來越重視，為了減少建筑在投入使用中的能耗，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)已成為建筑不可或缺的一部分。但是，在當(dāng)前項目中，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)起鼓、開裂甚至保溫層脫落的問題屢見不鮮，極少有保溫層能在25年的規(guī)定使用年限中完整的完成使命。文章在探討研究意義的基礎(chǔ)上，對國內(nèi)的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。

一、研究意義

在建筑的節(jié)能工程中，降低建筑物使用過程中的總能耗可以有效達(dá)到節(jié)能的目的。但是，當(dāng)前很多外墻外保溫系統(tǒng)在抹面層甚至保溫層裂縫、保溫材料脫落的問題。國內(nèi)外很學(xué)者以外墻保溫體系的耐候性等作為課題已經(jīng)有了一定的研究成果，但是仍有不足之處。隨著技術(shù)的更新，越來越多的新形式的外墻外保溫系統(tǒng)出現(xiàn)在市場上，這些新的保溫技術(shù)能否過關(guān)，仍然存在著探究的科研價值。

保溫層置于外部環(huán)境之中，要受到保溫層自重和熱應(yīng)力、風(fēng)壓等外界作用力，因此對施工過程和施工工藝要求很高。目前的情況看來，并沒有一個真正具體的措施來減小此類狀況的發(fā)生，多數(shù)學(xué)者對圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力的研究停留在理論、模擬與試驗階段。因此，有必要對外墻外保溫系統(tǒng)的熱應(yīng)力問題進(jìn)行探討，以早日解決此類問題的發(fā)生，力爭達(dá)到建筑原材料上、建筑使用中的真正節(jié)能。

二、熱應(yīng)力的研究進(jìn)展

保溫系統(tǒng)在建筑物日常使用中起到了減緩室內(nèi)外溫度傳遞的效果，但是由于建筑墻體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同種類的材料有著不同的熱膨脹系數(shù)，在受熱變形時會相互制約，這時，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞基礎(chǔ)就出現(xiàn)了。

首先是模擬方面進(jìn)展，霍英濤等人[1]利用ANSYS進(jìn)行了以玻化微珠保溫砂漿為外墻外保溫結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)模擬，進(jìn)行了存在空氣對流與夏季太陽輻射的熱耦合分析，發(fā)現(xiàn)由于?；⒅楸厣皾{材料的彈性模量較小，因此不同朝向的墻體表面溫度應(yīng)力相差不大。

廟詩祥[2]分析了四種常見保溫材料組成的系統(tǒng)構(gòu)造及存在問題，進(jìn)而對外保溫系統(tǒng)進(jìn)行模擬，選擇最適合合肥地區(qū)的保溫形式，再利用生命周期成本，對外保溫系統(tǒng)的保溫層最優(yōu)厚度進(jìn)行了探討。

張君等人[3]同樣建立太陽輻射模型，分析了墻體各節(jié)點處的溫度場方程，提出了多層復(fù)合墻板的溫度應(yīng)力模型，并編制一套計算軟件，對膠粉聚苯顆粒涂料飾面外保溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行了溫度應(yīng)力的模擬。

張林峰[4]剖析粘結(jié)劑的主要成分，分析了粘結(jié)原理，以及膠層厚度對剪切及拉伸強度的影響，從而對外保溫系統(tǒng)進(jìn)行了溫度場上的受力分析，發(fā)現(xiàn)粘貼的方式對保溫板的變形起到了較大影響。

胡欣[5]對五種常見保溫系統(tǒng)展開模擬，分析了五種結(jié)構(gòu)冬夏兩季的最大應(yīng)力，并進(jìn)行了抹面層的柔性試驗，采用加拿大的材料提出了一種新型墻體，提高了耐久性及耐候性。

模擬終歸是趨近于真實，卻代表不了真實，往往還需要對外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗，以獲得更加真實的數(shù)據(jù)。

項道陽[6]使用了EPS墻與XPS試驗墻的對比分析，進(jìn)行了雨熱試驗與冷熱試驗，共四組對比試驗，發(fā)現(xiàn)薄弱部位一般出現(xiàn)在窗戶四周、苯板接縫處和錨栓固定處，且抹面砂漿的應(yīng)力變化較大。

于宗民[7]對泡沫玻璃作為保溫材料的外保溫系統(tǒng)進(jìn)行了耐候性試驗，發(fā)現(xiàn)外墻飾面層產(chǎn)生氣泡，窗口部位發(fā)生滲水現(xiàn)象，得知應(yīng)力最容易集中部位為窗洞四周。

孔方昀[8]進(jìn)行了耐候性試驗，從外墻的外表面變化及保溫材料的性能變化上研究了保溫系統(tǒng)的耐久性，熱傳遞及濕傳遞對材料的膨脹應(yīng)力存在規(guī)律性變化。

楊少龍[9]采用了XPS板進(jìn)行了抗剪抗拉試驗，發(fā)現(xiàn)粘結(jié)面積與拉伸粘結(jié)強度之間沒有明顯的影響規(guī)律，且粘結(jié)面積對抗剪粘結(jié)強度無影響；同時該人進(jìn)行了凍融循環(huán)試驗，找到粘貼強度的退化機理。

任玲玲[10]以EPS板薄抹灰外墻為研究對象，對冬季和夏季施加極端荷載，對溫度場、應(yīng)力分布及變形規(guī)律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)墻體的彎曲應(yīng)力及扭應(yīng)力為主要應(yīng)力，因此引起裂縫的幾率較大。

許景欣[11]通過抗剪試驗分析材料與結(jié)構(gòu)層之間的剪切粘結(jié)強度與凍融循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系，求出剪切粘結(jié)強度與諸多變量之間的定量關(guān)系，并推導(dǎo)出逐步退化的數(shù)學(xué)模型。

三、結(jié)語與展望

目前我國的外墻外保溫系統(tǒng)關(guān)于熱濕應(yīng)力方面的研究多集中在常用的保溫建材上，而新材料的出現(xiàn)使社會對試驗研究的需求不僅僅集中于常用的保溫材料上，學(xué)者在未來的研究中，應(yīng)適當(dāng)對新型材料進(jìn)行分析研究，找到最適合于新型材料的圍護(hù)結(jié)構(gòu)搭建方案，使節(jié)能環(huán)保的新型材料能盡早的適應(yīng)中國的氣候環(huán)境，在科學(xué)理論的分析后能應(yīng)用于未來的建筑中。

參考文獻(xiàn)：

[1]霍英濤，李珠，季海峰.基于ANSYS的保溫砂漿外保溫系統(tǒng)有限元分析[J].混凝土，2016，（08）：118121.

[2]廟詩祥.合肥地區(qū)典型外墻外保溫系統(tǒng)在建筑節(jié)能工程中應(yīng)用研究[D].安徽建筑大學(xué)，2013.

[3]張君，高原，黃振利.內(nèi)外保溫墻體溫度應(yīng)力對比分析[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報，2011，（07）：895905.

[4]張林峰.外保溫外墻保溫層的粘結(jié)分析[D].天津大學(xué)，2004.

[5]胡欣.夏熱冬冷地區(qū)外墻外保溫系統(tǒng)溫度效應(yīng)研究[D].寧波大學(xué)，2012.

[6]項道陽.薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)耐候性試驗研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2008.

[7]于宗民.泡沫玻璃外墻外保溫系統(tǒng)溫度場耐候性試驗研究[D].太原理工大學(xué)，2011.

[8]孔方昀.溫濕效應(yīng)作用下外墻保溫系統(tǒng)數(shù)值模擬與試驗研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2014.

[9]楊少龍.XPS保溫板與結(jié)構(gòu)層粘結(jié)性能試驗研究[D].武漢理工大學(xué)，2011.

[10]任玲玲.EPS板保溫系統(tǒng)裂縫問題的數(shù)值分析[D].鄭州大學(xué)，2010.

[11]許景欣.凍融循環(huán)作用下外墻外保溫系統(tǒng)粘結(jié)效果的研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2014.

作者簡介：華雪（1993），女，沈陽建筑大學(xué)碩士在讀，主要方向為外墻外保溫系統(tǒng)熱濕應(yīng)力。