郭磊

摘要：通過研究驗(yàn)證了系統(tǒng)空腔在負(fù)風(fēng)壓下產(chǎn)生的應(yīng)力，是薄抹灰外墻外保溫工程質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)因素之一，為合理規(guī)避因該因素造成質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)保證膠粘劑的粘貼面積和粘結(jié)強(qiáng)度，為有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，建議使用滿粘法粘貼保溫材料或設(shè)置一定量的平衡氣壓裝置。

關(guān)鍵詞：外保溫系統(tǒng)；系統(tǒng)空腔；負(fù)風(fēng)壓

一、理論研究

負(fù)風(fēng)壓是造成外保溫脫落空鼓的誘因之一，風(fēng)速較大的風(fēng)吹過外保溫表面，瞬時(shí)形成較大負(fù)風(fēng)壓區(qū)域，而外墻外保溫內(nèi)部空腔氣壓不會(huì)改變，如此，外保溫內(nèi)外產(chǎn)生較大壓差，壓差較小時(shí)外保溫可能產(chǎn)生空鼓，壓差較大時(shí)，保溫板被拉出破壞。故研究風(fēng)荷載的影響，對(duì)外保溫工程問題的防控具有非常實(shí)用意義，在《外墻外保溫系統(tǒng)材料安全性評(píng)價(jià)方法》GB/T 31435-2015[1]中，作為外墻外保溫系統(tǒng)材料進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)一部分，在進(jìn)行連接可靠性評(píng)價(jià)時(shí)，建筑物表面風(fēng)載荷設(shè)計(jì)值作為主要的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，足見風(fēng)載荷影響的重要性。但目前對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)風(fēng)載荷的影響并沒有得到充分重視，如GB/T 29906-2013[2]中取消了抗風(fēng)壓的檢測(cè)，有的系統(tǒng)雖然進(jìn)行了抗風(fēng)壓檢測(cè)，但檢測(cè)是在理想狀態(tài)下進(jìn)行的，未考慮外保溫局部較大的風(fēng)載荷影響和部分結(jié)構(gòu)薄弱情況。對(duì)于防控風(fēng)載荷對(duì)外保溫工程質(zhì)量的防控手段，理論上，可以在建筑風(fēng)載荷計(jì)算和風(fēng)環(huán)境模擬的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)降低空腔在負(fù)風(fēng)壓下的應(yīng)力，如通過特殊構(gòu)造平衡風(fēng)壓，或采用滿粘法徹底消除空腔結(jié)構(gòu)等，但需要有效的驗(yàn)證。

對(duì)于空腔結(jié)構(gòu)的影響，當(dāng)前研究只停留于針對(duì)實(shí)際工程質(zhì)量問題進(jìn)行理論論證階段，對(duì)認(rèn)識(shí)空腔結(jié)構(gòu)設(shè)置不當(dāng)所具有的風(fēng)險(xiǎn)性起到較好的指導(dǎo)作用，但對(duì)于空腔結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制沒有科學(xué)明確的論證。究其原因，主要是沒有有效的研究方法加以研究。模擬軟件（PHOENICS）是目前進(jìn)行建筑風(fēng)環(huán)境常用的研究工具，能夠模擬建筑在不同風(fēng)環(huán)境下，建筑外墻面所受到的風(fēng)壓值，所以完全可以采用風(fēng)環(huán)境模擬軟解結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行研究，研究驗(yàn)證在外墻面負(fù)風(fēng)壓條件下，系統(tǒng)內(nèi)部空腔所產(chǎn)生的壓力與系統(tǒng)質(zhì)量問題的相關(guān)性。

二、主要研究

本研究對(duì)外墻脫落嚴(yán)重的兩個(gè)工程項(xiàng)目進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，一個(gè)外保溫工程脫落嚴(yán)重，一個(gè)外保溫工程出現(xiàn)大量大面積空鼓，現(xiàn)場(chǎng)將脫落和空鼓位置進(jìn)行了詳細(xì)記錄，根據(jù)兩個(gè)工程相關(guān)技術(shù)資料，模擬風(fēng)環(huán)境下，兩建筑表面的風(fēng)壓分布。

在對(duì)脫落較為嚴(yán)重的外保溫工程的模擬，因其脫落時(shí)間為冬季，故模擬條件設(shè)定冬季，風(fēng)向西北，風(fēng)速18.0m/s（8級(jí)大風(fēng)），模擬整個(gè)工程中各個(gè)建筑的外墻表面風(fēng)壓情況，并與實(shí)際建筑外表面情況進(jìn)行對(duì)照分析。

通過研究風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)構(gòu)，結(jié)合工程實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)該外保溫工程中出現(xiàn)問題最嚴(yán)重的的區(qū)域（5號(hào)樓東面和8號(hào)樓西面），均發(fā)生于風(fēng)環(huán)境模擬中負(fù)風(fēng)壓最大區(qū)域，見圖1，由于該工程發(fā)生脫落后已進(jìn)行了修繕，圖中顏色相對(duì)較淺的區(qū)域即為脫落部分，脫落部位均發(fā)生于負(fù)風(fēng)壓較大的區(qū)域（模擬圖中藍(lán)色區(qū)域），藍(lán)色區(qū)域中未脫落的部位也出現(xiàn)了大面積裂紋，經(jīng)查詢?cè)摴こ陶辰颖匕骞に嚥捎命c(diǎn)框法工藝，研究其脫落的保溫板后發(fā)現(xiàn)，膠粘面積不足40%，且脫落面為膠粘劑與基層斷裂，斷裂面平整，同時(shí)還存在膠粘劑與基層未粘貼現(xiàn)象，根據(jù)模擬結(jié)果，負(fù)風(fēng)壓最大區(qū)域達(dá)到-300Pa，而系統(tǒng)內(nèi)部具有較大空腔，空腔的氣壓按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.3kPa，對(duì)于該區(qū)域保溫板所產(chǎn)生的拉力約為101.6 kPa，（0.102MPa），完全小于合格的基層與膠粘劑的拉拔強(qiáng)度（0.3MPa），同時(shí)也小于膠粘劑與保溫板（該工程保溫材料為XPS保溫板）的合格拉拔強(qiáng)度（0.15MPa），但仍出現(xiàn)膠粘劑從基層脫落現(xiàn)象，說明脫落處膠粘劑與基層強(qiáng)度的拉伸性能不合格，原因?yàn)榛鶎颖砻嬗懈』一蛎撃┑仍蚰z粘劑與基層粘結(jié)不充分，致使斷裂面平整，加之部分區(qū)域與基層未有效粘貼，致使在較大拉力的作用下脫落。

為了充分說明該問題，本研究對(duì)另一項(xiàng)外保溫空鼓問題嚴(yán)重的工程進(jìn)行了分析研究，在考察工程現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)該工程進(jìn)行了風(fēng)環(huán)境模擬，該工程處于海邊，故風(fēng)環(huán)境按照其地理環(huán)境，模擬條件設(shè)定東南風(fēng)，風(fēng)速18.0m/s（8級(jí)大風(fēng)），模擬整個(gè)工程中各個(gè)建筑的外墻表面風(fēng)壓情況，并與實(shí)際建筑外表面情況進(jìn)行對(duì)照分析。

圖2中為該外墻外保溫項(xiàng)目在風(fēng)環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)后，建筑外墻外墻負(fù)風(fēng)壓最為嚴(yán)重的四棟建筑，對(duì)應(yīng)研究后發(fā)現(xiàn)，兩處空鼓嚴(yán)重區(qū)域（15號(hào)樓和12號(hào)樓，12號(hào)樓空鼓嚴(yán)重，施工方將空鼓處拆除并利用圍擋保護(hù)），處于負(fù)風(fēng)壓較為嚴(yán)重區(qū)域，同時(shí)其他兩棟（14號(hào)樓、13號(hào)樓）的負(fù)風(fēng)壓較大區(qū)域出現(xiàn)了嚴(yán)重的大面積龜裂，由此進(jìn)一步驗(yàn)證了負(fù)風(fēng)壓下，系統(tǒng)內(nèi)部空腔所具備的壓強(qiáng)所產(chǎn)生的應(yīng)力，是薄抹灰外墻外保溫質(zhì)量問題的一項(xiàng)重要風(fēng)險(xiǎn)因素。

但值得注意的是，兩個(gè)工程項(xiàng)目中，風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果中，并不是所有建筑外墻面負(fù)風(fēng)壓較大的區(qū)域均出現(xiàn)空鼓和裂紋等質(zhì)量問題，所以負(fù)風(fēng)壓作用下所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力并不是工程質(zhì)量問題出現(xiàn)的直接原因，若膠粘劑與基層或膠粘劑與保溫板粘結(jié)不充分，粘結(jié)強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，負(fù)風(fēng)壓下空腔產(chǎn)生應(yīng)力造成外保溫空鼓和脫落的風(fēng)險(xiǎn)性大大提升，若保溫板模量小，抹面層韌性不足，正負(fù)壓循環(huán)作用下內(nèi)應(yīng)力致使保溫板循環(huán)彎曲形變，造成外保溫工程大面積裂紋的風(fēng)險(xiǎn)性提高。故負(fù)風(fēng)壓下，空腔結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的應(yīng)力破壞只是系統(tǒng)質(zhì)量問題的誘因，關(guān)鍵因素是系統(tǒng)的粘接質(zhì)量和各項(xiàng)組成材料的性能匹配。

從另一個(gè)角度出發(fā)，在實(shí)際外保溫工程中，完全可以參考本研究的方法，在外保溫設(shè)計(jì)之初，可以對(duì)建筑整體進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬，根據(jù)模擬結(jié)果，針對(duì)建筑外表面負(fù)風(fēng)壓較大的區(qū)域，進(jìn)行強(qiáng)化處理設(shè)計(jì)，有針對(duì)性的避免負(fù)風(fēng)壓的影響。

從目前的實(shí)際施工角度講，外墻外保溫空腔結(jié)構(gòu)不可避免，因?yàn)槟壳氨∧ɑ彝鈮ν獗毓こ?，普遍采用點(diǎn)框法的粘貼方式進(jìn)行，相關(guān)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)要求粘貼面積不小于70%的要求，若墻面平整度不高，粘接面積將減小，不可避免會(huì)產(chǎn)生空腔，所以在目前的外保溫工程中，尤其是高層建筑中，外保溫存在空鼓和脫落的風(fēng)險(xiǎn)較大。對(duì)于有效避免空腔結(jié)構(gòu)在負(fù)風(fēng)壓下產(chǎn)生應(yīng)力的破壞作用，當(dāng)前已經(jīng)有一些探索性研究，比較成熟的解決方法是在高層建筑上建議使用滿粘法進(jìn)行保溫板粘貼，以提高安全性，但對(duì)基層的平整度也提出較高的要求。一些地域也出臺(tái)了相關(guān)政策以減少系統(tǒng)空腔結(jié)構(gòu)，如唐山市和青島市，就出臺(tái)文件要求保溫板粘貼必須采用滿粘法，膠粘劑要滿鋪在保溫板粘貼面上，厚度不小于10mm。

滿粘法的確可以大大降低空腔，進(jìn)而降低負(fù)風(fēng)壓下系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)力的破壞作用，滿粘法也有自身的不足，首先從技術(shù)角度講，滿粘法對(duì)基層的平整度要求高。從經(jīng)濟(jì)層面講，施工工時(shí)和用料增多，經(jīng)濟(jì)性降低。從安全角度講，增加了建筑負(fù)重，從另一個(gè)層面增加了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)性。所以，為了解決空腔的影響，需要探索更加便捷、經(jīng)濟(jì)和安全的方式，在一些工程實(shí)踐中，外保溫工程中設(shè)置了“吸氣孔”主要原理是“吸氣孔”（“平衡氣壓裝置”更合理）能夠起到平衡氣壓的作用，當(dāng)外墻面負(fù)壓產(chǎn)生時(shí)，空腔內(nèi)部壓力可以通過氣孔釋放，為了驗(yàn)證這一設(shè)置的有效性，本研究采用自然老化試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證研究。

三、結(jié)論

系統(tǒng)空腔在負(fù)風(fēng)壓下產(chǎn)生的應(yīng)力，是薄抹灰外墻外保溫工程質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)因素之一，為合理規(guī)避因該因素造成質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)保證膠粘劑的粘貼面積和粘結(jié)強(qiáng)度，為有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，建議使用滿粘法粘貼保溫材料，或設(shè)置一定量的平衡氣壓裝置。實(shí)際外保溫工程中，建議參考本文的方法，在外保溫設(shè)計(jì)之初，對(duì)建筑整體進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬，根據(jù)模擬結(jié)果，針對(duì)建筑外表面負(fù)風(fēng)壓較大的區(qū)域，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步降低外保溫發(fā)生質(zhì)量問題的風(fēng)險(xiǎn)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院等.《外墻外保溫系統(tǒng)材料安全性評(píng)價(jià)方法》GB/T 31435-2015[S]. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015

[2]中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院等?！赌Ｋ芫郾桨灞∧ɑ彝鈮ν獗叵到y(tǒng)材料》GB/T 29906-2013[S]. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014