(南陽師范學(xué)院土木工程學(xué)院，河南 南陽 473000)

0 引言

隨著建筑節(jié)能水平的不斷提升，很多外墻外保溫系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到了大量民用建筑領(lǐng)域，極大促進(jìn)了居住環(huán)境的優(yōu)化[1-3]。但是經(jīng)過長期外部環(huán)境作用后，一些建筑外墻開始發(fā)生破壞，這引起人們對外保溫系統(tǒng)使用耐久性更加關(guān)注，對建筑保溫系統(tǒng)的長期使用穩(wěn)定性的研究工作也獲得更加深入的研究[4-6]。一些地區(qū)在夏季與冬季的溫度變化非常明顯，形成了很大的年溫差，因此外墻保溫系統(tǒng)必須承受溫度變化反復(fù)作用，容易形成較大的內(nèi)應(yīng)力而受到破壞，使外保溫系統(tǒng)無法繼續(xù)發(fā)揮保溫功能[7]。還有一些雨量較大的地區(qū)，處于高溫狀態(tài)下的墻體受到暴雨天氣的影響溫度急劇降低，也會使外保溫系統(tǒng)發(fā)生損壞，氣 候環(huán)境對于外保溫系統(tǒng)發(fā)揮著顯著影響，使其壽命發(fā)生改變。為了確保新型保溫材料能夠滿足實際使用條件，需要對保溫系統(tǒng)實施耐候性測試，通常是按照規(guī)范測試要求來測試外保溫系統(tǒng)的耐候性能[8-11]。

現(xiàn)階段，多種不同類型的新型保溫材料被不斷開發(fā)出來并獲得了大量使用，但是一些由聚合物等有機材料組成的保溫材料在使用過程中也面臨著潛在安全問題，例如獲得廣泛應(yīng)用的聚苯板在使用階段會引起較多火災(zāi)事件[12-13]。為克服上述缺陷，一些科研人員開始研究無機保溫材料，并逐漸在建筑領(lǐng)域推廣無機保溫材料，使系統(tǒng)的保溫能力獲得顯著提高。但從我國的保溫材料發(fā)展情況分析，相關(guān)技術(shù)積累還較少，尤其是缺少無機保溫材料的核心生產(chǎn)工藝，還不能完全自主設(shè)計新型的高性能保溫材料，需要進(jìn)一步強化這方面的經(jīng)驗[14-15]。進(jìn)行測試的時候，為保溫系統(tǒng)的不同構(gòu)造層設(shè)置了溫度傳感器與應(yīng)變片，可以實現(xiàn)溫度與應(yīng)變的實時監(jiān)測，根據(jù)實際測試數(shù)據(jù)的對比結(jié)果可以獲得這兩類保溫系統(tǒng)的性能，通過研究建筑領(lǐng)域的無機保溫材料使用可行性，可以使后續(xù)進(jìn)一步推廣使用獲得更可靠的依據(jù)，同時也能夠促進(jìn)無機保溫材料的理論發(fā)展。

1 實驗

1.1 原料

改性聚苯板屬于一種在聚苯板基體中添加無機顆粒后得到的一種復(fù)合材料，本研究選擇改性聚苯板來開發(fā)保溫材料。其中，基體材料由聚苯板構(gòu)成，并對該材料采用無機成分實現(xiàn)改性的過程。經(jīng)過以上性能優(yōu)化后能夠獲得更加優(yōu)異的保溫性能，同時獲得良好的耐火特性。

1.2 工藝流程

(1)清理基層混凝土的墻面→將溫度探測器與應(yīng)變片貼附在基層區(qū)域→涂覆一層界面劑→將改性后的聚苯板進(jìn)行緊密貼附→錨固。圖1給出了界面劑和錨固照片。

(2)貼附聚苯板：實施滿粘后，再通過砂漿對其進(jìn)行全部覆蓋，先把其中一面涂上砂漿，之后迅速把板按照平貼的模式在墻體上滑動至要求達(dá)到的位置?？刂粕皾{厚度至少達(dá)到5 mm。進(jìn)行施工時，需通過靠尺保證壓平狀態(tài)。通過順砌的形式完成改性聚苯板的貼附，按照逐行錯縫的方式設(shè)置豎縫，避免發(fā)生松動或產(chǎn)生空泡的情況。

(3)涂覆抗裂砂漿，并貼附飾面磚。

圖1 界面劑和錨固照片

1.3 組合材料施工

在測試以上保溫材料的耐候性能的時候，需深入分析各構(gòu)層之間粘結(jié)強度與外保溫系統(tǒng)在耐候測試過程中受到的抗沖擊載荷，本實驗總共包含了由兩類組合材料構(gòu)成的試樣。

先制備得到具有立方結(jié)構(gòu)的混凝土塊狀試樣，將其邊長控制為150 mm，以此構(gòu)建得到混凝土基層，根據(jù)C30 等級標(biāo)準(zhǔn)配制得到混凝土結(jié)構(gòu)。之后為試塊表面構(gòu)建外保溫結(jié)構(gòu)，按照如下方式進(jìn)行：

(1)采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方式對混凝土試塊實施一周時間保養(yǎng)，之后將其轉(zhuǎn)移至外部空曠地區(qū)，并對外部保溫層施工；

(2)將試塊擺放到正確位置后，應(yīng)使其表面處于平整狀態(tài)，之后根據(jù)以上工藝條件完成試塊表面的施工處理，形成由界面層、保溫層、抗裂層與飾面層組成的結(jié)構(gòu)，同時確保和保溫層結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)同步施工；

(3)利用切割機對試塊縫隙實施平穩(wěn)切割，獲得具有平齊結(jié)構(gòu)的切割面，將切割速度控制在一個相對緩慢的狀態(tài)，防止保溫系統(tǒng)受到明顯損害。

切割結(jié)束后，再對飾面層進(jìn)行處理，貼附飾面磚。圖2給出了組合材料試塊的表面和內(nèi)部照片。

2 保溫隔熱性能評價

2.1 能耗模型

用于構(gòu)建圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料類型較多，可以按照不同的特點將其分成三種類型，具體包括勻質(zhì)實體層、封閉空氣層以及兩向非勻質(zhì)層。本實驗中的無機改性聚苯板與材料玻化微珠保溫砂漿和都是實體層材料。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總熱阻可表示為

熱阻的確定根據(jù)下式計算

據(jù)此可得出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總熱阻表達(dá)式，如下

式中Ri和Re——內(nèi)外表面換熱阻。

2.2 保溫性能分析

測試保溫系統(tǒng)實際能夠達(dá)到的保溫性能已經(jīng)成為一項非常關(guān)鍵的指標(biāo)，對于分析系統(tǒng)的整體優(yōu)劣性具有明顯作用。為了更加精確分析保溫性能，需對各層結(jié)構(gòu)熱屬性進(jìn)行深入研究，包括保溫系統(tǒng)的各類材料及其構(gòu)造組成。從圖3中可以看到本文采用的保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，同時表1中包含了各材料性能參數(shù)。

圖3 改性聚苯板外保溫系統(tǒng)設(shè)計

表1改性聚苯板外保溫系統(tǒng)材料參數(shù)

參數(shù)厚度/mm密度/kg·m-1導(dǎo)熱系數(shù)/K混凝土墻體22028001.68界面劑122000.02粘結(jié)砂漿+改性聚苯板3616000.05抗裂砂漿+鋼絲網(wǎng)1685001.35粘結(jié)砂漿+飾面磚612001.26

之后計算得到本文保溫系統(tǒng)的傳熱系數(shù)，并對材料熱阻進(jìn)行分析，由此獲得系統(tǒng)傳熱系數(shù)。計算出每一層熱阻值，由此計算得到系統(tǒng)傳熱系數(shù)。結(jié)果顯示見表2，對改性聚苯板外墻的外保溫系統(tǒng)進(jìn)行測試得到其總熱阻等于1.032 m2·K/W，傳熱系數(shù)等于1.016 W·m-2·K-1。已經(jīng)滿足規(guī)范要求達(dá)到的外墻保溫性能。

表2材料熱阻

參數(shù)熱阻值混凝土墻體0.126界面劑0.065粘結(jié)砂漿+改性聚苯板0.008抗裂砂漿+鋼絲網(wǎng)0.0024粘結(jié)砂漿+飾面磚0.0022

進(jìn)行耐候測試的過程中，需要測定飾面磚粘結(jié)力以及抹面層和保溫層之間的粘結(jié)強度，對各組試樣分別選擇5個測試區(qū)實施拉拔測試，并對各區(qū)域粘結(jié)強度計算平均值。采用上述方式進(jìn)行處理獲得測試結(jié)果，表3給出了材料粘結(jié)強度實際測試結(jié)果。

表3材料粘結(jié)強度

耐候試驗階段平均粘結(jié)強度值/MPa10.57920.52630.49640.47550.46260.458

由改性聚苯板構(gòu)成的飾面磚出現(xiàn)了粘結(jié)強度降低的現(xiàn)象，由0.579 MPa變?yōu)?.458 MPa，通過對比可知，這種飾面磚發(fā)生了比保溫砂漿更快的粘結(jié)強度降低趨勢。這主要是因為，改性聚苯板保溫性能優(yōu)于保溫砂漿，能夠發(fā)揮更優(yōu)異的隔熱性能。由此可見，當(dāng)在外墻上使用上述保溫材料時，需對其外觀與性能變化進(jìn)行定期分析，特別是對于一些使用年限較長的建筑結(jié)構(gòu)，更應(yīng)該重點關(guān)注，有效防止發(fā)生瓷磚脫落的情況而引起人員傷害事故。根據(jù)實際測試可知，經(jīng)耐候測試得到飾面磚達(dá)到了0.4 MPa以上的粘結(jié)強度，符合設(shè)計要求。

3 結(jié)論

(1)本研究選擇改性聚苯板來開發(fā)保溫材料，設(shè)計了工藝流程，并對組合材料試樣進(jìn)行施工。建立了能耗模型，用于構(gòu)建圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料類型較多，可以按照不同的特點將其分成三種類型，具體包括勻質(zhì)實體層、封閉空氣層以及兩向非勻質(zhì)層。

(2)對各層結(jié)構(gòu)熱屬性進(jìn)行深入研究，包括保溫系統(tǒng)的各類材料及其構(gòu)造組成。對改性聚苯板外墻的外保溫系統(tǒng)進(jìn)行測試得到其總熱阻等于 1.032 m2·K/W，傳熱系數(shù)等于1.016 W·m-2·K-1。已經(jīng)滿足規(guī)范要求達(dá)到的外墻保溫性能。

(3)通過耐候試驗得到粘結(jié)強度降低由0.579 MPa變?yōu)?.458 MPa，這種飾面磚發(fā)生了比保溫砂漿更快的粘結(jié)強度降低趨勢。