馬福棟 張東波 王卓琳 冷予冰 陳 溪

（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點實驗室，上海 200032）

0 引言

近年來，高空墜物事件頻發(fā)，其中，建筑外墻外保溫系統(tǒng)脫落是高空墜物的主要類型之一。據(jù)統(tǒng)計，2017—2020 年全國公開報道的外墻外保溫系統(tǒng)（ETICS）質(zhì)量事故已累計超過1 800 起，130余人被砸傷，38 人身亡。既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)安全風(fēng)險已成為社會高度關(guān)注的問題。

我國20 世紀(jì)80 年代從國外引進聚苯乙烯泡沫薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)國外驗證具有良好的可靠性和耐久性。但由于防火要求，其應(yīng)用受到限制。之后，涌現(xiàn)出多種采用不同材料、不同做法的外墻外保溫系統(tǒng)，性能優(yōu)劣各不相同。由于各類外墻外保溫系統(tǒng)往往未經(jīng)真實環(huán)境的長期耐久性檢驗；且相比保溫隔熱性能和防火性能，其作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與外墻基面粘貼錨固性能受到的重視程度不足，通常只采用構(gòu)造措施保證，缺少相關(guān)理論基礎(chǔ)；加之施工管理中把控不嚴(yán)，基本構(gòu)造措施及施工質(zhì)量常常難以保證；導(dǎo)致外墻外保溫系統(tǒng)在惡劣的外部環(huán)境中會發(fā)生劣化、開裂、空鼓甚至脫落。綜上所述，外墻外保溫系統(tǒng)劣化及脫落機理復(fù)雜，劣化程度難以評估，脫落風(fēng)險難以識別。相關(guān)研究處于起步階段，關(guān)注點相對分散，本文對既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)脫落風(fēng)險研究現(xiàn)狀進行綜述，總結(jié)現(xiàn)有研究基礎(chǔ)，分析存在的問題，供相關(guān)學(xué)者進一步研究參考。

1 外墻外保溫系統(tǒng)主要類型及設(shè)計方法

1.1 外墻外保溫系統(tǒng)主要類型

《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ 144—2019）［1］主要針對聚苯乙烯泡沫（EPS）材料，提出了五類外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造體系，隨著保溫材料種類的豐富，更多保溫材料得到應(yīng)用，五類構(gòu)造體系總結(jié)如下：薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)、水泥基保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)、現(xiàn)澆混凝土外墻外保溫系統(tǒng)、保溫裝飾一體板系統(tǒng)以及機械固定鋼絲網(wǎng)架保溫板外墻外保溫系統(tǒng)。薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)由于保溫效果好且施工方便，應(yīng)用最為廣泛。在夏熱冬冷或夏熱冬暖地區(qū)，水泥基保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)也有較廣泛應(yīng)用。這兩種外墻外保溫系統(tǒng)也是容易發(fā)生損傷和脫落的主要類型。因此，本文著重對這兩種構(gòu)造體系進行介紹。

1.1.1 薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)

薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)［1］采用膠粘劑將保溫隔熱板粘貼在外墻，采用塑料錨栓錨固，在保溫隔熱板表面抹聚合物砂漿并壓入玻纖網(wǎng)格，最后刮柔性膩子和涂料面層，其構(gòu)造如圖1 所示。使用不同保溫材料的系統(tǒng)，其性能也各有差異。

圖1 薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造Fig.1 Detailing of ETICS with thin plastering

圖2 水泥基保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造Fig.2 Detailing of ETICS with cementitious thermal insulation mortar

1）聚苯板

聚苯板根據(jù)制作工藝不同可以分為膨脹聚苯板（EPS）和擠塑聚苯板（XPS）。不同的成型工藝使其性能存在顯著差異，其中，對外保溫系統(tǒng)安全性影響較大的因素為可粘性、熱穩(wěn)定性和透氣性。EPS 的孔隙率大，粘貼表面比較粗糙，其可粘性比XPS 好；EPS 熱穩(wěn)定性能好，在同等溫度變化條件下的變形小，溫度應(yīng)力作用下EPS的抗裂性能好；XPS 透氣性較差，墻體基層與保溫層之間聚集的潮氣無法透過保溫層排出，會造成保溫層與外墻基層黏結(jié)失效，保溫層變形、空鼓甚至脫落。

2）巖棉板

巖棉是一種耐高溫的無機防火材料，具有優(yōu)良的保溫性能［2］。巖棉纖維平行于外墻面的部分稱為巖棉板，巖棉纖維垂直于外墻面的部分稱為巖棉帶。對于巖棉板外墻外保溫系統(tǒng)，抗拉強度取決于纖維層之間的黏結(jié)強度，因此抗拉強度較低，抹面層與保溫層拉伸黏結(jié)強度也較低?！稁r棉板（帶）薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》［3］要求巖棉板抗拉強度大于0.01 MPa，巖棉帶抗拉強度大于0.1 MPa。

3）聚氨酯硬泡（PU）板

聚氨酯泡沫材料導(dǎo)熱系數(shù)低、重量輕，是非常優(yōu)異的保溫材料［4］。聚氨酯泡沫可以通過改變原材料的組成、配方比例、合成條件等方法來制得不同機械強度的泡沫塑料［5］。但由于價格高、抗火性差、煙氣毒性大等問題，其在建筑節(jié)能中的應(yīng)用占比較?。?］。

4）玻璃棉板

玻璃棉板是一種高效的無機保溫材料，與聚苯板相比具有抗裂性好、防火無毒、化學(xué)性能穩(wěn)定的優(yōu)點，與巖棉板相比具有容重小、耐久性好的優(yōu)點［6］。但由于其生產(chǎn)工藝只能采用平織法，抗壓和抗拉強度均較低，采用粘貼和錨固的施工方法效果均不佳。采用縫制和打褶工藝加工而成的縫制玻璃棉板和打褶玻璃棉板可以提高玻璃棉板的抗拉強度，滿足外墻外保溫系統(tǒng)對保溫板的強度要求［7］。

綜上，保溫板的可粘性能、錨固性能、表觀質(zhì)量和透氣性直接影響薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的粘貼錨固性能。總結(jié)現(xiàn)有工程應(yīng)用經(jīng)驗，以“較好”“好”“差”“較差”四個等級評價各類保溫板各項性能對比見表1。

表1 各類保溫板性能對比Table 1 Performance comparison of various insulation boards

1.1.2 水泥基保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)

水泥基保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)采用一定比例的保溫輕骨料摻入砂漿均勻涂抹在外墻形成保溫層［8］。水泥基保溫砂漿強度高、防火無毒、構(gòu)造簡單，且可以避免保溫板材的板縫熱橋。根據(jù)摻入的保溫顆粒不同，外保溫系統(tǒng)主要包括膠粉聚苯顆粒外保溫系統(tǒng)、膨脹珍珠巖外保溫系統(tǒng)和?；⒅橥獗叵到y(tǒng)，后兩者屬于無機保溫砂漿材料。

1）聚苯顆粒

聚苯顆粒具有良好的保溫性能，但由于其屬于有機材料，表面憎水性強，與水泥等無機膠凝材料親和力差，并且密度低、強度低［9］。常用的聚苯顆粒有原發(fā)聚苯顆粒和回收破碎聚苯泡沫顆粒，兩者的區(qū)別在于原發(fā)聚苯顆粒為閉孔結(jié)構(gòu)，耐水性強，而回收破碎聚苯顆粒在破碎的過程中閉孔結(jié)構(gòu)會被破壞，熱工性能變差，吸水率增大［10］。

2）膨脹珍珠巖

膨脹珍珠巖是一種無機保溫顆粒，與水泥砂漿結(jié)合性好，但其吸水率較大，吸水后導(dǎo)熱系數(shù)增大且不可逆。另外，攪拌過程中容易破碎，導(dǎo)致保溫效果的降低［9］。因此，膨脹珍珠巖被限制在保溫砂漿中使用，但不乏以次充好的劣質(zhì)保溫材料被用于工程。

3）?；⒅?/p>

?；⒅橐彩且环N無機保溫顆粒，與膨脹珍珠巖相比在性能上有優(yōu)勢，降低了保溫砂漿的吸水性，提高了保溫砂漿的密度和抗壓強度，具有良好的施工性能、防火性能以及耐久性能。但其導(dǎo)熱系數(shù)較大，降低了其保溫性能［11］。

總體來講，水泥基保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)具有較好的抗火性能。但水泥基材料柔性差，施工容易產(chǎn)生不均勻收縮應(yīng)力，形成干縮裂縫。裂縫為水的滲入提供了通道，水泥基保溫砂漿吸水率較大，在濕脹干縮過程中會造成更嚴(yán)重的破壞。

1.2 外墻外保溫系統(tǒng)防脫落設(shè)計研究

外墻外保溫系統(tǒng)的設(shè)計涉及諸多方面，包括防火性能、熱工性能、抗沖擊性能、防水透氣性能、抗風(fēng)性能、耐候性以及抗震性能等。其中，防火性能和熱工性能要求較受重視且研究較為充分，而對抗風(fēng)和抗震性能等重視程度不足，目前主要通過構(gòu)造措施來保證。

1.2.1 外墻外保溫系統(tǒng)防脫落構(gòu)造措施

薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)和水泥基保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)均采取了多種構(gòu)造措施以防止外墻外保溫系統(tǒng)脫落，見表2。多數(shù)情況下，外墻外保溫系統(tǒng)主要通過黏結(jié)性能包覆于外墻，只有巖棉板以及一定高度以上或采用面磚飾面的外墻外保溫系統(tǒng)，需要采用錨栓加強固定。

表2 各類外墻外保溫系統(tǒng)常見防脫落構(gòu)造措施Table 2 Common anti-peeling detailing measures for various ETICS

1.2.2 外墻外保溫系統(tǒng)抗風(fēng)設(shè)計研究

風(fēng)力作用下，建筑物迎風(fēng)面受到正風(fēng)壓作用，背風(fēng)面受到負(fù)風(fēng)壓作用，側(cè)面受到負(fù)風(fēng)壓和剪切力的雙重作用［17］。負(fù)風(fēng)壓對外墻產(chǎn)生拉力，不利于外墻外保溫系統(tǒng)的黏結(jié)和錨固。高艷偉［18］和李賓［19］分析了風(fēng)壓對保溫板破壞的影響因素，研究了風(fēng)壓對外墻外保溫系統(tǒng)的破壞機理。趙紅曉［20］對外墻外保溫系統(tǒng)的風(fēng)荷載設(shè)計值、空腔風(fēng)壓力損失、黏結(jié)力等進行計算，綜合分析了風(fēng)荷載對外墻外保溫系統(tǒng)的影響及破壞機理。

對于外墻外保溫的抗風(fēng)設(shè)計方法，國內(nèi)廣泛使用指標(biāo)要求試驗評價法［21］：依據(jù)最不利荷載，確定系統(tǒng)及材料的強度指標(biāo)，并通過試驗結(jié)果進行判定。主要試驗方法參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)（EOTA ETAG 004）［22］采用的動態(tài)負(fù)風(fēng)壓法，但該方法受限于氣泵的工作區(qū)間，難以達到被檢系統(tǒng)的破壞壓強。為改進試驗方法，王博等［23］對靜態(tài)風(fēng)荷載測試方法展開研究，形成了具有柔性接觸、輔以多點測試外保溫系統(tǒng)位移等特點的測試方法。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EOTA ETAG 004）［22］針對構(gòu)造存在變化的外墻外保溫系統(tǒng)（如采用錨栓固定的外墻外保溫系統(tǒng)）提出了采用輔助試驗驗算承載力是否滿足作用力的方法，如采用拉穿試驗［24］測定巖棉保溫系統(tǒng)中的錨栓抗拉強度，進而驗算保溫系統(tǒng)的抗風(fēng)承載力，確定錨栓的排布方式和數(shù)量。許錦峰等［25］依據(jù)結(jié)構(gòu)可靠度理論，探究了外墻外保溫系統(tǒng)的抗風(fēng)性能，并建議高層建筑宜根據(jù)高度的變化采取一定措施。王華勤等［26］進一步提出有必要采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，按與建筑主體結(jié)構(gòu)同設(shè)計使用年限的原則，對EPS 板薄抹灰外保溫系統(tǒng)進行抗風(fēng)設(shè)計。

綜上所述，指標(biāo)要求試驗評價法可對新建建筑外墻外保溫的構(gòu)造形式和材料性能開展試驗，對抗風(fēng)設(shè)計具有一定指導(dǎo)意義，但無法對既有建筑的外墻外保溫系統(tǒng)開展試驗，無法對其抗風(fēng)性能評估。概率極限狀態(tài)設(shè)計法可以對既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)進行取樣檢測試驗，但目前該設(shè)計方法還不成熟，相關(guān)的概率統(tǒng)計參數(shù)和設(shè)計理論需要大量的研究數(shù)據(jù)支撐。

1.2.3 外墻外保溫系統(tǒng)抗震設(shè)計研究

外墻外保溫系統(tǒng)屬于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件［27］，國內(nèi)外對其抗震性能重視程度不高，對地震作用下外墻外保溫的性能研究較少。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［1，15］雖然規(guī)定外墻外保溫工程在設(shè)防地震發(fā)生時不應(yīng)從基層上脫落，但未提供相應(yīng)抗震設(shè)計方法，對罕遇地震和多遇地震作用下的性能也未作規(guī)定。為了提升建筑的抗震韌性，《建筑抗震韌性評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 38591—2020）［28］對外墻（剪力墻和填充墻）提出了韌性評價指標(biāo)和方法，但也未對外墻外保溫系統(tǒng)作具體規(guī)定。

郭永彥［29］對汶川地震后外墻外保溫系統(tǒng)的震害進行調(diào)查，分析了飾面磚外墻外保溫系統(tǒng)受力性能，總結(jié)了飾面磚外墻外保溫系統(tǒng)的抗震影響因素。Yan［30］提出了外墻外保溫系統(tǒng)的抗震防護標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)，對外墻外保溫系統(tǒng)的抗震性能提出了建議。王飛［31］研究了填充墻體及外墻外保溫系統(tǒng)對框架結(jié)構(gòu)的受力影響，揭示了膨脹珍珠巖外墻外保溫系統(tǒng)在水平地震荷載作用下的破壞機理。地震作用下，在填充墻角部、填充墻與框架結(jié)合面以及梁柱節(jié)點等位置易產(chǎn)生破壞脫落，建議采用柔性保溫材料。郭冬暉［32］分別采用酚醛板、聚苯板、巖棉板和膨脹珍珠巖板作為外墻外保溫層并采用面磚為飾面層，對框架填充墻結(jié)構(gòu)進行低周往復(fù)加載模擬地震作用。結(jié)果表明，當(dāng)粘貼率較低時，粘貼在框架梁柱上的飾面層會產(chǎn)生脫落；由于酚醛板強度較低，即使粘貼率高也可能發(fā)生脫落；此外，由于填充墻的斜撐效應(yīng)，角部受壓后飾面層也容易產(chǎn)生破壞和脫落。

總體而言，目前對外墻外保溫系統(tǒng)抗震性能的研究尚不充分，相關(guān)規(guī)范中對罕遇地震和多遇地震作用下外墻外保溫系統(tǒng)抗震性能也未作具體規(guī)定。近年來超低能耗和近零能耗建筑發(fā)展迅速，外墻外保溫系統(tǒng)的重要性和造價逐漸提高，應(yīng)對外墻外保溫系統(tǒng)的抗震韌性評價與提升加以重視。

2 外墻外保溫系統(tǒng)劣化機理

2.1 外墻外保溫系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計分析

對作者所在單位在2017—2021 年間所檢測的209 幢住宅建筑的外墻外保溫系統(tǒng)質(zhì)量缺陷進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，黏結(jié)強度不足和構(gòu)造缺陷是外墻外保溫系統(tǒng)的主要缺陷。

2.1.1 黏結(jié)強度不足

如圖3 所示，涉及的外墻外保溫系統(tǒng)檢測項目中，巖棉板外墻外保溫系統(tǒng)的黏結(jié)強度均不滿足要求，主要原因是巖棉外墻外保溫系統(tǒng)經(jīng)自然氣候劣化后拉伸黏結(jié)強度顯著降低［33］。膠粉聚苯顆粒和無機保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)分別有73.3%和22.2%，不滿足黏結(jié)強度的要求。需要注意的是，膠粉聚苯顆粒和無機保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)進行黏結(jié)強度的拉拔試驗的位置需要經(jīng)過敲擊后確定為非空鼓區(qū)，也可能會高估外墻外保溫系統(tǒng)的平均黏結(jié)強度。

圖3 外墻外保溫系統(tǒng)黏結(jié)強度不足發(fā)生比例Fig.3 Proportion of insufficient bonding strength of ETICS

造成黏結(jié)強度不足的原因比較復(fù)雜，黃葳蕤等［34］對施工引起的外墻外保溫黏結(jié)強度不足的原因進行了分析，主要包括：①墻體基層處理不當(dāng)，如基層表面有油污、浮灰或脫模劑；② 界面砂漿涂抹不均勻，砂漿的不均勻收縮導(dǎo)致界面黏結(jié)失效，出現(xiàn)/形成干縮裂縫；③施工期間溫度不適宜，如夏季施工時，溫度較高、陽光照射等因素會導(dǎo)致水分流失過快，影響砂漿中的水泥水化；冬季施工時，溫度過低導(dǎo)致砂漿中的水結(jié)冰膨脹，使砂漿強度降低。2.1.2 構(gòu)造缺陷

如圖4 所示，涉及的外墻外保溫系統(tǒng)檢測項目中，玻纖網(wǎng)構(gòu)造均或多或少存在不滿足規(guī)范要求的情況，抗裂砂漿厚度和錨栓個數(shù)分別有54.5%和90.0%，不滿足規(guī)范要求。產(chǎn)生構(gòu)造缺陷的主要原因為現(xiàn)場施工不規(guī)范、質(zhì)量管理不嚴(yán)格等。

圖4 外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造缺陷發(fā)生比例Fig.4 Proportion of detailing defect of ETICS

由于黏結(jié)強度不足及構(gòu)造缺陷，外墻外保溫系統(tǒng)經(jīng)受干濕循環(huán)、溫差變化、太陽輻射以及在風(fēng)、雨、冰雹等惡劣的外部環(huán)境作用下，更容易開裂、空鼓甚至脫落。

2.2 溫度作用下外墻外保溫系統(tǒng)劣化

溫度應(yīng)力是影響外墻外保溫系統(tǒng)耐久性的重要因素［35］。溫差較大會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成脹縮變形，變形受到約束會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，達到材料抗拉強度時會造成外墻外保溫系統(tǒng)開裂［36-37］。不同材料的線膨脹系數(shù)存在差異，各層不協(xié)調(diào)變形使層間產(chǎn)生剪應(yīng)力，超過層間抗剪強度使外墻外保溫系統(tǒng)發(fā)生黏結(jié)失效。夏季高溫條件下，防護層受壓應(yīng)力作用，易出現(xiàn)與其他功能層部分脫離的空鼓現(xiàn)象；冬季低溫條件下，防護層受拉應(yīng)力作用，易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象［38］。

目前，學(xué)者們通過仿真分析和試驗研究對外墻外保溫系統(tǒng)的溫度作用進行了研究。王家赫等［39］通過對外墻外保溫系統(tǒng)的數(shù)值模擬和耐候性試驗數(shù)據(jù)對比分析，發(fā)現(xiàn)抗裂砂漿層的外表面裂縫數(shù)量與溫度應(yīng)力相關(guān)，溫度應(yīng)力越大裂縫數(shù)量越多。任玲玲等［40］通過分析EPS板薄抹灰外墻外保溫復(fù)合墻體在夏季極端環(huán)境下的熱耦合作用，發(fā)現(xiàn)高溫后淋雨，抹面砂漿層溫度下降劇烈，最容易導(dǎo)致開裂。李勝才等［41］發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)外保溫墻體在溫度和荷載耦合作用下，飾面層處于三向應(yīng)力狀態(tài)；當(dāng)砂漿面層內(nèi)主應(yīng)力大于材料的抗拉界限時，內(nèi)部裂紋擴展，導(dǎo)致飾面層開裂。顧斌等［42］模擬太陽輻射對帶有窗洞的EPS 外保溫系統(tǒng)進行研究，發(fā)現(xiàn)窗洞四角部位的面層極易產(chǎn)生斜向裂縫，上下部位的面層易產(chǎn)生豎向裂縫，左右部位的面層易產(chǎn)生水平向裂縫。但對于外墻外保溫系統(tǒng)溫差作用下溫度應(yīng)力的計算方法及抗溫度應(yīng)力的設(shè)計方法尚未發(fā)現(xiàn)有系統(tǒng)的研究成果。

2.3 水作用下外墻外保溫系統(tǒng)劣化

外墻外保溫系統(tǒng)中水的來源主要有兩種途徑：一種是水汽遷移，水蒸氣分子會從壓力高的一側(cè)通過墻體向壓力低的一側(cè)遷移，遇冷會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，存留在外墻外保溫系統(tǒng)內(nèi)；另一種是裂縫滲水，飾面層產(chǎn)生的裂縫為雨水的滲透提供了途徑。水的存在會對材料強度和層間黏結(jié)強度造成不利影響。

1）干縮濕脹

外墻外保溫系統(tǒng)各層材料普遍存在干縮濕脹現(xiàn)象，濕膨脹系數(shù)不盡相同，吸水率也有很大差異，導(dǎo)致各層材料的吸濕（水）膨脹變形相差較大［43］。垂直墻面方向的不均勻變形會導(dǎo)致層間黏結(jié)失效，造成空鼓。平行墻面方向的不均勻變形會導(dǎo)致開裂或褶皺。因此，國際上一般將保溫材料的體積吸水率控制在10%以下［44］，而無機保溫砂漿屬于高吸水率的保溫材料，體積吸水率一般在20%～50%，雖然有學(xué)者為降低無機保溫砂漿材料的吸水率進行了一些研究［45-46］，但實際工程中無機保溫砂漿材料的吸水率仍較難控制。目前，關(guān)于各種保溫材料的濕膨脹系數(shù)缺乏深入研究，尤其對于無機保溫砂漿材料，應(yīng)進一步明確吸濕（水）膨脹對外墻外保溫系統(tǒng)的影響。

2）生物侵蝕

水分是霉菌、藍細(xì)菌、菌藻類等生物生長繁殖的必要因素，外墻外保溫系統(tǒng)吸水（濕）利于此類生物的生長，會帶來一系列負(fù)面影響。Lamas等［47-48］提出地衣中的真菌和藻類在材料基質(zhì)上穿插生長，會對建筑材料本身產(chǎn)生直接的機械損害作用。Fry［49］提出地衣中菌體的脹-縮作用會產(chǎn)生相當(dāng)大的機械力，對外墻外保溫系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的物理破壞。Ascaso［50］和Wierzchos 等［51］證實了地衣菌體會捕獲基質(zhì)上松動、剝蝕的碎屑，容易造成強度較低的外墻外保溫系統(tǒng)劣化。

3）凍融循環(huán)

冬季寒冷地區(qū)水的凍融循環(huán)會對外墻外保溫系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害。王業(yè)中［52］、許景欣［53］和史建軍［54］均對常用的保溫材料進行了凍融循環(huán)試驗，驗證了黏結(jié)強度隨循環(huán)次數(shù)增加而降低的變化規(guī)律。劉元珍等［55］研究了凍融循環(huán)作用下?；⒅楸厣皾{的抗拉黏結(jié)強度，結(jié)果表明，拉伸黏結(jié)強度隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加呈線性下降趨勢，經(jīng)過100 次凍融循環(huán)，抗拉黏結(jié)強度損失36.4%。殷明［56］研究了黏結(jié)強度與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系，并推導(dǎo)出了黏結(jié)強度損失公式。王亞群［57］研究了凍融循環(huán)條件下，保溫層與黏結(jié)砂漿的拉伸黏結(jié)強度變化和破壞斷裂機理，結(jié)果表明，黏結(jié)砂漿在硬化收縮時會出現(xiàn)微小的孔隙和裂紋，凍融循環(huán)時水汽會進入孔隙，低溫狀態(tài)下水汽凝結(jié)成冰膨脹，在保溫板和黏結(jié)界面處產(chǎn)生應(yīng)力，反復(fù)累積后微小的裂紋變大、孔隙變大，降低了保溫板與黏結(jié)砂漿界面處黏結(jié)強度。

2.4 風(fēng)壓作用下外墻外保溫系統(tǒng)疲勞劣化

外墻外保溫系統(tǒng)在正負(fù)風(fēng)壓長期反復(fù)作用下，會產(chǎn)生疲勞累積損傷。尤其風(fēng)動力作用下的“卡門渦街”［58］交替脫落頻率與保溫系統(tǒng)的物理聲學(xué)頻率相近，易產(chǎn)生聲學(xué)共振［59］，造成外墻外保溫系統(tǒng)的塑性變形，進而導(dǎo)致保溫層與其他材料層的剝離。張瑞［60］對外墻外保溫系統(tǒng)錨栓的疲勞性能進行了試驗研究，建立了基于支持向量機的結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化（SRM）準(zhǔn)則回歸預(yù)測模型，探討了外墻外保溫系統(tǒng)錨栓在不同影響因素下的疲勞性能。蘇思麗［61］采用試驗研究、數(shù)值模擬和統(tǒng)計分析相結(jié)合的方法，對混凝土外墻外保溫系統(tǒng)中錨栓的抗拉承載力和疲勞性能進行研究，進而對外墻外保溫系統(tǒng)的安全性能和疲勞壽命進行了評估。目前，對外墻外保溫系統(tǒng)在風(fēng)荷載作用下的疲勞性能研究仍較少，相關(guān)理論有待完善。

總體來講，現(xiàn)有研究對外墻外保溫系統(tǒng)單一劣化機理關(guān)注較多，取得了豐富的研究成果。但外墻外保溫系統(tǒng)同時受多種劣化因素的作用，多因素復(fù)合或耦合作用下劣化機理研究較少，劣化后性能評估也有待進一步研究。

3 外墻外保溫系統(tǒng)脫落風(fēng)險識別與評估

既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)存量大，由于施工質(zhì)量缺陷或長期劣化損傷等，存在脫落風(fēng)險，對其進行風(fēng)險識別與評估并及時進行預(yù)警整治迫在眉睫。

3.1 缺陷檢測方法

在實際檢測中，采用傳感器測力系統(tǒng)測試外墻系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強度；局部破損觀測玻纖網(wǎng)構(gòu)造和錨栓數(shù)量；采用鉆芯取樣法測抗裂砂漿厚度。外墻外保溫系統(tǒng)水漬、開裂、褶皺等可視損傷可直接用肉眼觀測。近年來隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，采用圖像識別技術(shù)檢視外墻損傷可以提高檢測效率［62］。對于外墻外保溫系統(tǒng)內(nèi)部存在的空鼓缺陷，可采用敲擊法［63-64］、紅外熱像法［65］、探地雷達法［66］等方法進行檢測。但紅外熱像法一般無法量化缺陷尺寸、形狀、位置和嚴(yán)重程度［67］，敲擊法和探地雷達法等精確檢測方法尚無法大面積、高效率檢測。因此，高效且精確的外墻外保溫系統(tǒng)空鼓缺陷檢測方法及裝備有待進一步研究開發(fā)。

3.2 脫落風(fēng)險識別與評估

風(fēng)險是指某種特定的危險事件（事故或意外事件）發(fā)生的可能性與其產(chǎn)生的后果的組合［68］。工程中風(fēng)險分析的方法有多種，基本思路是先識別風(fēng)險再進行風(fēng)險評估［69］。工程中的風(fēng)險因素大多難以量化，工程風(fēng)險評價中多采用定性分析法或定性定量相結(jié)合的分析方法。

目前國內(nèi)外學(xué)者對既有建筑幕墻安全風(fēng)險較為重視，趙鳴等［70-71］用模糊綜合評判的方法對玻璃幕墻的安全性能進行評判，給出了玻璃幕墻安全評定因素集的構(gòu)成及其隸屬度函數(shù)的表達式。譚明權(quán)［72］從既有建筑幕墻固有風(fēng)險和幕墻墜落物潛在風(fēng)險兩方面展開研究，構(gòu)建了既有建筑幕墻固有安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系，提出了一種針對既有建筑幕墻固有風(fēng)險的安全風(fēng)險模糊評價模型，定量評價了幕墻脫落所導(dǎo)致的潛在風(fēng)險。以上研究對外墻外保溫系統(tǒng)脫落風(fēng)險識別和評價的研究具有重要的參考價值。

對于外墻外保溫系統(tǒng)脫落風(fēng)險識別與評估的研究較少，劉煜琪［73］采用分層分級評價法建立了外保溫系統(tǒng)綜合性能評價指標(biāo)體系，可對外墻外保溫系統(tǒng)的黏結(jié)性能和錨固性能等級進行評價。上海市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《外墻外保溫系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（DG/TJ 08-2310—2019）［74］規(guī)定對外墻外保溫系統(tǒng)進行評估時，以空鼓面積和單項材料評級作為控制項，其中一項不滿足即定為D級；如滿足控制項，再以飾面材料、護面材料、保溫材料和黏結(jié)錨固材料的分?jǐn)?shù)區(qū)間確定評估等級，作為外墻外保溫系統(tǒng)修復(fù)的依據(jù)。但以上評價方法仍較為籠統(tǒng)，且缺乏理論依據(jù)，無法量化外墻外保溫系統(tǒng)的脫落風(fēng)險。

4 外墻外保溫系統(tǒng)修復(fù)

為了延長外墻外保溫系統(tǒng)的使用壽命，修復(fù)裂縫、空鼓等損傷，消除外墻外保溫系統(tǒng)的脫落風(fēng)險，對外墻外保溫系統(tǒng)進行修復(fù)是行之有效的方法。

4.1 裂縫修復(fù)

飾面層開裂是外墻外保溫系統(tǒng)常見的損傷，如果不及時加以修復(fù)會引發(fā)外墻外保溫系統(tǒng)滲水、空鼓甚至脫落等進一步損傷。

繆士勇等［75］根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因，將聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的裂縫分為基層結(jié)構(gòu)、保溫層缺陷引起的表面裂縫以及保溫層上抹面砂漿層裂縫，并針對性地對基層和保溫層進行相應(yīng)的修復(fù)和加固處理。對于基層結(jié)構(gòu)造成的墻體裂縫，劉德平［76］對填充墻、承重墻的裂縫種類進行分析鑒定，并提出了修復(fù)與防治方法。高學(xué)芹［77］根據(jù)裂縫寬度不同對外墻飾面層和抹面層裂縫分別采取“打毛處理+耐水膩子+網(wǎng)格布”和“剝離抹面層+抹面膠漿+網(wǎng)格布+抗裂砂漿+耐水膩子”兩種方式進行處理。任偉［78］提出若飾面層有少量表面性淺裂縫應(yīng)清除裂縫中的雜質(zhì)，可以用柔性補縫材料修補；若飾面層出現(xiàn)大量龜裂或嚴(yán)重裂縫，應(yīng)鏟除裂縫區(qū)域飾面層重做。總體來講，淺層裂縫修補較容易，深層裂縫需要分析裂縫成因并采取相應(yīng)的修復(fù)方法。

4.2 空鼓修復(fù)

保溫材料抗拉強度不足和各層間脫黏均會導(dǎo)致層間空鼓?？展拿娣e越大，所剩黏結(jié)面積越小，減小到一定程度后，黏結(jié)力難以抵抗自重和外荷載，會導(dǎo)致外墻外保溫系統(tǒng)脫落。因此，對外墻外保溫系統(tǒng)空鼓進行修復(fù)是預(yù)防外墻外保溫系統(tǒng)脫落的重要措施。

尚樹寶等［79］使用單組分聚氨酯發(fā)泡膠注入保溫系統(tǒng)內(nèi)的粘貼層進行發(fā)泡黏結(jié)，加強保溫層之間的黏結(jié)強度，稱為“內(nèi)粘法”。該方法可適用于外保溫系統(tǒng)粘貼不牢、脫膠且無法拆除重粘的墻面。劉思琪［80］采用錨栓加固既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)，使其由“以粘為主，以錨為輔”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙藻^為主，以粘為輔”的外墻外保溫系統(tǒng)。

4.3 整體修復(fù)

為指導(dǎo)外墻外保溫系統(tǒng)的加固修繕，《既有建筑外墻外保溫改造技術(shù)規(guī)程》（T/CECS 574—2019）［81］提出了外墻外保溫系統(tǒng)工程的鑒定評估、改造設(shè)計、施工、驗收及維保的基本原則。上海市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《外墻外保溫系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ 08-2310—2019）［74］在外墻外保溫系統(tǒng)質(zhì)量技術(shù)狀況評定等級的基礎(chǔ)上給出了針對不同質(zhì)量技術(shù)狀況的外保溫系統(tǒng)的加固修復(fù)方法，包括局部置換、局部薄層原位、整體薄層原位、整體厚層原位和整體置換等修復(fù)方法。

此外，孫志強等［82］通過金屬外墻保溫裝飾板、錨固件和龍骨的結(jié)合，將保溫裝飾系統(tǒng)整體懸掛在建筑外墻上，無須整體鏟除、層層注漿等工序，不受既有保溫系統(tǒng)缺陷情況的影響，適用性強。該方法本質(zhì)上是重做外保溫系統(tǒng)的一種方式。

綜上所述，關(guān)于外墻外保溫系統(tǒng)修復(fù)方法的研究取得了一定的進展，但多數(shù)情況下，局部裂縫和輕微的空鼓難以引起人們的注意，直到發(fā)生嚴(yán)重的空鼓甚至脫落才會采取相應(yīng)的修復(fù)措施。因此有必要對外墻外保溫系統(tǒng)加強階段性的巡查和修復(fù)。對于損傷嚴(yán)重的外墻外保溫系統(tǒng)，實際工程中多采用局部置換或整體置換修復(fù)，而置換修復(fù)工作量大，環(huán)境污染嚴(yán)重，影響居民生活。更棘手的問題在于，外墻外保溫系統(tǒng)在多數(shù)城市被禁止使用，而置換修復(fù)鏟除外墻外保溫系統(tǒng)后，無法恢復(fù)原來的保溫系統(tǒng)，只能退而求其次，使用反射隔熱涂料，而這種節(jié)能外墻只在夏天有反射隔熱效果，冬天無法取得保溫效果，因此，開發(fā)更安全方便的原位修復(fù)方法是解決該問題的有效途徑。

5 結(jié)論與展望

外墻外保溫系統(tǒng)自引入國內(nèi)以來，發(fā)展坎坷，遇到各種難題，發(fā)展出了多種類型的外墻外保溫系統(tǒng)，同時也出現(xiàn)了各種新的社會問題，最終外墻外保溫系統(tǒng)在多數(shù)大城市被限制使用。但既有建筑中外墻外保溫系統(tǒng)存量巨大，面對眾多突出的問題，相關(guān)研究應(yīng)受到更多重視和關(guān)注。本文通過對既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)脫落風(fēng)險研究現(xiàn)狀進行分析，總結(jié)得到以下結(jié)論：

（1）既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)種類多樣，不同保溫材料性能具有較大差異。巖棉板、玻璃棉板的可粘性和表觀質(zhì)量較差，主要依賴錨栓固定；EPS 板、XPS 板和PU 板透氣性差；水泥基類的保溫材料柔性差，施工容易產(chǎn)生不均勻收縮應(yīng)力，形成干縮裂縫。裂縫為水的滲入提供了通道，水泥基保溫砂漿吸水率較大，在濕脹干縮過程中會造成更嚴(yán)重的破壞。

（2）既有建筑主要通過界面處理劑、膠粘劑、錨栓等措施防止外墻外保溫系統(tǒng)的脫落?，F(xiàn)有的抗風(fēng)設(shè)計方法（指標(biāo)要求試驗評價法）無法對既有建筑的外墻外保溫系統(tǒng)抗風(fēng)性能進行評估；相關(guān)規(guī)范未形成外墻外保溫系統(tǒng)的抗震設(shè)計方法。盡管外墻外保溫系統(tǒng)在新建建筑中已不再使用，但完善外墻外保溫系統(tǒng)的安全設(shè)計方法對于既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)的安全性評估具有重要意義。建筑結(jié)構(gòu)中的概率極限狀態(tài)設(shè)計法可為外墻外保溫系統(tǒng)的安全性設(shè)計作參考。

（3）通過統(tǒng)計分析，黏結(jié)強度不足和構(gòu)造缺陷是既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)的主要缺陷，其中構(gòu)造缺陷包括玻纖網(wǎng)構(gòu)造不足、錨栓個數(shù)不足和抗裂砂漿厚度不足。這些缺陷的存在使外墻外保溫系統(tǒng)更易遭受外界惡劣環(huán)境的侵蝕，從而導(dǎo)致開裂、空鼓甚至脫落。研究外墻外保溫系統(tǒng)的劣化機理和計算方法，如溫度應(yīng)力、干縮濕脹、凍融循環(huán)等作用下的劣化規(guī)律和計算方法，對其使用壽命預(yù)測和安全性評估均有重要價值。

（4）既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)設(shè)計年限一般為25 年，多數(shù)已經(jīng)到期或即將到期，面臨巨量的外墻外保溫系統(tǒng)的檢測工作。而目前的檢測方法的精度和效率難以兼顧，基于人工智能和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，開發(fā)高效率、高精度的檢測方法及裝備可有效解決該問題。

（5）由于外墻外保溫系統(tǒng)缺乏安全性設(shè)計理論，對其進行安全性評估也無從下手，目前的評估方法較為籠統(tǒng)，且缺乏理論依據(jù)，無法量化外墻外保溫系統(tǒng)的脫落風(fēng)險，更無法鑒定后續(xù)使用年限。因此相關(guān)的研究有待進一步深入。

（6）目前的修復(fù)方法主要以置換修復(fù)為主，存在工作量大、環(huán)境污染嚴(yán)重、影響居民生活的缺點，由于多數(shù)城市外墻外保溫系統(tǒng)已被禁止使用，因此置換后難以達到原有的保溫效果，開發(fā)更安全方便的原位修復(fù)方法是解決該問題的有效途徑。