建筑外墻外保溫的粘結問題探討

摘 要:外墻保溫是推廣建筑節(jié)能的關鍵技術之一#65377;從粘結劑的主要成份著手，分析了粘結劑的粘結原理#65380;粘結強度的影響因素，得到了粘結強度，由此得出了確定粘結方式的根據(jù)是保溫板沿厚度的變形，而粘結劑對保溫板起到的是邊界約束作用的結論#65377;所以，不斷調節(jié)粘結方式，控制保溫板沿厚度方向的最大變形，就可以確定粘結方式#65377;

關鍵詞:外墻保溫;粘結;保溫板

所謂外墻外保溫，是指在垂直外墻的外表面上建造保溫層#65377;此種外保溫，可用于新建墻體，也可以用于既有建筑外墻的改造#65377;中國的外墻外保溫市場正在日益繁榮，外墻外保溫也正在成為我國的一項重要的基本的建筑節(jié)能技術#65377;

1 保溫層的固定

1.1 固定方法

保溫層的固定一般分為:粘結固定力一式#65380;機械固定力一式或兩者的混合力一式#65377;機械固定方法一般用于木結構建筑，或是舊有建筑的外墻有釉面磚，而又無法將其清除的情況#65377;而一般情況下，在保證粘結劑的質量情況下，粘結強度抗剪#65380;抗拉強度都高于保溫板的強度，有關文獻和作者已做課題實驗都證實，在受到剪切或者垂直墻面的荷載作用下，破壞均發(fā)在聚苯板中，而不是粘結處#65377;

1.2 外保溫系統(tǒng)保溫板可不加脹釘?shù)姆治霆?/p>

采用保溫板外墻外保溫系統(tǒng)技術和產品是目前最為廣泛使用的一種墻體保溫途徑#65377;該類系統(tǒng)除直接采用粘貼方一式外，還少量采用粘釘結合#65377;三北嚴寒地區(qū)大量的工程驗證，對保溫板外保溫系統(tǒng)采取不加脹釘?shù)淖龇ㄊ切兄行У?65377;以EPS板為例分析:

(1)有關風荷載問題#65377;

對EPS板墻體外保溫系統(tǒng)抗風壓性能測試顯示，抗風壓能力能夠達到4500Pa～5000Pa，相當于0.045MPa～0.05MPa，粘結劑對EPS板基面粘結強度大于0.1MPa，對水泥基面粘結強度大于1MPa#65377;

我國建筑節(jié)能檢測中心及美國專威特公司都對系統(tǒng)的抗風壓性能做過試驗#65377;試驗結果表明:在風壓力和風吸力各為4.5kN/m`時，均由于基層墻體的破壞才引起系統(tǒng)的破壞#65377;因此，根據(jù)我國的荷載規(guī)范南部沿海地區(qū)80米高度的建筑物最不利情況下的風荷載計算，風荷載不超過2.3kNjm2#65377;相比之下，EPS板墻體外保溫系統(tǒng)抗風壓性能完全滿足要求#65377;

(2)標準規(guī)定#65377;

國家建筑標準《外墻外保溫建筑構造(一)》中，A型一聚苯乙烯泡沫塑料板外墻外保溫系統(tǒng)規(guī)定，采用聚苯板作保溫隔熱層用膠粘劑與基層墻體粘貼，輔以錨栓固定#65377;當建筑高度不超過20米，也可采用單一的粘結固定方式，個別工程設計要根據(jù)具體情況選定并說明#65377;

(3)用錨栓固定存在的缺點#65377;

錨栓必須通過砂漿粘結點錨入基層墻體中以防止EPS板產生預應力#65377;錨栓必須在粘結層的聚合物砂漿強度上來后，才能施上錨栓，否則會對已粘結的EPS板產生松動而失去粘結作用#65377;施工期明顯加長，普通水泥砂漿強度需7天以上才能施工#65377;施工工人為搶工期不嚴格按要求施工，產生隱患，以致破壞粘結層#65377;錨栓帽在EPS板墻面上露出，面層不易抹平，增加材料耗量，影響面層質量#65377;使用錨栓增加材料費#65380;人工費，不經濟#65377;

(4)結論#65377;

從我們多年的工程應用來看，采用粘貼方式后，每平方米再多加塑料脹釘，其作用不大#65377;理由依據(jù)是:粘結劑是有機材料和無機膠料混合物，合格的粘結料一般在拉伸粘接強度試驗中，能將EPS拉損#65377;粘結層的自然老化速度可能比EPS板層慢，EPS板的強度一旦失去，錨栓的作用也就不存在#65377;在粘結層正常狀態(tài)下，錨栓實質上不起作用#65377;從以上幾個方面可以看出，采用EPS外墻外保溫系統(tǒng)技術不加脹釘?shù)姆绞绞峭耆軌蜻_到系統(tǒng)要求的，這種做法應該大力提倡#65377;

2 合成膠粘劑

將保溫板粘結在基底(結構層)上的粘結材料多種多樣，都稱為粘結劑#65377;合成膠粘劑是一類新型的精細化工產品#65377;它是由高分子化學#65380;表面化學#65380;材料力學等學科相互滲透#65380;彼此綜合而形成的一門新興學科#65377;合成膠粘劑是以合成聚合物為主體材料制成的#65377;

膠結的地方一般被稱為膠結結頭#65377;膠結結頭在力學特性上是不連續(xù)的#65377;膠層是典型的粘彈性體，膠結界面區(qū)可能還有更復雜的多層細微結構#65377;結頭受載時，應力通過膠層進行應力傳遞#65377;膠結是通過膠粘劑夾在中間把被粘物連接在一起#65377;膠結結頭的結構十分復雜，即使理想化地解剖開來，也分為9部分#65377;

在結頭的任一部分，只要局部應力超過局部強度，破壞也將從那里開始，造成結頭破壞，所以我們討論結頭強度時必須指明破壞地點#65377;粘結后的保溫板與結構層，在受到外力的情況下，按習慣根據(jù)破壞的地點不同大致可分為四種破壞類型#65377;

實際情況表明，同一種粘結結構，由于膠層的厚度或破壞(加荷)速度不同，往往存在內聚破壞-混合破壞-界面破壞的有規(guī)則的轉化過程#65377;

3 剪切破壞

剪切強度是單位膠結面上所能承受的最大剪切負荷#65377;

3.1 膠結結頭在剪切力作用下的應力分布

(1)應力的不均勻分布#65377;

由于被粘物是涂抹在結構層上的水泥砂漿和聚苯乙烯泡沫板#65377;二者的彈性模量與聚合物膠粘劑的彈性模量相差很遠，在荷載作用下應變差異很大，所以應力分布是不均勻的#65377;

結頭在外力P的作用下，結頭內部主要有三種應力#65377;

①被粘物上存在著平行于外力的拉伸應力#65377;

②在膠層中存在著平行于外力的剪切應力#65377;

③在膠粘劑和被粘物的膠結面上存在著垂直于膠結面的剝離應力，是由于外力作用的不同心引起的#65377;

(2)被粘物上的應力集中#65377;

當外力P作用于被粘物上時，由于被粘物厚度關系，使被粘物承受力矩#65377;而且，隨著被粘物的變形，P的作用線不斷變化，使力矩不斷變化#65377;被粘物端部的縱向應力時拉伸應力和彎曲應力的疊加#65377;

(3)膠粘層上的應力集中#65377;

Goland和Reissner考慮到被粘物彎曲力矩的影響，得出了膠粘層上應力集中的結論#65377;高強度膠粘劑的粘結結頭被拉伸時，在結頭破壞之間被粘物會發(fā)生塑性形變，這是剝離應力將迅速增大，從而引起結頭破壞#65377;

3.2 影響剪切強度的因素

(l)被粘物的性質和厚度的影響#65377;

被粘物的模量和厚度越大，應力集中系數(shù)越小，則膠結結頭的剪切強度就越大#65377;對于高強度的粘膠劑，剪切強度與被粘物性質的關系更加密切#65377;被粘物的模量越高，剪切強度越高;膠結結頭的剪切強度隨被材料的屈服強度的增加而增加;膠結結頭的剪切強度與被粘物的厚度的平方成正比#65377;

(2)膠粘劑性質的影響#65377;

不同的膠粘劑內聚強度不同，對被粘物的粘附強度也不同，必然影響結頭強度#65377;比如不同的膠粘劑模量不同，對應力集中的影響也不同#65377;模量較低的膠粘劑應力集中系數(shù)較低，因此可以通過增加粘結長度來提高承載力;而對于模量較高的膠粘劑，過長的粘結長度對承載力沒有貢獻的#65377;

(3)膠粘層厚度的影響#65377;

就應力分布而言，膠層越厚，結頭應力集中越小，膠結強度應該提高#65377;但是大量文獻試驗表明，膠層越厚膠剪切強度越低#65377;這是因為隨著膠層厚度的增加，膠層內部的缺陷呈指數(shù)關系迅速增加#65377;此外，膠層越厚，因膠粘劑固化收縮而產生的收縮應力也越大，造成強度的降低#65377;膠層厚度還能改變破壞內型的改變#65377;實驗中經常看到，隨著膠層厚度的增加，膠粘劑破壞內型常呈內聚破壞#65377;應當指出，膠層并非越薄越好#65377;膠層越薄容易早成缺膠現(xiàn)象，應力集中增大，應力分布不均勻，降低強度#65377;所以要有一個均勻且厚度適宜的膠層#65377;

(4)粘結長度的影響#65377;

對于外保溫而言，粘結長度即粘結高度#65377;

從應力分析可知，應力集中隨著粘結長度的增加而增人，即應力在粘結的兩端應力更加集中，而粘結中央的應力卻不斷減少#65377;

4 粘結劑的配比

合成膠粘劑采用的是汽車裝貝膠，是聚合物乳液#65377;所以，我們在膠中加入一定比例的水泥和水，這樣調和的粘結劑就是漿體#65377;另一個原因，水泥固化后也有粘結作用#65377;

在選擇最終配合比時，基本按照兩點原則來考慮#65377;

(1)調配出來的粘結膠漿不能太稀#65377;這種情況是因為膠的比例太大，雖然固化后強度很高，但是初始粘結強度很低，保溫板要借助外力固定#65377;重要的是粘結膠漿的厚度不能控制，而厚度對粘結強度影響很大#65377;

(2)調配出來的粘結膠漿不能太干#65377;這種情況是因為水泥的比例太大，粘結膠漿不具有粘結強度，實際上根本就不是漿體了#65377;

事實上，當膠∶水泥>1. 6時，己經不符合原則1，而當膠∶水泥> 1. 3的條件下，都是保溫板破壞，滿足實際要求了#65377;所以實際粘結中可靈活安排配比#65377;最終，我們選擇的配比為，膠粘劑:水泥:水=1.4∶1∶ 0.05#65377;在此配合比的情況下，剪切破壞和拉伸破壞都是XPS板被拉壞#65377;以下實驗都采用這個配合比，除非特別說明#65377;

5 剪切強度之粘結面積影響

粘結面積對剪切強度的影響是最大的，所以必須認真對待#65377;設粘結面積為S，粘結高度為h，寬度為b#65377;先將寬度不變，高度逐漸變化;然后高度不變，寬度逐漸變化#65377;XPS板40mm厚，膠厚0.5mm，固化時間7天#65377;粘結面積的變化取決于XPS板的高度和寬度#65377;整個XPS板涂膠#65377;剪切力加載力一向是沿著高度的方向#65377;以下兩表是變高和變寬的數(shù)據(jù)#65377;

表中，取值遵循的原則:如果最大值和最小值與中間值相差都大于15%，則無效;如果，最大值和最小值與中間值有一個相差大于15%，取中間值;如果，最大值和最小值與中間值相差都小于15%，取平均值#65377;

破壞情況:都是XPS板被拉壞，少數(shù)情況下，XPS板中心是膠層發(fā)生內聚破壞，邊緣XPS板拉壞#65377;從擬合優(yōu)度可以看出，變寬擬合曲線中L1N(線性)擬和非常好;變高擬合曲線中CUB(三次方程擬合)最好#65377;說明，隨著粘結寬度的增加，剪切強度線性變化;隨著粘結高度的增加，剪切強度并非線性變化#65377;當粘結面積很小的時候，隨著膠層厚度的增加，剪切強度增大;當粘結面積很大的時候，隨著膠層厚度的增加，剪切強度減小#65377;

參考文獻

[1]康玉范.影響外保溫工程質量的原因[N].中國建設報，2004-03-09.

[2]丁寶君，張帥.EPS板外保溫系統(tǒng)不加脹釘?shù)姆治鯷N].中國建設報，2004-05-18.