我國外墻外保溫系統熱應力研究現狀與展望

華雪 王偉 馬源良 張國娟

摘 要：我國嚴寒及寒冷地區普遍采用外墻外保溫系統，然而熱應力是造成圍護結構產生破裂不可缺少的因素之一。本文從熱應力的研究意義入手，分析我國近年來對外墻外保溫系統熱應力的研究近況，同時通過論文進行總結，對外保溫系統熱濕應力的研究趨勢進行了展望。

關鍵詞：熱應力；外保溫；試驗

隨著國家對節約能源越來越重視，為了減少建筑在投入使用中的能耗，圍護結構保溫系統已成為建筑不可或缺的一部分。但是，在當前項目中，建筑外圍護結構起鼓、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上，對國內的研究進展進行總結。

一、研究意義

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

保溫層置于外部環境之中，要受到保溫層自重和熱應力、風壓等外界作用力，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生，多數學者對圍護結構熱應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的熱應力問題進行探討，以早日解決此類問題的發生，力爭達到建筑原材料上、建筑使用中的真正節能。

二、熱應力的研究進展

保溫系統在建筑物日常使用中起到了減緩室內外溫度傳遞的效果，但是由于建筑墻體結構復雜，不同種類的材料有著不同的熱膨脹系數，在受熱變形時會相互制約，這時，外圍護結構的破壞基礎就出現了。

首先是模擬方面進展，霍英濤等人[1]利用ANSYS進行了以玻化微珠保溫砂漿為外墻外保溫結構的圍護結構模擬，進行了存在空氣對流與夏季太陽輻射的熱耦合分析，發現由于玻化微珠保溫砂漿材料的彈性模量較小，因此不同朝向的墻體表面溫度應力相差不大。

廟詩祥[2]分析了四種常見保溫材料組成的系統構造及存在問題，進而對外保溫系統進行模擬，選擇最適合合肥地區的保溫形式，再利用生命周期成本，對外保溫系統的保溫層最優厚度進行了探討。

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

張林峰[4]剖析粘結劑的主要成分，分析了粘結原理，以及膠層厚度對剪切及拉伸強度的影響，從而對外保溫系統進行了溫度場上的受力分析，發現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展開模擬，分析了五種結構冬夏兩季的最大應力，并進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結構進行試驗，以獲得更加真實的數據。

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

于宗民[7]對泡沫玻璃作為保溫材料的外保溫系統進行了耐候性試驗，發現外墻飾面層產生氣泡，窗口部位發生滲水現象，得知應力最容易集中部位為窗洞四周。

孔方昀[8]進行了耐候性試驗，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的耐久性，熱傳遞及濕傳遞對材料的膨脹應力存在規律性變化。

楊少龍[9]采用了XPS板進行了抗剪抗拉試驗，發現粘結面積與拉伸粘結強度之間沒有明顯的影響規律，且粘結面積對抗剪粘結強度無影響；同時該人進行了凍融循環試驗，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、應力分布及變形規律進行分析，發現墻體的彎曲應力及扭應力為主要應力，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構層之間的剪切粘結強度與凍融循環次數之間的關系，求出剪切粘結強度與諸多變量之間的定量關系，并推導出逐步退化的數學模型。

三、結語與展望

目前我國的外墻外保溫系統關于熱濕應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，學者在未來的研究中，應適當對新型材料進行分析研究，找到最適合于新型材料的圍護結構搭建方案，使節能環保的新型材料能盡早的適應中國的氣候環境，在科學理論的分析后能應用于未來的建筑中。

參考文獻：

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

[2]廟詩祥.合肥地區典型外墻外保溫系統在建筑節能工程中應用研究[D].安徽建筑大學，2013.

[3]張君，高原，黃振利.內外保溫墻體溫度應力對比分析[J].哈爾濱工程大學學報，2011，（07）：895905.

[4]張林峰.外保溫外墻保溫層的粘結分析[D].天津大學，2004.

[5]胡欣.夏熱冬冷地區外墻外保溫系統溫度效應研究[D].寧波大學，2012.

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

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

[8]孔方昀.溫濕效應作用下外墻保溫系統數值模擬與試驗研究[D].沈陽工業大學，2014.

[9]楊少龍.XPS保溫板與結構層粘結性能試驗研究[D].武漢理工大學，2011.

[10]任玲玲.EPS板保溫系統裂縫問題的數值分析[D].鄭州大學，2010.

[11]許景欣.凍融循環作用下外墻外保溫系統粘結效果的研究[D].沈陽工業大學，2014.

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