上海地區建筑外墻保溫技術的比選及錨栓抗拉測試研究

倪 梁

上海標濟工程質量檢測有限公司 上海 201316

隨著改革開放的飛速發展，人們對于生活質量的追求也日益提高，與此同時，社會對能源的消耗也越來越大，而我國卻是一個屬于能源短缺型國家。因此，為了國家的可持續發展，建立“節約型社會”已經成為各行各業所追求的目標，建筑圍護結構節能外墻保溫技術就是其中一項重要技術。

上海的“濕冷”國內著名，所以，對建筑保溫的要求也特別強烈。圍繞建筑圍護結構外墻節能保溫的研究，至今已有20余年，有外墻內保溫、外墻外保溫等技術，還有預制混凝土夾心保溫等新興技術。本文主要對上述幾種保溫技術分別進行分析，特別是鑒于外墻外保溫系統時有保溫層脫落、涉及廣大市民的安全問題，專門對“錨栓的抗拉拔強度”進行了測試研究。

1 外墻內保溫技術

外墻內保溫技術是指在外墻結構的內側附上一道保溫系統，通過該保溫系統改善墻體的傳熱系數。外墻內保溫技術在國內的應用時間較長，技術相對成熟，在上海常見的保溫材料有水泥基無機保溫砂漿（II型、III型）、石膏復合聚苯保溫板等，普遍為相對高強的材料。

1.1 外墻內保溫技術的主要優點

1）外墻內保溫施工技術完善，對建筑外墻垂直度要求不高，便于施工。

2）外墻內保溫系統處于外墻內側，室內溫度波動較之室外略小，更避免了日曬雨淋，降低了保溫系統熱脹冷縮的程度及環境對系統的腐蝕，正常情況下的內保溫系統具有較長的使用壽命。

3）外墻內保溫系統的施工高度較低，無需搭建腳手架，施工相對更加安全。

4）對于小業主獨自進行室內節能改造有較高的可操作性，可以單戶進行節能改造。

1.2 外墻內保溫技術的主要缺點

1）難以解決建筑熱橋保溫的困難，墻板內外溫差可能會相差很大，一旦濕度適宜，極易出現結露的現象。因長期的潮濕和溫差會導致室內墻面出現發霉、空鼓、開裂等現象。

2）內保溫系統所使用的材料往往在節能材料中屬于高強材料，但其強度相對傳統墻面相差甚遠，導致小業主在室內裝修時會遇到掛不住、釘不住的情況。

3）內保溫系統占據了室內的部分面積，在這個寸土寸金的年代，許多小業主為了擴大些許使用面積而破壞內保溫，從而使保溫的功效徹底喪失。

4）對于既有單體建筑節能二次改造的工程，內保溫施工幾乎沒有可操作性。

5）內保溫系統處于建筑外墻內側，無法對外墻面起到保護作用，致使建筑外墻面內外表面溫差較大，久而久之墻體自身容易出現開裂現象。

2 外墻外保溫技術

外墻外保溫技術是指在外墻結構的外側附上一道保溫系統，在現階段國內市場上比較常見，比較常用的保溫材料有水泥基無機保溫砂漿（Ⅰ型）、改性聚苯板、巖棉板、真空絕熱保溫板、裝飾一體板等。

2.1 外墻外保溫技術的主要優點

1）外墻外保溫系統處于建筑外墻面的外側，故對墻面主體也起到了一個很好的保護作用，只要外墻保溫設計選材合理，施工規范，可有效減小外墻內外表面的溫差，降低因溫度變化導致墻面變形產生的應力，從而可大幅減少外墻面自身的裂縫，大大增加建筑本身的使用壽命。

2）外墻外保溫技術基本可以消除熱橋的影響，使墻體內的潮濕情況得到改善，既可以防止熱橋位置可能造成的結露現象，降低了熱橋位置的熱損失，又有利于室溫的穩定，相比內保溫系統進一步減少了建筑能耗。

3）對單體工程進行二次節能改造時具有很大的可操作性，改造施工過程對小業主的日常生活起居影響較小。

4）相較于內保溫系統而言，小業主在室內裝修時幾乎不會對保溫系統造成損傷。

5）外墻外保溫技術適用范圍廣，技術含量較高，既適用于溫暖地區，又適用于寒冷地區，同時也適用于工業和民用建筑。

2.2 外墻外保溫技術的主要缺點

1）外墻外保溫系統代替建筑墻面主體處于建筑最外側，就要承受風、雨、雪、輻射等的侵蝕，使外保溫系統表面容易出現裂縫，維修率較高，使用壽命較短。

2）外保溫系統對于建筑外墻面垂直度的要求較高，如果垂直度偏差較大，或外墻立面變化較大，很可能造成局部保溫厚度不均勻。

3）現今高層建筑較多，因此外保溫系統施工時必須搭建腳手架，增加了高空作業施工的危險系數。

4）如果使用了防火性能不合格的保溫產品，一旦該產品起火，要比內保溫系統建筑的火勢更易蔓延。

5）因產品質量、施工質量、設計缺陷等問題，外墻外保溫常有脫落的潛在風險，可能會造成安全事故。

3 預制混凝土夾心保溫技術

預制混凝土夾心保溫技術是隨著上海近幾年推廣裝配式建筑而興起的一種保溫技術，其構造是由內葉混凝土板、外葉混凝土墻板、夾心保溫層以及專有連接件組成的混凝土外墻板。保溫層可使用聚苯板、聚氨酯板等有機材料，也可使用發泡水泥板、泡沫玻璃板等無機材料。

3.1 預制混凝土夾心保溫技術的優點

1）對于內側墻片和保溫材料起到了有效的保溫作用，降低了內側墻片的開裂概率，延長了內側墻片和保溫材料的使用壽命。

2）保溫材料的選材要求不高，可選擇范圍較大。

3）預制構件基本在工廠內完成，工程現場減少了工序，施工速度快，可以大大縮短工期。

4）對施工的環境溫度要求不高，無論嚴寒酷暑都可進行施工。

3.2 預制混凝土夾心保溫技術的缺點

1）內、外側墻片之間需有連接件等處理，工藝相對復雜。

2）因預制生產技術尚不成熟，保溫材料無法在內、外側墻片之間完全填充飽滿，導致預制混凝土夾心板存在大量的熱橋，造成熱橋處熱損失，又因熱橋處與周圍溫度不同，可能會造成結露的現象，導致出現開裂、發霉的問題。

3）該預制混凝土夾心板較之普通墻板偏厚，占據更多空間。

4）外側墻片受室外氣候影響大，會出現內外表面溫差大的情況，可能造成外側墻片的開裂，導致雨水滲漏等問題。

5）此產品在工廠內成型，到達工程現場皆是成品，難以抽檢其內部所使用的相關材料是否符合要求，產品的內在質量無法被有效監督。

4 外墻外保溫層脫落的原因分析及錨栓的作用

從上述比較可知，就安全性而言，外墻采用內保溫或預制夾心板的效果要優于外墻外保溫，但由于需占用室內面積，且一次性成本較大，故在當今房價高企、寸土寸金的情況下，業主或房屋管理部門還是愿意選擇外墻外保溫形式。這就需要施工單位更加注重外保溫用材的錨接和粘貼，可以延長保溫系統的使用壽命，加強外立面的安全系數。本文即就錨栓質量和施工工藝必須通過檢測的相關指標加以實驗和說明。

4.1 錨栓選擇

外墻外保溫應用的錨栓一般是由膨脹件和膨脹套管組成，按照錨栓構造方式分為圓盤錨栓和凸緣錨栓；按照錨栓安裝方式分為旋入式錨栓和敲擊式錨栓；按照錨栓的承載機理分為通過摩擦承載的錨栓和通過摩擦及機械鎖定承載的錨栓；按照錨栓的膨脹件和膨脹套管材料分為碳鋼、塑料、不銹鋼。

錨栓的類別多種多樣，我們應區分不同工況，作出正確選擇。

1）多孔磚砌體、空氣砌塊基層墻體，例如燒結多孔磚、普通混凝土小型空心砌塊等宜選用通過摩擦和機械鎖定的旋入式錨栓。

2）當選用類型巖棉板等自身抗拉強度較低的保溫材料時，錨栓的圓盤直徑宜較常規尺寸更大。

3）當基層墻體厚度不超過100 mm時不宜采用種植類錨栓。

4.2 錨栓抗拉承載力試驗

影響錨栓抗拉承載力的因素較多，我們將模擬不同狀態下的錨栓抗拉試驗，從而分析相關原因及解決方法。

試驗方法：按照國標JG/T 366—2012《外墻保溫用錨栓》附錄C要求，根據不同的試驗條件，在標準試驗條件下分別將同一批錨栓分別以10個為一組錨固于各個基體上，待錨栓穩定之后，用錨栓拉拔儀均勻穩定加載，載荷方向垂直于基層墻體試塊表面，加載至錨栓試件破壞，分別記錄破壞載荷值，并通過國標JG/T 366—2012《外墻保溫用錨栓》附錄C中的計算方法得出最終結果（表1）。

表1 不同條件下錨栓抗拉承載力試驗

從以上數據可以很直觀地看到各組數據波動很大，下文筆者將對其原因進行分析。

4.3 錨栓抗拉拔數據差異原因分析

4.3.1 02號試驗與01號試驗比較分析

02號試驗與01號試驗的區別在于更換了基體，將強度等級C25的混凝土更換成了A2.0的蒸壓加氣混凝土砌塊，其最終結果相差近一倍，這里的原因顯而易見，說明基體本身的強度高低對錨栓抗拉承載力有極大的影響。當然基體強度也不是越高越好，當基體強度過高，也可能會影響到膨脹套管的充分膨脹，從而影響其抗拉承載力。

4.3.2 03號試驗與01號試驗比較分析

03號試驗與01號試驗的區別在于將錨固深度從50 mm變更為30 mm，其最終結果有近40%的減小，原因同樣在于摩擦力，當錨固深度為50 mm時，膨脹套管與基體的接觸面積遠遠大于30 mm時，給到膨脹套管的壓力也更大，摩擦力也就更大。

4.3.3 04號試驗與01號試驗比較分析

04號試驗與01號試驗的區別在于錨固前使用的沖擊鉆頭不同，一個是全新的，一個是嚴重磨損的，從數據上可以看到其破壞載荷的平均值略有提高，但其變異系數變大，導致最終標準值反而減小，其原因在于04號試驗的洞眼相對減小，從而基體給予膨脹套管的壓力增大，但也有個別膨脹套管有膨脹不完全的現象，且有個別試樣因洞眼小錨固時有細微損壞的現象，也不便于施工，最終導致數據不穩定。

4.3.4 05號試驗與01號試驗比較分析

05號試驗與01試驗的區別在于錨固方式不同，旋入式錨栓使用了敲擊式的工藝進行安裝，錨固過程中較多的錨栓有損壞現象，甚至有錨栓彎曲的情況，這種種情況導致了該組錨栓數據的全方位下降。

4.4 施工注意事項

試驗給出了最佳錨栓形式，從而對施工提出了更多的注意事項：

1）根據不同保溫材料（材質、厚度、密度）的情況選用規格合適、質量合格的外墻保溫用錨栓。

2）當建筑節能保溫系統所在的基層為低強度材料時，可以適當增加錨栓的種植密度和錨固深度。

3）施工方要嚴格檢查工人所使用的鉆頭規格是否符合所種植錨栓的尺寸，且應經常更換磨損嚴重的鉆頭以確保所打洞眼尺寸符合要求。

4）施工方必須加強工人的操作管理，嚴格按照錨栓標準的安裝方式進行施工，不能貪圖便利私自改變工藝流程。

5）錨栓在施工現場應妥善保管，避免意外損壞。

6）嚴格按照設計的錨固密度進行施工，杜絕偷工減料的行為。

5 結語

現階段的建筑節能保溫技術各有利弊，我們需要根據工程的實際情況選用最合適的技術，做到揚長避短，真正地做到安全節能。

推廣建筑節能外墻保溫既有利于國家的可持續發展，又有利于老百姓節省日常開支，是大勢所趨。相比世界發達國家的建筑節能發展史，我們國家的建筑節能仍然有很長的路需要走，但相信總有那么一天我們可以走在世界前列。