負風壓對空腔結構薄抹灰外墻外保溫系統的影響研究

郭磊

摘要：通過研究驗證了系統空腔在負風壓下產生的應力，是薄抹灰外墻外保溫工程質量的風險因素之一，為合理規避因該因素造成質量風險，應保證膠粘劑的粘貼面積和粘結強度，為有效規避風險，建議使用滿粘法粘貼保溫材料或設置一定量的平衡氣壓裝置。

關鍵詞：外保溫系統；系統空腔；負風壓

一、理論研究

負風壓是造成外保溫脫落空鼓的誘因之一，風速較大的風吹過外保溫表面，瞬時形成較大負風壓區域，而外墻外保溫內部空腔氣壓不會改變，如此，外保溫內外產生較大壓差，壓差較小時外保溫可能產生空鼓，壓差較大時，保溫板被拉出破壞。故研究風荷載的影響，對外保溫工程問題的防控具有非常實用意義，在《外墻外保溫系統材料安全性評價方法》GB/T 31435-2015[1]中，作為外墻外保溫系統材料進行安全性評價一部分，在進行連接可靠性評價時，建筑物表面風載荷設計值作為主要的依據標準，足見風載荷影響的重要性。但目前對外墻外保溫系統風載荷的影響并沒有得到充分重視，如GB/T 29906-2013[2]中取消了抗風壓的檢測，有的系統雖然進行了抗風壓檢測，但檢測是在理想狀態下進行的，未考慮外保溫局部較大的風載荷影響和部分結構薄弱情況。對于防控風載荷對外保溫工程質量的防控手段，理論上，可以在建筑風載荷計算和風環境模擬的基礎上，通過設計結構降低空腔在負風壓下的應力，如通過特殊構造平衡風壓，或采用滿粘法徹底消除空腔結構等，但需要有效的驗證。

對于空腔結構的影響，當前研究只停留于針對實際工程質量問題進行理論論證階段，對認識空腔結構設置不當所具有的風險性起到較好的指導作用，但對于空腔結構的影響機制沒有科學明確的論證。究其原因，主要是沒有有效的研究方法加以研究。模擬軟件（PHOENICS）是目前進行建筑風環境常用的研究工具，能夠模擬建筑在不同風環境下，建筑外墻面所受到的風壓值，所以完全可以采用風環境模擬軟解結合實際工程案例進行研究，研究驗證在外墻面負風壓條件下，系統內部空腔所產生的壓力與系統質量問題的相關性。

二、主要研究

本研究對外墻脫落嚴重的兩個工程項目進行了現場調研，一個外保溫工程脫落嚴重，一個外保溫工程出現大量大面積空鼓，現場將脫落和空鼓位置進行了詳細記錄，根據兩個工程相關技術資料，模擬風環境下，兩建筑表面的風壓分布。

在對脫落較為嚴重的外保溫工程的模擬，因其脫落時間為冬季，故模擬條件設定冬季，風向西北，風速18.0m/s（8級大風），模擬整個工程中各個建筑的外墻表面風壓情況，并與實際建筑外表面情況進行對照分析。

通過研究風環境模擬結構，結合工程實際情況，發現該外保溫工程中出現問題最嚴重的的區域（5號樓東面和8號樓西面），均發生于風環境模擬中負風壓最大區域，見圖1，由于該工程發生脫落后已進行了修繕，圖中顏色相對較淺的區域即為脫落部分，脫落部位均發生于負風壓較大的區域（模擬圖中藍色區域），藍色區域中未脫落的部位也出現了大面積裂紋，經查詢該工程粘接保溫板工藝采用點框法工藝，研究其脫落的保溫板后發現，膠粘面積不足40%，且脫落面為膠粘劑與基層斷裂，斷裂面平整，同時還存在膠粘劑與基層未粘貼現象，根據模擬結果，負風壓最大區域達到-300Pa，而系統內部具有較大空腔，空腔的氣壓按標準大氣壓101.3kPa，對于該區域保溫板所產生的拉力約為101.6 kPa，（0.102MPa），完全小于合格的基層與膠粘劑的拉拔強度（0.3MPa），同時也小于膠粘劑與保溫板（該工程保溫材料為XPS保溫板）的合格拉拔強度（0.15MPa），但仍出現膠粘劑從基層脫落現象，說明脫落處膠粘劑與基層強度的拉伸性能不合格，原因為基層表面有浮灰或脫模劑等原因膠粘劑與基層粘結不充分，致使斷裂面平整，加之部分區域與基層未有效粘貼，致使在較大拉力的作用下脫落。

為了充分說明該問題，本研究對另一項外保溫空鼓問題嚴重的工程進行了分析研究，在考察工程現場的基礎上，進一步對該工程進行了風環境模擬，該工程處于海邊，故風環境按照其地理環境，模擬條件設定東南風，風速18.0m/s（8級大風），模擬整個工程中各個建筑的外墻表面風壓情況，并與實際建筑外表面情況進行對照分析。

圖2中為該外墻外保溫項目在風環境模擬實驗后，建筑外墻外墻負風壓最為嚴重的四棟建筑，對應研究后發現，兩處空鼓嚴重區域（15號樓和12號樓，12號樓空鼓嚴重，施工方將空鼓處拆除并利用圍擋保護），處于負風壓較為嚴重區域，同時其他兩棟（14號樓、13號樓）的負風壓較大區域出現了嚴重的大面積龜裂，由此進一步驗證了負風壓下，系統內部空腔所具備的壓強所產生的應力，是薄抹灰外墻外保溫質量問題的一項重要風險因素。

但值得注意的是，兩個工程項目中，風環境模擬結果中，并不是所有建筑外墻面負風壓較大的區域均出現空鼓和裂紋等質量問題，所以負風壓作用下所產生的內應力并不是工程質量問題出現的直接原因，若膠粘劑與基層或膠粘劑與保溫板粘結不充分，粘結強度不達標，負風壓下空腔產生應力造成外保溫空鼓和脫落的風險性大大提升，若保溫板模量小，抹面層韌性不足，正負壓循環作用下內應力致使保溫板循環彎曲形變，造成外保溫工程大面積裂紋的風險性提高。故負風壓下，空腔結構所產生的應力破壞只是系統質量問題的誘因，關鍵因素是系統的粘接質量和各項組成材料的性能匹配。

從另一個角度出發，在實際外保溫工程中，完全可以參考本研究的方法，在外保溫設計之初，可以對建筑整體進行風環境模擬，根據模擬結果，針對建筑外表面負風壓較大的區域，進行強化處理設計，有針對性的避免負風壓的影響。

從目前的實際施工角度講，外墻外保溫空腔結構不可避免，因為目前薄抹灰外墻外保溫工程，普遍采用點框法的粘貼方式進行，相關系統標準要求粘貼面積不小于70%的要求，若墻面平整度不高，粘接面積將減小，不可避免會產生空腔，所以在目前的外保溫工程中，尤其是高層建筑中，外保溫存在空鼓和脫落的風險較大。對于有效避免空腔結構在負風壓下產生應力的破壞作用，當前已經有一些探索性研究，比較成熟的解決方法是在高層建筑上建議使用滿粘法進行保溫板粘貼，以提高安全性，但對基層的平整度也提出較高的要求。一些地域也出臺了相關政策以減少系統空腔結構，如唐山市和青島市，就出臺文件要求保溫板粘貼必須采用滿粘法，膠粘劑要滿鋪在保溫板粘貼面上，厚度不小于10mm。

滿粘法的確可以大大降低空腔，進而降低負風壓下系統內應力的破壞作用，滿粘法也有自身的不足，首先從技術角度講，滿粘法對基層的平整度要求高。從經濟層面講，施工工時和用料增多，經濟性降低。從安全角度講，增加了建筑負重，從另一個層面增加了質量風險性。所以，為了解決空腔的影響，需要探索更加便捷、經濟和安全的方式，在一些工程實踐中，外保溫工程中設置了“吸氣孔”主要原理是“吸氣孔”（“平衡氣壓裝置”更合理）能夠起到平衡氣壓的作用，當外墻面負壓產生時，空腔內部壓力可以通過氣孔釋放，為了驗證這一設置的有效性，本研究采用自然老化試驗進行驗證研究。

三、結論

系統空腔在負風壓下產生的應力，是薄抹灰外墻外保溫工程質量的風險因素之一，為合理規避因該因素造成質量風險，應保證膠粘劑的粘貼面積和粘結強度，為有效規避風險，建議使用滿粘法粘貼保溫材料，或設置一定量的平衡氣壓裝置。實際外保溫工程中，建議參考本文的方法，在外保溫設計之初，對建筑整體進行風環境模擬，根據模擬結果，針對建筑外表面負風壓較大的區域，進行優化設計，從而進一步降低外保溫發生質量問題的風險性。

參考文獻：

[1]中國建筑科學研究院等.《外墻外保溫系統材料安全性評價方法》GB/T 31435-2015[S]. 中國標準出版社，2015

[2]中國建筑標準設計研究院等?！赌Ｋ芫郾桨灞∧ɑ彝鈮ν獗叵到y材料》GB/T 29906-2013[S]. 中國標準出版社，2014