薄抹灰外墻外保溫系統破壞成因研究

趙曉輝 張書航 趙領志

外墻外保溫系統根據其飾面層不同分為涂料飾面和貼磚飾面，目前國內主要采用的是涂料飾面，防護層采用抹面膠漿的薄抹灰做法。外墻外保溫系統根據保溫板材不同分為XPS、EPS 和巖棉板，該系統由黏結層、保溫層、防護層組成，系統構造如圖1 所示[1]。

圖1 外墻外保溫系統構造圖

近年來，全國各地相繼出現了一些外墻外保溫脫落的安全事故問題，甚至是墜落物傷人事件。一般情況下，該系統的設計有效期為25 年。部分項目已達到設計年限，因此對薄抹灰外墻外保溫系統的破壞成因進行分析研究，具有十分重要的現實意義。

1 破壞機理

根據國內標準《外墻外保溫工程技術標準》（JGJ 144-2019）和歐洲技術認定組織頒布的《有抹面復合外保溫系統歐洲技術認定指南》理論和相關檢測體系，可以發現外墻外保溫系統安全性的關鍵在于能否抵抗應力變化，主要關注的應力有兩種，一種是垂直于保溫板的拉應力，另一種是保溫板水平方向變形應力[2]。

拉應力主要來源于風荷載，根據伯努利原理可以得出，當物體界面有氣體流動時，該界面處的空氣壓力會發生變化，流動速度越快壓力越小。

變形應力主要來自于保溫板的變形和水泥基構造層的收縮，保溫板作為有機材料，受自身特性和生產工藝影響以及外部溫濕度變化相互作用，需進行一段時間的陳化養護，陳化期間尺寸變化是材料性能最明顯的變化。在外墻外保溫施工過程中，抹面施工完成后，抹面層會逐漸干燥收縮，若期間部分保溫材料發生變形，抹面層就會隨之承受較大的應力，造成不同程度的龜裂，在環境干濕、凍融循環作用下裂紋會不斷擴展，進而影響飾面層甚至外墻外保溫系統的安全[3]。

2 項目調研

基于薄抹灰外墻外保溫系統破壞機理分析，對9 個建成項目進行現場調研，對比項目現狀缺陷情況，通過分析調研數據，對后續外保溫系統安全隱患評估及修繕提供數據支撐。本文選取兩個項目進行舉例說明，圍繞外墻外保溫系統中薄弱環節確定若干個影響因素，包括有效黏結率、系統黏結強度（保溫板與基層黏結強度、抹面膠漿與保溫板黏結強度、膠黏劑與基層黏結強度）以及聚合物有效成分等。

2.1 調研項目一

該項目2014 年入住后陸續出現外墻外保溫系統開裂或保溫板脫落情況，經過維修并未徹底解決相關問題。部分建筑存在外墻外保溫開裂現象，經過現場檢查發現開裂多為保溫板板縫開裂。

截至2021 年底，整個項目已先后出現8 棟建筑保溫板脫落。對該項目所有建筑進行了外墻外保溫系統檢測，包括保溫板與基層黏結強度、抹面膠漿與保溫板黏結強度、膠黏劑與基層黏結強度等，并對部分建筑進行了黏結率檢查，同時對個別建筑進行了抹面層和黏結層聚合物有效成分試驗，試驗結果如表1 所示。

表1 聚合物有效成分試驗結果

2.2 調研項目二

該項目為2013 年入住的框架剪力墻結構高層住宅，外墻外保溫為60 mm厚EPS 薄抹灰系統，目前部分起居廳及臥室外飄窗周圍的墻體及頂板存在發霉情況。

經現場分析發現，該項目發霉現象主要由于結露引起。結露的原因是由于飄窗、陽臺等構造節點外保溫施工不當，保溫層厚度未達到設計要求或使用過程中發生損壞，導致該部位表面溫度較低，造成內墻結露、發霉。

3 數據分析

本次共調研了9 個小區近百棟建筑，對6 個小區進行現場取樣檢測聚合物有效成分，其中7 個小區部分建筑存在黏結強度和黏結率不滿足設計或規范要求情況，5 個小區存在飾面層或抹面層開裂現象。

通過對9 個項目的有效黏結率進行統計，數據如圖2 所示,結果表明部分檢測值低于國家標準規定的限值（點框粘貼法有效黏結率不低于50%，條粘法有效黏結率不低于60%），該數值是外墻外保溫系統的重要安全指標，負風壓對黏結率低于40%的外保溫系統會造成較大的破壞影響[4]。

圖2 有效黏結率統計對比圖

保溫板與基層黏結強度分布數據如圖3 所示，結果表明不同項目的保溫板與基層黏結離散性較大，顯示不同項目的施工質量存在較大差別。抹面膠漿與保溫板黏結強度分布數據如圖4 所示，結果表明不同項目的保溫板與抹面膠漿離散性同樣較大，應采取相應措施加大施工質量的控制力度。膠黏劑與基層黏結強度分布數據如圖5 所示，結果表明膠黏劑之間離散性較小，施工質量相對可控。正常外墻外保溫施工過程中，應是同一批次材料、同一施工班組在相同的時間進行施工，而前兩者的檢測數據也印證了這一假設，不應呈現出較大的離散性。

圖3 保溫板與基層黏結強度分布圖

圖4 抹面膠漿與保溫板黏結強度分布圖

圖5 膠黏劑與基層黏結強度分布圖

與前兩者的檢測手段不同的是，膠黏劑與基層進行現場檢測時，需要用角磨機對原有膠黏劑進行切割，然后再進行拉拔試驗，因此在使用角磨機過程中會對原有膠黏劑產生擾動，該擾動會影響檢測數據，自身強度高的膠黏劑受角磨機擾動影響較小[5]。

驗證上述假設進行了試驗研究，試驗中設置兩組膠黏劑，A 組聚合物有效成分滿足規范要求，B 組聚合物有效成分為1%，每組膠黏劑分別制作10 個200 mm半徑的圓形試件，以及10 個100 mm×100 mm 的方形試件，所有試件厚度均為10 mm。自然養護28 d 之后，再對圓形試件用角磨機進行切割，將其切割成100 mm×100 mm 的方形試件，然后對40 個試件進行黏結強度拉拔試驗，試驗數據如表2 所示，同時對數據進行了分析對比，如圖6、圖7 所示。通過對上述試驗數據進行對比分析，結果表明B 組切割后的數據離散系數遠高于其他3 組數據，因此驗證了上述推論。

圖6 A 組試驗數據對比圖

圖7 B 組試驗數據對比圖

表2 黏結強度拉拔試驗數據匯總表（單位：MPa）

4 結語

通過對外墻外保溫系統破壞成因進行分析，其破壞機理主要以風荷載和自身變形為誘因，在外因作用下會對保溫板薄弱部位產生不利影響甚至造成破壞。通過對9 個項目進行現場調研發現，部分項目外墻外保溫系統黏結強度不足，存在構造層聚合物有效成分、黏結率、黏結方式不滿足設計或規范要求情況。試驗表明進行膠黏劑與基層現場檢測時，角磨機的使用對拉拔試驗數據會產生較大影響，自身強度高的膠黏劑受角磨機擾動影響較小。