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外墻外保溫的大力發(fā)展與應用
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發(fā)布日期：[2014-11-25] 共閱[1899]次 |
節(jié)約能源是我國經濟建設中的一項長期戰(zhàn)略任務。改革傳統(tǒng)的墻體提高其保溫性能，是降低我國采暖建筑能耗的重要措施。為了較大幅度地提高外墻的保溫性能，應堅決貫徹和實施“民用建筑節(jié)能設計標準”規(guī)定，很明顯，采用粘土空心磚、各種混凝土空心砌塊、加氣混凝土砌塊或條板等單一墻體材料已難滿足節(jié)能50%的要求。大幅度地提高外墻保溫性能的*途徑是采用結構材料與保溫材料結合而成的復合墻體。復合外墻的保溫方式有三種，即內保溫、中間夾芯保溫及外保溫。上世紀90年代以前，國內常用的保溫方式為內保溫及中間夾心保溫。外保溫與其他兩種保溫方式相比有許多突出的優(yōu)點，因此，外保溫復合結構墻體已成為墻體保溫方式的發(fā)展方向，特別在寒冷與嚴寒地區(qū)應用更能顯示其*性，理應發(fā)展和大力推廣。北歐各國外保溫復合墻體早已普及，其他歐美國家緊隨其后也已廣為應用。我國研究與應用外保溫墻體較晚，自90年代初，我國積極引進多種外保溫體系，在北方大城市已得到推廣應用，本文參照國內外資料及多年來的工作經驗，試圖對外保溫墻體的優(yōu)點、主要技術問題、三種外保溫體系的特點等進行較全面的闡述。外保溫不僅適用采暖民用建筑和空調建筑，也適用于工業(yè)建筑，外保溫既可用于新建筑，也可用在舊建筑上，這種保溫做法在低層、多層及高層建筑上都可應用，總之，外保溫墻體適用面極廣。 一、外保溫墻體優(yōu)點
1、基本上可以消除熱橋
采用外保溫在避免出現(xiàn)“熱橋”方面比內保溫有利，如在內墻與外墻、外墻與樓板、外墻角以及門窗洞口等部位，內保溫無法避免“熱橋”，外保溫既可防止“熱橋”部位產生的冷凝水，又可消除“熱橋”造成的額外熱損失。
2、改善室內熱環(huán)境質量和減少采暖熱負荷
室內熱環(huán)境質量受室內空氣溫度和圍護結構內表面的影響。這就意味著，如果提高圍護結構內表面溫度，而適當降低室內空氣溫度，也能獲得室內舒適的熱環(huán)境。因此，舊房節(jié)能改造后，墻體外側附加了保溫層，其內表面溫度必將提高，這就有可能在不降低室內熱環(huán)境質量的前提下，適當降低室溫就可以減少采暖負荷。
3、減少降溫冷負荷
若在夜間引入室外冷空氣則有利于蓄冷。另外，除外側保溫外，再增設通風空氣層以預先減少太陽輻射熱對冷負荷的影響。
4、熱容量得到提高
采用外保溫之后，結構層墻體部分的溫度與室內溫度相接近。這就意味著，室內空氣溫度上升或下降時，墻體能夠吸收或釋放能量，這有利于室溫保持穩(wěn)定。雖然墻體熱容量高并不能降低熱損失，但能充分利用從室外通過窗戶投射進室內的太陽能。
5、墻體潮濕狀況得到改善
采用外保溫做法，無需設置隔氣層，可確保保溫材料不會受潮而降低其保溫效果，還由于采取外保溫措施后，包括結構層或舊墻體在內整個墻身溫度會提高，從而降低其含濕量，故能進一步改善墻體的保溫性能。
6、墻體氣密性能得到提高
如果外保溫用在氣密性能差的墻體上，如加氣混凝土、輕骨料混凝土、空心砌塊、木結構等結構層，則可大大提高其氣密性能，從而導致進一步節(jié)約能源的效果。
7、有利于保護基層墻體
如果基層墻體是混凝土，且為內側保溫，因受室外氣候及日照的影響，使保溫墻體的溫度發(fā)生很大變化，并導致墻體的熱脹冷縮。但是墻體同時又受到柱子和樓板的約束，墻體的伸縮將使受約束部分為中心處產生熱應力，這種熱應力可能是拉應力，也可能是壓應力。因為混凝土的抗壓能力強，而抗拉能力弱，故隨溫度變化而發(fā)生反復伸縮，容易導致混凝土墻體出現(xiàn)龜裂。如采用外側保溫，則混凝土墻體的溫度變化大為減弱，往往可以避免龜裂現(xiàn)象的產生。
8、便于改造與經濟性好
對于舊房節(jié)能改造，進行附加外保溫施工時居民仍可留在家中，無需臨時般遷，不影響住戶的正常生活，且附加外保溫可少占使用面積3%左右，還不會與住戶引起不必要的糾紛。做外保溫不影響室內裝修，故深受居民歡迎。
對于舊建筑，如果外墻已有外裝修，墻面已很平整，那么采用附加外保溫是特別合適的。當外墻必須進行整修或抗震時，同時做附加外保溫是合適的時機，也是經濟的方案。
二、主要技術問題
通常，外保溫墻體是由功能分明的基層墻體、保溫層、保護層及飾面層四部分組成。起承重作用的基層墻體主要有鋼筋混凝土、混凝土空心砌塊、粘土實心磚及粘土空心磚；保溫材料通常選用礦棉、玻璃棉、聚苯乙烯板及超輕保溫灰漿；保護層必須采用增強粉刷，常用多孔金屬網、鋼絲網、耐堿玻璃纖維以及鋼纖維等作為粉刷保護層的增強措施；外飾面層除了美化建筑物外觀外，還應具有防火、防水、抗沖擊、抗日曬、抗凍、抗裂等優(yōu)良性能；常用的外飾面材料有著色涂料、瓷磚及大理石等。如何使上述材料彼此牢固地結合在一起并與基層墻體相連接，還應確保耐候性能強和避免表面產生裂紋，這是外保溫墻體的三個關鍵技術問題。
1、抹灰保溫層與基層墻體連接
抹灰保溫層是指保溫材料及其增強抹灰保護層。作用在基層墻體上的這部分額外負荷從輕的聚苯乙烯板外保溫到較厚的水泥粉刷礦棉外保溫，其重量約為10Kg/m2和50Kg/m2，幾乎毫無例外，這部分額外負荷對基層墻體并沒有多大影響，應而可忽略不計。但由保溫材料及其增強抹灰保護層和飾面層所構成的礦棉外保溫比較重，其自重必須考慮在內。
抹灰保溫層與基層墻體主要有以下四種連接方法：
(1)連桿托架
連桿托架起到懸臂托架作用，用它來支承抹灰保溫層的自重，這是一種鋼性連接方式，如用于礦棉外保溫體系。
(2)斜連桿托架
斜連桿托架也稱擺式連桿托架，用它來支承抹灰保溫層的自重這是一種柔性連接方式，可避免與減少抹灰層產生裂紋，適用于礦棉外保溫墻體。
(3)長螺桿
采用長螺桿支承聚苯板的自重，并把聚苯板固定在基層墻體上。
(4)膠粘劑
采用膠粘劑把聚苯板貼在基層墻體上，抹在聚苯板上的粉刷，其彈性系數(shù)應較低，必須采用耐堿玻璃布增強，而聚苯板的鋼度則較高。這種做法與灰漿抹在硬質材料的基底上很相似，兩者結合的非常牢固。
(5)噴涂超輕保溫灰漿
以厚厚的超輕灰漿作保溫材料直接噴涂或抹在基層墻體的表面上，然后再噴涂外飾面，若需貼瓷磚則應設置鋼絲網。
2、裂紋的產生與消除
(1)產生裂紋的原因
抹灰層產生裂紋原因比較復雜，其中主要的有：因抹灰層自重引起的位移和應力。對于用泡抹塑料保溫板上抹增強粉刷層的做法，因自重引起的位移很小。所以不應該產生任何問題，因抹灰層開始凝固變硬而產生收縮位移，這種現(xiàn)象并非周期性的，但很難避免。為了盡可能減少因收縮而引起的裂紋，重要的是應采用抗裂砂漿，還應注意施工季節(jié)。如剛做完抹灰層后受大雨淋濕，抹灰層的含水量很快達到飽和狀態(tài)，隨后立即受到強烈的陽光照射，抹灰層會很快干燥而產生收縮裂紋，因室外綜合溫度造成的位移，在抹灰層內溫度波動幾乎*取決于室外空氣溫度、垂直面上的太陽輻射強度、抹灰層外表面材料的太陽輻射吸收系數(shù)及其外表面換熱系數(shù)。綜合溫度呈年和日變化，此值越高，抹灰層內產生的熱應力位移越大，產生裂紋的可能性也越大。上述三方面是表面產生裂紋的主要原因。
(2)對裂紋的基本要求
*消除表面裂紋是不現(xiàn)實的，因此，解決裂紋問題實際上是限制裂紋的允許寬度問題。到目前為止，國內外對此尚無明確的有關允許裂紋寬度的規(guī)定。但在實踐中應考慮到因裂紋所引起的影響因素：
----影響墻面觀感；
----受大雨淋濕后，雨水滲入墻體內部；
----降低保溫及氣密性能。
(3)消除或減少裂紋產生的危險
細裂紋是難于*避免的，因此任何消除在抹灰層內出現(xiàn)具有危險性的裂紋是主要問題，原則上，為了消除因拉伸應力而形成的裂紋，可采取如下措施：
----允許抹灰層同基層墻體能自由地移動；
----如果抹灰層具有足夠的抗拉強度，若抹灰層內設置了耐堿玻璃纖維布或鋼絲網，那么可以允許抹灰層內產生應力；
----適當?shù)卦O置膨脹縫。
3、增強或加筋的作用
毫無例外，外保溫墻體上的抹灰層必須增強，增強措施隨其所采用的材料、形狀和數(shù)量而不同。如以多孔金屬網、鋼絲網、鋼纖維或耐堿玻纖網作為抹灰層的增強或加筋措施，可起如下作用：
----抹灰層投入使用的初階段，采取增強措施是防止產生裂紋的關鍵措施；
----增強鋼絲網格可用來固定連桿和其它連接另件；
----增強措施可提高機械強度；
----增強措施可用來分散所出現(xiàn)的裂紋。
為此目的，必須增強充分，因此必須進行適當?shù)脑O計。因為抹灰層的極限抗拉強度相當?shù)?，不大可能阻止因拉伸應力而產生的裂紋，但應使這種裂紋細小到沒有危害的程度。
4、膨脹縫
對于寬和長的墻面，會產生較大的拉伸應力，必須分割抹灰層，設置膨脹縫來限制拉伸應力，阻止其裂紋的產生。即是開裂的危險不能*避免，設置膨脹縫也起著重要作用，因為發(fā)生在裂紋內的大位移是由接縫之間的距離決定的。
至于設置膨脹縫的需要和膨脹縫之間的距離問題一般說來很難答復，現(xiàn)在只能這么說，對于采用連桿托架、擺式斜連桿托架(柔性連接)、長螺桿三種連接方法的外保溫體系，設置膨脹縫是有好處的，但對于采用粘結劑及噴涂超輕保溫灰漿的兩種外保溫體系，只可能產生小的位移，所以不必設置膨脹縫。
5、應力集中
通常墻面被窗戶之間的垂直和水平線條所分割，從而產生應力集中，在窗戶四周尤為明顯。裂紋首先在應力集中的部位產生，早出現(xiàn)的這種裂紋，其寬度和長度會逐漸增大和延伸，直到應力消失才終止。如果抹灰層中的增強措施還能起分散裂紋的作用，那么新的裂紋將在比較靠近先出現(xiàn)裂紋的地方發(fā)生，依此類推。加筋或增強措施的分散裂紋功能描述如下：
----如果不設置裂紋分散筋，那么出現(xiàn)的單條裂紋，其寬度可大到2mm或3mm，這種裂紋當然是有害的。
----設置裂紋分散筋不僅僅是為了防止產生裂紋，而且有可能以細裂紋替代有害的寬裂紋。
需要加強增筋的主要有如下部分：
----窗戶四角應力集中的部位應設置加強網加強。
----外墻角底部應用增強網加強
6、雨水沖刷
傾盆大雨會把墻面淋濕與侵透，大量雨水被保溫材料所吸收，造成多種有害的結果。在惡劣的條件下，吸入的水分要經過若干年才能排出。為此，理所當然對抹灰層提出了很高的抗凍要求，顯然，墻體外表面出現(xiàn)寬裂紋是不能接受的，尤其是暴露在傾盆大雨之中的墻表面，限制寬裂紋尤為重要。
7、防火
外保溫墻體的各種組成材料都要有不同程度的防火能力。
----墻體內不采用易燃材料，因而火勢不會蔓延。但遭遇到火災時有大塊粉刷脫離的危險，務必加以考慮，以防傷人。
----墻內采用易燃材料能促使火焰蔓延，發(fā)生火災時有大塊粉刷脫離，十分危險。
針對層數(shù)不高而需要做附加外保溫的建筑物，防火規(guī)范隨著層數(shù)的增加變得越來越嚴格了。以四層和八層作為防火等級要求的分界線。
8、表面性能
飾面層做在保溫層之上意味著飾面材料鋪在易變形和壓縮的基層上面。飾面層應能承受住沖擊和碰撞，其穩(wěn)定性取決于基底材料的種類、飾面層的厚度及其加筋的種類。此外，小五金之類的固定方法，如天溝、落水管及標牌等均應細致地處理妥當。
9、自重引起的位移和應力
采用粘結劑把薄薄的抹面膠漿涂抹在聚苯板上的體系不應該發(fā)生任何問題，因自重引起的位移很小。
采用連桿把較厚抹灰層的支撐件固定于基層墻體之上，這種體系通常是基于其工作原理，這意味著應特別注意因自重所引起的位移和應力問題。
下面敘述各種不同類型的連桿工作方法：
----剛性托架支承抹灰層并固定于建筑物的勒腳底座上面。抹灰層的自重由埋在抹灰層中的直線條澆注件承受并懸垂于托架之上，這種設計方案可因勒腳承擔自重造成的位移變得很小。不過，由抹灰層早期的塑性變形還可能會出現(xiàn)一些位移，這種位移因抹灰層加筋而受到限制。
----把連桿作為支撐托架來承載抹灰層。由抹灰層自重引起的位移，其結果是堅硬的固定連桿發(fā)生向下的彈性變形。由于每個連桿支撐的抹灰總量不大，因此由自重所引起的向下位移也不大。
----允許向下小量位移的自重支承系統(tǒng)會導致在連桿中產生拉力在保溫材料內產生壓力，涉及到的各種因素若能調節(jié)適當，就能保持其位移被控制在允許范圍之內，這些因素是：
----抹灰層的自重，
----每平方米的連桿數(shù)量，
----連桿的固有角度，
----保溫材料的壓縮模量。
除了以上三種連桿工作原理外，還有抹灰層通過木支柱錨接的，由抹灰層自重所引起的位移應該很小。
10、耐候性
我國幅員遼闊，地型復雜，各地氣候差異懸殊。為了抵御不同氣候條件下的各種氣象因素對外墻外保溫體系的危害，應滿足耐候性要求。耐候性是指各種外墻外保溫墻體抵御不同氣象因素作用的性能。這里的氣象因素主要有室外溫度、日照、風沙及雨水等。
外保溫體系在實際使用中會受到相當大的熱作用，其中室外空氣溫度、日照及風速是決定性因素。在保溫材料外側抹灰，保護層內溫度變化十分激烈，其程度比以導熱材料為基底的保護層溫度要大的多。由于聚苯板或礦棉板保溫性能特別好，其保護層溫度在夏季可高達80℃。夏季持續(xù)晴天后突降暴雨所造成的表面溫度變化以及陽光照射部位和陰影部位之間的溫差可達50℃之多。夏季高溫與日照還會加速保護層老化。保護層中的某些材料受紫外線輻射、空氣中的氧氣和水分作用而失效。
外保溫體系保護層材料的性能主要涉及聚合物水泥砂漿的抗裂性、與聚苯板的粘結強度、耐老化性能以及玻纖網的抗拉強度、拉伸伸長量和耐堿性。
外保溫體系的施工質量問題主要有聚苯板拼接縫不嚴密、聚苯板打磨不平整、玻纖網增強聚合物水泥砂漿層太厚或不均勻以及玻纖網在砂漿中位置安排不當?shù)取?br />外保溫體系的設計問題主要涉及分割縫的設置、保護層門窗洞口與陽角部位以及與不同構造的結合等的處理是否妥當。
外保溫墻體的耐候性能應按國家行業(yè)標準”JG149-2003”《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》附錄C的試驗方法嚴格測定，并以被測墻體表面有無裂紋、空鼓、剝落等現(xiàn)象為依據作出科學的評價結論。
三、外墻外保溫體系實例
1、礦物棉外保溫
礦物棉外保溫可用于低層、多層或高層民用建筑，既可用于現(xiàn)有建筑節(jié)能改造，也適用新建筑。
(1)礦物棉外保溫墻體特點
a、本體系采用特制的柔性防銹金屬連接件把礦棉板固定在基層墻體上，然后用鍍鋅點焊鋼絲網與特種砂漿組成改性鋼絲網水泥作為保護層，后噴涂或人工涂抹著色涂料飾面或貼面磚。保護層及其飾面層相對基層墻體是可以移動的，從而阻止了因水分和溫度作用引起在保溫層內產生拉伸應力，導致裂紋的產生。
b、本體系有質地堅硬、色彩豐富的飾面層，并具有抗沖擊力、抗凍、防風及向室外擴散水分的能力。
c、本體系防火性能優(yōu)良，不會燃燒，火焰不會蔓延。
d、本體系具有優(yōu)異的保溫性能，還可降低噪聲，促使住宅區(qū)安靜舒適。
e、本體系適用于各種建筑墻體，如混凝土結構、磚混結構、加氣混凝土結構及木結構等。
(2)墻體構造
a、基底墻面本外保溫體系適用于各種結構的外墻，無論是新建筑還是舊建筑，基底無需進行任何處理，可以直接施工。
b、連接件本外保溫體系采用特制的防銹金屬柔性連接件，該連接件有較大的抗風能力并可承自重。
c、礦棉板容重100Kg/m3，導熱系數(shù)0.045w/m.K,其厚度根據建筑節(jié)能標準要求確定。
d、鋼絲網采用鍍鋅點焊鋼絲網，與特種砂漿組成改性鋼絲網灰漿。
e、保護層以水泥、石灰、集料及外加劑按一定比例配合，厚度為10mm~15mm。
f、外飾面可噴涂料或其它飾面材料。
(3)基本質量要求
a、必須把連接件牢固地固定在基墻上，應能承受自重與風荷載，每1m2墻面積不少于3個連接件。
b、本體系對墻表面的平整度要求不高，但要把礦棉保溫填嚴實。
c、盡量避免保護層表面出現(xiàn)裂紋，實際上，*消除裂紋是不現(xiàn)實的，問題是應消除有害的寬裂紋，對此應考慮美觀要求、墻面與受暴雨襲擊、氣密性與保溫性能下降的不利影響。
2、聚苯乙烯外保溫
近年來，聚苯乙烯外保溫墻體在我國得到較大的發(fā)展與應用，這種外保溫體系的技術早是從國外引進的，美國、德國及法國的同類技術大同小異，其設計原理及構造做法基本相同。
(1)聚苯乙烯外保溫墻體特點
a、聚苯乙烯外保溫墻體是由基層墻體、粘結膠漿、聚苯乙烯泡沫塑料板、玻璃纖維網格布、抹面膠漿、面層涂料組成。其中粘結膠漿(同抹面膠漿)是一種液體聚合物材料，用于基層墻體上粘結聚苯板和用在聚苯板上粘結網格布以及找平外墻面，具有良好的粘結力。所采用的粘結膠漿較薄且具有較低的彈性模量。
b、本體系具有良好的保溫、防水和水蒸氣滲透性能，以及合適的裝飾效果，若噴涂罩面層，還可以增強系統(tǒng)的抗粉塵能力
c、由于本體系中含有易燃材料，在瑞典對于這種體系是有規(guī)定的，比如建筑物使用高度有限制，醫(yī)院及療養(yǎng)院等建筑不論層高多少一律不準采用。
d、本體系使用粘結膠漿來粘結保溫材料及增強網格布等，無需金屬固定件，所以不存在熱橋。
e、本體系的突出優(yōu)點是施工簡便、省工又省料，能大大縮短工期。
(2)基本質量要求
a、本體系所采用的材料如粘結劑、聚苯板、網格布、面層涂料應列出其主要技術性能指標要求。可根據國家行業(yè)標準“JG149-2003”的規(guī)定，對有關項目進行檢測。
b、基層墻體表面必須清理干凈并填實補平和清除凸起部位，以利于保質保量地把聚苯板貼牢。
3、特種保溫灰漿外保溫
本體系是在基層墻體表面噴或抹一層厚的特種保溫灰漿。這種容重很低的保溫灰漿是由聚合物膠、水泥及聚苯乙烯顆粒為集料按一定比例配制而成。
(1)特種保溫灰漿外保溫的特點
a、自重輕
保溫灰漿的自重及其它的作用力被粘結力所吸收，因此，本外保溫體系重量輕是一個重要特點，厚度為80mm的保溫灰漿大約相當于15mm厚的普通石灰水泥粉刷。此外，還有一層厚5~8mm的石灰水泥表面飾面層，總重量大約相當于20~23mm的普通石灰水泥粉刷。
b、附著力
保溫灰漿層與基層墻體之間的附著力是靠打底灰漿和增強網來保證的。
c、防火
保溫灰漿層為難燃材料，表面飾面層達一級防火標準。
d、保溫灰漿
保溫灰漿以膨脹聚苯乙烯顆粒為集料，其大粒徑為2mm，密度約300Kg/m3,導熱系數(shù)為0.080w/m.K左右，比礦棉高一些。
(2)墻體構造
本外保溫體系構造比較簡單，有基層墻體、涂抹底層材料做基層打底、保溫灰漿層、網格布及外粉刷。
(3)基本質量要求
基層墻體的外表面應清除干凈，對于舊房節(jié)能改造工程，可保留舊的粉刷，但必須除去已松散的粉刷層，以促進附著力的產生。
本外保溫體系對基層墻體外表面的平整度無特別要求。
上述三種外保溫是目前國內外常見的體系，采用了不同的保溫材料、不同構造方法及不同的設計原則，且有一定的代表性，它們都能滿足安全、耐久、美觀與適用的基本要求。
四、結語與建議
1、結語
礦棉(巖棉)外保溫體系，瑞典是該體系的發(fā)源地，已有三十多年的使用歷史，技術上已很成熟，能滿足安全、防火、耐久、美觀與適用的基本要求。
聚苯板保溫體系，美國在技術上處于地位，也有三十多年的使用歷史，能滿足安全、耐久、美觀等要求，但防火性能較礦棉外保溫體系差，膠粘劑的耐久性有待長期考察。本外保溫體系施工快而簡便，這是本體系的突出優(yōu)點。
特種保溫灰漿外保溫體系，具有較良好的保溫性能與防火性能，其構造簡單施工方便，成本低于上述二種體系。
2、建議
(1)因地制宜、就地取材選擇外保溫體系。根據當?shù)貧夂驐l件、節(jié)能要求、建筑材料，特別是保溫材料的資源與供需狀況及施工力量等因素選擇應采用何種外保溫墻體。
(2)除了技術上是切實可行之外，還必須進行深入細致的經濟分析。
(3)根據我們的耐候性試驗結果，本人不建議在簿抹灰外墻外保溫系統(tǒng)上應用較重的飾面材料。以避免重蹈覆轍，造成嚴重后果。
(4)應高度重視防火問題，尤其是采用聚苯板外保溫體系。 |
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