外墙保温体系面层裂缝产生原因及其控制技术(一)
1 前言
外墙保温面层的裂缝是保温建筑质量通病中的重症,防裂是墙体保温体系要解决的关键技术之一。
本课题重点对产生裂缝及无裂缝典型工程进行实地调研并进行了深入分析.总结出一些产生裂缝的原因以及减少裂缝的经验.并与科研院所及大专院校合作进行了抗裂机理及试验验证等多项实验研究。通过调研、分析、实验、研究,明确了目前各类外墙外保温体系产生裂缝的原因,提出了控制裂缝的技术理念和技术措施,并为行业监管提出了建设性意见。
2 外墙保温体系面层裂缝产生的原因分析
2.1 构造设计
2.1.1 外墙内保温构造设计存在的缺陷
内保温是将保温体系置于外墙内侧,从而使内保温层与外墙体分处于两个温度场,建筑物结构受热应力的影响始终处于不稳定状态,使结构寿命缩短。在相同气候条件下,做内保温比做外保温、甚至比不做保温时,外墙与内部结构墙体的温差更大,受外界各种作用力的影响更直接,外墙更易遭受温差应力的破坏。在冬季采暖、夏季制冷的建筑中,室内温度随昼夜和季节的变化幅度通常不大(约为1O℃左右),这种温度变化引起建筑物内墙和楼板的线性变形和体积变化也不大。但是,外墙和屋面受室外温度和太阳辐射热的作用而引起的温度变化幅度较大(昼夜温差可达2O℃ O℃.年温差可达8OoC~IO0~C)。当室外温度低于室内温度时,外收缩速度比内保温体系快,当室外气温高于室内气
温时,外墙膨胀的速度高于内保温体系,这种反复形变使内保温体系始终处于一种不稳定的墙体基础上。根据资料和实测证明.6m开间的混凝土墙面在年温差8O℃的变化条件下约发生4.8mm的形变。这样的形变应力反复作用,不仅使外墙易遭受温差应力的破坏.而且易造成内保温体系的空鼓开裂。内保温的另一个明显缺陷是:结构冷(热)桥的存在使局部温差过大,导致产生结露现象,而结露水的浸渍或冻融极易造成保温墙面发霉、开裂。住户装修,往往使房屋内保温层遭到破坏,破坏后不易修复。因此,从构造设计上看,内保温使外墙、屋面和内墙处于不同的温度场,建筑体系始终处于不稳定状态,建筑物的寿命因此而缩短。
2.1.2 外墙外保温构造设计存在的不足
外保温是将保温体系置于外墙外侧,从而使主体构所受温差作用大幅度下降,温度变形减小.对结
构墙体起到保护作用,并可有效阻断冷(热)桥,有利于延长结构寿命。但由于外保温体系被置于外墙外侧,直接承受来自自然界的各种因素影响.这对外墙外保温体系提出了更高的要求。就太阳辐射及环境温度变化对其影响来说,置于保温层之上的抗裂防护层只有3mm~20mm,且保温材料具有较大的热阻,在得热量相同的情况下,外保温抗裂防护层温度变化速度比无保温情况下主体外墙温度变化速度提高8~3O倍.因此抗裂防护层的柔韧性和耐候性对外保温体系的抗裂性能起着关键的作用,外保温构造设计应充分考虑热应力、水、风、火及地震力的影响。
2.1.2.1 聚苯板薄抹灰外保温构造设计存在的不足
这类外保温通常采用粘贴的方式(也有加锚栓辅助锚固的)固定在墙体的外侧,然后在保温板上抹抹面砂浆并将增强网铺压在抹面砂浆中。目前国内做聚苯板薄抹灰外保温工程的厂家有上千家,除了少部分企业的保温工程外,相当数量的工程在3个月时即出现了超过4级的裂缝,一年(一冬一夏)后很多板缝处的裂缝超过Imm。其原因,从构造设计上分析有以下几点:
(1)从保温材料的因素来讲,膨胀聚苯板在自然环境中的自身收缩变形时间长达60d。试验证明,在自然环境条件下42d或60%蒸汽养护条件下5d,膨胀聚苯板自身收缩变形已完成99%以上,因此标准要求膨胀聚苯板应在自然环境条件下42d或60℃蒸汽养护条件下5d后再上墙。但是实际上很少能达到这些要求。其原因:是膨胀聚苯板长时间养护需要占用大量的场地;二是生产企业由于资金占用、成本控制等因素,通常以销定产.因此大多数工程的膨胀聚苯板自然养护不到一个星期就已上了墙,结果造成膨胀聚苯板上墙后继续收缩,而这种收缩应力均集中在板缝处,对粘附在膨胀聚苯板上的防护层产生拉应力而造成面层开裂。另外,膨胀聚苯板在昼夜及季节变化发生热胀冷缩、湿胀干缩时也会在板缝处集中产生变形应力,因此该类体系板缝处裂缝比较常见。挤塑聚苯板比膨胀聚苯板密度大、强度高,由于自身变形及温差变形而产生的变形应力也大,与膨胀聚苯板相比,更易造成板缝处开裂,见图1。该体系通常采用纯点粘或框点粘。采用纯点粘时,该体系存在整体贯通的空腔。框点粘时,由于必须留有排气孑L.每块板的空腔通过排气孑L及板缝仍是贯通的。当建筑物垂直度偏差通过粘结点粘结砂浆厚度来调整时,特别是墙体偏差较大时,空腔的大小是不确定的。由于该体系存在整体贯通的空腔,正负风压对保温墙面进行挤或拉.而这些力的释放点均为板缝
处.也易造成板缝处开裂.极端情况下负风压甚至会将保温板掀掉,2)从抗裂防护层受热应力的因素来看,该体系聚苯板保温层外仅是3mm的抗裂砂浆复合网格布,膨胀聚苯板的导热系数为0.042W/(m·K),而抗裂砂浆的导热系数为0.93W/(m·K).两材料的导热系数相差22倍。聚苯板保温层热阻很大,从而使防护层的热量不易通过传导扩散.因此当受太阳直射时热量积聚在抗裂砂浆层.其表面温度高达50%~70%.部分地区甚至可达80℃.遇突然降雨降温则温度会降至15%左右,温差可达35℃~65℃。这样的温差变化以及昼夜和季节室外气温的影响.对抹面砂浆的柔韧性和网格布的耐久性提出了相当高的要求。应考虑的另外一个因素是.当聚苯板的温度超过70~Cfl,-J.聚苯板会产生不可逆热收缩变形,造成较为严重的开裂变形,这种情况在高温干燥地区更为明显。
2.1.2.2 现浇无网聚苯板外保温构造设计存在的不足
这类外保温体系通常采用聚苯板作为主体保温材料.放置于大模内侧,与现浇混凝土整体一次浇注固定在基层墙体上。其优点是,实行复合浇注材料一次成型,施工速度快。但该类做法存在以下问题:
(1)聚苯板与混凝土基墙结合力不够。由于EPS板是一种有机绝热材料,与混凝土粘结强度不够,通过拉拔试验发现,粘结强度达不到0.1MPa.拉拔破坏部位是聚苯板与混凝土之间的界面。
(2)平整度和垂直度较难控制。由于现浇混凝土时是分层施工,现浇时混凝土下部的侧压力比上部大,每层聚苯板下部受到的挤压力及压缩变形就比上部大,拆卸外侧模板后,聚苯板回弹时下部回弹比上部大.因此在各层聚苯板相接处均会出现上层聚苯板高出下层聚苯板的台阶,造成表面平整度差另外.由于现浇施工表面平整度控制困难,工程通高垂直偏差较大,局部达到40mm~60mm。
(3)存在局部破损和污染。由于聚苯板表面强度低,在支护和拆卸外模板时,聚苯板表面不可避免地受到损坏,如阳角和外侧板的下支撑架处及穿墙螺孑L等
部位,混凝土在浇注时难以避免出现漏浆形成热桥。
2.1.2.3 采用水泥砂浆厚抹灰钢丝网架保温板外
保温构造设计存在的不足这类外保温通常采用带有钢丝网架的聚苯板作为主体保温材料,分钢丝网穿透聚苯板和不穿透聚苯板两种类型。钢丝网穿透聚苯板的钢丝网架聚苯板.施工时通过与现浇混凝土整体一次浇注固定在基层
1 前言
外墙保温面层的裂缝是保温建筑质量通病中的重症,防裂是墙体保温体系要解决的关键技术之一。
本课题重点对产生裂缝及无裂缝典型工程进行实地调研并进行了深入分析.总结出一些产生裂缝的原因以及减少裂缝的经验.并与科研院所及大专院校合作进行了抗裂机理及试验验证等多项实验研究。通过调研、分析、实验、研究,明确了目前各类外墙外保温体系产生裂缝的原因,提出了控制裂缝的技术理念和技术措施,并为行业监管提出了建设性意见。
2 外墙保温体系面层裂缝产生的原因分析
2.1 构造设计
2.1.1 外墙内保温构造设计存在的缺陷
内保温是将保温体系置于外墙内侧,从而使内保温层与外墙体分处于两个温度场,建筑物结构受热应力的影响始终处于不稳定状态,使结构寿命缩短。在相同气候条件下,做内保温比做外保温、甚至比不做保温时,外墙与内部结构墙体的温差更大,受外界各种作用力的影响更直接,外墙更易遭受温差应力的破坏。在冬季采暖、夏季制冷的建筑中,室内温度随昼夜和季节的变化幅度通常不大(约为1O℃左右),这种温度变化引起建筑物内墙和楼板的线性变形和体积变化也不大。但是,外墙和屋面受室外温度和太阳辐射热的作用而引起的温度变化幅度较大(昼夜温差可达2O℃ O℃.年温差可达8OoC~IO0~C)。当室外温度低于室内温度时,外收缩速度比内保温体系快,当室外气温高于室内气
温时,外墙膨胀的速度高于内保温体系,这种反复形变使内保温体系始终处于一种不稳定的墙体基础上。根据资料和实测证明.6m开间的混凝土墙面在年温差8O℃的变化条件下约发生4.8mm的形变。这样的形变应力反复作用,不仅使外墙易遭受温差应力的破坏.而且易造成内保温体系的空鼓开裂。内保温的另一个明显缺陷是:结构冷(热)桥的存在使局部温差过大,导致产生结露现象,而结露水的浸渍或冻融极易造成保温墙面发霉、开裂。住户装修,往往使房屋内保温层遭到破坏,破坏后不易修复。因此,从构造设计上看,内保温使外墙、屋面和内墙处于不同的温度场,建筑体系始终处于不稳定状态,建筑物的寿命因此而缩短。
2.1.2 外墙外保温构造设计存在的不足
外保温是将保温体系置于外墙外侧,从而使主体构所受温差作用大幅度下降,温度变形减小.对结
构墙体起到保护作用,并可有效阻断冷(热)桥,有利于延长结构寿命。但由于外保温体系被置于外墙外侧,直接承受来自自然界的各种因素影响.这对外墙外保温体系提出了更高的要求。就太阳辐射及环境温度变化对其影响来说,置于保温层之上的抗裂防护层只有3mm~20mm,且保温材料具有较大的热阻,在得热量相同的情况下,外保温抗裂防护层温度变化速度比无保温情况下主体外墙温度变化速度提高8~3O倍.因此抗裂防护层的柔韧性和耐候性对外保温体系的抗裂性能起着关键的作用,外保温构造设计应充分考虑热应力、水、风、火及地震力的影响。
2.1.2.1 聚苯板薄抹灰外保温构造设计存在的不足
这类外保温通常采用粘贴的方式(也有加锚栓辅助锚固的)固定在墙体的外侧,然后在保温板上抹抹面砂浆并将增强网铺压在抹面砂浆中。目前国内做聚苯板薄抹灰外保温工程的厂家有上千家,除了少部分企业的保温工程外,相当数量的工程在3个月时即出现了超过4级的裂缝,一年(一冬一夏)后很多板缝处的裂缝超过Imm。其原因,从构造设计上分析有以下几点:
(1)从保温材料的因素来讲,膨胀聚苯板在自然环境中的自身收缩变形时间长达60d。试验证明,在自然环境条件下42d或60%蒸汽养护条件下5d,膨胀聚苯板自身收缩变形已完成99%以上,因此标准要求膨胀聚苯板应在自然环境条件下42d或60℃蒸汽养护条件下5d后再上墙。但是实际上很少能达到这些要求。其原因:是膨胀聚苯板长时间养护需要占用大量的场地;二是生产企业由于资金占用、成本控制等因素,通常以销定产.因此大多数工程的膨胀聚苯板自然养护不到一个星期就已上了墙,结果造成膨胀聚苯板上墙后继续收缩,而这种收缩应力均集中在板缝处,对粘附在膨胀聚苯板上的防护层产生拉应力而造成面层开裂。另外,膨胀聚苯板在昼夜及季节变化发生热胀冷缩、湿胀干缩时也会在板缝处集中产生变形应力,因此该类体系板缝处裂缝比较常见。挤塑聚苯板比膨胀聚苯板密度大、强度高,由于自身变形及温差变形而产生的变形应力也大,与膨胀聚苯板相比,更易造成板缝处开裂,见图1。该体系通常采用纯点粘或框点粘。采用纯点粘时,该体系存在整体贯通的空腔。框点粘时,由于必须留有排气孑L.每块板的空腔通过排气孑L及板缝仍是贯通的。当建筑物垂直度偏差通过粘结点粘结砂浆厚度来调整时,特别是墙体偏差较大时,空腔的大小是不确定的。由于该体系存在整体贯通的空腔,正负风压对保温墙面进行挤或拉.而这些力的释放点均为板缝
处.也易造成板缝处开裂.极端情况下负风压甚至会将保温板掀掉,2)从抗裂防护层受热应力的因素来看,该体系聚苯板保温层外仅是3mm的抗裂砂浆复合网格布,膨胀聚苯板的导热系数为0.042W/(m·K),而抗裂砂浆的导热系数为0.93W/(m·K).两材料的导热系数相差22倍。聚苯板保温层热阻很大,从而使防护层的热量不易通过传导扩散.因此当受太阳直射时热量积聚在抗裂砂浆层.其表面温度高达50%~70%.部分地区甚至可达80℃.遇突然降雨降温则温度会降至15%左右,温差可达35℃~65℃。这样的温差变化以及昼夜和季节室外气温的影响.对抹面砂浆的柔韧性和网格布的耐久性提出了相当高的要求。应考虑的另外一个因素是.当聚苯板的温度超过70~Cfl,-J.聚苯板会产生不可逆热收缩变形,造成较为严重的开裂变形,这种情况在高温干燥地区更为明显。
2.1.2.2 现浇无网聚苯板外保温构造设计存在的不足
这类外保温体系通常采用聚苯板作为主体保温材料.放置于大模内侧,与现浇混凝土整体一次浇注固定在基层墙体上。其优点是,实行复合浇注材料一次成型,施工速度快。但该类做法存在以下问题:
(1)聚苯板与混凝土基墙结合力不够。由于EPS板是一种有机绝热材料,与混凝土粘结强度不够,通过拉拔试验发现,粘结强度达不到0.1MPa.拉拔破坏部位是聚苯板与混凝土之间的界面。
(2)平整度和垂直度较难控制。由于现浇混凝土时是分层施工,现浇时混凝土下部的侧压力比上部大,每层聚苯板下部受到的挤压力及压缩变形就比上部大,拆卸外侧模板后,聚苯板回弹时下部回弹比上部大.因此在各层聚苯板相接处均会出现上层聚苯板高出下层聚苯板的台阶,造成表面平整度差另外.由于现浇施工表面平整度控制困难,工程通高垂直偏差较大,局部达到40mm~60mm。
(3)存在局部破损和污染。由于聚苯板表面强度低,在支护和拆卸外模板时,聚苯板表面不可避免地受到损坏,如阳角和外侧板的下支撑架处及穿墙螺孑L等
部位,混凝土在浇注时难以避免出现漏浆形成热桥。
2.1.2.3 采用水泥砂浆厚抹灰钢丝网架保温板外
保温构造设计存在的不足这类外保温通常采用带有钢丝网架的聚苯板作为主体保温材料,分钢丝网穿透聚苯板和不穿透聚苯板两种类型。钢丝网穿透聚苯板的钢丝网架聚苯板.施工时通过与现浇混凝土整体一次浇注固定在基层