外墙保温体系面层裂缝产生原因及其控制技术(一)

外墙保温体系面层裂缝产生原因及其控制技术(二)

外墙保温体系面层裂缝产生原因及其控制技术(二)

3．2 材料

目前，建设部编制的外墙外保温技术规程中是将外保温体系作为一个整体来考虑，其中包括外保温体系的构造和设计、施工要点、体系和组成材料性能及生产过程质量控制等诸多方面。外保温体系的设计和安装是遵照体系供应商的设计和安装说明进行的。在保证体系构造设计合理的情况下，体系组成材料的性能就成为关键因素由于各类体系抗裂构造设计理念的实现是通过材料性能来提供保障的，除应考虑各层材料自身柔韧性外，还应充分考虑材料的相容性及匹配性。因此，从严格意义上来讲，整套组成材料都应由体系供应商提供，体系供应商最终对整套材料负责。

3．2．1 保温及粘结材料

过于松软的保温层使得防护层无所依靠，抗冲击及承受荷载能力差；过于高强的保温层自身柔韧性差易开裂，所以过于松软和过于高强的保温板材均不利于整个体系的稳定和抗裂性能。由于保温材料的两侧形成了不同的温度场，保温效果越好的材料两侧温度差越大，所以越是导热系数小的材料对其面层保护材料的综合性能要求越高。

3．2．1．1 膨胀聚苯板

用于外墙保温的聚苯板主要是密度在18．0～22．0kg／m 、尺寸稳定性≤0．30％的阻燃型膨胀聚苯板(模塑聚苯板)。由于材料因素造成开裂的原因有：

(1)聚苯板密度过低。采用15kg／m，以下的聚苯板作为墙体保温层材料，由于密度低、易变形、抗冲击性差，易造成保温墙面开裂

(2)陈化时间不够。聚苯板应经自然条件下陈化

2d或在60℃蒸汽中陈化5d，但为了赶工期，生产出来就上工地，结果聚苯板尺寸稳定性不够。在保温体系完成后继续收缩变形，引起保温墙面开裂。

(3)材料粉化。由于工期长或隔年施工等原因，造

聚苯板表面粉化，导致聚苯板粘贴不牢或抹面砂浆粘结不牢，引起保温层脱落、抹面砂浆开裂等事故。

(4)热熔缩。聚苯板受热会发生不可逆热熔缩，引起保温面层开裂、空鼓。

(5)直接抹在聚苯板上的抹面砂浆与聚苯板的导热系数相差过大，则对面层抗裂材料的柔性指标要相应提高，否则易发生裂缝，这种现象在温差变化大的严寒地区普遍存在。膨胀聚苯板的导热系数为0．042W／(m·K)，抗裂砂浆的导热系数为0．93W／(m·K)，当夏季太阳直射在抗裂砂浆表面时，由于抗裂砂浆只有3mm，保温层材料的导热系数越低，其阻隔热量能力越强，因而抗裂砂浆的温度急剧升高，表面温度将高达50℃～70℃ ，如果遇突然降雨，则温度会降至15℃左右，温差可达40℃～65℃，这样的温差变化以及受昼夜和季节室外气温的影响，导致面层发生形变的量差很大，抗裂砂浆易产生裂缝。

3．2．1．2 挤塑聚苯板

挤塑聚苯板具有的闭孑L结构良好、吸水率和导热系数很低的优点，因此近一段时期应用量有加大的趋势。但在已完成的外保温工程中开裂现象比较普遍．开裂程度也较为严重。除了与膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温体系有类似的原因外，还有以下原因：

① 整个体系材料不配套，未经大型耐候性试验验

证。挤塑聚苯板虽然具有良好的保温防水性，但由于其强度较高、变形应力大、表面光滑、疏水难以粘结等原因，在国外主要用于屋面及地面±0．00以下墙面的保温。目前，在国内未经体系研究的情况下，就将其用于

面保温，如不对材料性能严格控制并经大型耐侯性试验验证，必然出现较为严重的质量事故。

②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，相对于每条板缝来说，相临两块板自身的应力变化是反向的，对板缝处进行挤或拉，造成板缝处开裂。

③挤塑聚苯板具有更小的导热系数，为0．029W／(m·K1，而抗裂砂浆的导热系数为0．93W／(m·K1，比聚苯板与抗裂砂浆的导热系数相差还大，因此更易产生裂缝。挤塑聚苯板具有比膨胀聚苯板优良的保温防水性，但用于墙面保温还缺乏大型耐候性试验及成功的工程实例验证，还有很多问题需要解决。

3．2．1．3 粘结材料

保温板一般由粘结材料固定到墙面上形成保温层，因此，粘结材料不能将保温板平整地、牢固地固定，也是导致防护层开裂的主要因素之一。

(1)粘结材料本身粘结性能不能满足相应保温系统的要求，造成保温板固定不牢，引起防护层开裂。

(2)粘结材料与被粘结材料不相容、不匹配，造成保温板固定不牢，引起防护层开裂。

(3)粘结材料粘结力太大、强度高、收缩大，也会将保温板拉裂．引起防护层开裂。

3．2．1．4 保温浆料

尽管浆体材料避免了保温板材板缝处易产生裂缝的缺陷，但不同保温浆料在材料性能上存在很大差异。

(1)以海泡石及珍珠岩为主要原料的保温浆料材料性能存在以下缺陷：海泡石属于海洋沉积无机矿，分子呈六角空腔结构，吸水不易干，软化系数小，温湿变化对其强度影响较大，适用于热力管道，不适用于墙体。珍珠岩通常有两种情况，一种是未充分搅拌时．颗粒完整的珍珠岩保温浆料虽保温性能相对较好，但合易性差、强度低；另一种是搅拌时间超过5min后把珍珠岩搅碎了，保温浆料虽合易性好、强度高，但导热系数高、保温性能相对较差，通常使用的是具有良好操作性的浆料，即后一类浆料。以上两种材料的共同特点是强度高、变形性差、易空鼓开裂，尤其是温湿变化会对其产生较大影响。即便是内保温也会存在问题．内保温系统因外墙胀缩易引起空鼓、开裂。前些年的工程表明，珍珠岩、海泡石保温浆料的导热系数较大．保温性能相对较差，而对其产品保温性能不切实际的夸大造成保温厚度达不到要求，内保温的露点位置发生在外墙内侧，造成保温材料中结露。结露不仅造成材料保温性能的进一步降低，而且造成保温材料的温湿变形，引起开裂。

(2)以聚苯颗粒为主要原料的保温材料

该类保温材料由胶粉料和胶粉聚苯颗粒组成。胶粉料作为聚苯颗粒的粘结材料，是由无机胶凝材料、多种纤维和少量有机添加剂采用预混合干拌技术生产。

①采用熟石灰粉一粉煤灰一硅粉一水泥为主要成分的无机胶凝体系，与石膏胶凝材料相比，具有耐水性好；与水泥胶凝材料体系相比，避免了强度增长快变形周期长的矛盾。因此，胶粉料固化后形成的保温体系要比采用纯水泥制成的保温材料的导热系数低．保温性能好。这种火山灰体系的胶凝材料在固化过程中不会像水泥那样产生大量水化热，其早期强度满足施工要求．后期强度增长满足功能性要求．而长短不一、弹性模量不同的耐碱纤维形成三维网状结构，有效提高了材料的体积稳定性和抗拉强度。

② 可再分散乳液粉末的加入，提高了保温材料的施工性和粘结强度。再分散乳液粉末通过特殊的生产工艺，将其均匀地分散在无机胶凝粉料中，附着在固体颗粒的表面，在水中通过机械搅拌可以实现再分散。胶凝材料在水化的过程中，溶解的再分散乳液粉末将在无机胶凝材料的空隙之间嵌入有机粘结粒子，大幅度提高材料的粘结强度和柔韧性．从而克服无机材料脆性大的弱点。因此，在胶凝材料中加入再分散乳液粉末，能够在不降低材料抗压强度的前提下，大幅度提高材料的拉伸粘结强度和压剪粘结强度，同时提高材料的可变形性，从而使该类保温材料变形小、抗裂性能好，并具有良好的耐候性能。

③ 该类材料的导热系数一般为0．060W／(m·K1，而抗裂砂浆的导热系数为0．93W／(m·K1，两层材料的导热系数相差16倍。与膨胀聚苯板和挤塑聚苯板相比，该类材料与抗裂砂浆的导热系数相差的倍数要小得多，因而能够缓解热量在抗裂层的积聚，使体系受温度骤然变化产生的热负荷和应力得到较快释放，提高抗裂层的耐久性

3．2．2 防护层材料

由抹面砂浆与增强网构成的防护层对整个体系的抗裂性能起着关键的作用。抹面砂浆的柔韧极限拉伸变形应大于最不利情况下的自身变形(干缩变形、化学变形、湿度变形、温度变形)及基层变形之和，才能满足防护层抗裂性要求。

3．2．2．1 增强网

玻纤网格布作为抗裂防护层软配筋的关键增强材料．在外墙外保温技术应用中得到快速发展。抹面砂浆复合增强网(如玻纤网格布)，一方面能够有效地增加防护层的拉伸强度，另一方面由于能有效分散应力，可以将原本可能产生的较宽裂缝(有害裂缝)分散成许多较细裂缝(无害裂缝)，从而起抗裂作用。目前通常采用经表面涂塑的玻纤网格布，对于玻纤网格布．我们不仅应规定其断裂强力值，而且应规定耐碱强度保留率，以确保玻纤网格布能长期有效地发挥作用。玻纤网格布的耐碱性由玻纤品种、表面涂塑材质及涂塑量所决定。研究表明，表面涂覆材料及涂覆量对玻纤网格布的早期耐碱性具有重要意义，而玻纤品种对长期耐碱性具有决定意义。对耐碱玻纤网布、中碱玻纤网布和无碱玻纤网布的耐碱试验表明：

①无碱网格布虽然初期强度很高，但浸入碱液中1d，其强力保留率就下降到22％ ，时间越长，强力保留率越低，直至最后被碱液腐蚀失去强力，因而不能用于外墙外保温体系。

②耐碱玻璃纤维网格布的耐碱性能尤其是长期耐碱性能优于中碱网格布。

图14是耐碱玻璃纤维网格布刚置于碱液中和28d的微观电镜图片，图15是中碱玻璃纤维网格布刚置于碱液中和28d的微观电镜图片。它们的根本『艾圳在于：耐碱玻璃纤维表面存在着富锆的界面，从而使碱液中




氢氧根离子浓度降低，抑制其在玻璃纤维表面的扩散速度，从而提高了玻璃的耐碱性。由于外墙外保温体系至少要满足25年的使用要求，因此外墙外保温体系

所采用的玻纤网格布必须是由耐碱玻纤机织而成并经耐碱高分子材料涂塑的网格布

3．2．2．2 防护层材料引起保温墙面开裂的原因

①直接采用水泥砂浆做防护层，强度高、收缩大、柔韧变形性不够．引起砂浆层开裂。

②配制的抗裂砂浆虽然也用聚合物进行改性，但如果柔韧性不够，也易开裂。

③抗裂砂浆层过厚：砂浆层收缩大，易开裂。

④使用不合格的玻纤网格布：由于断裂强力低、耐碱强力保留率低、断裂应变大等原因造成起不到长期有效分散应力的作用，引起防护层裂缝。

3．2．3 饰面层材料

3．2．3．1 涂料饰面层材料

涂料饰面层材料应具有良好的防水及抗裂性能，当采用涂料饰面时，复合在抹面砂浆上的腻子和涂料应着重考虑柔韧变形性而非强度。显然．从抹面砂浆一腻子—滁料变形性逐层增加，是保证体系抗裂性能的理想模式。饰面层材料引起的裂缝原因如下：

(1)采用刚性腻子：由于腻子柔韧性不够，无法满足抗裂防护层的变形而开裂。图16是刚性腻子与柔性腻子在同一试验墙上的对比试验


(2)采用不耐水的腻子：不耐水腻子受到水的浸渍后，会起泡开裂。

(3)采用不耐老化的涂料：由于该类涂料不耐老化，刚涂上去很好，但两年后就会开裂、起皮，见图1


(4)采用与腻子不匹配的涂料：例如，在聚合物改性腻子上面使用某种溶剂型涂料，而该涂料中的溶剂会对腻子中的聚合物产生溶解作用，使得腻子的性能遭到破坏，引起起皮、开裂。

3．2．3．2 面砖饰面层材料

从材料方面考虑，引起面砖饰面层开裂、脱落的

原因如下：

(1)在以玻纤网为增强材料的抗裂防护层上粘贴面砖，由于玻纤网网孔小，与砂浆握裹不好，玻纤网会形成隔离层，易引起面砖饰面层开裂、脱落。

(2)使用水泥砂浆或聚灰比达不到要求的聚合物砂浆粘贴面砖，砂浆柔韧性小满足不了柔性渐变释放应力的原则，面砖饰面层易开裂、空鼓、脱落。

(3)使用水泥砂浆或聚灰比达不到要求的聚合物砂浆进行面砖勾缝，砂浆柔韧性小，无法释放面砖及砂浆本身由于温湿变化产生的变形应力，勾缝砂浆处也可能开裂，从而造成环境水或雨雪水渗漏，使面砖饰面层空鼓、脱落。

(4)使用吸水率大的面砖，吸水后易遭受冻融破坏，引起开裂、空鼓、脱落。

(5)使用不带槽的平板面砖时不易粘贴牢固，易脱落。

3．3 施工

外墙外保温体系通常是在建筑工程的施工现场完成，施工质量的优劣关系到外墙外保温体系的质量，也是造成体系面层开裂的重要因素。

3．3．1 基层处理及保温层在基层上的粘贴／固定基层处理及保温层在基层上的粘贴／固定施工中，以下问题易造成保温体系质量问题：

(1)基层表面的平整度不符合外保温工程对基层的允许偏差项目的质量要求，平整度偏差过大。

(2)基层表面含有妨碍粘贴的物质，没有对其进行界面处理。

(3)所用的胶粘剂达不到外保温技术对产品质量、性能的要求或采用机械固定时锚固件的埋设深度和锚固数量不符合设计规范要求。

(4)粘结面积过小，未达到粘结面积的质量规范要求。

(5)基层墙面过于干燥，在粘贴保温板时没有对基层进行掸水处理或雨后墙面含水量过大还没有等到墙面干燥就进行保温板的粘贴，造成粘贴失败。

3-3．2 涂料饰面施工

由于施工因素造成涂料饰面外保温墙面开裂的原因有：

(1)网格布干搭接或搭接不够，在搭接处形成裂缝。

(2)网格布铺设位置贴近保温层，起不到抗裂作用，抹面砂浆层易产生裂缝。

(3)门窗洞口的四角处沿45。未加铺玻纤网格布，在应力集中的门窗洞口的四角处沿45。易出现裂缝。

(4)冬季施工，易出现开裂、空鼓、脱落。

(5)粘贴聚苯板时，一端翘起，引起另一侧的板面虚贴、空鼓。在施工时，敲、拍、震动板面引起胶浆脱落。

(6)墙面平整度不好又未进行基层找平时，粘贴聚苯板通常采用以下方法，均存在缺陷：

①通过调整点粘粘结砂浆厚度来调整。此法造成板后空腔大小不一

②用不同厚度的板或多层板来调整平整度。此法造成荷载不均，施工不规范，易出现问题。

③采用打磨方法找平。此法破坏了聚苯板表面致密结构，影响与抹面砂浆的粘结。且打磨厚度过大，也会降低保温层的保温效果。

(7)当面层的增强网为钢丝网时，若不采用抗裂砂浆作为面层抹灰材料，而是采用普通水泥砂浆或仅掺加少量纤维的水泥砂浆作为面层抹灰材料，则会因为面层中钢筋水泥砂浆、聚苯板、冷拔钢丝等几种材料的线性膨胀系数相差过大、变形不一致而引起开裂。

(8)在太阳曝晒下进行面层施工，在高温天气下面层保水性能不足，导致面层失水过快引起开裂。

(9)在腻子层尚未干燥或刚淋过雨的情况下，直接在上面涂刷透汽较差的高弹性面层涂料，造成面层涂料起鼓。

3_3．3 面砖饰面外保温施工因素

由于施工因素造成面砖饰面层开裂脱落的原因有：

(1)tj~体未清理干净，有脱膜剂。

f2)墙体表面垂直度、平整度偏差大，靠增加粘结砂浆厚度调整饰面的平整度，造成粘结砂浆超厚，重下坠，造成粘结不良。

(31粘结前需要面砖浸水而未浸水，表面积灰，砂

浆不宜粘结，而且由于面砖吸水，把砂浆中的水分很快吸收，使粘结砂浆与砖的粘结力大为降低。

f41由于需要浸水的面砖浸水后粘结前未擦干／晾干，粘结面形成水膜，消弱了粘结砂浆与砖的粘结力。

f5)当采用密缝粘贴面砖时，由于面砖饰面层受热应力影响而产生的变形应力得不到释放，易发生空鼓开裂 同时由于密缝粘贴面砖时形成“瞎缝”，砖缝无法勾缝易形成雨水渗漏；女儿墙檐口、雨蓬、窗台、阳台栏板等具有上平面和水平阳角的部位以及水落管出水口的下部等易发生问题。主要原因是，角部砖缝对接不良．上平面易积存雨雪水．这些水分会侵入缝隙中：面砖吸水率过大时，水通过面砖被吸人到砖坯中。以上这些侵入水经日夜或季节冻融作用，使粘结层受到破坏，发生开裂、脱落．而且面积逐步扩展。

4 外墙外保温体系实验研究

4．1 耐候性试验研究

耐候性试验模拟夏季墙面经高温日晒后突降暴雨和冬季昼夜温度的反复作用，对大尺寸的外保温墙体进行加速气候老化试验，是检验和评价外保温体系质量最重要的试验项目。大型耐候性试验要求试样经80次高温(70℃)一淋水(15℃)循环和20次加热(50℃)一冷冻(一2ooc)循环后不得出现空鼓、脱落及开裂。由于大型耐候性试验与实际工程有着很好的相关性。为了确保外保温体系在规定使用年限内的可靠性。应将大型耐候性试验作为外保温体系上市前的必做试验。没有通过大型耐候性试的外保温生产企业。不具备质量承诺资格．质量管理部门不应给予备案，不得进行推广。

4．2 火反应性试验研究

火反应性试验是采用国外先进锥型量热器法对外保温体系的火反应性试验(包括点火性、热释放、烟和有毒气体产生等性能以及体系在高温辐射下的体积稳定性)．为外保温体系进行防火分级及防火规范的建立提供依据。火反应性试验研究表明：胶粉聚苯颗粒外保温体系和岩棉外保温体系除了点火性、热释放、烟及有毒气体的产生等性能优于聚苯板外保温体系外。在高温辐射时，外保温体系的体积稳定性也具有明显优势。高层建筑外保温体系应有相应的防火构造措施。

4．3 瓷砖外饰面体系抗震试验研究

中国建筑科学研究院工程抗震所、铁道部科学研究院铁建所和北京振利高新技术公司共同制定抗震试验方案，并对不同外墙外保温粘贴面砖体系进行了抗震试验。选用具有广泛代表性的、对外饰面破坏力最大的正弦拍波抗震试验结果为确立各类保温体面层荷载限值提供了参考。在地震8度以上(含8度)设防区，采用ZL胶粉聚苯颗粒保温浆料作为外保温材料时，面层荷载限值为60kg／mz；采用有网聚苯板时，面层荷载限值为40kg／m ；采用无网聚苯板时．面层荷载限值为20kg／m 。

对于面砖饰面体系，安全性是非常重要的，为了确保面砖饰面外保温系统的抗裂及抗震安全性，应将大型耐候性试验及抗震试验作为面砖饰面外保温系统上市前必做试验。

4．4 热工缺陷红外热像检测技术研究

红外热像仪是集先进的光电子技术、红外探测器技术和红外图像处理技术于一身的高科技产品，具有测温速度快、灵敏度高、测温范围广、形象直观、非接触等优点，是目前热故障诊断和检测领域最先进有效的手段之一利用该技术．一方面可以光电技术为依托．判别保温墙体内部材料及构造的缺陷，并对其严重程度进行定量化研究，对传统建筑节能检测方法进行提升、改造、集成，提高检测效率和准确性；另一方面．可直观观测到热工缺陷．对产生裂缝的工程．红外热像仪可帮助分析由热工缺陷、温差变化等原因造成的裂缝。该方法与传统方法相结合，可对具体工程进

行热工定量测试和热工缺陷确认，达到点与面全面控制，更加完善准确。

4．5 外保温饰面层粘贴面砖体系抗裂技术研究面砖饰面层是在国内建筑中普遍采用的装饰办法。通过研究认为，在外墙外保温墙面上粘贴面砖时必须认真考虑以下关键技术因素：

(1)要在保护保温层的前提下。使外保温体系形成一个整体．分散面砖饰面层负荷，提高面砖粘贴基层的强度．达到标准规定要求。

(2)要考虑粘结材料的压折比、粘结强度、耐候稳定性等主要性能指标。以及整个外保温体系材料变形量的匹配性。以释放和消纳热应力或其他应力。

(3)要考虑外保温材料的抗渗性以及保温体系的呼吸性和透汽性，避免冻融破坏而导致面砖掉落。

(4)要提高外保温体系的防火等级，以避免火灾等意外事故出现后产生空腔，外保温体系丧失整体性在面砖饰面自重重力影响下大面积塌落。

(5)要提高外保温体系的抗震和抗风压能力．以避免偶发事故出现后的水平方向作用力对外保温体系造成破坏。