墙体保温系统抗震试验研究.docx

墙体保温系统抗震试验研究王川（北京振利节能环保科技股份有限公司，北京 102615）摘要：在地震中，整体性好的柔性构造能保持系统吸纳、缓释地震产生的变形，系统轻可以减小地震过程中系统对主体结构的负荷，使系统对主体结构产生的破坏力减小。试验发现，外保温系统的抗震性能优异，破坏滞后于主体结构，外保温复合聚苯颗粒自保温墙体能够实现“中震不裂、大震可修”。关键词：柔性构造；整体性；轻质材料；1 外墙外保温系统抗震的基本要求当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时，外保温系统应不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，应允许外保温系统出现小面积开裂，经一般性修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，外保温系统应不致脱落。2 外墙外保温系统抗震试验实例2.1 试验目的为了验证胶粉聚苯颗粒贴砌模塑聚苯板外墙外保温贴瓷砖系统在地震力作用下的破坏状态，在混凝土基层上设置两个外墙外保温系统（A和B），模拟北京地区设防烈度状态的抗震试验，分析胶粉聚苯颗粒贴砌模塑聚苯板外墙外保温贴瓷砖系统的抗震性能，研究系统应用于高层建筑的可行性。2.2 抗震试验2.2.1 试验原理将外墙外保温系统构件安装于振动台上，利用模拟地震振动台输入一定波形的地震波，观测外墙外保温系统构件在模拟地震作用下，各部分的地震反应。2.2.2 试验试件抗震试验墙构造如表1所示。表1系统构造面砖饰面基层墙体混凝土墙或砌体墙界面层界面砂浆保温层贴砌浆料+EPS板+贴砌浆料抗裂层抗裂砂浆+热镀锌电焊网或加强型耐碱玻纤网（用锚栓固定）+抗裂砂浆饰面层面砖粘结砂浆+面砖+勾缝料2.2.3 加载及测试方案试验从北京8度设防烈度地震加速度0.2g开始分级进行，每级增加0.1g，共5级，即0.2g（1倍），0.3g(1.5倍)，0.4g（2倍），0.5g（2.5倍），0.6g（3倍）。同时考虑垂直于墙体表面的水平地震波对非结构承重材料破坏性最大，选择水平正弦拍波，每次振动大于20s且大于5个拍波。本试验考虑不同地区以及建筑物的不同位置地震反应谱不同的情况，参考建筑抗震设计规范（GB 500112001）第5.1.4节地震影响系数曲线分频段进行。试验频率按1/3倍频程分级，即：0.99Hz、1.25Hz、1.58Hz、2.00Hz、2.50Hz、3.13Hz、4.00Hz、5.00Hz、6.30Hz、8.00Hz、10.0Hz、12.5Hz、16.0Hz、20.0Hz、32.0Hz。2.3 试验结果及分析2.3.1 试验结果试件经过了10h两个周期的振动试验。在第一个周期当加速度达到0.5g时，钢筋混凝土母体材料有部分脱落及裂缝产生。外保温系统A、B的保温材料及装饰层材料均无开裂、无损坏、无脱落，粘贴的瓷砖均无脱落松动现象。对抗震试验后外保温系统A、B的瓷砖作拉拔试验，测得瓷砖胶粘剂的粘结强度为0.73MPa，完全可以满足粘贴瓷砖的要求。2.3.2 结果分析在外保温面层上进行粘贴瓷砖与在坚实的混凝土基层上粘贴瓷砖使用条件是不同的。在外保温面层粘贴瓷砖必须考虑保温材料面层的承载能力、瓷砖胶粘剂的粘结能力以及在地震作用下的抵抗剧烈运动的柔性变形能力。由于外保温中基层墙体与饰面层瓷砖是通过保温材料进行柔性连接的，因而在受力时基层墙体与饰面层瓷砖不能看成一个整体，它们的受力状态是不同的，所以在选择瓷砖胶粘剂时，也要选用与保温材料相适应的具有一定柔性的瓷砖胶粘剂，从而形成一个柔性渐变的系统。在这次抗震试验中选用的瓷砖胶粘剂粘贴瓷砖后的拉伸粘接强度为0.400.80MPa，压折比小于3.0，弹性模量小于6600MPa，具有适当的柔韧性，符合柔性渐变、逐层释放变形量的技术要求。瓷砖胶粘剂的可变形量小于抗裂砂浆而大于瓷砖的变形量，完全能够通过自身的形变消除两种质量、硬度、热工性能完全不同的材料的形变差异，从而进一步确保了每块瓷砖像鱼鳞一样独立地释放地震作用产生的力，不会因为地震作用发生变形而脱落。胶粉聚苯颗粒浆料与建筑物墙体的粘结能力好，抗震性能优，其柔性构造能够缓解地震力对面层的冲击力，保温墙瓷砖胶粘剂的弹性设定值比较适宜，可以控制瓷砖在罕遇强度等级地震的振动作用下不开裂、不脱落。而且，选用孔径为12.7mm12.7mm热镀锌电焊网代替耐碱玻纤网，增强其安全性和抗震能力，致使面层粘贴的瓷砖在罕遇地震作用下也不会脱落。当在保温层上粘贴瓷砖的最大荷载为600N/m2时，经过抗震试验后没有出现问题。因此，在保温层上可以附加不大于600N/m2的荷载。2.3.3 小结综上所述，外保温系统具有整体性好、表观密度轻、柔性构造等特点，在地震作用下的破坏通常发生在结构之后。汶川5.12特大地震后，相关专家的调查表明：凡按标准要求建造的外保温系统未见异常，抗震表现正常。外保温系统的抗震性能得到了业内专家普遍认可，并在胶粉聚苯颗粒外墙外保温材料（JG/T 1582013）修编时取消了地震试验，同时业内不再作外保温系统抗震性能的检测验证。3 外保温复合聚苯颗粒自保温墙体抗震性能研究3.1 试验目的验证外保温复合聚苯颗粒自保温墙体系统的抗震性能。3.2 试验方法按照建筑抗震试验方法规程（JGJ 101）中的方法进行拟静力试验，试验尺寸2.6m3.4m。拟静力试验是以预先设定的荷载或位移控制模式对试体进行低频往复加载，旨在获得试体的荷载-变形特性（本构关系）的结构抗震试验。伪静力试验亦称拟静力试验、往复加载试验或恢复力特性试验，是结构或构件抗震性能研究中应用最广泛的一种准静力试验方法。3.3 墙体构造墙体构造如图1所示。图1 外保温复合聚苯颗粒自保温墙体1.内模板（硅酸钙板）；2.双“H”连接件；3.混凝土系梁；4.自保温墙体（聚苯颗粒泡沫混凝土）；5.外模板（增强竖丝岩棉复合板）；6.胶粉聚苯颗粒浆料找平层；7.穿墙管；8.抗裂防护层3.4 试验结果与分析3.4.1 试验结果试验过程中主要试验现象见表2。3.4.2 试验结论在1/250（加载位移10.4mm）层间位移角之前，墙体裂缝宽度0.02mm。在1/40（加载位移65mm）层间位移角之前，除局部挤压鼓起外，未见墙体材料脱落现象墙体未倒塌。通过试验，该墙体“中震不裂，大震可修”。表2试验过程中主要试验现象控制加载级别试验现象2.6mm（1/1000层间位移角）未见裂缝3.3mm（1/800层间位移角）未见裂缝5.2mm（1/500层间位移角）内墙出现微小裂缝，宽度0.02mm，外墙未见裂缝10.4mm（1/250层间位移角）外墙出现微小裂缝，宽度0.02mm17.3mm（1/150层间位移角）两侧墙体裂缝继续发展，外墙裂缝宽度达到0.5mm26mm（1/100层间位移角）裂缝继续发展，外墙竖向出现裂缝，宽度1mm，内墙沿拼接缝出现较长水平裂缝，局部出现挤压鼓起32.5mm（1/80层间位移角）内墙水平裂缝继续发展，外墙竖向裂缝上下贯通，最宽裂缝达到10mm52mm（1/50层间位移角）内墙裂缝沿拼接处大量出现，最宽处达到10mm；外墙未见新裂缝65mm（1/40层间位移角）原有裂缝继续增宽，未见新裂缝3.4.3 结果分析图2和图3分别是加载位移为52mm时试件内外墙裂缝示意图和内墙裂缝图。从裂缝产生的情况看，内墙出现裂缝的位置主要是内模板（硅酸钙板）的板缝位置，硅酸钙板为刚性材料，在受到地震力破坏时，硅酸钙板将应力通过传递累积的方式，最终集中在板缝位置。外墙产生裂纹的位置是芯柱位置，其他位置基本完好，芯柱材料为C20混凝土，为刚性材料，外墙裂缝产生的原因也是刚性材料引起，说明了整体的柔性构造抗震性远强于刚性构造。图2加载位移为52mm时试件内外墙裂缝示意图该墙体系统中在加载至1/40层间位移角时，仍没有出现坍塌，主要源自于聚苯颗粒泡沫混凝土自保温墙体和外保温的整体柔性构造。增强竖丝岩棉复合板是一种弹性材料，能够释放地震试验过程的大量应变，聚苯颗粒泡沫混凝土骨料为聚苯颗粒，具有弹性，形成的墙体具有一定的准弹性和低弹性模量的特性，受到抗压破坏时，无明显脆性破坏。另外，该墙体材料表观密度小于500kg/m3，抗压强度达1MPa，墙体自重轻、整体性好，地震发生时，所承受的地震力小，震动波的传递速度比较慢，且结构的自震周期长，对冲击能量的吸收快，因而它具有较显著的减震效果，可适用于高设防裂度的建筑设计。外保温复合聚苯颗粒自保温墙体是整体浇筑，且外保温层自重轻、具有柔性，在地震过程中，不单自身抗震能力强，其柔性构造能够缓解地震力对饰面层的冲击力，降低饰面层脱落的危险。图3加载位移为52mm时试件内墙裂缝图4 结论通过对外保温系统及轻质墙体的抗震试验，发现在地震力作用时，柔性构造能保持系统吸纳、缓释地震产生的变形，轻质的特性不会使外保温和自保温墙体对结构产生大的破坏力，良好的整体性能够保证地震力下系统的完整性，避免墙体的坍塌，提高系统的抗震能力。参考文献1王德明. 节能保温轻型抗震房屋的研究D.安徽理工大学,20122刘倩. 节能保温抗震轻型房屋的抗震设计与研究D.安徽理工大学,20123张建平. 外墙外保温系统抗震设计研究J. 建筑,2011,16:64+724任瑜. 外墙外保温系统的