外墙保温体系面层裂缝产生原因及其控制技术.doc

外保温体系面层裂缝原因分析中建七局第四建筑有限公司孙志杰【摘要】本文针对中国航空工业规划设计研究院31、32号住宅楼工程外墙保温体系面层裂缝的可能产生原因进行了系统分析，提出了外墙保温的抗裂机理以及控制技术指南，并对二次粘贴聚苯板外墙外保温体系质量管理提出了相应的建议。【关键词】外墙外保温二次粘贴裂缝控制技术1、前言建筑节能是关系人类命运的全球性课题，经济全球化伴随着能源隐患，在经济繁荣与现代化快速推进的掩盖下，制约可持续发展的矛盾与因素日益突出：a: 能源危机、全球变暖、人口膨胀、贫困加剧 b: 温室效应、大气污染、疾病重生、环境恶化 c: 全球煤炭供应不足50年，石油供应也仅够40年，天然气的供应仅30年左右。建筑用能消耗全球1/3的能源，在建筑用能的同时, 向大气排放大量SO2，NOX等污染物，建筑用能排放的CO2占全球排放总量的1/3左右。建筑保温是节能建筑的主要措施之一，而外墙保温面层的裂缝是保温建筑的质量通病中的重症，防裂是墙体保温体系要解决的关键技术之一，因为一旦保温层、保护层发生开裂，墙体保温性能就会发生很大改变，非但满足不了设计的节能要求，甚至会危及墙体的安全。保温墙体裂缝的存在，降低了墙体的质量，如整体性、保温性、耐久性和抗震性能。外保温体系是非承重复合结构，其墙体裂缝的危害主要是水的参透对保温体系的破坏以及对住户的感观上和心理上造成不良影响。特别是随着我国住房商品化的进程，人们对居住环境和建筑质量的要求不断提高，对减少建筑物保温墙体裂缝的要求越来越高。由于住宅工程的质量问题，保温墙体裂缝等涉及的纠纷或官司也越来越多，建筑物的裂缝已成为住户评判建筑物安全的一个非常直观敏感性的问题和首要的质量要求。因此，加强保温体结构研究，特别是保温墙体的抗裂措施研究，已成为建设行政主管部门以及科研、设计、材料、生产、施工和房屋开发商品共同关注的课题。由于保温系统的构造功能，使得墙体保温建筑与传统没有另做保温的建筑处于不同的保温环境，建筑物的热物理环境有了变化，建筑物所受热应力也产生了变化，从而改变了人们常规的技术习惯和思考习惯。重点对典型产生裂缝及无裂缝工程进行了实地调研关进行深入分析，总结出一些产生裂缝的原因以及减少裂缝的经验。对目前比较常见外墙保温体系，不仅从材料因素和施工因素分析总结了裂缝产生的原因及控制措施，而且针对构造设计因素加以分析，并考虑了热应力、水、风压、火及地震力的影响。根据工程实践和统计资料显示：温度裂缝或者由温度和敢缩共同的墙体裂缝，几乎占全部可遇裂缝的以上；温度的变化会引起材料的热胀、冷缩，当约束条件下温度变形引起的温度应力足够大时，墙体就会产生温度裂缝，热应力的影响必须给予足够的重视。因此，控制温度和干缩裂缝十分重要。2裂缝的基本概念裂缝是固体材料中的某种不连续现象，在学术属于结构材料强度理论范畴。通常把裂缝分为微观裂缝。肉眼可见的裂缝范围一般以0.05mm为界，小于0.05mm的裂缝称为微观裂缝，大于等于0.05mm的裂缝称为宏观裂缝，宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。由于外保温体系是非承重复合墙面，其墙面裂缝的危害不至于影响结构安全而主要是对住户的审美和心理的影响以及由于裂缝存在有可能对保温体系造成的破坏（如水的参透，冻融破坏等）。3外墙保温体系面层裂缝产生的原因分析3.1构造设计由于外墙保温技术在我国还是以个新兴技术，保温市场良莠不齐，系统构造形式五花八门，各类保温墙面裂缝质量问题不断出现。依靠市场本身优越劣汰机制发挥作用还需要相当长的使用和认识过程，而这必将造成更大的损失。本课题从保温设计体系结构设计、节点设计上进行了调研、总结、分析、试验，指出了一些设计方面引起裂缝的原因。3.1.1外墙内保温构造设计存在的缺陷（中航院31号住宅楼）外墙内保温是将保温体系置于外墙内侧从而使内、外墙体分处于两个温度场，建筑物结构受热应力的影响而始终处于不稳定的状态，使结构寿命缩短。在相同气候条件下做内保温不仅比做外保温、甚至比不做保温时，外墙与内墙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，这种温度变化引起建筑物内墙和楼板的线性变化也不大。但是，外墙和屋面受室外温度和太阳辐射的作用而引起的温度变化幅度较大。当室外温度低于室内温度时，外墙收缩的幅度比内保温的速度快，当室外气温高于室内温时，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不稳定的墙体基础上。内保温的另一个明显的缺陷是：结构冷（热）桥的存在使局部温差过大导致产生结露水的浸渍或冻融极易造成保温面发霉、开裂。目前许多住户在进行新房时，大多先进行装修。在装修时、安装家具时房屋内保温层往往遭到破坏，破坏后自身不易修复。正因为内保温固有的缺陷使内保温墙体出现裂缝成为普通现象，而内保温裂缝时时刻刻处于住户的视野中，对住户的审美和心理也会长期和强烈的影响，成为投诉焦点。因此，从结构设计上看，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的状态，建筑物的寿命因此而缩短，所以内保温具有自身先天的缺陷。3.1.2外墙外保温构造设计存在的不足（中航院32号住宅楼）外保温是将保温体系置于外墙外侧从而使主体结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，有利于结构寿命的延长。因此从有利于结构稳定性方面来说，外保温具有明显的优势，在可选择的情况下应首选外保温。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影响，因此对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影响说来，置于保温层之上的抗裂防护层只有3-20mm，且保温材料具有较大的热阻，因此在得热量相同的情况下，外保温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这关键的作用。在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。3.1.3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二次粘贴的方式（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，国内作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个月时即出现超过4级的裂缝。而经过一年（一冬一夏）很多板缝超过1mm，该类体系从构造设计上分析有以下原因：（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60天，试验证明在自然环境条件下42天或60C蒸气养护条件下5天的自身收缩变形已完成99以上，因此要求膨胀聚苯板在自然条件下42天60C蒸气养护条件下5天后再上墙，但实际情况中很少有达到以上要求的。一是膨胀聚苯板长时间的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是以销定产，有了定单后才生产，因此大量工程是膨胀聚苯板自然养护不到一个星期就已上墙，结过造成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。另外膨胀聚苯板造昼夜及季节变化发生热胀冷缩、湿胀干缩时也会造板缝处集中产生变形应力，因此该类体系板缝处裂缝是比较常见的现象。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应力的变形应力也大，与聚苯板相比更易造成板缝处开裂。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。即使是框粘时由于必须留有排气孔，每块板的空腔通过排气孔及板缝仍是贯通的，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上看，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/（mK），而抗裂砂浆的导热系数为0.93W/（mK），两材料导热系数相差22倍。由于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，因此但受太阳直射热量积聚在抗裂砂浆层，其表面温度将高达5070C，部分地区甚至可达80C，遇突然降雨降温则会降至15左右，温差可达35C65C，这样的温差变化以及受昼夜和季节气温的影响，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。另外一个应考虑的因素是当聚苯板的温度超过70C，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，种种情况在高温干燥地区更为明显。3.1.4局部节点设计缺陷3.1.4.1屋面及女儿墙未作保温或保温效果不好女儿墙外侧墙体的保温工作在设计中往往忽视了对女儿墙内侧的保温，对女儿墙的内外保温采取保温措施有助于女儿墙的稳定，避免了女儿墙墙体裂缝这一质量通病的发生，在保温设计中也常常忽视对结构挑出部位如阳台、飘窗、空调板等，经红外线测试显示这些被忽视的部位是明显的热桥，与被保温的墙体相比，其温度受环境影响十分明显，由此而产生的温差应力引起该部位与主体部位相接处产生裂缝，同时这些热桥的存在对综合节能效果也产生不利影响。3.2材料从严格意义上来讲，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膨胀聚苯板。用于外墙保温的聚苯板主要是密度在18.022.0kg/m3、尺寸稳定性0.30%的阻燃型膨胀聚苯板（模塑聚苯板）。由材料因素造成开裂的原因有：（1）聚苯板密度过低：采用15kg/m3以下的聚苯板作为墙体保温层材料，密度低、易变形、抗冲击性差，造成保温墙面开裂。（2）陈化时间不够。（3）材料粉化：由于工期长或隔年施工等原因，造成聚苯板表面粉化。（4）热熔缩：当聚苯板受热时会发生不可逆热熔缩变形引起保温面层开裂、空鼓。（5）所用的胶粘剂达不到外保温技术对产品的质量要求。3.2.2保温隔热浆料。以聚苯颗粒为主要原料的保温隔热材料。目前市场上该类保温隔热材料一类为获得国家重点新产品的胶粉聚苯颗粒保温隔热材料，该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，胶粉料是由无机胶凝材料和少量有机添加剂采用预混合干拌技术生产。5%多种纤维和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。3.2.3防护层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。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中的应用得以快速发展。复合在抹面砂浆中增强网（如玻纤网格布）的使用，一方面能够有效的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）从而形成其抗裂作用。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。外墙外保温体系中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。由于防护层材料而引起保温隔热墙面开裂的原因有：（1）直接采用水泥砂浆做防护层。（2）配制的抗裂砂浆虽然也用了聚合物进行改性，但柔韧性不够也易开裂；（3）抗裂砂浆层过厚；（4）使用了不合格的玻纤网格布。3.2.4涂料饰面层涂料饰面层应具有良好的防水及抗裂性能，当采用涂料饰面时，复合在抹面砂浆之上的腻子和涂料应着重考虑柔韧变形性而不是强度。由于饰面层材料引起的裂缝原因如下：（1）采用刚性腻子：由于腻韧性不够，无法满足抗裂防护层的变形而开裂。（2）采用不耐水的腻子。（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，但经过2年就会开裂、起皮。（4）采用与腻子不匹配的涂料。3.3施工由于外墙外保温隔热通常是在施工现场完成，施工的质量对外墙外保温隔热体系质量的保证是非常重要的。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。（2）基层表面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的质量、性能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）粘结面积不符合规范要求，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。3.2.2涂料饰面外保温隔热施工因素由于施工因素造成涂料饰面外保温隔热墙面开裂的原因有：（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隔热层：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）冬施：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）墙面平整度不好又没进行基层找平时，粘贴聚苯板通常采用以下方法，均存在缺陷：通过调整点粘粘结砂浆厚度来调整。用