浅谈建筑墙外保温裂缝的控制措施

1、浅谈建筑墙外保温裂缝的控制措施    关键词:建筑物;外保温;墙体;裂缝;控制措施引言:随着我国建筑业的迅速发展,建筑节能保温墙体被广泛应用于各类建筑工程。外墙外保温技术因其造价低、增加建筑使用面积、消除建筑物自身内外温度效应裂缝等优点,逐步在现代建筑保温技术中被广泛使用。然而,在实际施工中,外保温墙体裂缝逐渐成为墙体开裂的主要原因之一。因此认识裂缝的危害并防治裂缝的产生,成为迫切需要解决的外保温墙体保温质量的重点。 一、外保温墙体开裂的原理及原因分析 保温墙体在构造上是由主体结构墙体、保温层、防护防水层以及外装饰层等组成的系统墙体。其保温层产生的裂缝主

2、要现象有:1、外保温面层开裂;2、钢丝网架聚苯乙烯芯板水泥砂浆面层开裂;3、保温层面层腻子开裂;4、聚合物水泥砂浆开裂;5、涂斜面层开裂等。保温系统是复合在外维护结构墙体之上的非承重墙体,其裂缝发生的原因、系统抗裂机理及抗裂性能等与承重结构有所不同。 1、保温层。由于松软的保温层抵抗外荷载的能力差,过于高强的保温屋自身柔韧性差,所以过于松软和过于高强的保温层均不利于整个系统的稳定和抗裂性能。对于有空腔的外保温墙体来说,风荷载作用于建筑物的压力分布是不均匀的,如图1所示。由于系统存在整体贯通的空腔,正负风压对保温墙面进行挤压或拉伸,而其受力的释放点均在板缝处,易造成板缝处开裂。 正风压示意图 瞬

3、间负风压示意图 图1风荷载作用于建筑物的压力分布 风荷载作用随建筑物高度的增加而增加,当保温墙面局部所受负风压较大时,空腔内与外表面的压力差提高,从而向外产生推力,加大风荷载作用于保温墙面向外的吸力。一定流量的风,在通过两个相邻接近的建筑物时,按照流体力学的有关定律,风速就会加快,产生的负压就会加大,建筑物外墙面内产生的矢量推力与同方向的吸力就会增大,并随风速成正比例变化。而一旦墙面的整体性遭到破坏产生裂口,则正、负风压就会同时发挥作用,造成墙面开裂。 2、抹面砂浆防护层。外保温系统保护层材料的主要性能,涉及抹面砂浆抗裂柔韧性、与保温层的粘结强度、耐老化性能。直接导致外保温面层开裂的因素,除外

4、力冲撞以外就是抹面砂浆材料本身的干燥收缩,以及气候、温度、湿度变化所带来的材料变形。抹面砂浆(图2)为抵抗下述三种变形,必须具有足够的柔韧性。(1)干收缩率S; S=L/L(初始收缩)(2)湿度变形率H(1/H);H=L/L×H(二次收缩)(3)温度变形率r(1/K); r= L/L× T 式中,H为空气相对湿度差;T为夏、冬季温度差。 图2抹面砂浆示意图 抹面砂浆的柔韧性以开裂应变(第1条裂缝出现时的应变)来表示,必须满足:>S H r(1) 砂浆收缩主要包括化学减缩、干燥收缩、自收缩、温度收缩及塑性收缩等,每种收缩都有自身特点,在引起墙面开裂方面均会有不同的表现形

5、式。 由于水泥砂浆的这些收缩,产生了强度增长周期短与体积收缩周期长的矛盾,使抹灰墙体中产生拉应力,当拉应力超过水泥砂浆的抗拉强度时,就会出现裂缝。而且当抹面砂浆所依附的保温层材料由于收缩、温湿度变化等因素要求变形时,抹面砂浆没有足够的变形性,从而产生裂缝。 3、玻璃纤维网(玻纤网)。外保温墙体的抗裂性能与玻纤网的抗拉强度、拉伸量和耐碱性等密切相关。玻纤网的质量和铺贴位置也是影响外保温墙体抗裂性的重要因素之一。同时,玻纤网的耐碱强度保留率对体系长期的抗裂也是至关重要的,因为对玻纤网的破坏不仅仅是化学腐蚀,还有氢氧化钙、硫铝酸钙的结晶压力腐蚀作用。同时矿物质材料较高的吸水率对玻纤网也起极为不利的影

6、响。 4、玻纤网格布与抹面胶浆的相关性。当承受拉力变形时,抹面胶浆必须与玻纤网格布协调一致地发挥作用,两种材料必须有较好的相关性。与抹面胶浆相关性不好的网格布,强度再高还是难免有裂缝产生。 在防护面层开始承受拉力时,网格布应能尽快处于受力状态以发挥其抗拉性能,并使应力分散。对外墙外保温体系来说,重要的不是阻止裂缝的发生,而是尽量延迟变形时间,同时限制单条裂缝的宽度。因此与抹面胶浆相关性好的网格布应具备以下性能:(1)较高的节点强度。(2)较低的拉伸应变。(3)较小的织丝偏差度。 满足上述三条要求的玻纤网格布,其拉力应变曲线呈线性关系。从性能的匹配上来讲,抹面砂浆的弹性(开裂应变)越高越好,网格

7、布则相反。根据工程实践和统计资料,温度裂缝或由温度和干缩共同产生的墙体裂缝占全部裂缝的70%以上。因此,温差和干缩等,是导致外墙外保温产生裂缝的重要因素。 二、外保温墙体的防裂原理 1、以“放”为主的柔性抗裂原则。根据应力2应变关系的推导,可知变形变化引起的约束应力有它的特点。它首先要求材料所处的环境能给材料以变形的机会,如果变形能得到满足,则不会产生约束力,即呈完全自由状态,因此也不会产生裂缝。 以空间(三维)应力2应变关系为例,则有如下关系:、 xy=z=T=max        x=y=z=Txy=Tyz=T

8、zx=0(2) 式中,x、y、z为各方向上极限拉伸(mm/mm);为线性膨 胀系数(mm/mm);T为温差();max为最大极限拉伸(mm/mm); x、y、z分别为各方向上的约束应力(N);Txy、Tyz、Tzx、分别为各方 向上的剪切应力(N)。 在这种状态下给材料创造了自由变形的条件,因此不会产生约束应力,材料可以随着温度的变化自由变形,即材料可以向空间自由发展,可以有任意的长度,可以处在任意温差条件下。这就是控制变形引起裂缝的“放”的原则。在保温构造体系中采用“放”的原则时,控制变形开裂的关键性要求是材料有良好的适应变形的能力。 2、以“抗”为主的刚性抗裂原则。这种防裂思路,要求材料的

9、变形是不自由的,材料会受到内外约束力的作用,而且约束得完全不动,即处于全约束状态,以三维空间为例,有如下关系: (3) 式中,Yxy、Yyz、Yzx分别为各边夹角变位(mm/mm);E为弹性模量(MPa); Oacute;max为最大约束应力(N);其余符号同前。 在这种状态下,材料具有最大约束应力,该约束应力与长度无关,只要材料的强度能超过最大约束应力:R Oacute;max,或者材料的极限拉伸大于最大约束拉伸变形:pmax;也就是说只要所选用的材料具有足够的抗拉强度和极限拉伸,则不会产生开裂现象。该设计原则称为控制裂缝的“抗”的原则。 三、外保温墙体的防裂计算指标 在外墙外保温工程中,可

10、以采用极限拉伸与约束拉伸之比作为“保温体系抗裂度因子”K0: (4) 式中,p为极限拉伸(mm/mm);T为温差变形(mm/mm);为自由收缩相对变形(mm/mm);s为相对拉伸变形(mm/mm);R为约束系数(轻微约束取0.10.2,中等约束取0.40.6,强约束取1.81.0)。 一股情况下,当K0>1.0时,保温体系具有较高的抗裂能力,比时看不到宏观裂缝出现。同时,材料的温度应力、抗拉强度与时问存在如图3所示的关系曲线。如果材料的温度应力曲线低于抗拉强度曲线时,则该三度应力为安全应力,不会产生温度裂缝;若温度应力曲线与抗拉强度曲线有交叉,在一定时间温度应力高于抗拉强度,则会出现开裂

11、现象。 图3温度应力与抗拉强度随时间的变化曲线 因此,在设计和施工以及生产维护中,都应从施工到生产全过程尽力控制强度高于应力,同时还要保证保温体系抗裂度因子K0>1.0。 四、外保温墙体的防裂措施 外保温墙体裂缝对建筑物的功能以及结构物耐久性的危害是十分严重的,应当从材料、设计、构造以及实施直至使用管理等各个环节,采取适当措施来控制裂缝的形成与发展。 l、材料性能。在原材料和配套上,必须采用专用的抗裂砂浆并辅助以合理的增强网。在砂浆中加入适当的聚合物和纤维对控制裂缝的产生是十分有效的。采用多种纤维复合配制的抗裂材料,能够更好的吸收因外界自然条件影响产生的膨胀、收缩变形,并均匀地将温差变形

12、应力向四周扩散,从而防止裂缝的产牛。 2、合理选择保温材料和操作工艺。对于不同的保温基层墙体,以及不同的装饰面层,所用保温材料和操作工艺也应有所区别。对于全现浇剪力墙结构,囚其外墙的平整度,垂直度控制较好,墙体大面光洁,比较适宜于聚苯板大面积铺粘保温施工。 实践证明,以“放”为主,“放抗”结合,在设计、材料、施工以及构造措施中共同遵循这条原则,系统各组成材料也遵循这样的原则,能够有效地控制保温墙体裂缝。 3、提高墙体的施工质量。保证保温墙体的施工质量是防止裂缝产生的重要环节。(l)施工单位应充分了解设计意图,了解系统材料的性能,同时编织正确合理的施工方案,建立完整有效的质量保证体系。(2)选择的保温厂家能够配套供应抗裂砂浆,保证供应材料的质量稳定性。(3)加强对保温材料体系的质量检验和性能测试。(4)装修施工时,防护面层必须足够干燥,尽可能选择常温、干燥季节施工;选用柔性腻子,采用透气、防水性能好的外墙涂料,并保持各层温度变形协调、相容。 结束语:综上所述,温度变化及干缩变形是导致外保温墙体产生裂缝的主要原因,抹面砂浆的柔韧性是防止外保温墙面开裂的决定性因素,而玻璃纤维网格布则对外墙外保温的防裂起着相辅