建筑外保溫基礎(chǔ)研究概述

建筑外保溫基礎(chǔ)研究概述目錄TOC\o"1-1"\h\u28188建筑溫度場(chǎng)認(rèn)識(shí)溫度應(yīng)力的分布 126849建筑溫度場(chǎng)認(rèn)識(shí)露點(diǎn)溫度變化 33415耐候試驗(yàn)篩選長(zhǎng)壽命構(gòu)造設(shè)計(jì) 4399防火試驗(yàn)優(yōu)選構(gòu)造防火做法 7建筑溫度場(chǎng)認(rèn)識(shí)溫度應(yīng)力的分布溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)分析模型。通過該模型可分析出：外保溫是建筑墻體外面用保溫材料包裹，隔絕了室外溫度變化對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，消除因溫度變化產(chǎn)生的建筑墻體熱脹冷縮的變形，穩(wěn)定了結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)壽命大大延長(zhǎng)。一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計(jì)壽命為七十年，做外保溫保護(hù)了結(jié)構(gòu)，可使壽命延長(zhǎng)到百年以上。超低能耗建筑是全面頂級(jí)外保溫技術(shù)的集合，采用外保溫技術(shù)會(huì)使其有更長(zhǎng)的壽命。7816～2℃，而采用內(nèi)保溫時(shí)，結(jié)構(gòu)墻體年溫度變化幅度較大，為55℃（-8℃～47℃），因此從這方面看內(nèi)保溫墻體不利于建筑墻體的熱穩(wěn)定）2-1。同建筑的不同墻體7倍的溫度應(yīng)力差值會(huì)使建筑反復(fù)發(fā)生墻體裂縫，屋面防水破壞，地下室防水滲漏及室內(nèi)冷橋部位結(jié)露、發(fā)霉等現(xiàn)象，俗稱內(nèi)保溫技術(shù)綜合癥。內(nèi)保溫構(gòu)造在節(jié)能早期占有大量市場(chǎng)，隨節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步，逐步退出市場(chǎng)。

(b)2-1冬季、夏季外保溫、內(nèi)保溫墻體表面溫度最高、最低時(shí)保溫墻體沿墻厚方向溫度分布外保溫；(b)內(nèi)保溫自保溫墻體內(nèi)側(cè)年溫差為8℃，而外側(cè)年溫差可達(dá)65℃，外側(cè)年溫差是內(nèi)側(cè)年溫差的8倍，內(nèi)側(cè)變形應(yīng)力小，而外側(cè)變形應(yīng)力大，導(dǎo)致墻體內(nèi)外兩側(cè)收縮膨脹不一致，致使產(chǎn)生大2-2。TLTL-JQH-DXJ-W冬季夏季504540302520151050-5-10020406080100120140160180200220240260Location(mm)2-2冬季、夏季自保溫墻體表面溫度最高、最低時(shí)保溫墻體沿墻厚方向溫度分布夾芯保溫是將保溫層置于結(jié)構(gòu)墻的中間，是用結(jié)構(gòu)墻體去保護(hù)保溫層，這種墻體構(gòu)造是特別不穩(wěn)定的，夾芯保溫外葉墻的年溫差是內(nèi)葉墻的8倍（圖2-3），保溫層加劇了兩側(cè)的墻體溫差，造成了內(nèi)葉墻與外葉墻的溫度應(yīng)力的自破壞，人為縮短建筑物壽命，一般夾芯保溫建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命為五十年。從建筑壽命周期看，夾芯保溫是不節(jié)能建筑。TLTL-JXH-DXJ-W冬季夏季504540302520151050-5-100

20 40 60

80 100

120

140

160Location(mm)2-3冬季、夏季夾芯保溫西面墻體表面溫度最高、最低時(shí)保溫墻體沿墻厚方向溫度分布術(shù)研究所王滿生博士關(guān)于出挑構(gòu)造外保溫溫度應(yīng)力的分析補(bǔ)充了清華大學(xué)張君教授關(guān)于建筑溫度場(chǎng)的理論；溫度場(chǎng)模型的提出，使得外保溫應(yīng)用技術(shù)成為了研究五種自然力的科學(xué)；的基本國(guó)策，就要發(fā)展完善外墻外保溫技術(shù)系統(tǒng)，不斷延長(zhǎng)建筑的全壽命周期。根據(jù)外保溫外表面溫度狀況分析，其應(yīng)力集中發(fā)生區(qū)在外保溫的外表面，外保溫系統(tǒng)的三原則：柔性釋放應(yīng)力，外保溫系統(tǒng)構(gòu)造中外層材料允許變形量大于內(nèi)層材料允許變形量，滿足逐層漸變的構(gòu)造設(shè)計(jì)?？刂葡噜彶牧献冃嗡俣炔?。保溫系統(tǒng)各構(gòu)造層相鄰材料之間過大的變形應(yīng)力影響不同材料之間的粘結(jié)穩(wěn)定，相鄰材料層導(dǎo)熱系數(shù)不宜相差過大。整體柔性構(gòu)造隨時(shí)釋放應(yīng)力。保溫系統(tǒng)中不設(shè)溫度應(yīng)力集中釋放區(qū)，不設(shè)置分隔縫配置長(zhǎng)短不同，彈性模量不同的纖維用于分散力的傳導(dǎo)方向。外保溫柔性構(gòu)造的核心思想是允許變形，誘導(dǎo)變形，分散并改變力的傳遞方向。建筑溫度場(chǎng)認(rèn)識(shí)露點(diǎn)溫度變化用。根據(jù)建筑溫度的數(shù)據(jù)分析，不同的保溫構(gòu)造位置會(huì)有不同的冷凝現(xiàn)象。外墻中的水蒸氣分壓力和飽和水蒸氣分壓力分布有以下幾種類型：在墻體沿厚度的同一位置上，飽和水蒸氣分壓力高于外墻中水蒸氣分壓力時(shí)，這種2-4。2-4外墻外保溫水蒸氣分壓力分布圖內(nèi)保溫的冷凝露點(diǎn)位置在保溫層靠?jī)?nèi)側(cè)墻體，見圖2-5。2-5外墻內(nèi)保溫水蒸氣分壓力分布圖夾芯保溫的冷凝露點(diǎn)位置在保溫層外界面與外葉墻連接處，見圖2-6。2-6外墻夾芯保溫水蒸氣分壓力分布圖自保溫墻體冷凝露點(diǎn)位置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體外側(cè)附近，見圖2-7。2-7外墻自保溫水蒸氣壓分壓力分布圖不同的保溫位置對(duì)墻體水蒸氣滲透有不同的影響，內(nèi)保溫、夾芯保溫、自保溫都會(huì)在墻體部位發(fā)生結(jié)露。只有外保溫露點(diǎn)位置不在墻體。室外溫濕變化中，外保溫抗裂層存在冷凝生成條件，抗裂層下的保溫材料如完全閉孔或孔隙率很低，不能分散冷凝水，就會(huì)使抗裂砂漿粘結(jié)力下降，強(qiáng)度降低，干燥時(shí)產(chǎn)生干濕形變，抗裂砂漿層易產(chǎn)生空鼓和脫落。溫板外側(cè)，做水分散構(gòu)造是一種良好的組合，在抗裂砂漿表層上涂硅橡膠高彈底涂，防液態(tài)水進(jìn)入保溫層，又能方便氣態(tài)水排出。耐候試驗(yàn)篩選長(zhǎng)壽命構(gòu)造設(shè)計(jì)我國(guó)的外保溫材料大多選擇了薄抹灰的構(gòu)造，這種一味模仿外來技術(shù)的情況，給我國(guó)的節(jié)能技術(shù)發(fā)展埋下了隱患，經(jīng)過這些年的實(shí)踐，越來越多的發(fā)現(xiàn)這種盲從的危害。上海發(fā)布文件禁行全部薄抹灰外保溫做法，就是對(duì)這種全面盲從外來技術(shù)的一種否定。外保溫材料應(yīng)選擇什么構(gòu)造做法更為科學(xué)合理，這是膠粉聚苯顆粒外保溫系統(tǒng)材料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展過程一項(xiàng)重要的技術(shù)研究。在長(zhǎng)達(dá)八年的時(shí)間里先后對(duì)市場(chǎng)上大多數(shù)主流保溫做法進(jìn)行了大型耐候試驗(yàn)，共選擇48個(gè)外保溫材料系統(tǒng)，積累了幾百萬(wàn)個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，終于完成這個(gè)純研究技術(shù)的外保溫構(gòu)造優(yōu)選試驗(yàn)分析。這個(gè)成果不僅國(guó)內(nèi)各方節(jié)能人士共享成果，還引來美國(guó)兩大機(jī)構(gòu)FM和ASTM的主要技術(shù)干部和法國(guó)建筑科學(xué)院專家前來參觀。本試驗(yàn)采用的大型耐候性試驗(yàn)設(shè)備為兩個(gè)溫度控制箱體，能夠同時(shí)進(jìn)行四個(gè)外保溫系統(tǒng)的耐候性試驗(yàn)（圖2-8、圖2-9）。2-8耐候性能檢測(cè)試驗(yàn)機(jī)外部箱體 2-9耐候性能檢測(cè)試驗(yàn)機(jī)內(nèi)部箱體這種試驗(yàn)方法能夠保證同環(huán)境溫度條件下同時(shí)進(jìn)行不同外保溫系統(tǒng)及不同組成材料的外保溫構(gòu)造對(duì)比試驗(yàn)，比較同條件下不同外保溫系統(tǒng)組成材料耐候性能的優(yōu)劣。這種試驗(yàn)方法和試驗(yàn)儀器在國(guó)內(nèi)還是首創(chuàng)，試驗(yàn)結(jié)果令人耳目一新。每組試驗(yàn)均采用對(duì)比性驗(yàn)證，即：同材料不同構(gòu)造試驗(yàn)，以驗(yàn)證材料的不同構(gòu)造優(yōu)選；同構(gòu)造不同材料的對(duì)比試驗(yàn)，以驗(yàn)證不同材料對(duì)構(gòu)造的適應(yīng)性。該試驗(yàn)方法參照《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》JGJ144-2004進(jìn)行，試驗(yàn)步驟為：高溫-806h。（1）升溫3h：使試樣表面升溫至70℃，并恒溫在（70±5）℃（其中升溫時(shí)間為1h）。（2）淋水1h：向試樣表面淋水，水溫為（15±5）℃，水量為1.0～1.5L/(m2·min)。（3）2h。48h。加熱-524h。升溫8h：使試樣表面升溫至50℃，并恒溫在（50±5）℃（其中升溫時(shí)間為1h）。降溫16h：使試樣表面降溫至20℃，并恒溫在（20±5）℃（其中降溫時(shí)間為2h）。每4次高溫-淋水循環(huán)和每次加熱-冷凍循環(huán)后觀察試樣是否出現(xiàn)裂縫、空鼓、脫落等情況并做記錄。試驗(yàn)結(jié)束后，狀態(tài)調(diào)節(jié)7d，按現(xiàn)行《建筑工程飾面磚粘結(jié)強(qiáng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ110規(guī)定檢驗(yàn)?zāi)鎸优c保溫層的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。外保溫大型耐候試驗(yàn)見表2-1。大型耐候性試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)造做法匯總 表2-1序號(hào)粘結(jié)層保溫層找平層飾面層備注1.115mmEPS10mm涂料—1.215mmEPS—面磚—1.3—50mm—面磚—1.4EPS—涂料—115mmEPS10mm涂料—215mmEPS—涂料槽315mmEPS—涂料EPS板縫4EPS—涂料—3.1—60mm有網(wǎng)EPS10mm面磚—3.2—60mm有網(wǎng)EPS—面磚—3.3—60mm無(wú)網(wǎng)EPS10mm涂料—3.4—60mm無(wú)網(wǎng)EPS—涂料—4.115mmXPS10mm涂料—4.215mmXPS—涂料板不去皮，開雙孔4.3XPS—涂料—4.4XPS—涂料—5.115mmEPS10mm面磚—5.215mmEPS—面磚—5.315mmXPS—面磚—5.4EPS—面磚—6.1—40mm酯30mm粒涂料—6.2—40mm酯10mm粒涂料—6.3—40mm酯—涂料聚氨酯表面修平6.4—40mm酯—涂料聚氨酯表面不修平7.115mmEPS30mm涂料—7.215mmEPS10mm涂料—7.315mmEPS—涂料—7.4EPS—涂料巖棉防火隔離帶8.115mmXPS10mm涂料—8.215mmXPS10mm涂料—8.315mmXPS—涂料—8.4XPS—涂料巖棉防火隔離帶9.1100mm—涂料—9.2100mm20mm涂料錨固為主做法9.3100mm20mm涂料錨固為主做法9.415mmXPS10mm涂料—10.115mm100mm板—涂料—10.215mm100mm板—面磚做至抗裂層10.3100mm板—涂料—10.4100mm板—面磚做至抗裂層11.115mmXPS10mm涂料—11.215mmXPS—涂料—11.315mmXPS30mm涂料—11.4XPS—涂料—1140mm溫板10mm涂料—1240mm溫板—涂料雙層耐堿網(wǎng)布1340mm溫板10mm涂料—1440mm溫板—涂料單層耐堿網(wǎng)布注：基層墻體為C20混凝土墻，保溫材料與膠粉聚苯顆粒漿料界面處均有界面劑處理。涂料飾面時(shí)抗裂層：4mm抗裂砂漿+耐堿玻纖網(wǎng)格布+高彈底涂；面磚飾面時(shí)：10mm豎絲巖棉復(fù)合板、無(wú)機(jī)保溫漿料；施工工藝和構(gòu)造涉及了現(xiàn)澆、貼砌、點(diǎn)框粘、現(xiàn)場(chǎng)噴涂、溫材料和構(gòu)造系統(tǒng)。經(jīng)耐候墻體溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬，與大型耐候試驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較，耐候試驗(yàn)墻體的升降溫速率其試驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果吻合較好。通過整理此12輪大型耐候試驗(yàn)有如下試驗(yàn)結(jié)論：外保溫板材在外墻的穩(wěn)定狀態(tài)排序：模塑聚苯板優(yōu)于擠塑聚苯板，擠塑聚苯板優(yōu)于聚氨酯板。做法排序：滿粘保溫板優(yōu)于點(diǎn)框粘保溫板，點(diǎn)框粘保溫板優(yōu)于點(diǎn)粘保溫板。各類高效保溫板與抗裂砂漿層之間設(shè)膠粉聚苯顆粒漿料層可減緩裂縫生成。各類保溫板在增加30mm以上膠粉聚苯顆粒漿料做保護(hù)層后不會(huì)發(fā)生抗裂層的破壞。貼砌做法是外保溫各種做法中耐候性穩(wěn)定性最強(qiáng)的，其六面用膠粉聚苯顆粒包裹保溫板，減少保溫板與抗裂層的變形速度差，可有效控制保溫板的形變，。小結(jié)：大型系統(tǒng)耐候試驗(yàn)優(yōu)選出外墻外保溫各種系統(tǒng)做法中耐候最穩(wěn)定的構(gòu)造。把這種料》JG/T158-2013標(biāo)準(zhǔn)中，使得外墻外保溫系統(tǒng)的壽命提升到了百年的水平，貼砌法列入了外保溫做法永久保修、終身負(fù)責(zé)的承諾。防火試驗(yàn)優(yōu)選構(gòu)造防火做法北京振利與中國(guó)建筑科學(xué)研究院防火所等八家單位申請(qǐng)并開始研究建設(shè)部科研課題：“外墻保溫體系防火試驗(yàn)方法，防火等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及建筑應(yīng)用范圍的技術(shù)研究”（06-K5-35）取得了適合我國(guó)國(guó)情的開創(chuàng)性的研究成果，正式通過專家驗(yàn)收。完成了《建筑外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能試驗(yàn)方法》GB/T29416-2012，完成了防火等級(jí)評(píng)2-2。膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)對(duì)火反應(yīng)性能指標(biāo) 層厚度（mm）錐形量熱計(jì)試驗(yàn)燃燒豎爐試驗(yàn)窗口火試驗(yàn)現(xiàn)象值（kW/m2）度（mm）層測(cè)點(diǎn)的最高溫度（℃）燃燒面積（m2）≥33不應(yīng)被點(diǎn)燃，試件厚度變化10%≤5≥800≤200≤3≥23≤10≥500≤250≤6≥13≤25≥350≤300≤9保護(hù)層，當(dāng)防火保護(hù)層在30mm時(shí)，外保溫系統(tǒng)熱釋放速率峰值≤5kW/m2，屬不燃類系統(tǒng)，保溫板不會(huì)熔融。在課題研究期間完成了32次窗口火試驗(yàn)見表2-3。窗口火試驗(yàn)列表 序號(hào)系統(tǒng)名稱試驗(yàn)日期點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)造特點(diǎn)防火隔離火焰保溫材料保護(hù)層類型粘貼方式防火分隔1溫系統(tǒng)2007-2-2利EPS厚抹灰無(wú)空腔分倉(cāng)—無(wú)2系統(tǒng)2007-4-14利EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)—不評(píng)價(jià)3系統(tǒng)2007-5-29利EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)—有4保溫系統(tǒng)2007-5-30州PU薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)—無(wú)5系統(tǒng)2007-7-16州PU10無(wú)空腔無(wú)—無(wú)6保溫系統(tǒng)2007-9-6州PU薄抹灰無(wú)空腔無(wú)—無(wú)7復(fù)合EPS2007-11-13州EPS厚抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)—無(wú)統(tǒng)8EPS系統(tǒng)2008-4-23州EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)氨隔離帶無(wú)9EPS系統(tǒng)2008-10-7敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)火隔離帶無(wú)10EPS系統(tǒng)2008-10-21州EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)氨隔離帶有11EPS系統(tǒng)2008-11-11敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)火隔離帶無(wú)12EPS系統(tǒng)2008-11-11敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)火梁有13EPS系統(tǒng)2009-3-18敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)火梁無(wú)14EPS系統(tǒng)2009-3-18敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)泥棉隔離帶有15EPS系統(tǒng)2009-4-13敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)——有16EPS系統(tǒng)2009-6-3州EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)氨隔離帶無(wú)172009-8-12敬業(yè)達(dá)PU厚保護(hù)層無(wú)空腔無(wú)—無(wú)溫系統(tǒng)18XPS系統(tǒng)2009-8-12敬業(yè)達(dá)XPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)火隔離帶無(wú)19保溫系統(tǒng)2009-8-20州PU薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)—無(wú)20EPS溫系統(tǒng)2009-9-3敬業(yè)達(dá)EPS厚保護(hù)飾面粘結(jié)面積≥40％無(wú)—無(wú)21統(tǒng)2009-11-22州PU厚抹灰保溫層與基層墻體滿在幕墻空腔*保溫層內(nèi)無(wú)防但幕墻空腔用巖棉隔離帶分隔火隔離帶無(wú)22EPS系統(tǒng)2009-11-26利EPS薄抹灰無(wú)空腔分倉(cāng)—無(wú)23EPS系統(tǒng)2010-2-3州EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)氨隔離帶不評(píng)價(jià)24XPS溫系統(tǒng)2010-3-23利XPS厚抹灰無(wú)空腔分倉(cāng)顆粒20cm無(wú)25EPS系統(tǒng)2010-5-13敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)—無(wú)26EPS2010-5-13敬業(yè)達(dá)EPS厚保護(hù)有空腔，無(wú)—無(wú)溫系統(tǒng)飾面積≥40％27系統(tǒng)2010-6-23利PF薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)—有28溫系統(tǒng)2010-9-2州PU厚抹灰無(wú)空腔無(wú)—無(wú)29造）溫系統(tǒng)2010-9-10利PF厚抹灰無(wú)空腔有分隔無(wú)30系統(tǒng)2010-10-28敬業(yè)達(dá)XPS（B1級(jí)）薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)—有31系統(tǒng)2010-10-28敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)帶無(wú)32保溫系統(tǒng)2010-11-5州PU厚抹灰粘結(jié)面積≥40％無(wú)—無(wú)注：1．表中符號(hào)：EPS——模塑聚苯板，XPS——擠塑聚苯板，PU——硬泡聚氨酯，PF——改性酚醛板。2．表中的試驗(yàn)2和試驗(yàn)23僅作為演示試驗(yàn)，主要用于向領(lǐng)導(dǎo)和專家介紹窗口火試驗(yàn)方法。因試驗(yàn)時(shí)的風(fēng)速條件不滿足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此不對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。EPS19次（154次）8次（薄抹35次），XPS3次（B2XPS1次，B1XPS板薄抹灰1次，B2XPS1次）2次。外保溫系統(tǒng)窗口火試驗(yàn)結(jié)果見表2-4。外保溫系統(tǒng)窗口火試驗(yàn)結(jié)果 表2-4序號(hào)2可燃保溫層燒損高度系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ耘卸?﹤500未見明顯燒損無(wú)2——不評(píng)價(jià)3﹥500全部燒損有4﹤500210cm無(wú)5﹤50025cm無(wú)6﹤500210cm無(wú)7﹤500未見明顯燒損無(wú)8﹤5002無(wú)9﹤5002無(wú)10﹥500全部燒損有11﹤5002無(wú)12﹤500燒損到模型頂部有13﹤5002無(wú)14﹥500最高防火隔離帶下邊緣有15﹥500燒損到模型頂部有16﹤5002無(wú)17﹤5002無(wú)18﹤5002無(wú)19﹤500215cm無(wú)20﹤5002無(wú)21﹤500水平準(zhǔn)位線1無(wú)22﹤5002無(wú)23——不評(píng)價(jià)24﹤500水平準(zhǔn)位線1無(wú)25﹤5002無(wú)26﹤5002無(wú)27﹥500燒損到模型頂部有28﹤5002無(wú)29﹤5002無(wú)30﹤500燒損到模型