（工程力学专业论文）聚氨酯小框体外墙外保温体系研究.pdf

j ! i | i fl r lj j l lfiif i ipi jf l i j f l 18 3 3 9 2 0 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者：f 挣1 缉 日期：2 0 l o 年4 月2 0 日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州 大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学 位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑 州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者：( 泌饶算 f 1 期：2 0 l o 年4 月2 0 日 摘要 摘要 当今世界范围内，能源紧缺，而建筑能耗在社会商品生产能耗所占的地位 举足轻重，因此建筑节能对节省能源、缓解能源紧缺有显而易见的作用。而外 墙能耗占建筑能耗4 0 左右，外墙外保温体系技术应运而生，但其因发展时间 短，理论不成熟，诸多问题在近几年渐渐呈现出来。 本文是以河南省重大公益科研计划项目( 0 8 11 0 0 9 1 0 4 0 0 ) 、郑州市重大科技 计划项目( 0 8 2 s g z s 3 2 0 7 9 ) 以及郑州大学研究生科学研究基金( 重点类a 1 8 1 ) 为依托，提出一种新的外墙外保温体系聚氨酯小框体外墙外保温体系( 下 称小框体复合保温体系) ，通过有限元理论模拟方法来分析小框体复合板体系的 热工性能、结构性能，最后提出细部构造措施。所做的研究主要包括以下几个 方面： ( 1 ) 提出新的外墙外保温隔热体系小框体复合板体系，阐述小框体复 合板体系的保温隔热原理，提出小框体复合板体系的建议施工工艺，指导现实 施工。 ( 2 ) 从热工性能方面分析小框体复合板体系的传热过程，并和e p s 薄抹灰 体系对比，通过建立模型，加载，分别得出小框体复合板体系和e p s 薄抹灰体 系的热流密度。用热流密度这一指标说明小框体复合板体系的阻止热流传导的 能力更强。 ( 3 ) 从结构方面分析小框体复合板的结构性能，通过有限元建立模型，加 载，得到小框体复合板的x 、y 、z 方向的变形及小框体复合板各组成部分的应力 值，分析其变形值和变形趋势，说明小框体复合板结构的合理性。对应力相对 材料强度较大的小区域提出构造措施，以扩散其应力大值。 ( 4 ) 从细部构造来改善小框体复合板体系细部的热工及结构性能。u 型伸 缩缝的提出既改变了外墙外保温体系的热工性能，同时也改善了伸缩缝的结构 性能，使伸缩缝节点构造在满足热工性能的同时，伸缩缝节点能自由伸缩，复 合结构要求。门窗洞口及阳角节点也满足热工和结构的要求。 关键词：建筑节能；外墙外保温；小框体复合板；热流密度；结构性能； 细部构造；u 型伸缩缝。 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt o d a y sw o r l d ，w i t h i nt h es c o p eo ft h e e n e r g ys h o r t a g e ，b u i l d i n ge n e r g y c o n s u m p t i o ni ns o c i a lc o m m o d i t yp r o d u c t i o nc o n s u m p t i o na c c o u n t sf o ra ni m p o r t a n t p o s i t i o n b u i l d i n ge n e r g ys a v i n gh a so b v i o u se f f e c tt os a v ee n e r g y b e c a u s ee x t e r n a l e n e r g yc o n s u m p t i o no fb u i l d i n ge n e r g yc o n s u m p t i o na c c o u n t sf o ra b o u t4 0p e r c e n t ， t h et e c h n o l o g yo fe x t e r i o ri n s u l a t i o ns y s t e mh a sd e v e l o p e d ，t h et h e o r e t i c a lp r o b l e m s i n c r e a s i n gi nr e c e n ty e a r s r e l y i n go nm a j o rp u b l i cr e s e a r c hp r o j e c t si nh e n a np r o v i n c e ( 0 8110 0 9 10 4 0 0 ) ， m a j o rs c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a lp r o j e c t so fz h e n g z h o uc i t y ( 0 8 2 s g z s 3 2 0 7 9 ) a n d t h eg r a d u a t er e s e a r c hf u n do f z h e n g z h o uu n i v e r s i t y ( f o c u sc l a s sa 181 ) ，t h i sp a p e r p r o p o s e san e wk i n do fe x t e r n a lt h e r m a li n s u l a t i o ns y s t e m t h ep o l y u r e t h a n ef r a m e s t y l ee x t e r i o ri n s u l a t i o ns y s t e m t h es i m u l a t i o nm e t h o dt h r o u g hf i n i t ee l e m e n tt h e o r y o fc o m p o s i t es y s t e ma n a l y s e st h ep e r f o r m a n c eo ft h e r m a la n dt h e p r o p e r t i e so f s t r u c t u r eo ft h es m a l lf r a m ec o m p o u n dp l a t e ，a n df i n a l l yp u t sf o r w a r dm e a s u r e sf o r d e t a i l r e s e a r c hd o n em a i n l yi n c l u d e st h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： 1 ) t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dan e we x t e r i o ri n s u l a t i o ns y s t e m t h el i t t l eb o xb o d y s y s t e m ，a n dp u t sf o r w a r dt h ep r i n c i p l eo ft h e r m a li n s u l a t i o nc o m p o s i t es y s t e mo f s m a l lf r a m e ，a n dg u i d e sp r a c t i c a lc o n s t r u c t i o n ( 2 ) f r o mt h et h e r m a lp e r f o r m a n c ea n a l y s i so fh e a tt r a n s f e rp r o c e s so fs m a l l f r a m ec o m p o s i t es y s t e ma n de p s p l a s t e r e ds y s t e mt h r o u g hm o d e l ，l o a d s ，s m a l lf r a m e c o m p o s i t es y s t e ma n de p sp l a s t e r e ds y s t e mh e a tf l u x t h i si n d e xw i t hh e a tf l u x s h o w st h ea b i l i t yo ft h es m a l lf r a m ec o m p o s i t es y s t e mt op r e v e n to fh e a tt r a n s f e r s t r o n g e r 3 ) as t r u c t u r a la n a l y s i so fs m a l lf r a m ec o m p o s i t ep l a t e sb yf i n i t ee l e m e n t m o d e l i n g ，t h ep a p e rg e t st h es m a l lf r a m ec o m p o s i t ep l a t ex ，y ，zd i r e c t i o no ft h e d e f o r m a t i o na n dt h es m a l lf r a m ec o m p o s i t ep l a t es t r e s sc o m p o n e n t s ，a n a l y s i so ft h e d e f o r m a t i o na n dd e f o r m a t i o nf i e n d ，i n d i c a t i n gt h es m a l lf r a m ec o m p o s i t ep l a t ei s r e a s o n a b l e r e l a t i v es t r e n g t ho fm a t e r i a lo fs t r e s so fs m a l la r e ai sp r o p o s e dt os p r e a d n i t ss t r e s s ，g r e a tv a l u e 4 ) f r o md e t a i ls t r u c t u r et oi m p r o v et h es m a l lf l a m ec o m p o s i t et h e r m a la n d s t r u c t u r eo ft h ed e t a i l so ft h es y s t e mp e r f o r m a n c e t h ep r o p o s e do fu t y p ee x p a n s i o n j o i n t sn o to n l yc h a n g e st h ee x t e r i o ri n s u l a t i o ns y s t e mo ft h e r m a lp e r f o r m a n c e ，b u t a l s oi m p r o v e st h ee x p a n s i o nj o i n ts t r u c t u r ep e r f o r m a n c e s t r u c t u r ea n dt h e r m a lo f d o o rh o l ea l s om e e tt h er e q u i r e m e n t s k e yw o r d s ：b u i l d i n ge n e r g ye f f i c i e n c y ；s m a l lf r a m ec o m p o s i t ep l a t e ；h e a tf l u x ； t h ep r o p e r t i e so fs t r u c t u r e ；m e a s u r e sf o rd e t a i l ；u - t y p ee x p a n s i o nj o i n t s i i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t 。：i i 目录i v l 绪论1 1 1 国内外建筑节能现状1 1 1 1国外建筑节能现状l i 1 2 国内建筑节能现状2 1 2 现阶段常用的三种保温形式。4 1 2 1 外墙内保温4 1 2 2 外墙夹心保温5 1 2 3 外墙外保温6 1 3 现阶段外墙外保温存在的问题8 1 4 本文研究内容1 0 2 小框体复合保温体系介绍1 2 2 1小框体复合保温体系的构成1 2 2 2 小框体复合保温体系保温隔热原理1 5 2 3小框体复合保温体系施工工艺16 3小框体复合保温体系热工数值分析2 0 3 1 热分析理论2 0 3 2小框体复合保温体系热工数值分析2 2 3 2 1 模型建立和加载。2 2 3 2 2 结果分析2 6 i v 目录 3 3 小结3 0 4 小框体复合板结构数值分析3 2 4 1 结构分析理论3 2 4 2 小框体复合板结构数值分析3 4 4 2 1 模型建立和加载3 4 4 2 2 小框体复合板位移、内力分析3 9 4 3 小结4 6 5 小框体复合板体系细部构造4 7 5 1u 型伸缩缝4 7 5 2 小框体复合板体系门窗洞口构造5 4 5 3 小框体复合板体系阳角构造5 5 6结论与展望5 8 6 1结论5 8 6 2 展望5 9 参考文献6 0 致 射6 3 个人简历6 4 v l 绪论 1绪论 1 1国内外建筑节能现状 当今社会能源消耗过快造成能源紧缺，节能减排是社会不得不面对的问题。 建筑能耗在社会商品能源消耗中占据举足轻重的地位，因此建筑节能是缓解能 源紧缺的重要手段。而建筑节能是当今社会建筑行业共同面对的重要技术领域， 因此国内外社会都高度重视建筑节能。 1 1 1国外建筑节能现状 英国政府在1 9 8 6 年之后开始陆续制订建筑节能计划，将建筑节能标准从高 至低分为1 0 种类别【l 】。该计划执行伊始遇到的最大阻碍是因节能而增加住宅的 单价，但是这部分增加的造价，换来的却是长远的经济效益。按这一标准设计 的节能建筑比传统建筑在能量消耗上减少了7 5 【2 】。政府强制执行建筑节能标 准同时，一方面要顾及不同阶层购房者的经济承受能力，另一方面考虑供应节 能材料的成本，减少运输费用，尽可能降低建筑价格。因此，英国各地区依据 这节能标准因地制宜地制订政策，推动建筑节能工作的实施。经过多年努力， 英国的新建建筑基本达到最高节能等级要求，并且建筑内部舒适程度也因节能 改造得到了明显提高。 德国能源缺乏，石油几乎全部进口，天然气几乎八成以上需进口。节约能 源和保护环境是德国开发利用能源一贯坚持的政策。由于纬度较高，德国冬季 较长，建筑供暖能耗成为其政府重点解决的一个领域。德国政府采用制定和 修订建筑保温技术规程等一系列措施，不断挖掘建筑节能的潜在能力。德国的 能源节约法在2 0 0 2 年2 月生效，它代替了旧的供暖保护法和供暖设 备法，制定了新建建筑的能耗新标准，规范了供暖设备的节能技术指标和建筑 材料的保暖性能等方面。按照新法规，建筑的能耗要比2 0 0 2 年前的能耗水平降 低3 0 【3 j 左右。而在1 9 7 8 年，德国修订建筑节能标准，使其后的建筑能耗比 1 9 7 8 年前的旧建筑减少6 0 以上。德国建筑节能新规范的显著特点是从控制建 筑单项维护结构( 如外墙、外窗和屋顶) 的最低保温隔热指标，转化为限制建筑物 l 绪论 的实际能耗。新规范规定：新建建筑必须出示采暖消耗的能量和建筑热损失值， 特别是建筑外围结构热损失值 4 1 。新建建筑只有在满足新的节能标准要求的前提 下才能动工。业主在购买住宅时，建筑开发商必须出示一份能源消耗证明，此 证明要求明确列出该建筑每年的能耗值。这种办法提高了建筑的能源消耗的透 明度，从而维护了业主的权益。 美国是世界上能源生产量和消耗量最多的国家，目前美国能源生产总量约 占世界能源生产总量的1 9 2 1 左右，其消耗总量占世界能源总消耗总量的2 4 左右。建筑业是美国经济的重要支柱之一，其建筑能耗在美国能耗中占有较大 份额。据统计，近年来美国建筑每年能耗折合约3 5 0 0 亿美元。美国的建筑有其 特有特征：美国人口约2 5 亿左右，人均住房面积近6 0 平方米，位于世界首位， 其中住宅建筑以3 层以下的独立建筑为主，采暖设备、制冷设备全部是分户设 置，这方面设备的运行是家庭日常开销的一个主要组成部分。因此，美国深刻 意识到建筑节能的重要性和迫切性。2 0 世纪7 0 年代发生的能源危机，导致美国 经济的大衰退，美国国会为此通过了能源政策的立法，其中包括建筑及其设备 在节能方面的政策。建筑节能政策的颁布和建筑节能标准的制定，让美国的建 筑节能走上了正轨。 1 1 2国内建筑节能现状 随着我国经济的迅速发展，能源短缺的问题日趋严重。我国建筑能耗的总 量在逐年上升，随着城市化进程的加快以及人民生活质量和生活环境舒适度需 求的提高，我国建筑方面的耗能比例将上升至l 3 左右【5 j ，届时建筑能耗将超越 工业、交通、农业等其他行业的能耗，成为能耗的首位。如此高的比例，使得 建筑耗能已经成为我国经济发展的阻碍，怎样降低建筑能耗已成为社会亟待解 决的问题【6 】。现阶段，我国既有居住建筑有几百亿平方米以上属于高能耗建筑， 数量巨大，给我国经济造成巨大能源危机；我国现在处于建设兴盛时期，每年 建成的建筑面积超过了所有发达国家每年建成建筑面积的总和。按照现阶段的 建设增加的速度。因此，如果现在不开始注重建筑节能设计和既有居住建筑节 能改造，将使能源危机更加明显，给能源供应形成巨大压力1 7 j 。 但是为了方便起见，一般民众根据国家制定的节能率标准人为地把我国节 能阶段分为三阶段。第一阶段为1 9 8 6 年一1 9 9 5 年期间：此阶段为我国制定节 2 l 绪论 能的第一阶段，要求节能率达到3 0 ，设定较低的节能水平是考虑到我国经济 水平的限制，在这一时期，经济水平较低，建筑节能仍处于摸索阶段。简单地 说明一下节能的含义。设每采暖期每平方不考虑节能的情况条件下消耗标准煤a 千克，节能3 0 的含义就是在a 千克的基础上少消耗标准煤3 0 的用量，即执 行3 0 的标准意味着每采暖期每平方消耗标准煤a 千克( 1 - 3 0 ) = 0 7 a 千克。 第二阶段为1 9 9 6 年_ 2 0 0 5 年期间：这一阶段我国经济有较大的发展，对于建 筑技术上又进一步成熟，因此国家建设单位主管部门又制定了在第一阶段节能 3 0 的基础上再节能3 0 ，即是节能3 0 + ( 1 3 0 ) x 3 0 = 5 1 ，即节能率5 0 。 第三阶段为2 0 0 6 年一至今，随着我国经济的高速发展，以及世界范围能源严 重紧缺，建筑能耗逐步将居于我国能耗的首位。国家建设主管部门综合经济以 及建筑节能的技术支持水平等因素，提出在第二节能阶段的基础上有节能3 0 ， 即是5 0 + 5 0 x 3 0 = 6 5 ，也就是常说的节能6 5 ，如图1 1 。 图1 1 建筑节能率三阶段 目前河南省既有建筑面积将近1 5 亿平方米，其中既有居住建筑总面积约占 既有建筑总面积的2 3 ，且每年新增居住建筑约4 0 0 0 万平方米，预计到2 0 2 0 年 新增建筑面积将超过6 亿平方米。资料州显示河南省建筑能耗占全其社会总能耗 l 绪论 近3 0 ，加上建材的生产能耗1 6 7 ，约占全社会总能耗的4 6 7 。全省绝大多 数城市冬季需要采暖，采暖期高达1 2 0 天；夏季需要空调制冷，制冷期约为9 0 天。若按6 5 节能标准衡量，仅每年新增建筑就多耗标准煤近5 0 万吨，多排放 c 0 2 约为3 0 万吨，s 0 2 约为3 0 0 0 吨，烟尘约为1 5 0 0 吨，而全省的既有居住建 筑则每年多耗标准煤约为1 2 2 0 万吨。由此可见，我省建筑能耗占全社会总能耗 的比重相当高，进一步加剧了我省能源紧缺、空气污染和环境恶化的矛盾。因 此建筑建筑节能对我省有重大意义。 1 2 现阶段常用的三种保温形式 外墙占外围护结构传热面积的比例位于首位，因此在外围护结构的建筑节 能设计中，外墙保温的地位不可小觑。据资料统计表明热量通过外墙的面积约 占整个建筑外围护结构总面积的6 6 ，通过外墙的热损失占外围护热损失总能 耗的4 8 t 引，由此可见外墙在外围护传热中所占的地位至关重要 9 1 。因此针对外 墙进行保温隔热改造是建筑节能最直接有效的实现形式【l 叫。我国建筑墙体保温 隔热措施基本有三大类：外墙内保温、夹层保温和外墙外保温。 1 2 1 外墙内保温 外墙内保温是在墙体内侧粘贴保温材料，保温层在室内一侧既作保温层又 作内饰面】。现阶段外墙内保温多采用粉刷石膏作为粘接和抹面材料，通过使 用粘贴聚苯板等保温材料达到保温效果，如图1 2 、图1 3 所示。外墙内保温保 温层和内饰面一起施工，省去了内饰面的装修的工序，同时节省了成本，同时 也不用考虑外饰面的施工难度。但是外墙内保温也存在很多缺点，主要存在下 列缺点【1 2 】【1 3 【1 4 】： 1 、外墙内保温体系中，保温隔热效果差，外墙平均传热系数高，并且对外 墙体没有保护作用【l s 】【1 6 1 。 2 、外墙内保温体系中，梁柱交叉处的易出现热桥。 3 、外墙内保温体系中，占用室内使用面积。 4 、外墙内保温体系不利于室内装修。 5 、不利于既有建筑的节能改造。 4 1 绪论 内 1 2 2 外墙夹心保温 图1 2 外墙内保温工程实例 图1 3 外墙内保温示意图 夹心保温技术，即对外围护墙采用分层处理的措施，形成墙体保温材 5 l 绪论 料一墙体体系，从而达到保温节能目的【1 7 1 ，如图1 4 所示。我国在建筑保温材 料发展的前期，曾经大力推广过夹层保温技术，并且建筑界也曾试图用工业化 生产的方式解决建筑的节能保温问题，墙体在工厂加工处理，对于新建建筑在 砌墙的同时，保温层的工序一同施工。由于生产方式复杂，且不能有效地解决 建筑中存在的“热桥”问题，因此随着外墙外保温技术的发展，夹层保温施工逐渐 被墙体外保温所取代。 夹心层 1 2 3 外墙外保温 图1 4 外墙夹心保温示意图 外墙外保温技术，即在建筑物外墙的外侧粘贴或采用其他方式来固定保温 材料以达到建筑室内保温隔热的效果。随着建筑节能技术的不断完善和发展， 外墙外保温逐渐成为建筑保温隔热节能改造技术的主导方向【l 引。在科学合理方 面而言，外墙外保温形式是一种先进的、有应用前景的保温节能技术。外墙外 保温有下列几点优势： l 、适用范围广，技术含量高。外墙外保温不仅适合寒冷地区的民用建筑及 工业采暖建筑的建筑节能改造，也适用于暖温带地区建筑物的隔热工程；既可 用于新建建筑建筑节能，也适合既有建筑物的节能改造。推行建筑外墙外保温 技术将间接带动我国科技含量高的节能材料的发展，对经济形成良性循环【l9 1 。 2 、外墙外保温技术保护主体结构及外围护结构，一定程度地延长建筑物寿 命。建筑采用外墙外保温技术，由于保温层位于建筑物围护结构外侧，避免了 雨、雪等不良因素造成的结构破坏，减少了空气中的含碳气体以及水蒸汽的共 同作用对围护结构的碳化。外墙外保温可以减少围护结构的温度，使围护结构 l 绪论 的温差不会太大，从而减少温度应力。综上，外墙外保温比外墙内保温更具有 科学性【2 0 l 。 3 、外墙外保温技术基本上消除了再内保温体系中常见的“热桥”的现象，能 使材料充分地发挥其导热系数较小的优势。外墙外保温在避免“热桥”方面比外墙 内保温更具有明显的优势，如外墙内保温在丁字墙部位、梁柱交界位置、门窗 洞口以及项层女儿墙交界所产生的“热桥”现象明显多，而外保温把建筑整体包起 来，不存在上述热桥出现的部位【2 l l 。 4 、外墙外保温减少内墙面裂缝，方便室内装修及在墙面上悬挂或固定物件。 目前采用外墙内保温的建筑工程都受到着面层开裂问题的困扰。原因之一为外 墙内保温体系中外墙直接暴露在大气中，温度随时间不断变化引起变形应力， 容易使强度较低的内保温层破坏。此现象在高层建筑及东西朝向的条形建筑物 上尤其明显。在做外保温的围护墙体上避免了因外墙温度和湿度变形而导致的 开裂，且方便墙面施工以及室内装修。 5 、外墙外保温降低墙体潮湿现象，有利于保持室温。采用外墙外保温时， 由于蒸汽渗透性高的主体结构位于保温层内侧，只要保温材料合适选择，在墙 体内部不会发生冷凝现象，故无需设置隔汽层，对墙体环境有明显改善。 6 、外墙外保温提高了防水功能和气密性。外墙外保温不仅可以节约采暖能 源开支，而且降低了夏季空调消耗的费用，大大提高了墙体防雨水浸湿的功能， 加气混凝土、混凝土空心砌块等墙体，在砌筑灰缝和面砖粘贴不密实的情况下， 其防水和气密性较差，而采用外墙外保温，不但改善了外来水分造成墙体的潮 湿，还改善了墙体的气密性，便于旧建筑进行节能改造。 7 、利于既有建筑节能改造。由于我国经济水平的制约，2 0 世纪8 0 年代以 前建造的工业建筑与民用建筑一般都没有考虑节能标准。因此，对既有建筑进 行的节能改造，各地政府已提上议事日程。和外墙内保温相比较，采用外墙外 保温方式对既有建筑进行节能改造，其最大优势是住户无须临时搬迁，基本不 影响住户的室内居住和正常的日常生活。 从以上几条有优点可以看出，无论从科学合理性上还是从实际的建筑保温 效果来看，外保温做法是建筑节能改造最佳选择的方式。图1 5 为外墙外保温的 施工现场，图1 6 为外墙外保温示意图。 7 l 绪论 犀l i !圈囵 黼黑，! 期 “照一一二蔓 觯曩蹴豸 亭壤望舅 晒两l 绷 蹩一 i - 。口。奠芝罄? ：镶 遥蕊淹薹二蕊笺澍警釜蛰 1 3 现阶段外墙外保温存在的问题 外墙外保温技术虽然有诸多优点， 理论技术亟待完善。随着时间的推移， 但是由于其在我国的发展时间短暂，其 外墙外保温技术不足之处日益凸显【2 2 】。 i 绪论 一些粘贴聚苯板的外保温工程在竣工后的较短时间内，外墙的薄抹灰表面 就出现裂纹【2 3 】，尤其是在聚苯板横向、纵向接缝处，往往产生较长的水平裂纹 和纵向裂缝【2 引。经分析认为，产生裂纹的原因一方面在于此处的抹面层胶浆较 厚，同时胶浆柔性不足，收缩较大，造成裂纹f 2 5 1 2 6 1 ；另原因来自于聚苯板的自 收缩，有些施工单位对聚苯板的性能和使用要求不是很了解，所以拉动面层开裂 【2 7 1 。这些面层裂纹除影响建筑物美观外，更严重的是破坏了保护面层【2 8 】1 2 9 1 ，从而 使保温层的使用环境恶化，影响使用功能，缩短了使用年限，如图1 7 。 图1 7 保温层脱落 窗台、阳台、雨篷、挑檐、水落口、女儿墙等特殊部位是容易出问题的地 方。由于这些部位不好施工，因为各家做法不一，出现的不良反应也比较多。 比较普遍的是在这些部位网格布搭接不够，端头处理不当，或抹面胶浆封闭不 严，造成雨水渗漏，甚至产生热桥。国内近几年来新竣工的建筑物中，因外保 温施工处理不好，在窗口、水落口、挑檐等处造成墙体渗漏的情况发生较多， 而要进行堵漏难度较大，因为漏点不易准确找到。 粘贴不牢出现的质量问题也在逐渐增多，最严重的情况莫过于聚苯板脱落 事故，分析事故原因为： 9 l 绪论 ( 1 ) 施工质量较差，胶浆粘贴面积不够，造成聚苯板脱落p 们。 ( 2 ) 旧墙面处理不当，造成脱落。 ( 3 ) 施工季节不当，影响聚合物胶浆粘接强度，造成脱落。 ( 4 ) 保温材料质量较差，在风荷载吸力作用下，易出现空鼓现象。 1 4 本文研究内容 本文提出一种新的体系聚氨酯小框体式外保温体系，旨在解决现阶段 外墙外保温体系存在的一系列问题。例如现行保温体系在结构受力上的不太合 理性，裂缝易发生强度较低的保温层，在规程规定，保温层破坏就意味着整个 体系失效，安全性能不高；现行体系对于部分节点构造在现实中不易操作，考 虑上也欠佳，对于伸缩缝这一方面构造做法，只是在热工理论上考虑是否保温， 在结构方面对于结构的变形并没有认真的探讨。本文是以河南省重大公益科研 项目( 项目编号：0 8 1 1 0 0 9 1 0 6 0 0 ) 、郑州市重大科技计划项目( 项目编号： 0 8 2 s g z s 3 2 0 7 9 ) 、郑州市2 0 0 8 专项基金项目为依托，从小框体复合板体系热工 性能，结构性能，以及节点构造出发来诠释小框体复合板体系较其他保温形式 的优越性。 本文做的主要工作有以下几点： l 、介绍小框体复合板体系。介绍小框体复合板体系各组成的部分以及作用， 外框选用的原因，保温材料选用的目的。阐述其保温隔热实现的原理利用 封闭的不流动的空气间层是热的不良导体。最后给出建议的施工工艺。 2 、对小框体复合板体系、现行常见的保温体系e p s 板的热工性能进行 数值分析，对两种保温体系进行对比分析，以及对小框体复合板体系自身比较， 得到新体系在热工方面为优。 3 、对小框体复合板在固定在基层墙体之后，复合板在重力荷载及风荷载的 作用下进行数值分析，分析其受力，以及应力分布，查看砂浆层，以及保温层 的应力分布，说明其应力状态的存在的原因及合理性。 4 、在现行保温体系的基础上，对于细部构造进行改造，u 型伸缩缝的提出， 解决了现行伸缩缝的由于结构伸缩变形而产生的伸缩缝节点保温失效的问题， 使之更加满足理论要求。而阳角的保温处理是考虑建筑角部风荷载局部增大对 阳角处不利影响。 l o l 绪论 小框体复合板体系的提出在理论上和实际操作中完善外墙外保温隔热体 系，弥补目前其存在的缺点。小框体复合板体系的提出实现外墙外保温体系的 模块化施工，加快了施工的进程。小框体复合板在工厂实现拼装，然后在现在 只需对小框体复合板粘贴固定，其施工过程简单，程序简要，易被工程人员接 受。小框体复合板在保温层和外框一体化，克服当前外墙外保温的易脱落的问 题。 2 小框体复合板体系介绍 2 小框体复合保温体系介绍 本文在外墙外保温体系的基础上提出种新的保温体系小框体复合板 体系，旨在解决现行外墙外保温体系存在热工以及结构方面的问题，在服役期 间，使建筑保温效果更好，结构安全性更高；在结构方面，受力更加合理，减 少外力对保温层的影响。本章将对小框体复合板体系的构成，以及各构成层材 料的选取，并对其保温隔热原理进行详细的介绍，最后提出建议的施工工艺。 2 1 小框体复合保温体系的构成 小框体复合板，主要是由保温材料( 聚氨酯) ，无冷桥连接件，封闭空气夹 层和封边材料构成，保温材料和建筑外墙找平砂浆之间形成封闭的空气夹层。 小框体复合板和基层墙体一起工作，称之为小框体复合板体系，如图2 1 。图2 2 为小框体复合板的正立面图，沿外边线5 0 r a m 厚的范围内，挖去2 0 m m 厚的聚 氨酯，形成凹槽，凹槽和基层墙体形成空气夹层。 _ 黧一 - ! l 抹聚空找基击 面氨气平层硅 砂酯间砂蠕短 浆层层浆体勇 l内 图2 1小框体复合保温体系示意图 1 2 2 小框体复合板体系介绍 图2 2 小框体复合保温体系立面图 以下介绍小框体复合板保温材料的作用，以及采用此种材料的原因： 现行的保温体系通常选用聚苯板作为保温材料，其原因是聚苯板导热系数 较低，在0 0 4 2w ( m k ) 左右，其价格也相当低廉，由于上述条件，聚苯板受 到建筑节能行业的青睐。但是随着外保温寿命的l 临近，建筑行业不得不面临一 个重大的社会问题即聚苯板的回收和处理。聚苯板回收处理较难，易形成白色 污染。因此在小框体复合板体系的保温层选择上需慎重考虑。 本文提出的聚氨酯小框体外墙外保温体系保温层选用聚氨酯材料，其目的 综合考虑到下面几点因素： l 、聚氨酯导热系数小。聚氨酯导热系数较小，在0 0 3 3 w ( m k ) 左右。聚 氨酯经过发泡，在材料内部微观的封闭的空气孔，微型空气空腔在材料内部和 聚氨酯本身一起工作，封闭的空气孑l 导热系数较低，在0 0 2 3 w ( m k ) ，使聚氨 酯材料处于导热系数较低的水平。 2 、聚氨酯强度较高。相对于其他保温材料来讲，例如聚苯板，聚氨酯材料 强度较高。一般外墙外保温体系的破坏，按规定一旦保温层出现裂缝，就宣告 保温体系失效。因此选较高强度的保温材料对保温体系整体强度也有一定的贡 2 小框体复合板体系介绍 献。 3 、聚氨酯回收较容易。使用醇化合物法降解聚氨酯硬质泡沫体，回收的聚 醚可直接用于再发泡，而无需与新鲜聚醚混合使用。而且醇解泡沫体比例高达 l ：l ，回收温度较低，醇解时间较短，显示出很好的回收效益。 图2 3 小框体复合板材料一聚氨酯 小框体复合板和基层墙体之间形成的封闭的不流动的空气间层对新型保温 体系工作也有很大贡献。小框体复合板通过粘结剂与基层墙体形成封闭的空气 间层，惰性的空气问层导热系数较小，由于封闭的不流动的空气间层的导热系 数在自然界里为最小，在0 0 2 3w ( m k ) 左右，空气间层参与体系工作，不但起 到增强体系保温的效果，而且能省去一部分的聚氨酯材料的用量。惰性空气间 层的厚度选用2 0 m m ，这是由于设计之初，把空气间层的厚度设为1 3 ，这样设 置的目的考虑到空气间层太厚，聚氨酯板就相对较薄，这对小框体复合板的结 构性能起负面作用，并且太厚，空气间层易出现热对流现象。空气太薄，聚氨 酯用量就相对较多，整个工程造价就会增加，设置2 0 m m 的厚度在工程中容易 实现。 因为外墙外保温技术规程要求，对于点粘法来说，保温板的粘贴面积应大 于整个保温板的面积的4 0 ，而小框体只是在凸出的聚氨酯的面进行粘贴，粘 贴面积达到3 6 ，不满足规程要求，因此需要需要采取必要的措施来实现连接 的安全性。小框体采用在板四角处加螺栓进行锚固。用螺栓锚固，能使连接更 加安全。现阶段外墙外保温工程中，保温板易脱落，螺栓连接增加能减少保温 1 4 2 小框体复合板体系介绍 脱落的概率。 2 2 小框体复合保温体系保温隔热原理 在外墙外保温体系中，为了使外墙墙体起到保温隔热的效果，一般通常的 做法采用导热系数较小的材料，以增大复合墙体的热阻。热阻，顾名思义是阻 碍热流的能力。热阻可以通过电阻这个广为人知的概念来理解，电阻是阻碍电 流的流动的能力。在电路中，电压一定的条件下，电阻越大，其电阻产生的功 率越小。由此及彼，在热传导中，随着热阻越大，单位时间内外界与物体热交 换的热量随之减少。复合墙体热阻计算公式如下【3 l j ： y 冠：y 生 ( 2 1 ) 智。智丑 式中，r f 为各层热阻，单位为m e k w ： 西为各材料层的厚度，单位为m ； 九为各材料层的导热系数，单位为w ( m i o 。 导热系数是热工性能分析的重要参数。导热系数是在稳态条件，即温度经 过一段时间达到相对稳定的状态( 第三章有详细介绍) ，l m 厚的物体，两侧表 面温差为1 ，1 小时内通过l m 2 面积传递的热量。由式( 2 1 ) 知，为了使建筑 物达到保温隔热的效果，需要增大外围护墙体的热阻，减少室内的热损失。对 于外墙外保温体系来讲，外围护墙体的热阻为各层墙体材料热阻之和，而各层 材料的热阻与各材料层的导热系数，各层材料层的导热系数有关系，各层材料 的热阻与各层材料层的厚度成正比，与各材料层的导热系数成反比。 小框体复合板体系是参照中空玻璃的隔热原理来实现保温隔热功能的。中 空玻璃是由美国人在1 8 6 5 年发明的。中空玻璃，如图2 4 ，是一种良好的保温 隔热、美观实用的新型建筑材料。它是用两片或三片玻璃，并采用高强度高气 密性复合粘结剂，将玻璃片与铝合金框架粘结，制成高效隔热玻璃。中空玻璃 是将两片或多片特制玻璃与周边粘结密封，玻璃之间形成封闭的空气间层。由 于封闭的空气间层的热惰性，即封闭的空气间层内部不流动，导热性能好，从 而达到保温隔热的效果。 2 小框体复合板体系介绍 图2 4 中空玻璃 小框体复合板同样利用密闭的空气间层是热的不良导体来实现的。通过胶 粘剂的作用，小框体复合板和基层墙体找平层之间形成的封闭的、惰性的空气 层，由于惰性空气层的不流动性，导致空气间层的导热系数降低，在这种情况 下空气间层和导热系数相对较低的聚氨酯一起参与建筑墙体的保温隔热功能。 相对于聚苯板体系而言，小框体复合板体系进一步降低单位时间内垂直于空气 间层厚度方向的热流量，使室内室外的热交换量相对减少，最终实现提高建筑 墙体保温隔热的效果。 2 3 小框体复合保温体系施工工艺 小框体复合板的保温、隔热和防潮性能应符合国家现行标准民用建筑热 工设计规范g b 5 0 1 7 6 、民用建筑节能设计标准( 采暖居住建筑部分) j c j 2 6 、 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准j c j l 3 4 和夏热冬暖地区居住建筑节能 设计标准j c j 7 5 的有关规定【3 z j 。 小框体复合板与外围护墙体主要靠螺栓和胶粘剂粘贴连接，并用保温浆体 进行找平，这不但增加体系的保温效果，并逐层渐变使应力释放，使小框体复 合板受力更加合理。小框体复合板体系整体性好，安全性能高，保温效果好。 本文提出小框体复合板体系的建议施工工艺，以便能对施工有所帮助。小 框体复合板体系工程施工期间以及在工程完成后2 4 小时内，基层及周围环境空 1 6 2 小框体复合板体系介绍 气温度不应低于5 1 2 。在夏季施工期间，应避免阳光暴晒。在5 级以上的大风天 气以及雨天的环境下避免施工。 1 、施工工艺流程 施工工艺流程见图2 5 ，施工步骤应严格按照下图进行，每一步骤应严格按 照具体实施步骤要求施工。施工步骤应遵循：基层处理一墙体找平一粘贴小框 体复合板_ 锚固小框体复合板_ 刷涂料层。其中在墙体找平的期间，如果现场 劳动力富裕的条件下，可进行胶粘剂配置的工作。在锚固小框体复合板后按照 涂料出厂厂家配合比的要求配置涂料浆体，以备刷涂料工作进行。小框体复合 板在专业工厂加工完成，现场只需拼装粘贴，省去了制作的烦杂工序。 图2 5 施工工艺流程图 2 、施工准备 1 ) 材料 材料的质量直接决定是施工质量好坏，是保证施工优质质量的必要条件。 因此选用的材料如聚氨酯，胶凝材料等材料时，应保证其质量符合现行国家的 硬性的标准规定，其主要性能指标应符合设计要求。进场材料应抽样检测，检 测合格后，方能进行使用。材料使用应规范，按部就班，避免野蛮施工。 2 ) 机具设备 配备电锤、电动搅拌机、靠尺、托线板、其他抹灰专用工具等，以满足施 工方便快捷。 3 ) 作业条件 2 小框体复合板体系介绍 外墙找平层的平整度和垂直度满足验收规范要求，门窗安装到位，突出墙 面部位如飘窗、阳台等尺寸应合格，办理工序交接手续后即可进行施工。 3 、操作要点 1 ) 基层墙面处理 墙面应清理干净，项面应无油、灰尘、污垢、脱模剂、风化物、涂料等污 染物或有碍粘结的材料，并应去除项面的凸起物，有油污的区域应施用1 0 火 碱水刷净，再另用清水冲洗墙面，使墙面清洁平整，以利于墙体找平的施工， 为小框体复合板的粘贴做好充分的准备。 对墙面找平浆体层进行全面地、及时检查，以确保整个墙面的平整度误差 小于4 m m ，对于不满足要求的区域能及时采取措施。阳角位置要求平整方正， 上下垂直。 2 ) 刷专用界面剂 为增强小框体复合板与胶粘剂的粘结力，粘贴小框体复合板前，在小框体 复合板的粘贴面均匀涂刷一道薄专用界面剂，待专用界面剂凝固后方可涂抹胶 粘剂进行在墙面粘贴小框体复合板施工。 3 ) 配制胶粘剂 在工厂里将干粉状胶粘剂配合好，在施工现场只需按使用说明加入一定体 积的拌和用水，搅拌均匀即可使用，搅拌后的粘结剂应在预定时间内用完。在 搅拌时，应遵守用量适度原则，避免浪费。 4 ) 粘贴小框体复合板 按小框体复合板尺寸及现场墙面的实际情况，统筹划分，保证连续结合，