外墙外保温系统安全论证

外墙外保温系统安全论证目前所有规范中，后贴苯板保温做法对瓷砖饰面采取了回避态度，无明确做法标准。但部分城市高层建筑立面污染严重，对自洁要求较高，不少开发商喜欢陶瓷墙砖的质感、线条、自洁和耐久等优点，要求提供带瓷砖饰面的外保温系统。因此，虽然标准、规程对此采取回避的态度，但保温工程贴瓷砖的项目估计已超过100万m2，而且多数是高层。根据公司编制了后贴苯板的外保温面砖饰面系统企业标准，公司在经过体系检测，成功通过了耐老化实验，外墙外保温技术经过25年老化实践证明，会为你的外墙外保温。该标准以当时的一栋22层公寓为样板，从开始的专家初步论证、现场试验，到最后的实体检测和专家评议，均圆满的获得成功。至今，外墙外保温饰面砖做法已完成外保温面积近20万平米，未出现任何问题。且本系统已通过耐侯性能检测，这也表明该系统在长时间的外界作用下仍能安全工作25年以上。后贴聚苯法外保温系统贴瓷砖能否做到安全可靠，可以从以下四个方面进行分析。一、自重加大后，与基层墙体的联结是否安全？按保温板55mm、粘结剂5mm、面层砂浆10mm、瓷砖粘结剂4mm、瓷砖8mm考虑，所有荷载情况见下表：材料质量kg/m2力臂mm弯矩N-m弯矩造成最大拉力kN/㎡100高度最大负风压kN/㎡拉力组合kN/㎡粘结剂72.50.1750.213.533.74聚苯板1350.35抹面砂浆185012.60瓷砖和胶粘剂268121.06共计52——34.19（100m高度处建筑物负风压墙面为1.96kN/㎡，阳角处为3.53kN/㎡）表中数据说明，自重52㎏/m2，即0.52kN/m2，相对于风压，重力大约只有风压的1/7；在组合拉力中，相对于风压而言，弯矩引起的拉力可以忽略不计。本系统靠粘结力和机械锚固力同结构墙体联成一体，最薄弱处为砂浆同苯板联结处，其压剪粘结力用以克服重力，拉伸粘结力用以抵抗风压和重力弯矩引起的拉力。项目规程要求实测值粘结力MPa（kN/m2）抗剪0.1（100）0.18（180）拉伸0.1（100）0.17（170）联结安全系数克服重力192346抵抗负风压2848施工时，粘结剂采用点框法涂抹施工，非满粘做法，要求粘结面积不小于50%，这样的情况下，以上安全系数取一半，也还是有很大的富余。另外，还要求苯板粘贴完毕后进行锚固，每平米6～8套锚固件，单个锚固件拔出力就为0.6kN，所以实际上抵抗自重和风压的安全系数还能更高。二、自重加大后，聚苯板受剪变形加大，如何避免水平裂缝？聚苯板为轻质材料，长期受外侧大自重荷载作用易发生垂直方向的变形。因为缺乏聚苯板剪切模量的数据，没有做受剪变形的实际测试，所以不清楚到底有多大变形量，但可以采取一些构造措施来避免可能出现的水平裂缝。如：1、适当增加聚苯板的表观密度（容重），提高压缩强度，增加其抗变形能力。密度为18kg/m3苯板，其压缩强度为98kPa，密度为25kg/m3苯板，其压缩强度为150kPa，所以可选用22-25kg/m3苯板作为保温材料。2、在适当部位（如每隔2楼层）安装一道（间断的）托架，托住瓷砖或抹面砂浆以减轻荷载。当然，要合理选择托架的材料和截面尺寸，尽量减小其热桥影响。3、收缩缝表层填充弹性密封膏吸收变形。4、适当增加锚栓数量并把锚栓施加于增强网之外。5、把聚苯板粘结面积增加到50%。三、能否达到瓷砖拉拔强度0.4Mpa的要求？根据《外墙饰面砖工程施工及验收规程》和《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》的规定，外墙饰面砖粘结强度（现场拉拔）每组（3件）平均不应小于0.4MPa,且每组可有一个试件粘结强度小于0.4MPa,但不应小于0.3MPa。0.4MPa=400kN/m2。而根据前面分析，对瓷砖饰面做法，100m标高处，外保温系统受到的外荷载分别是重力0.52kN/m2和风压3.53kN/m2。为什么检验标准的指标这么高？JGJ110-97在条文说明中解释了依据：“外墙饰面砖粘结强度指标值的确定，一是根据在北京、哈尔滨、珠海、河南等地不同气候条件下对不同工程的实测和试验室的验证。具体的讲是从以下几方面考虑：①气候的特征。具体做法是分别选哈尔滨、北京、珠海、河南四省市作试件实测统计分析，使之满足《建筑气候区域划分标准》GB50718的气候特征要求。②工程现场和试验室两类试件的统计分析，分别求出饰面砖脱落的临界值，及未脱落的指标值，并确定其概率。③对饰面砖进行力学计算，考虑面砖的吸水率、温度变形、风压的正负作用，并按设计周期50年计算，确定其指标值。④急冷急热、耐候作用、台风作用的饰面砖强度指标确定。综合以上因素，确定标准指标值。二是参照了《建筑工事共通仕样书》及《建筑工事施工监理指针》粘结强度指标值。”在拉拔强度问题上，瓷砖直接粘在结构墙体上还是粘在外保温系统上没有本质区别。从受力角度讲，只要现场拉拔强度不低于0.4MPa,在高层建筑（标高一般不超过100m）上粘贴瓷砖是安全的。不仅在0.50kN/m2的郑州是如此，即使在基本风压高达0.85kN/m2的珠海也是如此。不仅在地处寒冷地区是如此，而且在地处严寒地区也是如此。除了外保温抹面砂浆和瓷砖胶粘剂要满足一定要求外，增强网的选择至关重要。在用玻纤网增强的试件中,破坏面一般都发生在玻纤网的位置上,玻璃纤维很少被拉断，拉拔强度一般在0.3～0.4MPa左右。玻纤网的存在使外保温系统不能很好地形成一个整体，玻纤表面的涂覆层削弱了抹面砂浆应有的抗拉强度。而采用钢丝网的拉拔强度均大于0.4MPa,可以满足标准要求。拉拔强度(MPa)的耐久性编号增强网砂浆厚度mm拉拔时龄期34天24月1φ0.9×25.412-130.53（无网3个月0.33）0.65(无网0.53)2φ0.9×12.712-130.510.813杰邦5×54-50.340.494*φ0.9×25.410-110.380.50*两次抹灰间隔时间较长，未做界面处理。1、因为有增强网（不论是玻纤网还是钢丝网）的存在，瓷砖拉拔强度远大于聚苯板本身的抗拉强度。首先，增强网把局部区域受到的拉拔力分散到周围去了。其次，要拔起瓷砖，还有克服试件周长乘以砂浆厚度这个面积上的砂浆剪切强度。2、对于瓷砖拉拔强度来说，钢丝网的增强作用比玻纤网大。原因在于：首先，钢丝与水泥砂浆的握裹力更大。第二，钢丝自身的强度和弹性模量更好。第三，抹面砂浆较厚使钢丝网做法占了一定便宜。第四，钢丝网得力于锚栓的协助，锚栓把部分拉拔力传递到基层墙体。四、在长期的冷热、干湿、冻融交替作用下，瓷砖饰面的耐久性怎样？1、外保温墙体中温度分布外保温墙体中温度（℃）分布θ内θ外θ3θ4θ5夏昼29.332.468.168.668.8夏夜25.625.120.320.220.2夏季昼夜温差3.77.347.848.448.6冬夜15.813.6-10.7-11.0-11.2年极端温差13.518.878.879.680.02、聚苯板和抗裂砂浆基本数据材料热胀系数1/℃压缩强度MPa弹性模量MPa抗拉强度MPa聚苯板6×10-50.1093≥0.10抗裂砂浆8×10-6抗压强度101.58×104≥1注：聚苯板弹性模量根据其压缩强度推算而出。抗裂砂浆抗拉强度根据其抗压强度推算而得。3、抹面砂浆～聚苯板界面温差应力①聚苯板与抗裂砂浆的同步收缩不在界面处产生应力,收缩变形集中到伸缩缝处。②考虑夏季昼转夜，聚苯板与抗裂砂浆界面温差相对变形为：（6-0.8）×10-5×47.8=2.96×10-3③因抗裂砂浆与聚苯板两者弹性模量相差很大，砂浆对聚苯板可看作全约束，约束系数取1。聚苯板界面处产生应力σb=Eb·ε·μ1=2×2.96×10-3×1=5.92×10-3MPa比计算机模拟计算值3.96×10-3MPa稍大。④此应力传递到砂浆,σs=σb，在砂浆表面产生变形εs=σs/Es=5.92×10-3/1.58×104=3.75×10-7⑤抗裂砂浆极限应变εp=fs/Es≥1/1.58×104=6.37×10-5因6.37×10-5＞＞3.75×10-7在砂浆内有钢丝网增强的情况下不应开裂。⑥如果按年极端温差计算，砂浆中靠近界面处的应变为6.18×10-7，也不会开裂。4、瓷砖粘结剂～抹面砂浆界面温差应力两者同属聚合物水泥砂浆,热膨胀系数差不多,温度变化不致在界面上产生什么应力。5、瓷砖～瓷砖粘结剂界面温差应力这不是在外保温上贴砖的特有问题，而是所有外墙基面上贴砖的共同问题。要减小界面上因温差引起的剪应力，防止瓷砖脱落，应尽可能使用柔性胶粘剂；要有适当的胶层厚度；尽可能使用柔性填缝剂；尽可能使用低弹性模量、小尺寸的瓷砖。既然有大量的建筑(包括高层建筑)直接在结构墙体上粘贴瓷砖,并没有发生质量、安全问题，在外保温系统上粘贴瓷砖也没有更多的问题。我们可以根据新的认识采取更有效的措施，使工程质量更好，安全更有保证。a）墙面设计应考虑设置伸缩缝，并“用柔性防水材料嵌缝”。b）如有可能，选择尺寸较小、弹性模量较低、热膨胀系数与瓷砖粘结剂差距小的饰面砖。c）使用变形能力强的柔性瓷砖粘结剂。用于室外的瓷砖粘结剂应强制规定“横向变形”的要求，具体要求通过试验确定。粘结剂得有一定厚度。瓷砖粘结剂必须与抹面砂浆相容。d）宜采用较宽的砖缝，并用柔性的防水填缝剂填充。e）抹面砂浆的增强网必须有足够的耐久性。f）施工前和施工中，应按《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》JGJ110-97的规定进行检测。五、小结（1）从克服外荷载的角度分析，只要外保温系统各层间的粘结强