建筑外墙外保温粘结问题的探讨

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所谓外墙外保温,是指在建造物垂直外墙的外表面上建筑保温层。外墙可以是砖石、混凝土、木材等建造材料。这种外保温,可用于新建建造物的墙体,也可以用于既有建造外墙的改造。中国的外墙外保温市场正在日益富强,外墙外保温也正在成为我国的一项重要的基本的建造节能措施。对于落实科学进展观和构建资源节省型社会具有重要的现实意义。目前,我国常用的外保温技术体系包括:胶粉聚苯颗粒保温砂浆外保温、聚苯乙稀泡沫塑料板外保温、钢丝网架聚苯乙稀泡沫塑料板外保温、岩棉板外保温、岩棉聚苯颗粒外保温等等。其中塑料保温板(或挤塑板)因为施工便利已被广泛采纳,因此,保温板的粘结就显得十分重要。

1保温层的固定

1.1固定办法

保温层的固定普通分为:粘结固定、机械固定或两者的混合固定。机械固定办法普通用于木结构建造,或是旧有建造的外墙有釉面砖,而又无法将其清除的状况。而普通状况下,在粘结剂的质量保证的状况下,粘结强度(抗剪?抗拉强度)都高于保温板的强度。有关文献和已做课题试验都证明,在受到剪切或者垂直墙面的荷载作用下,破坏都发在保温板中,而不是粘结处。

1.2保温板不加胀钉的分析

采纳保温板外墙外保温系统技术和产品是目前最为广泛使用的一种墙体保温途径。该类系统除直接采纳粘贴方式外,还少量采纳粘钉结合。西北寒冷地区大量的工程验证,对保温板外保温系统实行不加胀钉的做法是行之有效的。

1.2.1有关风荷载问题

对EPS板墙体外保温系统抗风压性能测试显示,抗风压能力能够达到4500~5000Pa,相当于0-045~0.05MPa,粘结剂对EPS板基面粘结强度大于0.1MPa,对水泥基面粘结强度大于1MPa。

我国建造节能检测中心及美国专威特公司都对系统的抗风压性能做过实验。实验结果表明:在风压力和风吸力各为4.5kN/m2时,均因为基层墙体的破坏才引起系统的破坏。因此,按照我国的荷载规范南部沿海地区按80m高度的建造物最不利状况下的风荷载计算,风荷载不超过2.3kN/m2。相比之下,EPS板墙体外保温系统抗风压性能彻低满足要求。

1.2.2标准规定

国家建造标准《外墙外保温建造构造(一)》中,A型一聚苯乙烯泡沫塑料板外墙外保温系统规定,采纳聚苯板作保温隔热层用胶粘剂与基层墙体粘贴,辅以锚栓固定。当建造高度不超过20m,也可采纳单一的粘结固定方式。个别工程设计要按照详细状况选定并说明。

1.2.3用锚栓固定存在的缺点

锚栓必需穿透砂浆粘结点锚入基层墙体中以防止EPS板产生预应力。锚栓必需在粘结层的聚合物抗裂砂浆强度上来后,才干施工锚栓,否则会对已粘结的EPS板产生松动而失去粘结作用。施工周期显然加长,一般水泥砂浆强度需7天以上才干达到强度要求,施工操作工人为抢工期不严格按规范要求时光施工,产生隐患,以致破坏粘结层。锚栓帽在EPS板板面上露出,面层不易抹平,增强材料耗量,影响面层质量。假如使用锚栓过多又增强材料费、人工费,成本加大不经济。同时,使保温板自身荷载加大。特殊是高层建造外墙的保温板自身荷载过大,给保温板的脱落埋下隐患,又造成囫囵系统产生垫桥现象,破坏囫囵系统的保温性能。

2合成胶粘剂

胶粘剂是外墙保温系统的核心材料之一,起着衔接墙体基层和保温层的作用。将保温板粘结在基底(结构层)上的粘结材料品种多种多样,都称为粘结剂。合成胶粘剂是一种新型的经过精细化加工的工产品。它是由高分子化学、表面化学、材料力学等学科互相渗透、彼此综合而形成的一门新兴材料。是以合成聚合物为主体材料制成的,所用的主要成分是纯丙烯酸树脂乳液及骨料中的硅砂,对保温系统的平安使用年限起着至关重要的作用。丙烯酸树脂含量的多少直接影响到胶粘剂的耐水性、耐候性及抗裂性,骨料中硅砂则起着增加附着的作用。

胶结的地方普通被称为胶结结头。胶结结头在力学特性上是不延续的。胶层是典型的粘结弹性体,胶结界面区可能还有更为复杂的多层细微结构。结头在承受荷载时,应力利用胶层举行应力传递。胶结是利用胶粘剂夹在中间把被粘物衔接在一起。胶结结头的结构非常复杂,即使抱负化地解剖开来,,可分为几个部分。

在结头的任一部分,只要局部应力超过局部强度,破坏也将从那里开头,造成结头破坏。所以我们研究结头强度时必需指明破坏地点。粘结后的保温板与结构层,在受到外力的状况下,按照破坏的地点不同大致可分为几种破坏类型。

实际状况表明,同一种粘结结构,因为胶层的厚度或破坏(加荷)速度不同,往往存在内聚破坏-混合破坏-界面破坏的有规章的转化过程。

3剪切破坏

剪切强度是单位胶结面上所能承受的最大剪切负荷。

3.1胶结结头在剪切力作用下的应力分布

3.1.1应力的不匀称分布

因为被粘物是涂抹在结构层上的水泥砂浆和聚苯乙烯泡沫板。二者的弹性模量与聚合物胶粘剂的弹性模量相差很远,在荷载作用下应变差异很大,所以应力分布是不匀称的。

结头在外力P的作用下,结头内部主要有三种应力。

(1)被粘物上存在着平行于外力的拉伸应力。

(2)在胶层中存在着平行于外力的剪切应力。

(3)在胶粘剂和被粘物的胶结面上存在着垂直于胶结面的剥离应力,是因为外力作用的不同心引起的。

3.1.2被粘物上的应力集中

当外力P作用于被粘物上时,因为被粘物厚度的关系,使被粘物承受力矩。而且,随着被粘物的变形,P的作用线不断变化,使力矩不断变化。被粘物端部的纵向应力由拉伸应力和弯曲应力叠加。

3.1.3胶粘层上的应力集中

考虑到被粘物弯曲力矩的影响,得出了胶粘层上应力集中的结论。高强度胶粘剂的粘结结头被拉伸时,在结头破坏之间被粘物会发生塑性变形。这时剥离应力将快速增大,从而引起结头破坏。

3.2影响剪切强度的因素

3.2.1被粘物的性质和厚度的影响

被粘物的模量和厚度越大,应力集中系数就越小,则胶结结头的剪切强度就越大。对于高强度的粘胶剂,剪切强度与被粘物性质的关系越发密切。被粘物的模量越高,剪切强度越高;胶结结头的剪切强度随材料的屈服强度的增强而增强;胶结结头的剪切强度与被粘物的厚度的平方成正比。

3.2.2胶粘剂性质的影响

不同的胶粘剂内聚强度不同,对被粘物的粘附强度也不同,必定影响到结头强度。比如不同的胶粘剂模量不同,对应力集中的影响也不同。模量较低的胶粘剂应力集中系数较低,因此可以利用增强粘结长度来提升承载力;而对于模量较高的胶粘剂,过长的粘结长度对承载力没有太多的影响。

3.2.3胶粘层厚度的影响

就应力分布而言,胶层越厚,结头应力集中越小,胶结强度应当提升。但是大量文献实验表明,胶层越厚它的剪切强度就越低,这是由于随着胶层厚度的增强,胶层内部的缺陷呈指数关系快速增强。此外,胶层越厚,因胶粘剂固化收缩而产生的收缩应力也越大,造成强度的降低。胶层厚度还能转变破坏内型的转变。试验中常常看到,随着胶层厚度的增强,胶粘剂破坏内型常呈内聚破坏。但同时应该指出,胶层并非越薄越好。胶层越薄,简单过早形成缺胶现象,应力集中增大,应力分布不匀称,降低强度。所以要有一个匀称且厚度相宜的胶层。国家现行标准规定胶层的厚度以3~5mm为宜。

3.2.4粘结长度的影响

对于外保温而言,粘结长度也就是粘结高度。从应力分析可知,应力集中随着粘结长度的增强而增大,也就是应力在粘结的两端越发集中,而粘结中央的应力却不断削减。

4粘结剂的配比

合成胶粘剂采纳的是聚合物乳液。所以,我们在胶中加