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  • 中國被動式超低能耗綠色建筑發展


    外墻保溫系統安全性劣化案例分析 返回列表

    前言

         隨著我國建筑節能工作的迅速發展,以外保溫、內保溫、夾芯保溫和自保溫等為代表的保溫系統得到了廣泛地應用。全國各地高層及超高層建筑急劇增多,建筑高度不斷攀升,體量跨度越來越大。近年來,全國各地發生大量的保溫系統開裂和脫落等質量問題,輕則失去保溫效果,重則造成人員傷亡財產損失。據不完全統計,我國有高層民用建筑36余萬棟,僅上海就占全國的十分之一,呈現“數量多、體量大、情況復雜、隱患存量大、整改難度高”等特點[1]。2011年公安部消防局下發了《關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監督管理有關要求的通知》(公消〔2011〕65號)的應急性文件以后,各省市尤其上海一度在外墻大量推廣使用無機保溫砂漿系統。因此,保溫系統的使用深受政策影響且保溫類型及形式存在多種多樣的特點。

         目前來看自推廣建筑節能保溫以來,各種類型建筑保溫系統都發生了或多或少的安全性問題,上海市建筑科學研究院對上海市43個項目85幢高層建筑進行了排查,發現使用聚苯板外保溫和無機保溫砂漿外保溫的項目占大多數,少數是噴涂聚氨酯和巖棉保溫項目。

    噴涂聚氨酯外保溫系統質量問題案例分析

    2. 1 項目簡介

        該噴涂聚氨酯外保溫項目竣工于2013年,住宅總面積100051.6m2,有9幢居民樓共721戶,在使用過程中,2#、3#和4#三幢建筑的外墻外保溫系統出現較為嚴重的空鼓、開裂等質量問題,同時小區其他高層樓房的外墻外保溫系統也存在不同程度的開裂、脫落等問題。開發商委托施工單位進行了多次局部修補,但一年后又出現同樣的質量問題。

    2.2 項目勘察

         對該項目進行現場勘查,發現小區的建筑外墻外保溫系統均有不同程度的起鼓、開裂等現象(如圖1所示),且已有多處局部修復痕跡(如圖2所示)。

                                                                                                圖1 建筑外觀

    2.3 現場檢測

        經紅外檢測結合目測敲擊方式等手段,表明各幢樓東西立面普遍存在大量空鼓開裂現象,空鼓開裂面積平均約30%以上,有的建筑甚至高達50%以上。南立面窗間墻、條狀墻體裂縫較多,空鼓面積平均約20%以上,北立面普遍空鼓開裂面積較小,約15%以下。


    圖2 建筑前期修復效果

                經現場檢測,如圖3所示,空鼓和開裂主要出現在抗裂砂漿層和聚氨酯之間,未見聚氨酯與基層墻體的脫開,檢測數據全部低于0.05MPa。

    圖3 現場拉伸粘結強度測試

    2.4 損壞原因分析

          結合評估組的現場勘查和測試結果,分析外墻外保溫系統損壞的原因為:

    (1)主要原因:聚氨酯保溫材料的外表面與其外側防護層之間的粘結能力不足。由于無法追溯當時施工時的具體情況,無法判斷該結果是由于聚氨酯保溫材料外表面未利用界面劑進行處理,或是用于界面處理的材料性能較差所致。

    (2)經調查,外墻外保溫系統施工時為冬季,不滿足標準《硬泡聚氨酯保溫防水工程技術規范》GB50404-2007中施工溫度不得低于5℃的規定。施工時溫度過低,用于找平的水泥基保溫砂漿和表面抗裂砂漿水化不充分,導致粘結強度偏低。

    (3)聚氨酯系統從內到外由界面劑、保溫層、抗裂層(含抗裂砂漿和耐堿網布)、飾面層(涂料)組成。聚氨酯、抗裂砂漿的彈性模量和線膨脹系數等各不相同,因此抵抗溫度、雨水、濕氣等環境因素產生的應力、變形的能力各不相同。上海市屬于夏熱冬冷地區,夏季溫度高、雨水多。外墻外保溫系統材料在早晚溫差以及夏季急雨造成的瞬時溫差作用下產生應力、應變,由于保溫系統內部各材料抵抗應力、變形的能力不同,不同材料界面處將產生拉壓應力和剪切作用[2],長期作用下系統整體性能降低,導致產生空鼓和開裂等質量問題。

    保溫板高溫應力應變研究

        前文分析案例成因時重點提到了溫度對外保溫系統的影響。在夏季,上海地區高溫日溫度大于35℃的天氣超過30天以上,實際墻體溫度超過50℃甚至大于70℃以上。夏季急暴雨降臨時會造成墻體大幅降溫,瞬時溫差幅度可達30℃。

         由于實際聚苯保溫板的應用更為廣泛,且聚苯板的熱膨脹系數與聚氨酯板較為接近,實驗選定幾種尺寸的聚苯板研究其在不同溫度條件、不同持續時間下的高溫應變情況。

    3.1 試驗原材料及方法

         選用Y公司的密度為18kg與25kg的EPS聚苯板。樣品尺寸:分別制作160mm×30mm×40mm;160mm×30mm×80mm和160mm×30mm×320mm三種規格的樣品,研究聚苯保溫板尺寸的不同對高溫應變的影響。

           試驗方法:參照JGJT70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》中砂漿收縮率測試方法;測試儀器:收縮儀。

    3.2 試驗結論

        由圖4、圖5和圖6可知,溫度可使不同尺寸的聚苯保溫板產生較大變形。初始時間內,最大應變隨溫度升高不斷增加,40℃時應變值較小,約0.10%左右,以尺寸為160mm×30mm×40mm為例,密度為18kg的樣品在40℃時最大應變為0.115%,密度為25kg尺寸為160mm×30mm×40mm的樣品在40℃時應變為0.089%;60℃時約0.25%左右,80℃時應變增大為0.4%左右。兩種密度樣品的應變增長率也隨著溫度的升高而增加,溫度越高達到最大應變的時間越短。

    圖4 不同密度的EPS板在不同溫度下的最大高溫應變(藍色-25kg;橙色-18kg)


    圖5 密度為18kg的EPS板在不同溫度下的應變 


    圖6 密度為25kg的EPS板在不同溫度下的應變

         從溫度的持續時間看,應變先增大后減小。以80℃為例,隨著時間延長,Y公司兩類樣品均在80℃下應變先增加再減少,在80℃時應變20min后呈現減小趨勢,應變從0.072%在20min左右逐漸上升至0.441%之后再下降到0.108%,應變在高溫下上升是高溫應力集中作用的結果,在高溫下持續較長時間樣品的應變減小甚至變為收縮應變可能由于應力松弛導致,從此角度也可得知對外保溫系統保溫板影響最大的不是持續高溫而是瞬時溫差變化。 從樣品的尺寸來看,不同密度的EPS板在初始膨脹期隨著樣品尺寸的增大高溫應變也不斷增大。Y公司產品制備的樣品尺寸依次為160mm×30mm×320mm、160mm×30mm×80mm、160mm×30mm×40mm,密度為18kg的樣品在40℃時應變分別為0.134%、0.097%、0.075%,60℃時應變分別為0.246%、0.219%、0.190%,80℃高溫下應變增長為0.441%、0.291%、0.262%。密度為25kg的樣品在40℃時應變分別為0.121%、0.103%、0.067,60℃時應變分別為0.266%、0.258%、0.230%,80℃高溫下應變增長為0.389%、0.352%、0.338%。尺寸較大的樣品的高溫應變較高,聚苯板的高溫應變存在尺寸效應,溫度越高尺寸效應越明顯。

         從樣品的密度來看,同尺寸同溫度下的Y公司密度為25kg保溫板比C公司密度為18kg的保溫板的高溫應變小。以160mm×30mm×40mm樣品為例,25kg的樣品和18kg的樣品應變依次在40℃分別是0.045%、0.072%,60℃時應變分別是0.258%、0.300%,80℃時應變為0.389%、0.441%。這是由于保溫板密度提高增加了保溫板內部的密實度,其抵抗應力的能力也隨即增加。

    結論

    (1)建筑保溫系統的穩定性受建筑結構、外保溫層構造設計、材料及施工等方面的影響,通過此典型案例的檢測數據及外保溫系統的損壞成因解析可知,該系統忽視了界面粘結材料以及合適的材料選型及材料間性能匹配的重要性,也并未嚴格按照標準選材及施工,導致外墻無法滿足耐久性及功能性的需要。

    (2)本文的試驗研究表明:溫度可使不同尺寸的聚苯保溫板產生較大變形,最大應變隨溫度升高不斷增加,溫度越高達到最大應變的時間越短;聚苯板的高溫應變存在尺寸效應,溫度越高尺寸效應越明顯;保溫板密度提高可增加保溫板內部的密實度,其抵抗高溫應力的能力也隨即增加;對外保溫系統保溫板影響最大的不是持續高溫而是瞬時溫差變化。試驗研究結果從理論上驗證了典型案例對于外保溫系統的損壞原因分析。

    本文案例分析及試驗研究成果可為廣大設計、施工和監管人員提供一定參考。

    作者

    上海市建筑科學研究院 王瓊 王娟 陳寧

    上海工業固體廢棄物資源化利用工程技術研究中心 王娟 陳寧

     


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