建筑外墙保温技术的利与弊

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伴随社会的不断发展，建筑物的保温技术日益提高，外墙保温技术得到了长足的发展，并成为我国一项重要的建筑节能技术。目前，在建筑中常使用的外墙保温方法主要有内保温、外保温、内外混合保温等，各方法的优劣分析如下： 　　外墙内保温 　　外墙内保温就是外墙的内侧使用苯板、保温砂浆等保温材料，从而使建筑达到保温节能作用的施工方法。该施工方法具有施工方便、对建筑外墙垂直度要求不高、施工进度快等优点。近年来，在工程上也经常被采用。然而，外墙内保温的一个明显缺陷就是：结构冷(热)桥的存在使局部温差过大导致产生结露现象。由于内保温保护的位置仅仅在建筑的内墙及梁内侧，内墙及板与外墙节点部分得不到保温材料的保护。因此，在此部分形成冷(热)桥，冬天室内的墙体温度与室内墙角(保温墙体与不保温板交角处)温度差约在10℃左右，与室内的温度差可达到15℃以上，一旦室内的湿度条件适合，在此处即可形成结露现象。而结露水的浸渍或冻融及易造成保温隔热墙面发霉、开裂，温差所带来的质量问题也随之而来。另外，在冬季采暖、夏季制冷的建筑中，室内温度随昼夜和季节的变化幅度通常不大(约10℃左右)，这种温度变化引起建筑物内墙和楼板的线性变形和体积变化也不大。但是，外墙和屋面受室外温度和太阳辐射热的作用而引起的温度变化幅度较大。当室外温度低于室内温度时，外墙收缩的幅度比内保温隔热体系的速度快，当室外温度高于室内气温时，外墙膨胀的速度高于内保温隔热体系，这种反复形变使内保温隔热体系始终处于一种不稳定的墙体基础上，在这种形变应力反复作用下，不仅是外墙易遭受温差应力的破坏，也易造成内保温隔热体系的空鼓开裂。 　　内外混合保温 　　内外混合保温，是在方便外保温施工操作的部位采用外保温，外保温施工操作不方便的部位采用内保温，从而对建筑保温的施工方法。 　　从施工操作上看，混合保温可以提高施工速度，对外墙内保温不能保护到的内墙、板同外墙交接处的冷(热)桥部分进行有效的保护，从而使建筑处于保温中。然而，混合保温对建筑结构却存在着严重的损害。外保温做法部位使建筑物的结构墙体主要受室内温度的影响，温度变化相对较小，因而墙体处于相对稳定的温度场内，产生的温差变形应力也相对较小;内保温做法部位使建筑物的结构墙体主要受室外环境温度的影响，室外温度波动较大，因而墙体处于相对不稳定的温度场内，产生的温差变形应力相对较大。局部外保温、局部内保温混合使用的保温方式，使整个建筑物外墙主体的不同部位产生不同的形变速度和形变尺寸，建筑结构处于更加不稳定的环境中，经多年温差结构形变产生裂缝，从而缩短整个建筑的寿命。工程保温做法中采用内外保温混合使用的做法是不合理的，比做内保温的危害更大。 外墙外保温 　　外墙外保温，是将保温隔热体系置于外墙外侧，使建筑达到保温的施工方法。由于外保温是将保温隔热体系置于外墙外侧，从而使主体结构所受温差作用大幅度下降，温度变形减小，对结构墙体起到保护作用并可有效阻断冷(热)桥，有利于结构寿命的延长。因此从有利于结构稳定性方面来说，外保温隔热具有明显的优势，在可选择的情况下应首选外保温隔热。然而，由于外保温隔热体系被置于外墙外侧，直接承受来自自然界的各种因素影响，因此对外墙外保温体系提出了更高的要求。就太阳辐射及环境温度变化对其影响来说，置于保温层之上的抗裂防护层只有3毫米~20毫米，且保温材料具有较大的热阻，因此在热量相同的情况下，外保温抗裂保护层温度变化速度比无保温情况下主体外倾温度变化速度提高8~30倍。因此抗裂防护层的柔韧性和耐候性对外保温体系的抗裂性能起着关键的作用。 　　聚苯板薄抹灰外保温隔热构造设计存在的不足： 　　这类外保温隔热材料通常固定在墙体的外侧，然后在保温板上抹抹面砂浆并将增强网铺压在抹面砂浆中，目前，此类做法很常见，然而出现裂缝的也非常多。 　　从抗裂保护层受热应力的因素上看，该体系聚苯板保温层仅是3毫米的抗裂砂浆复合网格布，膨胀聚苯板的导热系数为0.042W(m.K)，而抗裂砂浆的导热系数为0.932W(m.K)，两材料的导热系数相差22倍。由于聚苯板保温隔热层热阻很大从而使保护层的热量不易通过传导扩散，因此当受太阳直射时热量积聚在抗裂砂浆层，其表面温度将高达40℃~50℃，遇突然降雨降温则温度会骤降至15℃左右，温差可达25℃~35℃，这样的温差变化及受昼夜、季节室外气温的影响，对抹灰砂浆的柔韧性和网格布的耐久性提出了相当高的要求。另外一个应该考虑的因素是当聚苯板的温度超过70℃时，聚苯板会产生不可逆热收缩变形，造成较为严重的开裂变形，这种情况在高温干燥地区尤为明显。 水泥砂浆厚抹灰钢丝网架保温板外保温隔热构造设计存在的不足： 　　这类外保温隔热通常采用带有钢丝网架的聚苯板作为主体保温隔热材料，分为钢丝网穿透聚苯板和不穿透聚苯板两种类型。钢丝网穿透聚苯板的钢丝网架聚苯板施工时通过内浇外挂混凝土一次整体浇筑固定在基层墙体上，不穿透聚苯板的采用机械锚固的方式固定在基层墙体上，面层均采用20毫米~30毫米的普通砂浆找平。由于该类体系采用厚抹灰水泥砂浆做法，开裂现象比较普遍，原因如下： 　　1. 普通水泥砂浆自身易产生各种收缩变形，并且存在强度增长周期短、体积收缩周期长的矛盾，在约束条件下，当体积收缩形成的拉应力超过水泥砂浆的抗拉强度时，就会出现裂缝。处于保温层保护下的主体结构受温度变形影响较小，而25毫米~35毫米的找平砂浆处于热阻很大的聚苯板的外侧，因此受环境温度影响而产生较大变形。聚苯板两侧的水泥材质受环境温差影响而产生较大相对变形差，引起开裂。另外由于保温隔热板平整度很难控制，会造成找平抹灰厚度的不均，造成局部收缩和温差应力不均从而引起裂缝。 　　2. 配筋不合理引起裂缝： 　　钢丝网架在水泥砂浆中的位置相当于单面配筋方式，且靠近保温隔热层，而正负风压、热胀冷缩、干缩湿涨及地震等的作用都是双向或多向。该种方式的配筋对靠近外墙饰面应力的分散作用很有限，起不到应有的抗裂作用。 四角钢网配筋对抵抗和分散与钢丝网网丝同向的应力具有良好的效果，但在网孔对角线方向无筋，因此对抵抗和分散网孔对角线方向的应力作用有限，从而易产生沿四角网对角线方向的裂缝。另外，四角钢网的十字交叉处水泥砂浆不易完全充分握裹，使水泥砂浆与钢网不能成为共同受力。 　　3. 不完全外保温引起的裂缝： 　　在外墙保温中，我们经常注重整体墙面的保温，然而却忽略了女儿墙、雨篷、老虎窗、飘窗、外阳台等部位的保温，而使这些部分出现开裂或者缩短使用寿命。在保温层与其他材料的材质变换处，因为保温层与其他材料的材质的密度相差过大，这就决定了材质间的弹性模量和线性膨胀系数也不相同，在温度应力作用下的变形也不同，极容易在这些部位产生面层的裂缝。同时还应该考虑防水处理，防止水分侵入到保温体系内，避免因冻涨作用而导致体系的破坏，影响体系的正常使用寿命和体系的耐久性。 　　无网聚苯板外保温外饰面粘贴面砖的缺陷： 　　从构造设计上看，直接在玻纤网布复合抹灰砂浆的无网聚苯板外保温外面黏贴面砖是不合理的。其一，从受力状况看，应用于外保温的聚苯板的通常采用点黏法，黏结面积35%左右，而聚苯板本身具有受力变形的特性，由聚苯板直接承受面砖饰面层(包括黏结砂浆)荷载，必然会发生形变，短期或许不会发生严重事故，但长期的变形将导致受力的失衡从而引发开裂甚至脱落。其二，从抗风压性上看，黏贴聚苯板外保温体系存在空腔，抗风压尤其是抗负风压的性能差，会出现在刮大风时聚苯板刮落事件。其三，从防火性能上看，体系本身就存在整体连通的空气层，火灾时很快形成“引火通道”使火灾迅速蔓延。聚苯板外墙外保温体系在高温辐射下很快收缩、熔结，在明火状态下燃烧，即在火灾发生时，聚苯板外墙外保温体系将很快遭到破坏。从这个意义上说，在聚苯板外保温体系面层黏贴面砖的做法是非常危险的，火灾状态下聚苯板在受热后会严重变形，使面砖层丧失依托，引起面砖层整体脱落，造成人员伤害。 外墙保温的一般做法 　　上述为外墙保温在设计、施工等过程中的不当造成的施工质量问题，如何才能使建筑保温做到既满足保温要求，又满足建筑施工质量要求呢? 　　首先，由于内保温和混合保温设计存在缺陷，且无法解决，故不应采用。由于外保温使建筑结构处于保温层的保护中，使建筑结构所处温度环境稳定，有利于建筑结构的保护，增强耐久性。其次，外保温将建筑在外面包裹，保温的面积大，更有利于保温节能。关于外保温存在墙体开裂的问题，我们可以通过在外保温材料及施工方法等方面的改进，使之达到规定的施工质量。具体方法如下： 　　其一，将建筑的外保温做成整个建筑的外保温。 　　如前所述，由于不完全外保温使得建筑的女儿墙、雨篷等构件出现裂缝，因此，为避免裂缝的产生，我们应该对建筑进行全面的保温，包括女儿墙、雨篷等构件。 　　其二，外墙外保温开裂的主要原因是因为保温材料与外装饰材料的线膨胀系数不同产生的，我们预防裂缝的原理是：通过减小建筑结构外保温材料同外装饰找平砂浆、外饰面等材料的线膨胀系数比，是材料之间产生逐层渐变，柔性释放应力，以起到预防裂缝的作用。 　　其三，保温材料在外墙外保温中起着重要的作用，要做好外墙外保温先要做好各种保温材料的选择。 　　1. 现施工的建筑中，保温材料的使用以挤塑板、聚苯板、聚苯颗粒保温材料为主。挤塑板具有密度大、导热系数小等优点，它的导热系数为0.029W(m.K)，而抗裂砂浆的导热系数为0.93W(m.K)，两种材料的导热系数相差32倍，而聚苯板的导热系数为0.042W(m.K)，同抗裂砂浆相差22倍，因此挤塑板与聚苯板相比，抗裂能力弱于聚苯板。聚苯颗粒为主要原料的保温隔热材料由胶粉料和胶粉聚苯颗粒做成，胶粉材料作为聚苯颗粒的黏结材料一般采用熟石灰粉——粉煤灰——硅粉——水泥为主要成分的无机胶凝体系，该类材料的导热系数一般为0.06W(m.K)，与抗裂砂浆相比相差16倍。该种材料与挤塑板和聚苯板相比，导热系数要小得多，因而能够缓解热量在抗裂层的积聚，使体系受温度骤然变化产生的热负荷和应力得到较快释放，增加抗裂的耐久性。 　　2. 增强网的选择： 　　玻纤网格布作为抗裂保护层的关键增强材料在外墙外保温技术中的应用得以快速发展，一方面它能有效增加保护层的拉伸强度;另一方面由于能有效分散应力，将原本可以产生的裂缝分散成许多较细裂缝，从而起到抗裂作用。由于保温层的外保护开裂砂浆为碱性，玻纤网格布的长期耐碱性对抗裂缝具有决定性的意义。从耐久性上分析，高耐碱纤维网格布要比无碱网格布和中碱网格布的耐久性好得多，至少能够满足25年的使用要求，因此，在增强网的选择上，建议使用高耐碱的网格布。 3. 保护层材料的选择： 　　由于水泥砂浆的强度高、收缩大、柔韧性不够，直接作用在保温层外面，耐候性差，而引起开裂。为解决这一问题，必须采用专用的抗裂砂浆并辅以合理的增强网，并在砂浆中加入适量的纤维，抗裂砂浆的压折比小于3。如果外饰面为面砖，在水泥抗裂砂浆中也可以加入钢丝网片，钢丝网片孔距不宜过小，也不宜过大，面砖的短边应至少覆盖在两个以上网孔上，钢丝网应采用防腐好的热镀锌钢丝网。 　　4.无空腔构造提高体系的稳定性： 　　在采用聚苯板作外保温的设计中，保温层主要承受的是重力和风压，由于聚苯板强度的限制，使保温层开裂，甚至脱落。为了增加保温板的强度，应尽可能增加黏结面积，采用无空腔满黏施工，以满足抗风压的要求。 　　结语 　　建筑外墙保温是近年来新兴的施工方法，由于内保温、混合保温等方法在设计中的缺陷，建议采用外保温，并按照逐层渐变，柔性释放应力的原则，选择材料及施工方法，以达到保温、抗裂的目的。由于外墙保温体系是一个有机的整体，组成的各相关层协同作用不仅要求柔性渐变，而且应有一定的相容性、协同性，形成一个复合整体。因此，外墙保温体系应由乙烯材料供应商经质量体系认证和系统材料及体系性能试验检验合格后成套供应，以保证体系材料的匹配性及抗裂技术的实施，并明确外墙保温体系供应商对外保温工程质量负责。