中国被动式超低能耗绿色建筑发展


外墙保温系统安全性劣化案例分析 返回列表

前言

     随着我国建筑节能工作的迅速发展,以外保温、内保温、夹芯保温和自保温等为代表的保温系统得到了广泛地应用。全国各地高层及超高层建筑急剧增多,建筑高度不断攀升,体量跨度越来越大。近年来,全国各地发生大量的保温系统开裂和脱落等质量问题,轻则失去保温效果,重则造成人员伤亡财产损失。据不完全统计,我国有高层民用建筑36余万栋,仅上海就占全国的十分之一,呈现“数量多、体量大、情况复杂、隐患存量大、整改难度高”等特点[1]。2011年公安部消防局下发了《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》(公消〔2011〕65号)的应急性文件以后,各省市尤其上海一度在外墙大量推广使用无机保温砂浆系统。因此,保温系统的使用深受政策影响且保温类型及形式存在多种多样的特点。

     目前来看自推广建筑节能保温以来,各种类型建筑保温系统都发生了或多或少的安全性问题,上海市建筑科学研究院对上海市43个项目85幢高层建筑进行了排查,发现使用聚苯板外保温和无机保温砂浆外保温的项目占大多数,少数是喷涂聚氨酯和岩棉保温项目。

喷涂聚氨酯外保温系统质量问题案例分析

2. 1 项目简介

    该喷涂聚氨酯外保温项目竣工于2013年,住宅总面积100051.6m2,有9幢居民楼共721户,在使用过程中,2#、3#和4#三幢建筑的外墙外保温系统出现较为严重的空鼓、开裂等质量问题,同时小区其他高层楼房的外墙外保温系统也存在不同程度的开裂、脱落等问题。开发商委托施工单位进行了多次局部修补,但一年后又出现同样的质量问题。

2.2 项目勘察

     对该项目进行现场勘查,发现小区的建筑外墙外保温系统均有不同程度的起鼓、开裂等现象(如图1所示),且已有多处局部修复痕迹(如图2所示)。

                                                                                            图1 建筑外观

2.3 现场检测

    经红外检测结合目测敲击方式等手段,表明各幢楼东西立面普遍存在大量空鼓开裂现象,空鼓开裂面积平均约30%以上,有的建筑甚至高达50%以上。南立面窗间墙、条状墙体裂缝较多,空鼓面积平均约20%以上,北立面普遍空鼓开裂面积较小,约15%以下。


图2 建筑前期修复效果

            经现场检测,如图3所示,空鼓和开裂主要出现在抗裂砂浆层和聚氨酯之间,未见聚氨酯与基层墙体的脱开,检测数据全部低于0.05MPa。

图3 现场拉伸粘结强度测试

2.4 损坏原因分析

      结合评估组的现场勘查和测试结果,分析外墙外保温系统损坏的原因为:

(1)主要原因:聚氨酯保温材料的外表面与其外侧防护层之间的粘结能力不足。由于无法追溯当时施工时的具体情况,无法判断该结果是由于聚氨酯保温材料外表面未利用界面剂进行处理,或是用于界面处理的材料性能较差所致。

(2)经调查,外墙外保温系统施工时为冬季,不满足标准《硬泡聚氨酯保温防水工程技术规范》GB50404-2007中施工温度不得低于5℃的规定。施工时温度过低,用于找平的水泥基保温砂浆和表面抗裂砂浆水化不充分,导致粘结强度偏低。

(3)聚氨酯系统从内到外由界面剂、保温层、抗裂层(含抗裂砂浆和耐碱网布)、饰面层(涂料)组成。聚氨酯、抗裂砂浆的弹性模量和线膨胀系数等各不相同,因此抵抗温度、雨水、湿气等环境因素产生的应力、变形的能力各不相同。上海市属于夏热冬冷地区,夏季温度高、雨水多。外墙外保温系统材料在早晚温差以及夏季急雨造成的瞬时温差作用下产生应力、应变,由于保温系统内部各材料抵抗应力、变形的能力不同,不同材料界面处将产生拉压应力和剪切作用[2],长期作用下系统整体性能降低,导致产生空鼓和开裂等质量问题。

保温板高温应力应变研究

    前文分析案例成因时重点提到了温度对外保温系统的影响。在夏季,上海地区高温日温度大于35℃的天气超过30天以上,实际墙体温度超过50℃甚至大于70℃以上。夏季急暴雨降临时会造成墙体大幅降温,瞬时温差幅度可达30℃。

     由于实际聚苯保温板的应用更为广泛,且聚苯板的热膨胀系数与聚氨酯板较为接近,实验选定几种尺寸的聚苯板研究其在不同温度条件、不同持续时间下的高温应变情况。

3.1 试验原材料及方法

     选用Y公司的密度为18kg与25kg的EPS聚苯板。样品尺寸:分别制作160mm×30mm×40mm;160mm×30mm×80mm和160mm×30mm×320mm三种规格的样品,研究聚苯保温板尺寸的不同对高温应变的影响。

       试验方法:参照JGJT70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》中砂浆收缩率测试方法;测试仪器:收缩仪。

3.2 试验结论

    由图4、图5和图6可知,温度可使不同尺寸的聚苯保温板产生较大变形。初始时间内,最大应变随温度升高不断增加,40℃时应变值较小,约0.10%左右,以尺寸为160mm×30mm×40mm为例,密度为18kg的样品在40℃时最大应变为0.115%,密度为25kg尺寸为160mm×30mm×40mm的样品在40℃时应变为0.089%;60℃时约0.25%左右,80℃时应变增大为0.4%左右。两种密度样品的应变增长率也随着温度的升高而增加,温度越高达到最大应变的时间越短。

图4 不同密度的EPS板在不同温度下的最大高温应变(蓝色-25kg;橙色-18kg)


图5 密度为18kg的EPS板在不同温度下的应变 


图6 密度为25kg的EPS板在不同温度下的应变

     从温度的持续时间看,应变先增大后减小。以80℃为例,随着时间延长,Y公司两类样品均在80℃下应变先增加再减少,在80℃时应变20min后呈现减小趋势,应变从0.072%在20min左右逐渐上升至0.441%之后再下降到0.108%,应变在高温下上升是高温应力集中作用的结果,在高温下持续较长时间样品的应变减小甚至变为收缩应变可能由于应力松弛导致,从此角度也可得知对外保温系统保温板影响最大的不是持续高温而是瞬时温差变化。 从样品的尺寸来看,不同密度的EPS板在初始膨胀期随着样品尺寸的增大高温应变也不断增大。Y公司产品制备的样品尺寸依次为160mm×30mm×320mm、160mm×30mm×80mm、160mm×30mm×40mm,密度为18kg的样品在40℃时应变分别为0.134%、0.097%、0.075%,60℃时应变分别为0.246%、0.219%、0.190%,80℃高温下应变增长为0.441%、0.291%、0.262%。密度为25kg的样品在40℃时应变分别为0.121%、0.103%、0.067,60℃时应变分别为0.266%、0.258%、0.230%,80℃高温下应变增长为0.389%、0.352%、0.338%。尺寸较大的样品的高温应变较高,聚苯板的高温应变存在尺寸效应,温度越高尺寸效应越明显。

     从样品的密度来看,同尺寸同温度下的Y公司密度为25kg保温板比C公司密度为18kg的保温板的高温应变小。以160mm×30mm×40mm样品为例,25kg的样品和18kg的样品应变依次在40℃分别是0.045%、0.072%,60℃时应变分别是0.258%、0.300%,80℃时应变为0.389%、0.441%。这是由于保温板密度提高增加了保温板内部的密实度,其抵抗应力的能力也随即增加。

结论

(1)建筑保温系统的稳定性受建筑结构、外保温层构造设计、材料及施工等方面的影响,通过此典型案例的检测数据及外保温系统的损坏成因解析可知,该系统忽视了界面粘结材料以及合适的材料选型及材料间性能匹配的重要性,也并未严格按照标准选材及施工,导致外墙无法满足耐久性及功能性的需要。

(2)本文的试验研究表明:温度可使不同尺寸的聚苯保温板产生较大变形,最大应变随温度升高不断增加,温度越高达到最大应变的时间越短;聚苯板的高温应变存在尺寸效应,温度越高尺寸效应越明显;保温板密度提高可增加保温板内部的密实度,其抵抗高温应力的能力也随即增加;对外保温系统保温板影响最大的不是持续高温而是瞬时温差变化。试验研究结果从理论上验证了典型案例对于外保温系统的损坏原因分析。

本文案例分析及试验研究成果可为广大设计、施工和监管人员提供一定参考。

作者

上海市建筑科学研究院 王琼 王娟 陈宁

上海工业固体废弃物资源化利用工程技术研究中心 王娟 陈宁

 


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