Ⅲ建筑氣候區(qū)建筑外墻飾面磚脫落原因及修復(fù)措施

鄭 昊

（1.上海市建筑科學(xué)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海200032；2.上海市工程結(jié)構(gòu)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200032）

Ⅲ建筑氣候區(qū)建筑外墻飾面磚脫落原因及修復(fù)措施

鄭 昊1，2，*

（1.上海市建筑科學(xué)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海200032；2.上海市工程結(jié)構(gòu)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200032）

Ⅲ建筑氣候區(qū)夏熱冬冷、氣候潮濕、環(huán)境條件復(fù)雜，建筑外墻飾面磚空鼓、脫落等質(zhì)量事故常引起人員喪亡。在對上海、武漢、南京、杭州等Ⅲ建筑氣候區(qū)幾大城市外墻飾面磚空鼓脫落現(xiàn)象實(shí)地調(diào)研，并在現(xiàn)有文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，總結(jié)分析了造成Ⅲ建筑氣候區(qū)建筑外墻飾面磚脫落的原因，提出了防治措施；針對外墻飾面磚開裂、空鼓及脫落等提出了相應(yīng)的修復(fù)措施。

Ⅲ建筑氣候區(qū)，外墻飾面磚，空鼓脫落，修復(fù)措施

1 引 言

外墻飾面磚是一種由難熔黏土壓制成型之后焙燒而成的建筑裝飾材料。從20世紀(jì)80年代后期開始，我國城鄉(xiāng)各地采用飾面磚裝飾外墻的工程迅速增加［1］。實(shí)踐證明，外墻粘貼面磚是一種較為耐久、可長期保持色彩鮮艷的中檔飾面材料，具有成本適中、操作簡便、色彩豐富、美化工程立面、提高小區(qū)檔次等優(yōu)點(diǎn)［2］。然而隨著外墻飾面磚的大面積使用，飾面磚起鼓、脫落等質(zhì)量事故也不斷發(fā)生。由于飾面層處于建筑結(jié)構(gòu)外側(cè)，受到風(fēng)壓、熱脹冷縮應(yīng)力、水壓、凍脹等多種外界環(huán)境的直接作用，容易出現(xiàn)開裂、局部或大面積空鼓、脫落等質(zhì)量問題。這不僅影響建筑的外觀，而且存在高空脫落傷人的安全隱患，嚴(yán)重影響了城市建筑的安全運(yùn)營。

特別是對于Ⅲ建筑氣候區(qū)［3］，即圖1中所示夏熱冬冷地區(qū)（包括上海、南京、杭州、合肥、武漢、長沙、成都、重慶等城市）。該氣候區(qū)夏季與冬季溫差大，氣候潮濕，且局部常伴有熱帶風(fēng)暴、臺風(fēng)、暴雨襲擊及鹽霧侵蝕，環(huán)境條件復(fù)雜，建筑外墻飾面磚空鼓、脫落等質(zhì)量事故常有報(bào)導(dǎo)。加之近年一些開發(fā)商為了提高小區(qū)的建設(shè)檔次等原因，高層或是百米以上的超高層在設(shè)計(jì)中仍采用了飾面磚裝修，這就對外墻飾面磚的防脫落提出了更高的要求。因此進(jìn)一步深入研究外墻飾面磚的脫落機(jī)理并對已出現(xiàn)空鼓、脫落的飾面磚采取有效修復(fù)措施具有重要意義。

圖1 建筑氣候區(qū)劃圖Fig.1 Map of architectural climatic region

2 Ⅲ建筑氣候區(qū)外墻飾面磚脫落原因及分析

如圖2所示，外墻飾面磚的脫落不外乎從以下幾個分界面產(chǎn)生：基層與粘結(jié)砂漿的分界面（A）；粘結(jié)砂漿與保溫層的分界面（B）；保溫層與抗裂層的分界面（C）；抗裂層與瓷磚粘結(jié)砂漿的分界面（D）；瓷磚粘結(jié)砂漿與飾面磚的分界面（E）。

圖2 外墻飾面磚構(gòu)造Fig.2 Details of exterior wall facing tiles

在對上海、武漢、南京、杭州等Ⅲ建筑氣候區(qū)城市外墻飾面磚脫落現(xiàn)象進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，并在現(xiàn)有文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，總結(jié)了造成Ⅲ建筑氣候區(qū)房屋外墻飾面磚脫落的主要原因［4-7］。

2.1 施工因素

導(dǎo)致外墻飾面磚空鼓、開裂直至脫落的施工因素主要表現(xiàn)在上述界面間的砂漿粘結(jié)強(qiáng)度不足（如圖3所示武漢某高層住宅因砂漿粘結(jié)強(qiáng)度不足而導(dǎo)致飾面磚大面積脫落）以及磚縫開裂兩個方面。

圖3 武漢某高層住宅外墻飾面磚脫落Fig.3 Falling of exterior wall facing tiles on a high-rise residence in Wuhan

界面間砂漿粘結(jié)強(qiáng)度不足通常又是由以下原因造成：①飾面磚浸水不好，影響粘結(jié)層與飾面磚的結(jié)合；②基層處理不好，基層過于干燥或基層抹灰過厚（大于15 mm）、過薄（小于5 mm）都會影響基層的粘結(jié)性能；③粘結(jié)砂漿質(zhì)量不好，界面之間的粘結(jié)強(qiáng)度差；④飾面磚貼壓不實(shí)，或個別飾面在粘貼后為了糾偏反復(fù)移動、揉壓、敲打也會使已經(jīng)結(jié)合的粘結(jié)層遭到嚴(yán)重破壞，影響飾面磚與基層的結(jié)合。

磚縫開裂一般由以下原因造成：①分格縫不勻、不直或飾面磚規(guī)格尺寸偏差大；②磚縫灰漿勾壓不嚴(yán)或由于不密實(shí)灰縫中的毛細(xì)管作用，吸入雨水；③磚縫灰漿調(diào)制不好，配比不準(zhǔn)導(dǎo)致的灰縫干縮開裂，吸入雨水；④重要裝飾構(gòu)造部位飾面磚的相互壓向錯誤，也易造成從磚縫滲水。

2.2 環(huán)境因素

環(huán)境因素對外墻飾面磚脫落的影響主要表現(xiàn)在溫度效應(yīng)及凍融循環(huán)效應(yīng)兩個方面：

1）溫度效應(yīng)

Ⅲ建筑氣候區(qū)冬季室外溫度較低，當(dāng)室內(nèi)外溫差較大時(shí)，結(jié)構(gòu)主體會產(chǎn)生較大的溫度變形，墻體溫度應(yīng)力在建筑頂部兩端形成最大值，導(dǎo)致外墻頂端墻面開裂，如圖4所示，從而引起外墻飾面磚脫落。此外，由于混凝土與磚砌體兩種材料線膨脹系數(shù)不同，溫度變化時(shí)熱脹冷縮、墻體相互錯動開裂也會引起飾面磚脫落，如圖5所示為南京某賓館，因溫度變化女兒墻根部錯動開裂而引起飾面磚的脫落。

圖4 溫度裂縫示意圖Fig.4 Schematic diagram of cracks in exterior wall due to temperature

圖5 南京某賓館女兒墻根部錯動開裂引起飾面磚的脫落Fig.5 Cracking of tiles in parapets due to temperature changes of a hotel in Nanjing

圖2 中所示的幾種界面中，由于界面兩側(cè)材料的熱脹系數(shù)不同，在溫度效應(yīng)下兩界面之間會存在剪應(yīng)力。當(dāng)這種剪應(yīng)力超過界面之間的粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)就會沿界面開裂，這將導(dǎo)致或促使飾面磚脫落。

對于界面B，兩側(cè)是二種截然不同的材料，屬于剛-柔連接界面，兩種材料熱脹系數(shù)差異大，可達(dá)到3～8倍，但是保溫層彈性模量小，熱脹剪切應(yīng)力很小，此界面受到的主要是重力剪切力和負(fù)風(fēng)壓拉伸力。對于界面C，兩側(cè)材料都是水泥基砂漿，熱脹系數(shù)差異很小，屬于剛—剛連接界面，界面上熱脹剪應(yīng)力不大，此界面受到的主要也是重力剪切力和負(fù)風(fēng)壓拉伸力。對于界面E，雖然兩側(cè)都是水泥基材料，但陶瓷面磚是燒結(jié)制品，熱脹系數(shù)比水泥砂漿低得多，而且面磚和粘結(jié)砂漿的彈性模量都很大，因此也屬于剛—剛連接界面。隨著外墻面晝夜的溫差變化，所產(chǎn)生的熱脹剪切應(yīng)力可達(dá)0.1～0.7 MPa。此界面主要受熱脹剪應(yīng)力作用，也是最容易造成飾面磚脫落的一個界面。

2）凍融循環(huán)效應(yīng)

Ⅲ建筑氣候區(qū)夏熱冬冷，氣候潮濕，凍融循環(huán)效應(yīng)也是導(dǎo)致外墻飾面磚脫落的一大因素。外墻飾面層長期受大氣溫度的影響，當(dāng)面磚間的砂漿由于溫度效應(yīng)或者其他原因而產(chǎn)生裂縫時(shí)，室外冷空氣會進(jìn)入墻體，同時(shí)室內(nèi)的熱空氣經(jīng)墻體和裂縫向外滲透，熱空氣內(nèi)水蒸氣在遇到室外冷空氣時(shí)必然析出，產(chǎn)生結(jié)露，凍結(jié)成冰；當(dāng)春季室外溫度上升，冰雪消融，夾層的冰水就成了飾面層脫落的潤滑劑。另一方面，磚縫間的砂漿裂縫也會受到雨水的滲透，在冬季低溫下會產(chǎn)生較強(qiáng)的凍脹力，從而使開裂加重，并最終導(dǎo)致面磚的脫落。

2.3 自重及風(fēng)荷載作用

對于存在施工質(zhì)量或由于環(huán)境因素影響而已經(jīng)開裂、空鼓的飾面磚，自重及風(fēng)荷載作用也是誘使其脫落的重要因素。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）［8］，飾面磚材料的重力一般約為0.5 kN／m2。根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓的計(jì)算方法，以上海地區(qū)為例，高度為100 m的高層建筑外墻飾面磚最大負(fù)風(fēng)壓的計(jì)算值約為1.952 kN／m2。按《外墻飾面磚工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》（JGJ 126—2000）［1］的要求，外墻飾面磚工程都經(jīng)過飾面磚粘結(jié)強(qiáng)度檢驗(yàn)，拉拔強(qiáng)度不低于0.6 MPa?？梢姡?yàn)收合格的工程提供的初始粘結(jié)力對克服自重及風(fēng)荷載有足夠大的安全系數(shù)，脫落的可能性很小，可以長期安全的使用。

然而對于已經(jīng)大面積空鼓的飾面磚而言，面磚與砂漿之間的粘結(jié)面積較小，在溫度效應(yīng)、凍融循環(huán)效應(yīng)的長期作用下，再加之負(fù)風(fēng)壓作用，空鼓的飾面磚必然會率先脫落。此外，風(fēng)對建筑表面的作用是不規(guī)律的。風(fēng)壓隨風(fēng)速、風(fēng)向的紊亂變化而不停地改變。風(fēng)作用的平均值可看成平均風(fēng)壓，實(shí)際風(fēng)壓是在平均風(fēng)壓上下波動的，如圖6所示。平均風(fēng)壓使建筑物產(chǎn)生一定的位移，而脈動風(fēng)壓使建筑物在該側(cè)移左右移動，即風(fēng)振效應(yīng)。對于建筑物表面的飾面磚而言，作用在面磚表面的負(fù)風(fēng)壓作用也是在某一平均值上下隨機(jī)波動的。而空鼓面磚的局部自振頻率與完好面磚的局部自振頻率相比顯著減小，因此表面風(fēng)荷載隨機(jī)波動而產(chǎn)生的動力效應(yīng)對飾面磚的影響不可忽略，它可使粘結(jié)砂漿產(chǎn)生應(yīng)變疲勞，從而加速飾面磚的脫落。由此可見，自重及風(fēng)荷載是導(dǎo)致飾面磚脫落的重要誘發(fā)因素，而絕不是主要原因。

圖6 平均風(fēng)壓與脈動風(fēng)壓Fig.6 Schematic diagram of average wind pressure and fluctuating wind pressure

2.4 選材不當(dāng)

Ⅲ建筑氣候區(qū)夏熱冬冷、氣候潮濕，對外墻飾面磚的材料性能也有不同的要求，如在該建筑氣候區(qū)使用時(shí)面磚吸水率過高，勢必會導(dǎo)致飾面磚因凍融循環(huán)效應(yīng)產(chǎn)生空鼓甚至脫落等質(zhì)量問題。此外，在選好飾面磚材料后，沒有正確選用與飾面磚及外墻性能相匹配的粘貼材料，因粘貼性能不好而引起飾面磚脫落的現(xiàn)象也較常見。外墻飾面磚及粘結(jié)材料的選用應(yīng)嚴(yán)格按照國家相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

3 防治措施及修復(fù)方法

由以上分析可知，外墻飾面磚的脫落主要是由施工質(zhì)量導(dǎo)致飾面磚空鼓或粘結(jié)砂漿強(qiáng)度不足，并在環(huán)境因素的綜合作用下產(chǎn)生。砂漿與飾面磚自重以及風(fēng)荷載作用雖對空鼓飾面磚的脫落有一定影響，但不是造成飾面磚脫落的主要原因。因此，對飾面磚脫落的防治應(yīng)從提高外墻飾面磚施工質(zhì)量方面入手。而對于已經(jīng)開裂、空鼓或開始脫落的飾面磚，則可采用下述修復(fù)方法［2，6］。

3.1 墻身及飾面磚開裂

若墻身及飾面磚已開裂，則先把開裂的飾面磚鑿除，同時(shí)檢查裂縫，如裂縫仍向飾面磚底延伸，則需沿裂縫繼續(xù)鑿除飾面磚直至基層墻面，并用擴(kuò)槽器擴(kuò)成溝槽狀。然后用氣泵清除修理面上的浮塵，待干燥后，在裂縫溝槽上涂灌縫用的環(huán)氧樹脂，用較稠的環(huán)氧樹脂膩?zhàn)犹钋稖喜?，留出鉆孔位置。鉆孔直徑3～4 mm，孔間距可視裂縫寬度而定，可取5～10 cm。向孔中注入環(huán)氧樹脂，待環(huán)氧樹脂凝固后即可采用水泥砂漿括糙，然后鑲貼面磚。

3.2 局部飾面磚起殼或破損

飾面磚局部與基層脫離，且表面亦有損壞，可采用挖補(bǔ)法修復(fù)。可先用鋼鑿鑿去起殼的飾面磚及基層。然后對基層進(jìn)行修補(bǔ)和清理，澆水潤濕，再用水泥砂漿括糙，混凝土墻面用混合砂漿，厚度視原糙層厚度而定，如厚度超過20 mm時(shí)，括糙應(yīng)分層隔天完成。糙面用木抹壓實(shí)搓平，并且劃毛，澆水養(yǎng)護(hù)1～2 d后方可鑲貼面磚。粘貼時(shí)可用水泥砂漿或摻20%的107膠水的水泥砂漿。面磚鋪貼1～2 d后，即可進(jìn)行分格縫的色嵌，用1∶1水泥砂漿勾縫。

3.3 飾面磚空鼓

飾面磚空鼓時(shí)雖與基層脫離，但表面完好。若空鼓范圍不大，可不挖補(bǔ)而采用灌漿法修復(fù)：首先，用紅外熱成像技術(shù)確定空鼓的飾面磚范圍（圖7），同時(shí)確定鉆孔位置，一般每平方米16個孔，直徑8 mm，深度只需鉆進(jìn)基層10 mm即可；然后用氣泵清除孔中的粉塵，待孔眼干燥后，用環(huán)氧樹脂灌漿，起殼的面磚與括糙層之間的縫隙一般在0.5～1.0 mm之間；把溢出的環(huán)氧樹脂用布擦凈，待環(huán)氧樹脂凝固后，用1∶1水泥砂漿封口。若空鼓范圍較大，則可參照灌漿法修補(bǔ)裂縫的施工工藝和做法。

圖7 紅外熱成像技術(shù)確定飾面磚的空鼓范圍Fig.7 Application of infrared thermographymethod on detecting the quality of exterior wall facing tiles

4 結(jié) 語

Ⅲ建筑氣候區(qū)外墻飾面磚的脫落主要是由施工質(zhì)量導(dǎo)致的粘結(jié)砂漿強(qiáng)度不足或面磚空鼓，并在溫度效應(yīng)、凍融循環(huán)效應(yīng)、自重以及風(fēng)荷載的綜合作用下產(chǎn)生。外墻飾面磚的防脫落工作應(yīng)從提高飾面磚施工質(zhì)量方面入手；對于已經(jīng)開裂、空鼓或者已經(jīng)存在脫落現(xiàn)象的外墻飾面磚，采用本文建議的修復(fù)方法可以獲得滿意的結(jié)果。

［1］ 中華人民共和國建設(shè)部.JGJ 126—2000外墻飾面磚工程施工及驗(yàn)收規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.Ministry of Construction of the People’s Republic of China.JGJ 126—2000 Specification for construction and acceptance of tapestry brick for exteriorwall［S］.Beijing：China Architecture and Building Press，2000.（in Chinese）

［2］ 高澤輝.超高層面磚防脫落控制技術(shù)［J］.施工技術(shù)，2011，40：187-189.Gao Zehui.Control technology of tile against falling on super high-rise buildings［J］.Construction Technology，2011，40：187-189.（in Chinese）

［3］ 中華人民共和國建設(shè)部.GB 50352—2005民用建筑設(shè)計(jì)通則［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.Ministry of Construction of the People’s Republic of China.GB 50352—2005 Code for design of civil buildings［S］.Beijing：China Architecture and Building Press，2005.（in Chinese）

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［8］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China.GB 50003—2012.Load code for the design of building structures［S］.Beijing：China Architecture and Building Press，2012.（in Chinese）

Causes and Repair M easurements for the Falling of Exterior W all Facing Tiles in Architectural Climatic RegionⅢ

ZHENG Hao1，2，*
（1.Shanghai Research Institute of Building Sciences，Shanghai200032，China；2.Shanghai Key Laboratory of New Technology Research on Engineering Structure，Shanghai200032，China）

Quality accident such as hollow cracking，falling，etc.of exterior wall facing tiles has often been reported in Architectural Climatic RegionⅢ，where the climate is humid，hot in summer and cold in winter，and the environmental condition is complicated.Based on quantity of document，aswell as wide spot investigations on the phenomenon of hollow cracking and falling of exterior wall facing tiles in severalmetropolises such as Shanghai，Wuhan，Nanjing，and Hangzhou etc.of Architectural Climatic RegionⅢ，causes for the falling of exteriorwall facing tiles in Architectural Climatic RegionⅢwas summarized and analysed，and simultaneously prevention methods against it was also presented.Furthermore，some corresponding repair measurements against the cracking and falling of exterior wall facing tileswere introduced.

architectural climatic regionⅢ，exterior wall facing tiles，hollow cracking and falling，repair measure

2014－04－02

國家“十二五”科技支撐計(jì)劃（2012BAJ07B04）*聯(lián)系作者，Email：zhenghao1973＠163.com