我國(guó)外墻外保溫系統(tǒng)熱應(yīng)力研究現(xiàn)狀與展望

華雪 王偉 馬源良 張國(guó)娟

摘 要：我國(guó)嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)普遍采用外墻外保溫系統(tǒng)，然而熱應(yīng)力是造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破裂不可缺少的因素之一。本文從熱應(yīng)力的研究意義入手，分析我國(guó)近年來(lái)對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)熱應(yīng)力的研究近況，同時(shí)通過(guò)論文進(jìn)行總結(jié)，對(duì)外保溫系統(tǒng)熱濕應(yīng)力的研究趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：熱應(yīng)力；外保溫；試驗(yàn)

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)約能源越來(lái)越重視，為了減少建筑在投入使用中的能耗，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)已成為建筑不可或缺的一部分。但是，在當(dāng)前項(xiàng)目中，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)起鼓、開(kāi)裂甚至保溫層脫落的問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮，極少有保溫層能在25年的規(guī)定使用年限中完整的完成使命。文章在探討研究意義的基礎(chǔ)上，對(duì)國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。

一、研究意義

在建筑的節(jié)能工程中，降低建筑物使用過(guò)程中的總能耗可以有效達(dá)到節(jié)能的目的。但是，當(dāng)前很多外墻外保溫系統(tǒng)在抹面層甚至保溫層裂縫、保溫材料脫落的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外很學(xué)者以外墻保溫體系的耐候性等作為課題已經(jīng)有了一定的研究成果，但是仍有不足之處。隨著技術(shù)的更新，越來(lái)越多的新形式的外墻外保溫系統(tǒng)出現(xiàn)在市場(chǎng)上，這些新的保溫技術(shù)能否過(guò)關(guān)，仍然存在著探究的科研價(jià)值。

保溫層置于外部環(huán)境之中，要受到保溫層自重和熱應(yīng)力、風(fēng)壓等外界作用力，因此對(duì)施工過(guò)程和施工工藝要求很高。目前的情況看來(lái)，并沒(méi)有一個(gè)真正具體的措施來(lái)減小此類狀況的發(fā)生，多數(shù)學(xué)者對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力的研究停留在理論、模擬與試驗(yàn)階段。因此，有必要對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)的熱應(yīng)力問(wèn)題進(jìn)行探討，以早日解決此類問(wèn)題的發(fā)生，力爭(zhēng)達(dá)到建筑原材料上、建筑使用中的真正節(jié)能。

二、熱應(yīng)力的研究進(jìn)展

保溫系統(tǒng)在建筑物日常使用中起到了減緩室內(nèi)外溫度傳遞的效果，但是由于建筑墻體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同種類的材料有著不同的熱膨脹系數(shù)，在受熱變形時(shí)會(huì)相互制約，這時(shí)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞基礎(chǔ)就出現(xiàn)了。

首先是模擬方面進(jìn)展，霍英濤等人[1]利用ANSYS進(jìn)行了以?；⒅楸厣皾{為外墻外保溫結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)模擬，進(jìn)行了存在空氣對(duì)流與夏季太陽(yáng)輻射的熱耦合分析，發(fā)現(xiàn)由于?；⒅楸厣皾{材料的彈性模量較小，因此不同朝向的墻體表面溫度應(yīng)力相差不大。

廟詩(shī)祥[2]分析了四種常見(jiàn)保溫材料組成的系統(tǒng)構(gòu)造及存在問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)外保溫系統(tǒng)進(jìn)行模擬，選擇最適合合肥地區(qū)的保溫形式，再利用生命周期成本，對(duì)外保溫系統(tǒng)的保溫層最優(yōu)厚度進(jìn)行了探討。

張君等人[3]同樣建立太陽(yáng)輻射模型，分析了墻體各節(jié)點(diǎn)處的溫度場(chǎng)方程，提出了多層復(fù)合墻板的溫度應(yīng)力模型，并編制一套計(jì)算軟件，對(duì)膠粉聚苯顆粒涂料飾面外保溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行了溫度應(yīng)力的模擬。

張林峰[4]剖析粘結(jié)劑的主要成分，分析了粘結(jié)原理，以及膠層厚度對(duì)剪切及拉伸強(qiáng)度的影響，從而對(duì)外保溫系統(tǒng)進(jìn)行了溫度場(chǎng)上的受力分析，發(fā)現(xiàn)粘貼的方式對(duì)保溫板的變形起到了較大影響。

胡欣[5]對(duì)五種常見(jiàn)保溫系統(tǒng)展開(kāi)模擬，分析了五種結(jié)構(gòu)冬夏兩季的最大應(yīng)力，并進(jìn)行了抹面層的柔性試驗(yàn)，采用加拿大的材料提出了一種新型墻體，提高了耐久性及耐候性。

模擬終歸是趨近于真實(shí)，卻代表不了真實(shí)，往往還需要對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)，以獲得更加真實(shí)的數(shù)據(jù)。

項(xiàng)道陽(yáng)[6]使用了EPS墻與XPS試驗(yàn)墻的對(duì)比分析，進(jìn)行了雨熱試驗(yàn)與冷熱試驗(yàn)，共四組對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)薄弱部位一般出現(xiàn)在窗戶四周、苯板接縫處和錨栓固定處，且抹面砂漿的應(yīng)力變化較大。

于宗民[7]對(duì)泡沫玻璃作為保溫材料的外保溫系統(tǒng)進(jìn)行了耐候性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)外墻飾面層產(chǎn)生氣泡，窗口部位發(fā)生滲水現(xiàn)象，得知應(yīng)力最容易集中部位為窗洞四周。

孔方昀[8]進(jìn)行了耐候性試驗(yàn)，從外墻的外表面變化及保溫材料的性能變化上研究了保溫系統(tǒng)的耐久性，熱傳遞及濕傳遞對(duì)材料的膨脹應(yīng)力存在規(guī)律性變化。

楊少龍[9]采用了XPS板進(jìn)行了抗剪抗拉試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)粘結(jié)面積與拉伸粘結(jié)強(qiáng)度之間沒(méi)有明顯的影響規(guī)律，且粘結(jié)面積對(duì)抗剪粘結(jié)強(qiáng)度無(wú)影響；同時(shí)該人進(jìn)行了凍融循環(huán)試驗(yàn)，找到粘貼強(qiáng)度的退化機(jī)理。

任玲玲[10]以EPS板薄抹灰外墻為研究對(duì)象，對(duì)冬季和夏季施加極端荷載，對(duì)溫度場(chǎng)、應(yīng)力分布及變形規(guī)律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)墻體的彎曲應(yīng)力及扭應(yīng)力為主要應(yīng)力，因此引起裂縫的幾率較大。

許景欣[11]通過(guò)抗剪試驗(yàn)分析材料與結(jié)構(gòu)層之間的剪切粘結(jié)強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系，求出剪切粘結(jié)強(qiáng)度與諸多變量之間的定量關(guān)系，并推導(dǎo)出逐步退化的數(shù)學(xué)模型。

三、結(jié)語(yǔ)與展望

目前我國(guó)的外墻外保溫系統(tǒng)關(guān)于熱濕應(yīng)力方面的研究多集中在常用的保溫建材上，而新材料的出現(xiàn)使社會(huì)對(duì)試驗(yàn)研究的需求不僅僅集中于常用的保溫材料上，學(xué)者在未來(lái)的研究中，應(yīng)適當(dāng)對(duì)新型材料進(jìn)行分析研究，找到最適合于新型材料的圍護(hù)結(jié)構(gòu)搭建方案，使節(jié)能環(huán)保的新型材料能盡早的適應(yīng)中國(guó)的氣候環(huán)境，在科學(xué)理論的分析后能應(yīng)用于未來(lái)的建筑中。

參考文獻(xiàn)：

[1]霍英濤，李珠，季海峰.基于ANSYS的保溫砂漿外保溫系統(tǒng)有限元分析[J].混凝土，2016，（08）：118121.

[2]廟詩(shī)祥.合肥地區(qū)典型外墻外保溫系統(tǒng)在建筑節(jié)能工程中應(yīng)用研究[D].安徽建筑大學(xué)，2013.

[3]張君，高原，黃振利.內(nèi)外保溫墻體溫度應(yīng)力對(duì)比分析[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，（07）：895905.

[4]張林峰.外保溫外墻保溫層的粘結(jié)分析[D].天津大學(xué)，2004.

[5]胡欣.夏熱冬冷地區(qū)外墻外保溫系統(tǒng)溫度效應(yīng)研究[D].寧波大學(xué)，2012.

[6]項(xiàng)道陽(yáng).薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)耐候性試驗(yàn)研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2008.

[7]于宗民.泡沫玻璃外墻外保溫系統(tǒng)溫度場(chǎng)耐候性試驗(yàn)研究[D].太原理工大學(xué)，2011.

[8]孔方昀.溫濕效應(yīng)作用下外墻保溫系統(tǒng)數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2014.

[9]楊少龍.XPS保溫板與結(jié)構(gòu)層粘結(jié)性能試驗(yàn)研究[D].武漢理工大學(xué)，2011.

[10]任玲玲.EPS板保溫系統(tǒng)裂縫問(wèn)題的數(shù)值分析[D].鄭州大學(xué)，2010.

[11]許景欣.凍融循環(huán)作用下外墻外保溫系統(tǒng)粘結(jié)效果的研究[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2014.

作者簡(jiǎn)介：華雪（1993），女，沈陽(yáng)建筑大學(xué)碩士在讀，主要方向?yàn)橥鈮ν獗叵到y(tǒng)熱濕應(yīng)力。