外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)安全性檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀

陳愛春，陳 溪，張東波（.上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 00093；.上海市建筑科學(xué)研究院有限公司上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點實驗室，上海 0003）

隨著節(jié)能建筑的大力推廣，建筑保溫隔熱材料得到了快速發(fā)展。無機保溫砂漿具有經(jīng)濟性好、防火阻燃性能好、施工簡單等多種優(yōu)點，一度在外墻外保溫系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于材料自身缺點、粘結(jié)構(gòu)造設(shè)計不足、施工質(zhì)量控制不好等原因，出現(xiàn)了大量開裂、滲水、空鼓、甚至脫落等質(zhì)量事故，嚴重阻礙了建筑工程節(jié)能的實施，甚至給社會公共安全造成了很大隱患。現(xiàn)在我國夏熱冬冷地區(qū)大部分省市已明文禁止在外墻外保溫系統(tǒng)中使用無機保溫砂漿。本文對部分外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)的材料和工藝、缺陷的特征和成因分別進行了分析，對現(xiàn)有安全性檢測技術(shù)開展調(diào)研，重點分析了現(xiàn)有技術(shù)的適用性和局限性，并針對新型檢測技術(shù)研發(fā)進行了展望。

1 外墻無機保溫砂漿材料與施工工藝

1.1 無機保溫砂漿的種類

用于外墻的無機保溫砂漿為水泥基砂漿，常用的集料有膨脹珍珠巖保溫砂漿、膨脹蛭石保溫砂漿和?；⒅楸厣皾{三種。

目前，在實際工程中，用于建筑外墻的無機保溫砂漿以玻化微珠保溫砂漿為主。?；⒅楸厣皾{是以?；⒅闉榧吓渲贫?，?；⒅闉椴灰?guī)則球狀結(jié)構(gòu)，表面玻璃體薄殼，內(nèi)部為蜂窩狀空腔結(jié)構(gòu)。這種特殊結(jié)構(gòu)使集料顆粒強度提高，玻化外殼還能阻止攪拌過程中水進入材料內(nèi)部[1]；同時，?；⒅楸厣皾{克服了膨脹珍珠巖保溫砂漿吸水率大、易粉化、攪拌過程中體積收縮率大、保溫性能降低和空鼓、開裂等不足。但是，由于工程中易出現(xiàn)保溫砂漿的配比不合理等問題，玻化微珠無機保溫砂漿系統(tǒng)在竣工一段時間后容易造成開裂、空鼓甚至脫落等現(xiàn)象，形成很大的安全隱患。

1.2 外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)施工工藝

外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)，以無機保溫砂漿為保溫層材料，輔以界面層、抗裂防護層和飾面層構(gòu)成具有保溫隔熱、防護和裝飾功能的不燃型保溫系統(tǒng)。

為保證外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)的質(zhì)量，基層界面、保溫砂漿涂抹及節(jié)點部分的施工工藝尤為重要。基層界面應(yīng)保證滿涂界面砂漿，若界面砂漿施工不到位，則無法保證基層與無機保溫砂漿的界面粘結(jié)性能，保溫層與基層墻體間易出現(xiàn)空鼓；為保證保溫砂漿的厚度，無機保溫砂漿通常采用分層涂抹形式施工，分層涂抹時每層厚度與間隔時間應(yīng)嚴格執(zhí)行規(guī)范要求，否則易出現(xiàn)保溫砂漿分層的現(xiàn)象；節(jié)點部分應(yīng)特別注意密閉或防水構(gòu)造處理，包括分格縫的構(gòu)造設(shè)計、明縫和暗縫的涂刷材料和工藝等應(yīng)遵守規(guī)范的相關(guān)要求，若構(gòu)造處理不當(dāng)，在上海等日曬和雨量均較為充足的地區(qū)，雨水會從縫隙中滲入至保溫層，在溫差的循環(huán)作用下，易造成外保溫系統(tǒng)出現(xiàn)空鼓和脫落。

2 外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)常見缺陷及原因分析

外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)自推廣以來，出現(xiàn)了大量的外保溫系統(tǒng)開裂、滲水、空鼓、脫落等現(xiàn)象，不僅影響建筑節(jié)能質(zhì)量，更嚴重危害了社會公共安全。這些缺陷主要存在于保溫層內(nèi)部、飾面層和抗裂防護層以及保溫層與基層之間，并且在工程中常不止一種缺陷，例如飾面層開裂會導(dǎo)致雨水滲漏，從而引發(fā)保溫層之間發(fā)生空鼓或保溫層與基層之間粘結(jié)失效。

2.1 保溫層內(nèi)部缺陷及原因分析

在一些出現(xiàn)空鼓、脫落等現(xiàn)象的無機保溫砂漿外保溫工程中，現(xiàn)場局部開鑿、拉拔等檢測結(jié)果顯示，保溫層內(nèi)部出現(xiàn)了分層、粉化等缺陷。

造成這些缺陷的原因包括：

（1）無機保溫砂漿材料強度不夠。當(dāng)無機保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)較高時，材料會變得疏松，抗壓強度偏低，溫度應(yīng)力過大時保溫層會局部起鼓、開裂。

（2）無機保溫砂漿體積吸水率不達標。當(dāng)無機保溫砂漿的飾面層與抗裂防護層開裂后，雨水會滲進無機保溫砂漿層，而無機保溫砂漿吸水后會明顯增加導(dǎo)熱系數(shù)，保溫性能變?nèi)?，并增加自重，引起保溫層脫落[2]。

（3）無機保溫砂漿分層施工工藝不達標。分層施工時，主要是非機械作業(yè)和濕作業(yè)，分層界面處施工質(zhì)量較難控制，兩層無機保溫砂漿施工間隔未達到 24 h 以上，易發(fā)生保溫層之間粘結(jié)度不夠，兩層保溫層之間易發(fā)生空鼓[2]。

2.2 飾面層和抗裂防護層缺陷及原因分析

在無機保溫砂漿系統(tǒng)外墻面，飾面層和抗裂防護層普遍存在裂縫、墻面滲漏等現(xiàn)象。造成這些缺陷的原因包括2 個方面。

（1）端部加強措施不到位。若抗裂防護層較薄、外墻陽角及門窗框四周等部位網(wǎng)格布布置不規(guī)范，會導(dǎo)致無機保溫砂漿系統(tǒng)抗裂防護能力差，飾面層容易在溫度應(yīng)力作用下，產(chǎn)生開裂、起鼓甚至脫落[3]。

（2）外保溫節(jié)點部位施工不規(guī)范。外保溫節(jié)點部位應(yīng)該做好密閉或防水構(gòu)造處理，若密閉或防水構(gòu)造處理不當(dāng)，飾面層會漏水，保溫砂漿吸水后，粘結(jié)強度降低，導(dǎo)致飾面層脫落[3]。

2.3 保溫層與基層之間缺陷及原因分析

在一些出現(xiàn)空鼓、脫落的工程中，現(xiàn)場的脫落物或現(xiàn)場拉拔檢測結(jié)果顯示保溫層與基層之間粘結(jié)失效。造成這類缺陷的原因包括 2 個方面。

（1）基層界面施工不規(guī)范?，F(xiàn)場施工人員忽視界面砂漿的作用，導(dǎo)致保溫砂漿與墻體基層之間的界面砂漿層漏做或少做，直接形成保溫層空鼓或界面處理材質(zhì)失效，由于保溫層與基層之間的粘結(jié)力缺失，引發(fā)外墻脫落[4]。

（2）錨固措施不到位。DG/TJ 08—2088—2018《無機保溫砂漿系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，對飾面磚飾面的無機保溫砂漿系統(tǒng)錨栓設(shè)置有明確規(guī)定，“飾面磚粘貼高度＞4.5 m 時應(yīng)設(shè)置錨栓，且≥4 個/m2”。在高層建筑中，風(fēng)載和負壓較大，錨固措施不足或缺失也易導(dǎo)致保溫層起鼓、脫落。

3 外墻外保溫系統(tǒng)缺陷檢測技術(shù)

在外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)工程檢測現(xiàn)場，需要確定缺陷的種類、位置以及大小。但由于外墻面積大、高空作業(yè)多，給檢測帶來了極大的不便；此外，材料的層數(shù)較多、組合缺陷情況復(fù)雜等現(xiàn)狀也增加了檢測診斷的難度。

在目前檢測工程實踐中，通常采用紅外熱成像大面積定性檢測與局部拉拔試驗定量檢測相結(jié)合的檢測方案。但也存在著紅外熱成像法無法診斷缺陷類型、局部拉拔試驗高空作業(yè)不便且對外保溫系統(tǒng)有破壞性等問題，目前學(xué)者與檢測人員仍在不斷改進現(xiàn)有的技術(shù)并尋找更有效的檢測方法。

3.1 紅外熱成像技術(shù)

紅外熱成像技術(shù)是基于表面輻射溫度的原理，通過接受物體發(fā)出的紅外輻射，再將其以熱像的形式顯示出來，然后分析熱像圖，就可以判斷物體表面的溫度分布情況。這種可視化的檢測技術(shù)已經(jīng)在建筑工程領(lǐng)域檢測中得到廣泛應(yīng)用，并且具備測量快速直觀、非接觸、大面積、遠距離等優(yōu)點。

DG/TJ 08—2038—2008《建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能現(xiàn)場檢測技術(shù)規(guī)程》，詳細介紹了紅外熱成像檢測熱工缺陷的方法，包括檢測時間和天氣的選擇等，有利于提高檢測缺陷的效率。

目前紅外熱像法多用于外墻的熱工性能檢測，大都以定性檢測為主，近年來學(xué)者們逐漸開展了相關(guān)定量檢測的分析研究。蔣濟同等[5]針對 EPS 薄抹灰外墻外保溫缺失這種熱工缺陷，建立帶保溫缺失的三維傳熱模型，并用紅外熱成像試驗驗證模型的可行性，分析了不同缺陷參數(shù)、墻體朝向等組合條件下紅外熱成像現(xiàn)場檢測的最佳時間，為現(xiàn)場檢測提供了參考。

在外墻飾面磚粘貼質(zhì)量檢測方面，紅外熱像法的應(yīng)用也有定量研究與大量工程實踐。毛欣榮等[6]在上海某高層外墻飾面馬賽克的粘貼質(zhì)量檢測中應(yīng)用了紅外熱成像法，結(jié)果表明該檢測方法切實可行，同時對檢測的時間、步驟以及注意事項提出了建議。黃文浩[7]研究了紅外熱成像技術(shù)在建筑物外墻飾面磚的粘貼質(zhì)量檢測中的應(yīng)用技術(shù)，基于數(shù)值模擬和試驗結(jié)果，得到了該方法檢測缺陷深度、尺寸的限制條件，并建議了南京地區(qū)的最佳檢測時段。朱雷等[8]提出了基于圖像處理的外墻飾面磚粘結(jié)缺陷面積評定方法，研究結(jié)果表明，該方法可有效、定量地提取估算外墻飾面層空鼓區(qū)域的面積，較經(jīng)驗法的判定結(jié)果更為準確可靠。

對于不同的外保溫材料，如 EPS 板和無機保溫砂漿等，紅外熱成像法的檢測結(jié)果也存在著區(qū)別。陳煒等[9]通過試驗論證，對于?；⒅楸厣皾{外墻外保溫系統(tǒng)，紅外熱成像對各種形狀的缺陷均能實現(xiàn)較好檢測，缺陷平面尺寸越大、深度越深檢測效果越好；但對聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)，聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)與空氣過于接近，紅外熱像儀可能只適用于大尺寸缺陷的檢測。

綜上，在外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)工程的現(xiàn)場缺陷檢測中，紅外熱成像仍存在一些局限性。

（1）現(xiàn)場紅外熱成像檢測，要求比較高，需要合適的天氣和最佳檢測時間段，同時還要考慮紅外熱像儀拍攝的距離、拍攝角度以及發(fā)射率。

2.3.1 上消化道出血發(fā)生率 3項研究[3，5，19]報道了上消化道出血發(fā)生率，各研究間無統(tǒng)計學(xué)異質(zhì)性（P＝0.62，I2＝0），采用固定效應(yīng)模型進行分析，詳見圖2。Meta分析結(jié)果顯示，試驗組患者上消化道出血發(fā)生率顯著低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義[RR＝0.16，95%CI（0.07，0.34），P＜0.01]。

（2）采用紅外熱像儀采集外表面的溫度信息，只能定性地分析是否存在內(nèi)部缺陷化及缺陷的大概位置，而難以量化缺陷的尺寸、形狀、精確位置和嚴重程度。

（3）目前，紅外熱成像法主要檢測飾面層和抗裂防護層的缺陷，位于保溫層與基體之間和保溫層內(nèi)部的缺陷，因為由于缺陷位置較深，表面溫度變化不大，紅外熱像圖中幾乎無差別。

3.2 拉拔試驗

外墻外保溫系統(tǒng)現(xiàn)場檢測中的拉拔試驗，是通過拉拔儀器檢驗保溫層與基層及各構(gòu)造層之間的拉伸粘結(jié)強度的方法。

JGJ 110—2017《建筑工程飾面磚粘結(jié)強度檢驗標準》中介紹了現(xiàn)場拉拔試驗的操作步驟，在 JGJ l44—2019《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī) 程》中規(guī)定具有薄抹面層的外保溫系統(tǒng)中，在耐候性試驗后抹面層與保溫層的拉伸粘結(jié)強度≥0.1 MPa，并且破壞部位不得位于各層界面。JGJ 253—2011《無機輕集料砂漿保溫系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》和DG/TJ 08—2088—2011 中規(guī)定了在耐候性試驗后抗裂面層與保溫層的最小拉伸粘結(jié)強度以及面磚飾面系統(tǒng)的最小拉伸粘結(jié)強度。

拉拔檢測技術(shù)已經(jīng)比較成熟，已在現(xiàn)場檢測中廣泛應(yīng)用。該方法的檢測點設(shè)置靈活，可以有針對性地測試外墻外保溫存在缺陷的可疑或重要部位；檢測的結(jié)果真實、直觀。

但是拉拔試驗仍有不足之處[10]。

（1）抽樣點不好選擇，對于高層外墻損傷檢測需搭腳手架后方能進行試驗，抽樣數(shù)量受到限制，抽樣方法也未有相應(yīng)規(guī)范指導(dǎo)。

（2）目前的相關(guān)標準規(guī)范中涉及外墻外保溫系統(tǒng)現(xiàn)場拉拔試驗拉伸粘結(jié)強度的判定標準不明確。

3.3 超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)是利用超聲波與材料相互作用并對反射、透射和散射的波進行研究，對材料的宏觀缺陷、微觀組織、力學(xué)性能等進行無損評價的技術(shù)。目前超聲法檢測技術(shù)廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)檢測中，可適用于對混凝土內(nèi)部不密實區(qū)和空洞進行檢測。當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到空洞時，聲波產(chǎn)生反射，一部分能量衰減，另一部分將繞過空洞沿著孔壁傳播，根據(jù)接收到的超聲波信號，分析各測點時間讀數(shù)的變化情況以及超聲振幅、波形的變化，就可以推測混凝土內(nèi)部空洞的大致尺寸[11]。

由于無機保溫砂漿與混凝土具有相似性，超聲波檢測技術(shù)可以應(yīng)用于外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)空鼓缺陷檢測。當(dāng)無機保溫砂漿外保溫系統(tǒng)存在內(nèi)部缺陷時，同樣可以依據(jù)聲時、波幅、主頻和波形多聲參數(shù)記錄，判斷異常測點。

超聲檢測法可以確定物體或材料的幾何和力學(xué)特性，應(yīng)用范圍廣、檢測精度高、檢測速度快，并且便于現(xiàn)場使用，對人體無危害。但是也遇到了許多問題，例如外墻表面缺陷檢測不敏感、混凝土墻體對超聲的強吸收、集料對超聲的散射及超聲的耦合等問題，另外超聲檢測不便高空實施。上述問題都影響了超聲波技術(shù)在外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)安全性檢測中的應(yīng)用。

3.4 探地雷達檢測技術(shù)

探地雷達檢測技術(shù)是一種利用雷達波極化方程的變化獲得與物質(zhì)相關(guān)的信息，繼而對其進行定位的電磁波技術(shù)，通過測量電磁波的傳播時間、反射系數(shù)、折射率等可以判斷出物體的性質(zhì)和形狀。探地雷達檢測技術(shù)廣泛運用于隧道、橋梁、混凝土結(jié)構(gòu)及樹木結(jié)構(gòu)。DGJ 32/TJ 98—2010《鉆芯法檢測外墻外保溫構(gòu)造技術(shù)規(guī)程》提出，雷達法可以對外墻外保溫厚度進行檢測，判斷保護層的質(zhì)量狀況。劉敦文等[12]通過探地雷達對公路的路面厚度、隧道的襯砌質(zhì)量、擋土墻實際工程進行病害隱患探測，速度快且對檢測地方無任何損傷，可以高效、準確地確定工程隱患位置及大小。葛如冰等[13]按公路路面的結(jié)構(gòu)建立了路面脫空的實際模型，進行探地雷達檢測試驗分析，得出路面脫空的反射振幅大小與垂向大小成正比的結(jié)論，建立了探地雷達檢測路面脫空的定量計算公式。

張東波[14]采用探地雷達對外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)進行缺陷檢測, 檢測結(jié)果表明，探地雷達技術(shù)可檢測保溫層與飾面層、保溫層與基層之間的缺陷深度和高度，但在現(xiàn)有條件下，探地雷達技術(shù)無法檢測缺陷與掃描方向平行的邊界，也無法準確檢測保溫層厚度。

此外，雷達的波速主要與檢測區(qū)域介質(zhì)類型和材料含水率等參數(shù)有關(guān)，根據(jù)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)外墻外保溫的缺陷大都是在表層，在南方雨水比較充足的地方，對濕度比較大的外墻的檢測，其適用性還有待進一步考證。

4 結(jié) 語

外墻保溫系統(tǒng)安全事故頻發(fā)，現(xiàn)有的無機保溫砂漿外保溫工程亟需安全性檢測和缺陷整治?，F(xiàn)有的檢測評估技術(shù)仍不能夠快速準確地檢測出外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)中的各種缺陷，基于對這些技術(shù)適用性和局限性的分析，在今后的研究中可進行如下研究：

（1）在紅外熱成像檢測技術(shù)方面，后續(xù)可研究對于不同類型、不同厚度、不同深度和不同面積的缺陷適用性及判斷標準，同時考慮不同墻體朝向、不同季節(jié)及不同保溫材料的影響，為現(xiàn)場工程檢測提供參考；

（2）在拉拔試驗檢測技術(shù)方面，綜合考慮各構(gòu)造層之間拉伸粘結(jié)強度，通過模擬現(xiàn)場拉拔試驗，依據(jù)已有的規(guī)范，明確后續(xù)現(xiàn)場拉拔試驗拉伸粘結(jié)強度的判定指標；

（3）對于超聲法和雷達法，應(yīng)研究其在外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)安全性檢測中的技術(shù)參數(shù)、判斷準則以及工程現(xiàn)場的適用性，從而實現(xiàn)缺陷檢測的定量判斷和和準確性；

（4）隨著各類數(shù)字及信息技術(shù)的發(fā)展，三維激光技術(shù)、數(shù)字攝影及圖像識別技術(shù)等都可以逐步引入到外保溫系統(tǒng)缺陷的檢測中來。

（5）在確定外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)的缺陷位置、大小、種類等信息后，針對粘結(jié)缺陷小的外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)，可采用錨栓加固，并應(yīng)研究兼顧防滲漏要求的錨固技術(shù)和錨固裝置；針對粘結(jié)缺陷嚴重或已脫落的外墻無機保溫砂漿系統(tǒng)，應(yīng)研究保溫砂漿層的厚度、基層墻體的平整度、玻纖網(wǎng)格布等對粘結(jié)力的影響，從而優(yōu)化修繕技術(shù)和施工方案。