建筑外墻保溫體系設(shè)計(jì)優(yōu)化
——沙特阿拉伯保障房項(xiàng)目

文_潘行強(qiáng) 中國水利水電第十二工程局有限公司

沙特阿拉伯保障房三期項(xiàng)目，是沙特政府為了適應(yīng)人口快速增長的保障性住房開發(fā)項(xiàng)目，也是沙特2030 年社會發(fā)展愿景計(jì)劃的一部分。項(xiàng)目位于沙特阿拉伯西南部阿西爾省，所在地海拔約2200m，共有241 套別墅，均為1 層（有1～4個臥室4 種戶型）。合同為EPC 模式，包括設(shè)計(jì)、土建、裝修、機(jī)電、給排水、暖通和庭院工程等內(nèi)容。主體結(jié)構(gòu)墻體和屋面均為混凝土現(xiàn)澆，混凝土模板采用定制鋁模，外墻和屋面保溫體系采用XPS 保溫板。

1 沙特建筑規(guī)范對保溫設(shè)計(jì)的要求

據(jù)統(tǒng)計(jì)，沙特阿拉伯全國民用住宅的用電量占整個國家電力消耗的約50%；且隨著人口快速增長、經(jīng)濟(jì)增長和較低的電價(jià)，用電需求將在2025 年翻倍。沙特政府近年來提出了“2030 愿景”，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展,降低能源消耗，在2018年用Saudi Building Code：602 Energy Conservation（簡稱“SBC-602”）代替了2007 年頒布的SBC-601 標(biāo)準(zhǔn)，對建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)提出了更加嚴(yán)格要求。

根據(jù)SBC-602 標(biāo)準(zhǔn)，將沙特全境分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類地區(qū)，對保溫要求從Ⅰ類到Ⅲ類遞減。沙特氣候分區(qū)是根據(jù)統(tǒng)計(jì)一年中在某特定溫度以上的累計(jì)小時數(shù)來劃分的， 10℃以上超過5000h 為I 區(qū)；小于或等于3500h 為Ⅲ區(qū)；介于中間為Ⅱ區(qū)。本項(xiàng)目地處山區(qū)，夏季最高平均氣溫33℃；月度平均最低氣溫在1 月份，最低平均氣溫3℃，濕度在40%～80%之間。項(xiàng)目所在地與利雅得、吉達(dá)等城市同屬于I 類地區(qū)，屬節(jié)能要求最高類別地區(qū)。

根據(jù)SBC-602 標(biāo)準(zhǔn)，在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念上，采用圍合式保溫系統(tǒng)，即屋面和墻體全部包裹保溫材料；在設(shè)計(jì)方法上采用組件性能方法，如做外墻保溫設(shè)計(jì)時，將墻體、門、窗各自的傳熱系數(shù)與面積的乘積進(jìn)行匯總，再除以外墻體總面積，計(jì)算出整個墻體的傳熱系數(shù)。根據(jù)SBC-602 標(biāo)準(zhǔn)，在I 類地區(qū)，墻體熱傳導(dǎo)系數(shù)要小于0.342W/(m2·K），屋面熱傳導(dǎo)系數(shù)是0.202W/(m2·K)。

2 項(xiàng)目外墻保溫體系設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目別墅采用圍合式保溫系統(tǒng)，屋面和墻體全部包裹保溫材料。保溫材料采用XPS 板（擠塑聚苯乙烯泡沫塑料，簡稱“擠塑板”）。設(shè)計(jì)方案：外墻貼XPS 板，厚度為8cm；屋面XPS 板厚度13.5cm，聯(lián)體別墅中間隔墻XPS 板厚4cm。

外墻XPS 板保溫體系的施工工藝：①安裝XPS 板。用點(diǎn)框粘法（粘結(jié)砂漿約10mm 厚）將XPS 板粘貼在墻上，24h后粘貼砂漿具備強(qiáng)度，在墻上鉆孔，用塑料膨脹錨釘將XPS板固定在墻上。②施工外墻抹面層。使用廠家生產(chǎn)抹面砂漿，在XPS 板上做抹面層，抹面層厚5mm 左右，分兩遍成活，中間加一層玻璃纖維網(wǎng)防止開裂。③刷外墻漆。抹面層完成并干燥后，涂刷丙烯酸外墻漆，含一層底漆、一層紋理漆和兩層面漆。

2 施工問題

XPS 板與混凝土墻面粘結(jié)強(qiáng)度不夠，有的會自動脫落，見圖1。XPS 板在安裝錨固后產(chǎn)生翹曲變形，大面不夠平整、沿接縫處開裂。抹面層與XPS 板粘結(jié)度差，抹面層出現(xiàn)較多裂縫。抹面層與XPS 板粘結(jié)效果差，抹灰層有脫空起鼓現(xiàn)象。

圖1 未錨固的XPS 板脫開/脫落

3 施工問題原因分析

通過分析相關(guān)的施工質(zhì)量原因，如抹面層玻纖網(wǎng)搭接不足、抹面層偏厚、玻纖網(wǎng)偏底層等發(fā)現(xiàn)，XPS 板自動脫落、板體翹曲變形導(dǎo)致板接縫處開裂，顯然不能歸于施工質(zhì)量問題；也可以排除XPS 板生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量上的原因。

根據(jù)現(xiàn)場出現(xiàn)的問題分析，XPS 板在本項(xiàng)目應(yīng)用環(huán)境下存在缺陷和不足。①XPS 板表面光滑，與混凝土墻體粘貼效果不佳，容易發(fā)生脫落；同樣原因，砂漿與XPS 板之間粘結(jié)強(qiáng)度不夠，容易導(dǎo)致抹面層開裂和脫空。②XPS 板生產(chǎn)工藝是擠壓成型，板體構(gòu)造是表面硬內(nèi)里軟，截面上是非均質(zhì)結(jié)構(gòu)，受到外力或溫度變化，容易發(fā)生形體變形。③XPS 板抗壓強(qiáng)度較大、剛性大，用錨釘固定后會變形產(chǎn)生應(yīng)力，容易導(dǎo)致抹面層沿板接縫處開裂。④XPS 板不透水、不透氣，一旦抹面層裂縫滲水，水分揮發(fā)不出去，會影響抹面層與XPS板粘結(jié)效果，也導(dǎo)致抹面層裂縫發(fā)育。

為了解決問題和找到解決方案，考察了其他沙特保障房項(xiàng)目。其中，某中國央企在沙特有兩個項(xiàng)目，都采用了現(xiàn)澆混凝土主體結(jié)構(gòu)+外墻EPS 板外保溫體系，外墻EPS 板抹面層裂縫較少，無抹灰層脫空和起鼓現(xiàn)象，施工質(zhì)量和外觀效果比較理想。

此后，又參觀考察了當(dāng)?shù)貎杉褽PS 板工廠和一家XPS板工廠。兩種板的原材料一樣，都是聚苯乙烯，只是生產(chǎn)工藝不同。EPS 板是水蒸氣發(fā)泡，模具成型，再切割成需要的寬度和厚度；XPS 板是利用發(fā)泡劑發(fā)泡、連續(xù)擠壓成型，成品的顆粒更細(xì)密，強(qiáng)度更高，隔熱效果更好。EPS 板從大型發(fā)泡箱取出來冷卻數(shù)天，再進(jìn)行切割，成品形體穩(wěn)定、尺寸也穩(wěn)定；XPS 板是發(fā)泡后直接在軋輥上擠壓成型，因?yàn)椴捎脭D壓成型工藝，板體易產(chǎn)生應(yīng)力集中和變形。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過考察類似項(xiàng)目、考察XPS 板和EPS 板生產(chǎn)廠家、收集各方面信息，確定了外墻保溫采用EPS 板的方案，詳見表1、表2。

表1 本項(xiàng)目外墻保溫使用的XPS板和EPS板技術(shù)參數(shù)

表2 本項(xiàng)目EPS板保溫體系的設(shè)計(jì)

根據(jù)沙特SBC-602 標(biāo)準(zhǔn)，對應(yīng)I 類地區(qū)，墻體的熱傳導(dǎo)系數(shù)U 值要求小于等于0.342，因此設(shè)計(jì)墻體的熱傳導(dǎo)系數(shù)U 值滿足要求。

5 樣品試驗(yàn)

利用廠家提供EPS 樣品（尺寸50cm×50cm×10cm），做了EPS 板與墻體的粘結(jié)試驗(yàn)和在EPS 板上抹灰試驗(yàn)。

5.1 EPS板與墻體粘結(jié)力試驗(yàn)

用粘結(jié)砂漿將EPS 板粘貼在混凝土墻上24h 后，一個標(biāo)準(zhǔn)體重的成年人站在板子上，板子不會脫落，因此理論上可以不打固定錨釘。EPS 板與墻體粘結(jié)相當(dāng)牢固，施加力量從墻面剝離， EPS 板會從內(nèi)部撕裂。

5.2 抹面層剝離試驗(yàn)

在EPS 板上做抹面層厚度約5mm，24h 后用角磨機(jī)沿抹面層厚度切割5 塊5cm×5cm 大小的方塊。沒有試驗(yàn)儀器，用手剝離抹面層，均在EPS 板內(nèi)部撕裂，而不是從兩者結(jié)合面脫開，說明砂漿與EPS 板之間粘結(jié)強(qiáng)度要高于EPS 板自身抗拉強(qiáng)度。

5.3 廠家試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐

依據(jù)表3 的數(shù)據(jù)表明，標(biāo)準(zhǔn)狀況下砂漿與EPS 板粘結(jié)強(qiáng)度是0.13N/mm2，計(jì)算在200mm×200mm 的面積上能承受5.2kN 拉力（DMC 廠家數(shù)據(jù)）。而XPS 板與砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度沒有廠家能提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。

表3 砂漿在EPS板上的粘結(jié)強(qiáng)度

5.4 EPS板和XPS板的綜合比較(表4)

表4 EPS板和XPS板外觀和性能的相對比較

5.5 施工樣板房

為了驗(yàn)證EPS 板在本項(xiàng)目的適用性，在現(xiàn)場選擇了一幢別墅做樣板房。除了將XPS 板換成EPS 板，樣板房采用的材料如砂漿、玻璃纖維網(wǎng)等與之前一樣，施工工藝也一致。施工順序?yàn)樵诨炷镣鈮ι险迟NEPS 板-打塑料膨脹釘固定-做抹面層-油漆。

樣板房施工過程順利，墻體粘貼EPS 板牢固可靠，板與板之間接合緊密、縫隙小、大面平整、無板面翹曲現(xiàn)象；EPS 板抹灰大面更平整、轉(zhuǎn)角線條更順直，用手指叩擊抹面層，回聲短促清脆，說明抹面層與EPS 板結(jié)合緊密，無脫離空鼓，施工質(zhì)量明顯優(yōu)于采用XPS 板。樣板房順利通過驗(yàn)收，EPS 板代替XPS 板的優(yōu)化方案也得到了監(jiān)理和業(yè)主的批準(zhǔn)，同意在后續(xù)未施工的別墅中按EPS 保溫體系進(jìn)行施工。油漆完工后效果見圖2。

圖2 使用EPS 保溫板外墻油漆后的外觀效果

6 設(shè)計(jì)優(yōu)化總結(jié)

經(jīng)過樣板房的施工檢驗(yàn)，總結(jié)EPS 板做外墻保溫和XPS板相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

①EPS 板易于切割，切面更平整方正。用普通木工鋸（梳齒間距4mm）即可現(xiàn)場切割，操作方便。②EPS 板與墻體結(jié)合牢固。用粘結(jié)砂漿將EPS 板粘貼在混凝土墻上，無板體脫落現(xiàn)象。③EPS 板形體平整，安裝后基本無變形。安裝后板間拼接縫隙小、大面平整、墻體轉(zhuǎn)角等部位線條順直。④EPS 板材質(zhì)較軟，可吸收變形，無應(yīng)力集中。用錨釘固定時，板子本身可吸收錨固過程帶來的變形，輪廓尺寸穩(wěn)定，表面無應(yīng)力，不容易導(dǎo)致抹面層沿板縫開裂。⑤抹面層與EPS板粘結(jié)效果好。成活后大面更加平整，抹面層較少開裂、空鼓、脫開現(xiàn)象。

經(jīng)過整棟樣板房的施工，驗(yàn)證了采用EPS 板從施工便利度、與墻體/抹面層結(jié)合強(qiáng)度、到外觀質(zhì)量方面都優(yōu)于XPS板；在材料成本方面，本項(xiàng)目采用10cm 厚的EPS 板，比8cm厚XPS 板每平方米價(jià)格低20%～30%。

7 XPS板在外墻保溫領(lǐng)域的應(yīng)用展望

XPS 板自20 世紀(jì)90 年代引入中國，在建筑保溫領(lǐng)域的應(yīng)用已有近20 年。2019 年11 月，我國頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《外墻外保溫工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)準(zhǔn)中新增了粘貼XPS 板外保溫系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)中提到“保溫層材料可為EPS 板、XPS 板和PUR板或PIR 板”，但對EPS 板和XPS 板的適用條件和適用范圍沒有區(qū)分。

結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)踐，認(rèn)為在建筑物的墻體外立面需要做抹面層、對墻面平整度要求較高的場合，使用XPS 板不是最佳選擇，而使用EPS 板是更穩(wěn)妥的方案。對于XPS 板應(yīng)用在其它建筑場景如不同部位、不同外墻設(shè)計(jì)方案，本文沒有涉及研究。

從本工程實(shí)踐看，在建筑物外墻粘貼XPS 板并施工抹面層，應(yīng)對XPS 板進(jìn)行表面處理，提高其粘結(jié)能力。據(jù)生產(chǎn)廠家反饋，XPS 板做表面刨皮處理后報(bào)價(jià)增加約20%。采用預(yù)制裝配工藝，將XPS 板澆筑在混凝土構(gòu)件里是個相對理想的方式，省掉了墻上粘貼保溫板和做抹面層的工序，施工比較快捷方便。但這種方式需采購預(yù)制墻板或自建預(yù)制廠生產(chǎn)，現(xiàn)場起吊和裝配預(yù)制墻板及屋面板，與結(jié)構(gòu)主體采用現(xiàn)澆混凝土方案相比，在墻體和屋頂施工工藝、裝修作業(yè)內(nèi)容、外墻面完工效果等方面有較大的不同。

未來，建筑行業(yè)相關(guān)企業(yè)單位，如生產(chǎn)廠家、科研院所、設(shè)計(jì)單位和施工企業(yè)需要一起努力，對建筑外墻XPS 板保溫體系不斷深入研究和創(chuàng)新，研發(fā)新材料新工藝，降低材料和施工成本，促進(jìn)建筑保溫技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。