薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)破壞成因研究

趙曉輝 張書航 趙領(lǐng)志

外墻外保溫系統(tǒng)根據(jù)其飾面層不同分為涂料飾面和貼磚飾面，目前國內(nèi)主要采用的是涂料飾面，防護層采用抹面膠漿的薄抹灰做法。外墻外保溫系統(tǒng)根據(jù)保溫板材不同分為XPS、EPS 和巖棉板，該系統(tǒng)由黏結(jié)層、保溫層、防護層組成，系統(tǒng)構(gòu)造如圖1 所示[1]。

圖1 外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造圖

近年來，全國各地相繼出現(xiàn)了一些外墻外保溫脫落的安全事故問題，甚至是墜落物傷人事件。一般情況下，該系統(tǒng)的設(shè)計有效期為25 年。部分項目已達到設(shè)計年限，因此對薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的破壞成因進行分析研究，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 破壞機理

根據(jù)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)《外墻外保溫工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 144-2019）和歐洲技術(shù)認(rèn)定組織頒布的《有抹面復(fù)合外保溫系統(tǒng)歐洲技術(shù)認(rèn)定指南》理論和相關(guān)檢測體系，可以發(fā)現(xiàn)外墻外保溫系統(tǒng)安全性的關(guān)鍵在于能否抵抗應(yīng)力變化，主要關(guān)注的應(yīng)力有兩種，一種是垂直于保溫板的拉應(yīng)力，另一種是保溫板水平方向變形應(yīng)力[2]。

拉應(yīng)力主要來源于風(fēng)荷載，根據(jù)伯努利原理可以得出，當(dāng)物體界面有氣體流動時，該界面處的空氣壓力會發(fā)生變化，流動速度越快壓力越小。

變形應(yīng)力主要來自于保溫板的變形和水泥基構(gòu)造層的收縮，保溫板作為有機材料，受自身特性和生產(chǎn)工藝影響以及外部溫濕度變化相互作用，需進行一段時間的陳化養(yǎng)護，陳化期間尺寸變化是材料性能最明顯的變化。在外墻外保溫施工過程中，抹面施工完成后，抹面層會逐漸干燥收縮，若期間部分保溫材料發(fā)生變形，抹面層就會隨之承受較大的應(yīng)力，造成不同程度的龜裂，在環(huán)境干濕、凍融循環(huán)作用下裂紋會不斷擴展，進而影響飾面層甚至外墻外保溫系統(tǒng)的安全[3]。

2 項目調(diào)研

基于薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)破壞機理分析，對9 個建成項目進行現(xiàn)場調(diào)研，對比項目現(xiàn)狀缺陷情況，通過分析調(diào)研數(shù)據(jù)，對后續(xù)外保溫系統(tǒng)安全隱患評估及修繕提供數(shù)據(jù)支撐。本文選取兩個項目進行舉例說明，圍繞外墻外保溫系統(tǒng)中薄弱環(huán)節(jié)確定若干個影響因素，包括有效黏結(jié)率、系統(tǒng)黏結(jié)強度（保溫板與基層黏結(jié)強度、抹面膠漿與保溫板黏結(jié)強度、膠黏劑與基層黏結(jié)強度）以及聚合物有效成分等。

2.1 調(diào)研項目一

該項目2014 年入住后陸續(xù)出現(xiàn)外墻外保溫系統(tǒng)開裂或保溫板脫落情況，經(jīng)過維修并未徹底解決相關(guān)問題。部分建筑存在外墻外保溫開裂現(xiàn)象，經(jīng)過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)開裂多為保溫板板縫開裂。

截至2021 年底，整個項目已先后出現(xiàn)8 棟建筑保溫板脫落。對該項目所有建筑進行了外墻外保溫系統(tǒng)檢測，包括保溫板與基層黏結(jié)強度、抹面膠漿與保溫板黏結(jié)強度、膠黏劑與基層黏結(jié)強度等，并對部分建筑進行了黏結(jié)率檢查，同時對個別建筑進行了抹面層和黏結(jié)層聚合物有效成分試驗，試驗結(jié)果如表1 所示。

表1 聚合物有效成分試驗結(jié)果

2.2 調(diào)研項目二

該項目為2013 年入住的框架剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅，外墻外保溫為60 mm厚EPS 薄抹灰系統(tǒng)，目前部分起居廳及臥室外飄窗周圍的墻體及頂板存在發(fā)霉情況。

經(jīng)現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，該項目發(fā)霉現(xiàn)象主要由于結(jié)露引起。結(jié)露的原因是由于飄窗、陽臺等構(gòu)造節(jié)點外保溫施工不當(dāng)，保溫層厚度未達到設(shè)計要求或使用過程中發(fā)生損壞，導(dǎo)致該部位表面溫度較低，造成內(nèi)墻結(jié)露、發(fā)霉。

3 數(shù)據(jù)分析

本次共調(diào)研了9 個小區(qū)近百棟建筑，對6 個小區(qū)進行現(xiàn)場取樣檢測聚合物有效成分，其中7 個小區(qū)部分建筑存在黏結(jié)強度和黏結(jié)率不滿足設(shè)計或規(guī)范要求情況，5 個小區(qū)存在飾面層或抹面層開裂現(xiàn)象。

通過對9 個項目的有效黏結(jié)率進行統(tǒng)計，數(shù)據(jù)如圖2 所示,結(jié)果表明部分檢測值低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值（點框粘貼法有效黏結(jié)率不低于50%，條粘法有效黏結(jié)率不低于60%），該數(shù)值是外墻外保溫系統(tǒng)的重要安全指標(biāo)，負風(fēng)壓對黏結(jié)率低于40%的外保溫系統(tǒng)會造成較大的破壞影響[4]。

圖2 有效黏結(jié)率統(tǒng)計對比圖

保溫板與基層黏結(jié)強度分布數(shù)據(jù)如圖3 所示，結(jié)果表明不同項目的保溫板與基層黏結(jié)離散性較大，顯示不同項目的施工質(zhì)量存在較大差別。抹面膠漿與保溫板黏結(jié)強度分布數(shù)據(jù)如圖4 所示，結(jié)果表明不同項目的保溫板與抹面膠漿離散性同樣較大，應(yīng)采取相應(yīng)措施加大施工質(zhì)量的控制力度。膠黏劑與基層黏結(jié)強度分布數(shù)據(jù)如圖5 所示，結(jié)果表明膠黏劑之間離散性較小，施工質(zhì)量相對可控。正常外墻外保溫施工過程中，應(yīng)是同一批次材料、同一施工班組在相同的時間進行施工，而前兩者的檢測數(shù)據(jù)也印證了這一假設(shè)，不應(yīng)呈現(xiàn)出較大的離散性。

圖3 保溫板與基層黏結(jié)強度分布圖

圖4 抹面膠漿與保溫板黏結(jié)強度分布圖

圖5 膠黏劑與基層黏結(jié)強度分布圖

與前兩者的檢測手段不同的是，膠黏劑與基層進行現(xiàn)場檢測時，需要用角磨機對原有膠黏劑進行切割，然后再進行拉拔試驗，因此在使用角磨機過程中會對原有膠黏劑產(chǎn)生擾動，該擾動會影響檢測數(shù)據(jù)，自身強度高的膠黏劑受角磨機擾動影響較小[5]。

驗證上述假設(shè)進行了試驗研究，試驗中設(shè)置兩組膠黏劑，A 組聚合物有效成分滿足規(guī)范要求，B 組聚合物有效成分為1%，每組膠黏劑分別制作10 個200 mm半徑的圓形試件，以及10 個100 mm×100 mm 的方形試件，所有試件厚度均為10 mm。自然養(yǎng)護28 d 之后，再對圓形試件用角磨機進行切割，將其切割成100 mm×100 mm 的方形試件，然后對40 個試件進行黏結(jié)強度拉拔試驗，試驗數(shù)據(jù)如表2 所示，同時對數(shù)據(jù)進行了分析對比，如圖6、圖7 所示。通過對上述試驗數(shù)據(jù)進行對比分析，結(jié)果表明B 組切割后的數(shù)據(jù)離散系數(shù)遠高于其他3 組數(shù)據(jù)，因此驗證了上述推論。

圖6 A 組試驗數(shù)據(jù)對比圖

圖7 B 組試驗數(shù)據(jù)對比圖

表2 黏結(jié)強度拉拔試驗數(shù)據(jù)匯總表（單位：MPa）

4 結(jié)語

通過對外墻外保溫系統(tǒng)破壞成因進行分析，其破壞機理主要以風(fēng)荷載和自身變形為誘因，在外因作用下會對保溫板薄弱部位產(chǎn)生不利影響甚至造成破壞。通過對9 個項目進行現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分項目外墻外保溫系統(tǒng)黏結(jié)強度不足，存在構(gòu)造層聚合物有效成分、黏結(jié)率、黏結(jié)方式不滿足設(shè)計或規(guī)范要求情況。試驗表明進行膠黏劑與基層現(xiàn)場檢測時，角磨機的使用對拉拔試驗數(shù)據(jù)會產(chǎn)生較大影響，自身強度高的膠黏劑受角磨機擾動影響較小。