居住建筑節(jié)能系統(tǒng)外保溫層PUR板的剪切粘接強(qiáng)度研究

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.005

摘 要：為解決國內(nèi)外墻外保溫發(fā)展存在的問題，簡(jiǎn)述了居住建筑常用節(jié)能保溫改造方式，梳理了外保溫層起鼓、產(chǎn)生裂縫和脫落的原因，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了建筑外墻外保溫層PUR板（聚氨酯板）的剪切粘接強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)，采用PUR板、膠粘劑和混凝土磚塊制備外保溫層，探究粘接界面缺陷面積和缺陷位置這2個(gè)因素對(duì)外保溫層剪切粘接強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，粘接缺陷面積占比變大，試件剪切粘接強(qiáng)度會(huì)偏低，缺陷面積超過60%時(shí)，產(chǎn)生的影響更加嚴(yán)重；缺陷位置靠前，試件的剪切粘接強(qiáng)度偏低，缺陷位置不對(duì)稱，也會(huì)直接影響外保溫層的粘接強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：居住建筑；外保溫層；缺陷面積；缺陷位置；剪切粘接強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TQ328.3" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " "文章編號(hào)：1001-5922（2024）02-0017-03

Study on shear adhesion strength of PUR board of external insulation layer of energy-saving system of residential building

YANG Xue，WEI Shule

（Xi’an Peihua University，Xi’an "710125，China）

Abstract：In order to solve the problems existing in the development of external insulation at home and abroad，this paper briefly described the common energy saving and thermal insulation renovation methods of residential buildings，sorted out the causes of bulging，cracks and falling off of the external insulation layer，the shear adhesion strength test of PUR board of building exterior insulation layer was designed，and the outer insulation layer was prepared by PUR board，adhesive and concrete brick，and the influence of two factors，namely the area of defects at the adhesive interface and the location of defects，on the shear bonding strength of the external insulation layer was explored.The test results showed that the shear bond strength of the specimen was lower with the increase of the bond defect area proportion.When the defect area exceeded 60%，the impact was more serious.If the defect position was in the front，the shear bonding strength of the specimen was low，and the defect position was asymmetrical，which also directly affected the bonding strength of the outer insulation layer

Key words：residential buildings;outer insulation layer;defect area;defect location;shear bond strength

建筑常用保溫材料如EPS板（膨脹聚苯乙烯板），主要用于建筑墻體、屋面的保溫，XPS板（擠塑聚苯乙烯板）在浸水條件下還能保持較高的抗壓和保溫性能。PUR板（聚氨酯板）可看作目前除了新型真空保溫材料以外性能最好的保溫材料，其導(dǎo)熱系數(shù)較低，使用壽命較長(zhǎng)^[1]?；赑UR板進(jìn)行外保溫層粘接強(qiáng)度的測(cè)試與分析，制備保溫層試件、設(shè)計(jì)測(cè)試方案，研究粘接界面不同的缺陷面積和位置對(duì)外保溫層粘接強(qiáng)度的影響，以期促進(jìn)外墻外保溫的合理應(yīng)用，推進(jìn)建筑節(jié)能工作的開展。

1"居住建筑節(jié)能保溫改造分析

1.1"居住建筑節(jié)能保溫改造方式分析

目前，墻體的保溫多采用外墻外保溫形式，其不僅可消除熱橋效應(yīng)，還有助于延長(zhǎng)建筑物使用壽命，減少裂縫的產(chǎn)生。我國居住建筑的窗結(jié)構(gòu)大多是木框或者單層玻璃外窗，保溫效果較差。可采用傳熱系數(shù)較小的節(jié)能玻璃或斷熱窗框進(jìn)行外窗的節(jié)能改造。平屋頂?shù)母脑炜煞譃檎檬轿蓓敽偷怪檬轿蓓數(shù)墓?jié)能保溫改造，前者可采用的保溫材料如巖棉板、聚苯板、玻璃巖板等，后者可采用的保溫材料如擠塑聚苯板、聚氨酯等不吸水材料^[2-3]。居住建筑墻體常用的保溫材料如表1所示，其中導(dǎo)熱系數(shù)平均溫度為23 ℃^[4]。

1.2"建筑外保溫層常見問題與原因

1.2.1"起鼓

造成保溫板和飾面層大面積起鼓的主要原因有膠粘劑黏度過低、膠漿配制的稠度不足、施工時(shí)沒有擠揉苯板致使保溫板內(nèi)存在空腔等，如果配備的膠漿黏度較低，貼敷到墻面上產(chǎn)生流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致保溫板局部的虛貼。外保溫飾面涂層的透氣性差也會(huì)造成內(nèi)部水蒸氣擴(kuò)散受阻，從而起鼓^[5]。

1.2.2"裂縫

外墻外保溫層一旦產(chǎn)生裂縫，其保溫性能、耐久性能以及抗壓強(qiáng)度均會(huì)大大降低。EPS板使用前需要經(jīng)過一定時(shí)間的收縮變形，然而實(shí)際施工中，往往EPS板的養(yǎng)護(hù)時(shí)間還不夠就被用于建筑節(jié)能系統(tǒng)外保溫層的施工，EPS板在墻上持續(xù)收縮造成板縫處出現(xiàn)裂縫。耐堿網(wǎng)格布廣泛應(yīng)用于外墻保溫和墻體增強(qiáng)，與抗裂砂漿共同構(gòu)成外保溫系統(tǒng)的防護(hù)層。如果耐堿網(wǎng)格布緊貼聚苯板粘貼或者置于抹面層膠漿之外，容易限制網(wǎng)格布對(duì)體系的增強(qiáng)作用、減弱面層的抗沖擊強(qiáng)度，致使面層產(chǎn)生裂紋，隨之形成更長(zhǎng)、更寬的裂縫^[6]。

1.2.3"脫落

現(xiàn)實(shí)中大量的墻體存在節(jié)能系統(tǒng)外保溫層的脫落問題，造成這一現(xiàn)象的主要原因有所用膠泥的質(zhì)量性能不達(dá)標(biāo)、基層表面不平整、粘接面積小、所用保溫板抗拉強(qiáng)度低以及施工過程當(dāng)中的操作不規(guī)范等。墻體平整才能使得膠層受力均勻，粘接強(qiáng)度更高。若保溫板不能滿足保溫系統(tǒng)自重或飾面的承載要求，很容易導(dǎo)致建筑外墻保溫層大面積的脫落，使得建筑達(dá)不到相關(guān)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)^[7]。

2"居住建筑外保溫層剪切粘接強(qiáng)度測(cè)試

2.1"材料

試驗(yàn)所用材料主要包括碎石、礦渣、水泥、河沙、膠粘劑以及硬泡聚氨酯板等。膠粘劑采用的是某廠生產(chǎn)的保溫專用聚合物膠泥。硬泡聚氨酯芯材的密度為35 kg/m³，導(dǎo)熱系數(shù)不高于0.024 W/（m·K），尺寸穩(wěn)定性小于1 %，施工工藝簡(jiǎn)單，其底面是水泥劑材料，可直接采用水泥漿砂進(jìn)行保溫板和墻體的粘接^[8]。

2.2"試樣制備

采用C30混凝土制備混凝土磚作為基層墻體。將碎石、河沙和水泥等材料放入攪拌機(jī)，加水?dāng)嚢杈鶆?，倒入固定尺寸的模具中，然后將其放在振?dòng)臺(tái)上振搗一定時(shí)間，以排出空氣，使得混凝土磚密度均勻。混凝土磚的尺寸為：200 mm×150 mm×40 mm，砂漿面應(yīng)略高于模具頂面，刮去多余砂漿，并抹平表面。脫模后在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d后備用。

采用PUR板制備保溫層試件，將其裁割成尺寸為100 mm×100 mm×40 mm的試件。裁割的過程中要順著一個(gè)方向慢慢裁割，避免硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料切口不整齊。然后打開膠粘劑拌制，注意控制膠粘劑的稠度，放置一段時(shí)間后備用。

保證混凝土磚表面平整、沒有灰塵和油脂等異物的前提下，在膠泥拌制完成的2 h內(nèi)，盡快將其涂抹于混凝土磚面上，然后粘貼PUR保溫板，將邊緣多余膠粘劑刮除，養(yǎng)護(hù)14 d后成型，完成試件制備，之后測(cè)定保溫板的剪切粘接強(qiáng)度。

2.3"測(cè)試方案

外保溫層粘接效果測(cè)試與分析采用的儀器：頂推式千斤頂、稱重傳感器、位移傳感器和應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)等。將試件放到試件槽內(nèi)進(jìn)行固定，設(shè)定預(yù)壓荷載為1Symbol～A@2 kN，加載速率5 "mm/min，對(duì)試件進(jìn)行加載直到試件被破壞。

外保溫層剪切破壞過程大致分為初始變形階段、變形發(fā)展階段和破壞階段這3個(gè)階段。設(shè)定一組標(biāo)準(zhǔn)試件，其保溫板與墻體基層之間粘接界面不存在粘接缺陷。其余各組試件在粘接面積、位置方面存在不同程度的缺陷。設(shè)定缺陷形狀為正方形，固定缺陷位于PUR板的中下方位置，改變?nèi)毕菝娣e，從第2組的18%開始以9%為梯度增加，探究粘接面積對(duì)外保溫層剪切粘接強(qiáng)度的影響；固定缺陷面積為36%，改變粘接缺陷位置，分別位于左角、左側(cè)中、正中、中前和中后位置，探究缺陷位置對(duì)外保溫層剪切粘接強(qiáng)度的影響。每組3個(gè)試件，以平均值為最終測(cè)試結(jié)果，同時(shí)記錄破壞荷載、位移等信息^[9-10]。

3"試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1"缺陷面積對(duì)外保溫層剪切粘接強(qiáng)度的影響

設(shè)定8個(gè)組，第1組試件為滿粘，缺陷面積為0%，作為對(duì)照。第2組缺陷面積18%，第8組缺陷面積為72%。試件制備過程中沒有使用界面劑，剪切破壞試驗(yàn)所測(cè)得的膠粘劑與PUR保溫板之間的粘接強(qiáng)度如表2所示。

由表2可知，PUR板材質(zhì)較硬，剛性性質(zhì)較強(qiáng)，剪切破壞試驗(yàn)中外保溫層的破壞均為粘接界面破壞，未出現(xiàn)混凝土磚基層或者保溫板自身損壞，證實(shí)該方法測(cè)試粘接界面的強(qiáng)度是有效的。在其他因素不變的情況下，缺陷面積占比越高，試件破壞荷載越小，但二者不是單純的線性關(guān)系^[11-12]。破壞過程中試件整體上的剪切粘接強(qiáng)度沒有發(fā)生明顯變化，基本維持在0.042 MPa上下。當(dāng)缺陷面積超過60%時(shí)，試件破壞荷載和抗剪強(qiáng)度均迅速降低，位移急劇增大，此時(shí)缺陷面積因素對(duì)保溫層粘接效果的影響開始顯現(xiàn)。

3.2"缺陷位置對(duì)外保溫層剪切粘接強(qiáng)度影響

在確定缺陷形狀為正方形、缺陷面積為36%的基礎(chǔ)下，改變?nèi)毕菸恢茫琍UR板外保溫層剪切粘接強(qiáng)度的變化曲線如圖1所示。

由圖1可知，試件剪切破壞發(fā)生于粘接界面，粘接缺陷位置不同引起了外保溫層粘接效果的變化，粘接強(qiáng)度達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的PUR板前端位移不同。沒有粘接缺陷的試件抗剪切粘接強(qiáng)度為0.046 MPa，前端位移為5.12 mm。相比于其他位置，粘接缺陷位于中后部位時(shí)，試件抗剪切粘接強(qiáng)度最大，為0.05 MPa。呈現(xiàn)該變化的原因在于，粘接界面上的缺陷位于上方時(shí)，保溫層內(nèi)部缺陷表現(xiàn)明顯，從力學(xué)層面分析，膠接接頭是不連續(xù)的。在加載過程中，接頭所受荷載通過膠層從前向后傳遞，使得前端的粘接強(qiáng)度很低，變形大，并且向后擴(kuò)散。當(dāng)粘接層面的缺陷位于后端時(shí)，加載邊緣處有足夠的膠粘劑，因此試件的粘接強(qiáng)度較高^[13-14]。粘接缺陷位于左角和側(cè)中位置時(shí)，粘接劑分布位置不均勻、不對(duì)稱，使得內(nèi)部缺陷程度更加嚴(yán)重。膠粘劑分布越不對(duì)稱，外保溫層越容易被破壞。

4"結(jié)語

為改善外保溫層的粘接性能，本文以PUR板為例，探究不同因素影響下外保溫層的剪切粘接強(qiáng)度變化，研究結(jié)果表明：粘接缺陷面積低于60%，其粘接強(qiáng)度基本持平，超過60%，破壞荷載和粘接強(qiáng)度迅速降低；缺陷位置從前向后移，粘接強(qiáng)度逐漸增大，分布不均勻時(shí)也容易導(dǎo)致保溫板的脫落。

【參考文獻(xiàn)】

[1]許曉辰.硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的發(fā)展及應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2020，46（3）：3-4.

[2]湛孝華.建筑外墻外保溫系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)及施工工藝分析[J].房地產(chǎn)世界，2022（4）：134-136.

[3]黃波.既有居住建筑節(jié)能改造研究[J].節(jié)能，2020，39（10）：13-14.

[4]鞏玉發(fā)，鄭文瑤.阜新地區(qū)居住建筑墻體保溫節(jié)能材料的應(yīng)用研究[J].建筑節(jié)能，2020，48（4）：39-43.

[5]董國軍.高層住宅外墻復(fù)合保溫板施工研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（9）：165.

[6]張自聰.建筑外墻外保溫系統(tǒng)工程裂縫成因及修復(fù)技術(shù)[J].建材與裝飾，2020（20）：8-9.

[7]陳敏.建筑工程外墻外保溫層脫落排查和治理工作探討[J].安徽建筑，2021，28（5）：185-186.

[8]張茵.外墻外保溫系統(tǒng)用粘接材料的性能及其影響因素[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2019.

[9]金堅(jiān)強(qiáng).泡沫混凝土保溫板外墻外保溫系統(tǒng)力學(xué)及熱工特性研究[J].建筑與文化，2017（4）：134-135.[10]王顯文.淺談現(xiàn)噴硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料外墻外保溫系統(tǒng)施工[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（5）：138-139.

[11]李雨珊，尹世平，徐世烺，等.工程水泥基復(fù)合材料與發(fā)泡式聚苯乙烯保溫板的界面粘接性能[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2022，39（11）：5251-5263.

[12]姚震杰.節(jié)能背景下的建筑外墻保溫層剪切粘接強(qiáng)度研究[J].粘接，2022，49（11）：42-45.

[13]王亞群.外墻外保溫系統(tǒng)中保溫層與粘接層的性能研究[D].合肥：安徽建筑大學(xué)，2021.

[14]李棟鋒.外墻外保溫系統(tǒng)保溫層剪切粘接強(qiáng)度研究[D].錦州：遼寧工業(yè)大學(xué)，2016.

收稿日期：2023-09-16；修回日期：2023-12-16

作者簡(jiǎn)介：楊"雪（1989-），女，碩士，講師，工程師，研究方向： 綠色建筑技術(shù);E-mail：1728610036@qq.com。

基金項(xiàng)目： 2022年度陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：22JK0491）。

引文格式：楊"雪，魏舒樂.居住建筑節(jié)能系統(tǒng)外保溫層PUR板的剪切粘接強(qiáng)度研究[J].粘接，2024，51（2）：17-19.