保温承重墙（共4篇）
保温承重墙 篇1
1 墙体的热传递
通过减小隔热体的导热系数来减少热传递, 达到隔热目的。通常将单位体积的热流量认为是:由于内外部的温度差异而导致的热传递。热传递是由砖或砌块的几何参数决定的:图1中A表示体积的横截面, I表示体积的厚度。
材料的自身特性可以由导热系数或λ值表示。砖或砌块的λ值不是影响墙体传热的唯一因素, 接缝、砂浆、灰及隔热材料也对热传递有影响。但是, 可以根据材料具体的λ值评价对应材料的热传递的性质。
另一个影响因素是两种材料之间热传递方式不同, 该特性可以用传热系数来描述。因此, 一面墙的总热工特性可以用热传递系数U来描述, 见图2。一面砖墙的隔热性能是一个很复杂的问题:首先, 要考虑黏土砖的热传递, 孔洞也是一个影响因素;其次砖的环境也是一个影响因素。下面只对黏土砖或砌块的自身性能进行探讨。
2 影响热传递的主要参数
总结热传递的物理定律, 影响黏土砖或砌块的隔热性能的主要因素有:密度、孔隙率及热传递路径的长度。
材料内的热传递是物质原子核之间能量传递的一个结果, 单位体积的原子核密度越大, 传递的能量越高。
孔隙率对热传递有两方面的影响:一方面它影响体积密度, 另一方面孔隙内的空气的热传递比烧结砖自身的热传递小, 甚至造成一种热传递障碍 (热传递系数α) 。路径长度指热量传递经过的距离。因此, 设计黏土烧结承重砌墙砖时要尽可能使其密度低、孔隙率最大、热量传递路径长。
3 对黏土承重砌墙砖历史性的评估
首先, 砖的尺寸越来越大, 孔洞率从30%增至50%以上。减少砖的体积密度的首选方法是添加成孔剂——聚苯乙烯。用此方法生产的多孔砖已于1958年被波罗顿申请为专利产品。1952年第一部德国标准DIN4018规定了导热系数, 同时发布了多孔砖的第一个标准DIN105。此时砖的λ值已达到0.6 W/m·K左右, 最低体积密度约为1200 kg/m3。1970年, 加入成孔剂后的砖体积密度可以达到600 kg/m3, 砖横截面的导热系数得到了进一步减小。同时孔洞间的肋从12 mm减少至目前的3 mm或4 mm。
砂浆也是改善墙体隔热性能的一个因素。如图3。1985年出现了薄层砂浆, 对承重砌墙砖的生产有很大的影响。使用薄砂浆的新式接缝要求打磨砖的坐浆面。砖的横截面布局的设计变得越来越重要了。砖的垂直接缝开始被看作一个热桥。这时λ值达到0.1 W/ (m·K) 或更小。
发展到第二步是给砖的孔洞里填充材料。1998年Schlagmann申请了填充砖的第一项专利。填充隔热材料的砖从复杂的孔洞布局发展为更为简单的布局, 且具有一定的机械强度。将不同材料填充到砖的孔洞里来增强砖的隔热性能。
通过添加成孔剂和填充材料等方法使砖的λ值越来越小, 达到了0.07W/ (m·K) 。
4 技术、解决方法和产品
下面从传统方法着手, 对生产隔热黏土承重砌墙砖/砌块的方法和可行性进行了探讨。
4.1 成孔剂
4.1.1 成孔剂的选择
在选择成孔剂时要考虑多方面的因素。成孔添加剂对生产工艺、产品性能、成本效率及环境都有一定的影响。首先, 添加剂可以改变黏土坯体的成形状态, 有的使原料变硬, 有的使原料塑性增加, 如锯屑;其次, 添加剂改变了坯体的干燥状态, 有的可以减少产品的干燥敏感性、增加干燥产品的机械强度, 如纤维;其它添加剂有相反的作用。
能源问题是一个很重要的方面。大多成孔剂可以为窑炉提供能量, 减少总能耗。另一方面, 低温时, 成孔剂通常有自己的燃点, 增加了窑炉的控制难度。由于成孔剂的材料大多源自废料 (如纸浆) , 在提供能量的同时也污染了烟气, 所以窑炉通常要安装烟气净化系统。
另外, 选择成孔剂时可以着重于它们的有益方面。多年来, 经过对大量的成孔剂的试验研究及现场试验, 发现很多成孔剂可以减少产品的导热性。但是制砖工业生产需要大量的成孔剂的量不仅获取难, 而且成本极大。对日产出500 t的烧结砖而言, 当成孔剂的添加量为30%时就需要大约100 m3的添加剂, 如图4。
由于影响因素不同, 成本效率是一个复杂的问题。选择一个特殊的成孔剂则意味着投入更多的资金, 如在烟气的热力燃烧方面。另外, 可以减少燃料的消耗。但成孔剂对CO2释放的影响是不可忽视的。当利用废料做成孔剂时, 其焙烧不会增加CO2的释放。
目前, 生产承重砌墙砖时使用的成孔剂种类很多。添加成孔剂的目的是增加烧结砖的孔隙, 从而减小砖的导热系数。
4.1.2 有机添加剂
有机添加剂在焙烧过程中其有机成分烧尽后形成孔隙, 对砖的隔热性能有一定的作用。有机添加剂颗粒的密度和烧失量决定了孔隙率的大小。有机添加剂主要对烟气中空气污染物的排放有影响, 产生额外的有机污染物, 增加挥发性有机化合物 (VOC) 及一氧化碳 (CO) 的排放。成孔剂的类型和预热带的温度决定了额外排放的有机污染物。在隧道窑中使用高速喷嘴及合理的焙烧周期可以减少或避免VOC的排放。
4.1.3 无机添加剂
无机添加剂比黏土轻得多, 在焙烧过程中会保持它们的结构不变。不同类型的无机添加剂的体积含量加起来有20%~25%。有的添加剂在焙烧过程中不会产生释放, 如硅藻土或珍珠岩。而添加石灰石粉、白垩或泥灰质黏土可以增加微孔, 且有助于减少氟和二氧化硫的排放。无机添加剂的成孔性能是由材料的自身特性决定的, 有的添加剂自身具有多孔性, 在矿物相中微孔结构形成时可以扩展其微孔, 有的添加剂中的碳质矿物分解反应后形成微孔。大多添加剂都是吸湿添加剂, 因此需要增加与塑性黏土混合时的水量, 可以使干燥后形成更高的孔隙容量。在焙烧过程如果采用不当的焙烧曲线, 会使一些添加剂出现问题, 有可能导致产品残次率提高。
4.1.4 普通添加剂
表1对一些常用添加剂的性能和作用进行了汇总。多数情况下, 这些数据是经过实验室试验、现场试验及可行性研究得出的。
4.2 砖的横截面
砖的横截面由孔洞形状决定。孔洞的百分比、孔洞间距 (即肋的厚度) 、孔洞的几何形状及位置都对砖墙的隔热性能有很大的影响。孔洞的百分比可以减少砖的体积密度, 从而降低导热系数。表2展示了理论例子中的孔洞对隔热性能的影响。对一个365 mm×250 mm×250 mm的标砖而言, 若孔洞从30%增加至60%, λ值将从0.28 W/ (m·K) 减小至0.22 W/ (m·K) , 砖的体积密度也会降低。
其他的几何参数有孔洞间距即肋的厚度、孔洞至砖外棱的距离。目前肋厚度为2 mm~3 mm的砖在市场上比比皆是。表3中一些理论例子解释了肋厚度与隔热性能的关系。
改善砖隔热的方法:由于传热路径越长, 隔热效果越好, 因此, 可以通过进一步优化砖孔洞的形状和排列来改善隔热效果。如图5、图6所示。
从图中可以看到通过不同的孔洞布局可将砖的热阻提高40%多, 热传递的路径较长且不是直的。另外, 通过选择距形、菱形、六角形等孔形也可以提高热阻。见图7、图8、图9。
不仅砖自身通过墙体传热, 而且砖接缝对整个墙的导热性有着不良的影响, 因此砖接缝的设计也是非常重要的, 见图10。
隔热效果最好的砖是Michael Kellerer公司的TMK8砌块 (获得了欧洲专利) 。第一步是利用更多或更少的迭代方法来开发一个最佳横截面, 接着通过FEM模拟从理论上分析不同方法的热工性能。通过对可挤压成型性、原料处理、干燥及焙烧性能进行的试验对相应的横截面进行调整。最困难的是将此付诸于实际生产中。
4.3 砖的打磨
对墙体的热阻而言, 水平接缝、垂直接缝对其都有很大的影响。使用薄层砂浆替代传统砂浆可以将墙体的λ值减少10%~15%〔~0.05 W/ (m·K) 〕, 见图11、图12。
薄层砂浆要求黏土砖或砌块的表面精度误差为+/-1 mm或更小, 因此打磨砖的坐浆面是一道很重要的工序。被打磨的砖要求质量要非常好, 无裂纹或曲度, 否则砖会在打磨时破坏掉。使用薄砂浆和打磨过的砖, 这样可减小砖接缝 (热桥) , 同时提高了整个墙的机械强度, 砌墙工程简单快速从而减少了劳动成本, 砂浆用量减少了80%。
4.4 填充
通过上述方法改善了砖的隔热性能, 使λ值减少至0.08 W/ (m·K) ~0.1 W/ (m·K) 。多年来的优化使产品的λ值低于0.12 W/ (m·K) 。目前有一种新的方法即填充技术, 在复杂的大孔洞断面里填充隔热材料。最常见的隔热材料见表4。
砌块的孔洞一般设计为矩形或方形大孔。孔间的肋厚度一般在10 mm左右, 以保证砖的机械强度。这类砖易于挤出、干燥和焙烧。常见问题是机口容易被添加的成孔料阻塞, 且干燥、焙烧中常出现裂纹现象。
填充技术增加了投资, 除了要求更换成型机的机嘴以优化砖的横截面外, 还要求改进设备。要求打磨砖, 砖的孔洞必须直, 无切割引起的变形。一套打磨设备是必须的。同时也需要更多的原料处理工艺。填充材料的处理和储存也很重要。焙烧后的流程为:打磨、处理、填充、处理、码至坯板上。
4.4.1 填充无机材料 (珍珠岩)
该方法于20世纪90年代早期开发, 获欧洲专利。珍珠岩是一种自然发生的无定形的火山玻璃, 它的一个重要的性能是遇高温膨胀, 因此用珍珠岩填充的砖具有轻质高孔隙, 隔热性能非常好。见图13。
珍珠岩的填充流程和其他技术相同, 但填充前珍珠岩必须先和胶混合, 填充后要再次将砖干燥确保胶的凝固。填充生产线每小时产出量为480块黏土砌块。
4.4.2 填充泡沫保温材料
该方法的优点是可以直接对现有的产品进行填充。见图14, 正在为砌块的孔洞填充粒状矿物或隔热泡沫。
除了清理填充后砌块表面外, 该技术与其他填充工艺也类同。填充生产线每小时的产量为1400块黏土砌块。有时会出现一些孔洞填不满或根本填不进去的现象。
4.4.3 填充预制好的隔热材料块
生产填充砖最简单的方法之一是直接将预制好的隔热材料块填入砖或砌块的孔洞, 材料大多为矿物棉, 有时也用其他材料如聚苯乙烯或其他农产品, 如图15、图16。
用于填充的材料块要稍大于砖的孔洞, 这样可以紧紧地卡在孔洞里而无需胶水来固定。填充材料以托板运送, 在进入填充车间前直接切割成块。产量低的生产线可以人工填充, 产量高的生产线可以利用机器手或推进装置来自动填充, 见图17。填充材料块可以水平或垂直填入孔洞。水平填充时, 砖不需要在打磨后翻转。填充材料块根据填充的材料、填充块的大小及所要求的产量来选择设备。半自动生产线每小时可填充1000块黏土砌块, 全自动生产线每小时可填充2000块黏土砌块。
5 总结和展望
生产隔热黏土承重砌墙砖/砌块的第一步是添加成孔剂来减小体积密度, 本文确定了哪些添加料是有效的, 会产生哪些成本, 最终的黏土混合料具有什么特性。选择成孔剂后, 确定了砖/砌块的最佳孔形或最佳的填充材料, 及需要打磨的设备和增加的设备投资。这种新产品需要花费较长时间来投入市场。生产填充隔热材料砖的初期投资是较高的, 但解决方法是简单有效的, 降低了干燥和焙烧成本。要做出正确选择, 任何情况下要对当地的情况做一个深入具体的分析。
新型承重节能保温砌块的研制 篇2
1 砌块的研制
1.1 原材料
水泥:水泥是砌体材料强度的主要贡献者, 水泥质量是砌块质量的保证, 可使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥等通用硅酸盐水泥, 最好选用早期强度较高的早强型水泥。水泥等级32.5、42.5均可, 产品的各项指标应符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》标准的要求。
沙子:沙子是生产砌块的细集料, 可以使用河沙、山砂或人工砂.最好选用细度模数为2.3~3.0的中沙。要严格控制沙子的含泥量, 本实验选用永登水阜的洗沙。
石子:石子是砌块生产需要的粗集料, 可以使用卵石或破碎石.选用连续粒级5 mm~l0 mm石子。并严格控制石子的含泥量、针片状颗粒含量, 石子的各项指标需符合GB/T 14685-2001《建筑用卵石、碎石》, 本实验选用永登水阜的卵石。
外加剂:混凝土减水剂能使混凝土在保证工作性能的前提下.显著减少拌和物的用水量, 以提高混凝土的强度, 改善其抗冻性、抗渗性、泌水性等。
1.2 混凝土的配制
本项目计划生产砌块的抗压强度为MU7.5、MU10两个强度等级。砌块的空心率控制在42%~50%。由于混凝土是振动挤压成型。拌和物用水量少, 拌和物是干硬性的, 集料难以自由拌和, 宜用强制式搅拌, 具有搅拌作用强烈、耗时短、搅拌质量好、生产效率高等优点。为了提高混凝土的强度.采用二次投料搅拌工艺, 也称先拌水泥砂浆法。即待拌好水泥砂浆后, 再投入石子的搅拌方法。通过改变投料程序, 使水泥颗粒充分地分散包裹在沙子颗粒表面.避免产生小水泥团, 是充分发挥水泥物性、提高强度的一种办法。
1.3 砌块成型
砌块的成型是砌块生产的关键工序。砌块质量的优劣、生产率的高低在很大程度上取决于成型机的性能由于生产的砌块主要用于承重墙体。所以应选用适于生产高强砌块的模振成型机, 要求振动加速度大、加压值高。本项目基于成本因素, 选择了吸收美国和德国成型机特点的国产砌块成型设备.生产的砌块各项技术指标、产品性能达到GB 8239-1997《普通混凝土小型空心砌块》要求。
2 保温材料
该承重保温砌块设计了两种保温填充材料:EPS保温浆料和泡沫混凝土。
2.1 EPS保温浆料
2.1.1 原材料
胶凝材料:主要用来将粉碎的EPS颗粒粘结在一起。由于主要是填充在砌块内部, 不承受太大压力, 对强度要求不高, 所以胶凝材料可以选择水泥、石膏、氯氧镁水泥等材料。
保温材料:EPS材料导热系数<0.041 W/ (m·K) , 保温性能好, 项目选用废旧聚苯板, 经破碎后使用。聚苯板各项技术指标符合GB/T 10801.1-2002《绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》的要求。破碎后EPS颗粒粒度控制在15 mm以下。
2.1.2 保温浆料的配制
本项目根据产品性能, 将保温胶浆强度控制在150kPa以上, 导热系数控制在0.085 W/ (m·K) 以下。搅拌时先将EPS颗粒加入搅拌机, 然后加入少量水搅拌2 min, 再加入水泥继续搅拌, 并按照要求加入适量的水直到搅拌均匀为止。使用这种搅拌程序, 能够保证EPS颗粒表面均匀包裹一层水泥料浆, 不离析保证浆料的整体性能。
2.2 泡沫混凝土
2.2.1 原材料
胶凝材料:是泡沫混凝土的胶结材料, 是强度的主要提供者。泡沫混凝土的容重为200 kg/m3~400 kg/m3。由于泡沫混凝土容重低, 稳泡困难, 要求胶凝材料的凝结时间短、强度高。在反复比对实验后, 决定采用建筑石膏和水泥复合作为胶凝材料比较理想。由于建筑石膏的水化速度快、凝结时间短、强度增长迅速。可快速形成多孔结构, 其稳泡、固泡效果明显。加入适量水泥可以提高胶凝材料的强度, 提高材料的后期强度, 延缓凝结时间, 便于操作。
发泡剂:本项目所用发泡剂和稳泡剂系我院独立研制开发, 具有较好的成泡能力。利用该发泡剂制取的泡沫具有以下特点:泡沫的稳定性好, 泡沫液膜坚韧, 机械强度好, 不易在浆体挤压下破坏或过度变形;具有良好的自我保水性, 液膜上的水分不易在重力作用及表面张力作用下流失, 可长时间保持泡沫液膜的厚度和完整性, 长时间不破灭;泡沫的均匀性好, 泡径基本相近, 泡径范围小;泡沫的泌水率小, 制成后向外逐渐泌水量少, 可很好地保证气泡数量和泡沫混凝土的气孔率。
外加剂:混凝土减水剂能使混凝土在保证工作性能的前提下, 显著减少拌和物的用水量, 提高泡沫混凝土的强度等性能。
2.2.2 泡沫混凝土的配制
根据产品的特性和使用要求, 将泡沫混凝土的绝干容重控制为250 kg/m3~350kg/m3。导热系数<0.07 W/ (m·K) 。生产工艺基本流程为:将水泥、石膏、外加剂以及拌和水等原材料分别计量, 并在搅拌机中混合均匀, 然后加入制成的泡沫, 继续搅拌均匀, 搅拌好的拌和物注模, 养护得到成品。
试样的干密度均为250 kg/m3~350 kg/m3, 干燥收缩率比较大。均在0.5%以上。但由于主要用于填充部分, 干燥收缩的影响相应较小;导热系数随着试样干密度的变化而变化, 变化范围为0.069 W/ (m·K) ~0.070 W/ (m·K) , 导热系数均较小。
3 项目评价
本项目立足当地丰富的砂石资源, 生产承重型保温砌块。该项目还可利用矿山、冶金业尾矿和废渣等工业固废, 为灾后重建提供新型建筑材料。该承重型保温砌块抗压强度达到MU7.5和MU10.0, 240 mm厚墙体可满足陇南地区节能65%的要求。
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外墙外保温层的承重安全技术研究 篇3
建筑节能是国家的一项长期性的强制性推广政策,全国性的建筑保温节能工程建设热潮正在形成。
建筑外墙外保温与外墙装饰是融为一体的,先做保温层,后在保温层上做装饰,而外墙装饰质量与内墙装饰不同,内装修质量不好,重做较容易,而外装修如出质量问题,再重做就很难,费用也会很高;而且一旦保温层、外装修出现脱落,也给建筑物周围人们带来安全隐患。外墙外保温系统近年来在我国发展较快,但在实际应用上还存在一些问题,有些已引起了业内重视,如保温层空鼓、裂缝等问题,但仍有一些问题没有引起我们的注意,如保温层的承重、防火等安全性问题,甚至在规范中也没有考虑这方面内容。本文主要对外墙外保温系统的承重安全技术进行一些探讨,供业内人士参考。
1 外墙外保温的承重技术探讨
目前,我国建筑节能墙体以外墙外保温为主,即将憎水性、低收缩率的保温材料通过粘结或锚固牢固地置于建筑物墙体外侧,并在其外侧施工装饰层的方法。目前广泛应用的主要有聚苯颗粒浆料外墙外保温、聚苯板薄抹灰外墙外保温、现场模浇硬泡聚氨酯外墙外保温等几种外保温技术。前2种占市场近80%份额,其保温层的承重安全性即是本文重点探讨的问题。
我国外墙外保温系统在技术和施工工艺上经历了一个不断发展过程。早期的膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的技术和施工工艺比较简单,主要采用聚合物粘结砂浆将聚苯乙烯发泡板材直接粘贴在墙上,再将玻璃纤维网格布贴在聚苯板上,最后抹3～5 mm厚的聚合物抹面砂浆。但这些材料和施工工艺在外墙外保温中的一些质量技术问题很快就暴露出来,如开裂、脱落等。近几年,为稳固聚苯板,在粘贴好聚苯板后,多用膨胀螺丝或塑料卡钉铆固。只要铆钉起到了作用,可能暂时在两三年或数年内聚苯板及薄抹灰层是掉不下来,但难以保证数十年不脱落。外墙节能保温是一个新兴行业,从我国目前状况看,外保温层安全可靠性如何,能使用多少年,很难下一个准确的结论。
1.1 外保温标准规范不完善
建筑外墙外保温系统在使用中,保温层所承受的实际重量一旦大于其极限承重能力,就会出现解体、脱落等质量问题与安全事故。目前颁布的JG 149—2003《膨胀型聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》、JG 158—2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》等外墙外保温标准体系,对保温层的承重与安全性问题均未考虑进去,现有的JGJ 144—2004《外墙外保温工程施工技术规程》也没有很好地解决这个问题。这就需要技术人员在实践中,合理设计,严格施工要求,以杜绝保温层的承重安全事故的发生。
1.2 聚苯颗粒浆料外墙外保温系统承重的安全性
聚苯颗粒保温浆料外墙外保温体系是由界面剂、复合聚苯颗粒保温浆料、耐碱玻纤网格布、抗裂砂浆等系统材料在现场施工的新型墙体保温技术,该系统有效地解决了保温隔热、抗裂、抗风压、抗震、耐火、憎水、耐候、透气、施工适应性等问题,是综合技术优势最多的外墙外保温的做法之一,也是目前我国应用最广的保温系统之一。
(1)材料与施工工艺方面,发泡聚苯颗粒保温浆料的安全性比膨胀型聚苯板薄抹灰系统要高一些,这是因为聚苯颗粒分散于聚合物砂浆中并被聚合物砂浆所包裹,聚苯颗粒并不承重,而由高强度的聚合物砂浆承重。但这类保温系统却存在着承重能力与保温效果互相矛盾的问题,即保温浆料中发泡聚苯颗粒含量多、聚合物砂浆含量小,则保温层的强度低、承重能力小、保温效率高;相反,保温浆料中发泡聚苯颗粒含量少,聚合物砂浆含量大,则保温层的强度高、承重能力大、保温效率低。因此,聚合物砂浆与发泡聚苯颗粒的掺和比例及其施工是技术关键,在设计时要合理解决和协调这个矛盾。
(2)施工技术方面,为保证保温层的粘结强度,在抹发泡聚苯颗粒保温浆料前,应先用聚合物砂浆将墙基层“拉毛”或者在墙基层上抹1遍聚合物界面砂浆进行界面处理,这样有利于发泡聚苯颗粒保温浆料与墙体的粘附,提高保温层的粘结强度,保证工程质量及承重安全。
(3)保温层辅助承重构造设计。如在外墙保温层上抹3～5 mm抗裂砂浆,1～2 mm抗裂腻子,再刷涂料,经估算,每平方保温层承重约8 kg;如在保温层上铺设钢丝网,粘贴瓷砖,则每平方米承重可达40 kg左右。在聚苯颗粒保温层上刷涂料饰面,保温层的承重力较小,只要施工上从严要求,一般不会有多大的安全性问题。如要在发泡聚苯颗粒保温层上粘贴瓷砖饰面,为保证饰面层能与保温层牢固粘结,必须铺设钢丝网。钢丝网需要通过预设在主体上的螺纹钢筋与建筑主体结构牢固连接。这样粘结砂浆和瓷砖的重量则通过钢丝网传递到主体结构,而非保温层承重,保证了保温层及饰面层的安全。施工中应选择符合要求的钢丝网,在与主体固定技术上,要从上至下,即从墙体最上端做起,钢丝网上半部的固定接触点要尽量多于下半部。
(4)除了施工严格要求外,在配制发泡聚苯颗粒保温浆料时,发泡聚苯颗粒的含量应尽量少一些,让保温层的强度及承重能力大一些,同时,可将发泡聚苯颗粒保温浆料层适当增加厚度,以解决因减少发泡聚苯颗粒含量对保温效率的影响。
1.3 聚苯板薄抹灰外墙保温系统承重的安全性
聚苯板薄抹灰外墙外保温系统是集多层材料复合的一种轻质保温隔热系统。聚苯板薄抹灰系统采用3～10 cm厚的聚苯乙烯泡沫板、挤塑聚苯板作为保温材料,其保温隔热效率优良,可加工性很好。但也存在着一些自身缺陷,如强度低、易弯曲变形、承重能力小、氧化、降解等问题。从粘结、抹面后的拉拨强度试验看,聚合物粘结砂浆与墙基层的粘结非常牢固,而与聚苯板的粘结都是聚苯板被破坏,这说明泡沫板不仅抗拉强度极低,而且其抗压强度、抗折强度、抗冲击能力、防火性能等都很差。
聚苯板薄抹灰系统采用涂料饰面,保温层系统自重较小,先用聚合物粘结砂浆粘结,再用铆钉加固,其安全隐患不大。但如果在保温层上铺设钢丝网,粘贴瓷砖,则每平方米承重可达40 kg左右。而目前外墙外保温工程的做法都是从上至下连成一片,粘贴面砖挂钢丝网的保温工程中,钢丝网的连接做法是在钢丝网上做成几公分长的斜插钢丝,将钢丝网的斜插钢丝插入泡沫板材中,再用铆钉加固的办法,这种做法泡沫板承受下垂重量,一旦下垂的重力超过泡沫板和铆钉所能承受的重力,就会造成大面积或者是整体脱落,其安全隐患非常大。因此,施工中必须把承受面砖及粘结层自重的钢丝网与主体牢固连接,设置方法与前述聚苯颗粒浆料外墙外保温系统做法相同。
为保证保温板与基层粘结牢固,在进行保温层施工前,将干燥的聚苯保温板材底面与表面涂刷界面剂,进行封底处理,界面剂应选择水性合成树脂类乳液,而且其固含量要适当。进行封底处理后的板材,其浅表微孔被封闭,起到增强保温效率和加固的作用,可以减缓板材的氧化、老化及降解速度,同时还有利于与聚合物砂浆的粘结,提高粘结强度。
2 使用节能保温新技术处理外墙外保温承重安全问题
由于聚苯颗粒浆料外墙外保温、聚苯板薄抹灰外墙外保温等目前常用的外保温系统自身存在强度低、承重、防火能力差,施工复杂,质量不易保证等问题,我们应大力研发新型保温材料及新型保温系统,增强旧材料、原系统优势,弥补缺陷,并加以积极推广应用,从而促进我国墙体保温工程快速发展。
2.1 发展具有高效保温、防火及高强度的新型无机硬质保温材料
目前,国内外墙保温系统的保温材料普遍采用EPS、XPS板,这些材料虽然性能较好,但隔热、隔声、防火功能差,强度低,存在安全隐患。国外尤其是处于寒冷地带的北欧和北美地区已大量采用岩矿棉等无机制品作为建筑物围护结构的保温材料,均取得很好的节能效果。这些无机保温材料的导热系数和EPS板相差不多,但强度、隔热、隔声、防火性能却远优于EPS板和XPS板(见表1)。长远来看,研制开发无机硬质保温材料的外墙保温系统应是今后的发展方向。国内新开发出的硫铝酸盐多孔保温板就是一种无机硬质保温板,在较低密度范围内具有高强度、高保温效果、优良的施工性能、低廉的价格。用其取代外保温系统中的聚苯板,既弥补了聚苯板强度低、隔热、隔声、防火功能差的缺陷,又解决了聚苯板保温系统承重安全问题。经过专家检测分析,使用硫铝酸盐多孔保温板作保温绝热层的外墙外保温系统具有优异的施工性能,系统各层间具有良好的相容性,硫铝酸盐多孔保温板与墙体的粘结力达0.4 MPa,是有机保温板的2.0～2.5倍,有效地避免了施工中出现空鼓等缺陷,最大限度地避免了因空鼓而导致的开裂现象。保温方面,由于硫铝酸盐多孔保温板的微孔孔洞大小经严格的控制,并经特殊处理,相比有机保温板其保温、粘结效果更好,无空鼓开裂现象,系统抗负风压(吸力)能力更强。同时,硫铝酸盐多孔保温板外墙外保温系统施工简单,工序少,施工周期短,保温板直接用水泥砂浆粘贴在墙上即可。该系统性能稳定,比有机保温板外墙保温系统效果更好,使用寿命远远超过25年。硫铝酸盐多孔保温板还是无毒无害的环保产品,耐高温,在高温或火灾情况下不会产生任何有毒气体。
2.2 大力发展外墙自保温体系,彻底解决外保温承重问题
外墙自保温体系是以单一墙体材料即能满足现有节能要求的外墙保温体系,保温材料即墙体材料本身。由于自保温墙体不需要附加保温层,彻底避免了外保温的承重安全问题。这是建筑节能墙体发展的另一个方向。目前,作为自保温的墙体材料推广应用的有加气混凝土块板、发泡混凝土现浇或砌块、混凝土自保温砌块、轻集料混凝土小型砌块、多孔砖等。轻集料混凝土小型砌块、多孔砖等虽具有一定保温隔热作用,但需要其它辅助保温做法才能达到当前节能50%的标准;而加气混凝土、发泡混凝土使用单一材料即能满足现阶段保温节能标准,是目前我国积极大力推广应用的新型自保温墙体材料。
2.3 研究开发保温、装饰一体的外墙保温系统
保温、装饰一体化系统,是一次性把外墙施工所用的保温材料和装饰材料在工厂进行预制,制成成品后再安装到墙面上。采用此种方法,系统材料配套,设计合理,粘挂结合,牢固可靠,不必担心保温层的承重、防火等安全问题。产品工厂化生产,质量稳定;现场粘贴施工,减少现场湿作业,缩短工期,从而降低成本。据统计,这类系统可以将工期缩短至原来的1/3～1/4,造价降低1/2～1/3。而且消除“外墙保温龟裂”的质量通病,具有良好的装饰效果。
3 结语
外墙外保温层的承重安全是我们经常忽略的一个问题,它涉及到原材料品质、产品配方、建筑设计、施工工艺技术、工程质量监督与管理等,需要我们多方面的共同努力。正确地解决好保温层的承重安全问题,不仅关系到保温层的安全可靠性,而且还关系到整个保温系统使用的寿命及整个建筑物安全、使用功能。因此,应引起业内人士的足够重视,采取有效措施,合理解决。
摘要：外墙外保温系统在节能建筑中应用得比较广泛。在其应用与实践中,人们更多关注保温系统的节能效果,而常常忽略了保温体系的承重安全问题。对外墙外保温系统中保温层的承重安全问题进行了探索,提出一些解决保温层承重问题建议。
外墙外保温层的承重与安全性研究 篇4
1.1 膨胀型聚苯板薄抹灰系统标准问题
膨胀型聚苯板薄抹灰外墙外保温系统 (JG149-2003) 、胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统 (JG158-2004) 等外墙外保温标准体系, 对保温层的承重与安全性问题, 均未考虑进去, 现有的施工技术规程, 也没有很好地解决好这个问题。
美国的哥伦比亚航天飞机升空后不久, 发生大爆炸, 其爆炸原因, 摄像资料上显示, 升空后不久, 从航天飞机上掉下一块板状物, 后经专家多方分析, 结论是飞机上的一块保温隔热层从机体上脱落后, 引起此严重事故, 其主要因素是该航天飞机的保温隔热层所设计的承受能力 (主要是承受风阻能力) , 大大小于实际所能承受的能力。同样的道理, 建筑保温层所承受的实际重量一旦大于其承重能力, 也会不可避免地出现解体、脱落等质量与安全事故问题。
1.2 聚苯乙烯发泡塑料板的性能问题
膨胀型聚苯板薄抹灰系统所使用的是3-10公分厚度的聚苯乙烯泡沫板、挤塑聚苯板作为保温材料, 其保温隔热效率是优良的, 可加工性也很好, 其主要缺陷是强度低、易弯曲变形、承重能力小、还有氧化、降解等问题 (又特别是密度低, 容重差的产品) , 从粘结、抹面后的拉拨强度实验情况, 一般都是聚合物粘结砂浆与墙基层的粘结非常牢固, 而粘结砂浆与聚苯板的粘结都是聚苯板很容易被破坏掉, 这说明了不仅泡沫板的抗拉强度极低, 而且其抗压强度、抗折强度、抗冲击能力、防火性能等都是很差的, 事实上, 很多建筑的外保温层出现空鼓、脱落甚至是大面积脱落, 都是与发泡塑料保温板有直接关系, 而砂浆与墙基层的粘结不易出问题, 这种低强度油性的发泡材料其承重能力以及抗冲击力都很差, 很难只用粘结的办法或者铆钉加固的办法来保证外保温层的强度及承重力, 这是外墙外保温工程材料与施工工艺上的主要技术问题之一。
1.3 外墙外保温层的承重问题
外墙保温层上要抹3-5MM的抗裂砂浆, 抹1-2MM的抗裂腻子, 再刷涂料, 经估算, 每平方保温层承重约8公斤左右, 如在保温层上铺设钢丝网, 粘贴瓷砖, 则每平方米承重可达40公斤左右。目前的外墙外保温工程的做法都是从上至下连成一片, 又特别是贴砖挂钢丝网的保温工程, 在钢网上做成几公分长的斜插钢丝, 将钢丝网的斜插钢丝插入发泡塑料板材中, 在用铆钉加固的办法, 这种做法仍然是泡沫板承受下垂重量, 一旦下垂的重力超过泡沫板和铆钉所能承受的重力, 就会造成大面积或者是整体脱落, 现在的商品居住小区人口密度较大, 人的活动空间小, 楼前车满为患, 人们要上车下车, 特别是大型高层建筑, 整面数百平方米、甚至上千平方米面积的重达数吨、数十吨的保温层, 一旦整体脱落, 后果是难以预料的, 其安全隐患是很大的, 因此, 解决好外墙外保温层的承重问题, 对于外保温层的安全是非常重要的。
1.4 外墙外保温层的防火问题
现代建筑物要求要防火, 特别是从美国发生9.11事件后, 人们认真吸取教训, 现很多建筑物的钢结构都做防火涂层, 而外保温层, 又特别是膨胀型聚苯板薄抹灰系统的防火问题, 已引起了业内人士的关注。泡沫板易燃烧, 防火性很差, 在北京就有工地因施工不慎引燃保温材料发生火灾, 河北涿州某泡沫塑料板厂发生火灾将成品泡沫塑料板连同原材料燃烧贻尽。如建筑物发生火灾, 引燃了泡沫塑料保温层, 不仅整个保温层和外墙装饰材料会毁于一旦, 而且还会产生二恶英等剧毒物质和大量的浮尘, 造成环境污染, 还有可能导致安全事故。
2 外墙外保温工程应用新技术
外墙外保温工程最重要问题有两个, 一个是保温隔热效率, 另一个就是安全可靠性, 保温隔热效率主要取决于保温材料及保温材料的密度、厚度等, 安全可靠性主要靠保温工程所用各种材料的品质以及科学地去应用, 严格规范施工工艺, 精心施工, 杜绝安全隐患。技术上可以借鉴以下适用措施:
2.1 界面剂
在粘贴、抹面前, 将干燥的发泡塑料板材底面与表面涂刷上界面剂, 进行封底处理, 界面剂选择水性合成树脂类乳液, 而且其浓度 (固含量) 要适当。进行过封底处理后的发泡塑料板材, 其浅表微孔被封闭, 起到增强保温效率和加固的作用, 可以减缓发泡塑料板材的氧化、老化、降解速度, 同时还有利于与聚合物砂浆的粘结。
2.2 钢丝网从上至下用螺纹钢筋与建筑主体定位连接
膨胀型聚苯板薄抹灰系统, 只要其保温层上不承重, 先用聚合物粘结砂浆粘结, 再用铆钉加固, 其安全隐患不大, 本文主要针对在发泡塑料板材保温层上贴瓷砖的工程, 鉴于泡沫板其重量轻、强度较低, 承重能力小, 如果要在保温层上贴瓷砖, 只是将钢丝网或焊有斜插钢丝的钢丝网简单地固定或插入发泡塑料材板, 再用粘结砂浆抹在钢丝网上贴瓷砖, 这样, 瓷砖和粘结砂浆的重量就会承受在泡沫板上, 即使有铆钉固定, 也会有很大的安全隐患。只有先将泡沫板粘牢并用铆钉加固, 再将钢丝网另行固定在建筑主体上, 让粘结砂浆和瓷砖下垂的重量全部承受在钢丝网上, 才会更安全些。但这又要决于钢丝网的强度、承重力和与建筑主体的固定情况, 因此, 要选择钢丝直径大一些的、质量好的钢丝网, 在与外主体墙的固定技术上, 要从上至下, 即从最上端做起, 上半部的固定接触点要尽量多于下半部, 而且最好的办法是在建筑设计上就考虑到这个问题, 在外主体墙砌筑或浇铸时, 预留好固定钢丝网的螺纹钢筋。
2.3 发泡聚苯颗粒保温浆料的承重与安全性问题
从材料与施工工艺上, 发泡聚苯颗粒保温浆料的安全性比膨胀型聚苯板薄抹灰系统要高一些, 这是因为聚苯颗粒分散于聚合物砂浆中并被聚合物砂浆所包裹, 聚苯颗粒并不承重, 由高强度的聚合物砂浆承重, 但在科学与应用上, 聚合物砂浆与发泡聚苯颗粒的掺和比例及其施工是技术关键, 如保温浆料中发泡聚苯颗粒含量多、聚合物砂浆含量小, 则保温层的强度低、承重能力小、保温效率高, 与之相反, 如保温浆料中发泡聚苯颗粒含量少, 聚合物砂浆含量大, 则保温层的强度高、承重能力大、保温效率低;在施工技术方面, 为保证工程质量, 在抹发泡聚苯颗粒保温浆料前, 应先用聚合物砂浆将墙基层“拉毛”或者在墙基层上抹一遍聚合物界面砂浆, 这样会有利于发泡聚苯颗粒保温浆料与墙体的粘附。
如是在发泡聚苯颗粒保温层上抹抗裂砂浆、刷涂料, 保温层的承重力小, 只要施工上从严要求, 一般不会有多大的安全性问题;但要在发泡聚苯颗粒保温层上贴瓷砖 (如要铺设钢丝网, 其施工与固定方法可参考膨胀型聚苯板薄抹灰系统相关技术办法) , 除了施工从严要求外, 发泡聚苯颗粒保温浆料中的发泡聚苯颗粒的含量应尽量少一些, 让保温层的强度及承重能力大一些, 同时, 可将发泡聚苯颗粒保温浆料层适当增加厚度, 以解决因减少发泡聚苯颗粒含量而对保温效率的影响。以上也适用于中空玻化微珠保温浆料、膨胀珍珠岩保温浆料、闭孔珍珠岩保温浆料等保温节能工程。
2.4 伸缩缝与间隔问题
目前的外保温层, 无论是发泡塑料板材、还是颗粒保温浆料保温层, 大都采用从上至下整体相连, 中间没有间隔, 这种设计与施工工艺不易解决好保温层的热胀冷缩、墙体所产生应力等问题, 一旦因此保温层产生裂缝或保温层脱落, 均会是大面积出现, 不仅安全隐患大, 而且会造成后期维修困难和增大维修费用, 是否应以每一楼层的保温层为一个单元, 在正对着楼板中间留一道伸缩缝间隔, 并做相应的技术处理, 这样, 不仅可以解决保温层的热胀冷缩和墙体所产生应力而出现大面积裂缝问题, 而且还可以有效防止大面积空鼓、脱落, 这是一个值得我们思考的问题。
3 结语
外墙外保温层的承重问题, 涉及到原材料品质、产品配方、建筑设计、施工工艺技术、工程质量监督与管理等, 需要多方面的共同努力, 正确地解决好保温层的承重问题, 不仅关系到保温层的安全可靠性, 而且还关系到其使用寿命的长短, 因此, 应引起业内人士的足够重视。
摘要：保温材料在建筑保温节能工程上的应用与实践中, 已取得了很多成果, 同时也面临一些课题, 本文对外墙外保温系统的原材料体系及其安全性、防火性、使用寿命、以及对外墙装饰工程质量的影响等方面进行探讨, 供业内人士参考。