外保温隔热体系是非承重复合墙面,其墙面裂缝的危害不在于影响结构安全,主要是对住户的审美和心理的影响以及由于裂缝存在,有可能对保温隔热体系造成破坏(如水的渗透、冻融破坏等)。
★(一)外墙保温裂缝产生的原因分析
外保温隔热是将保温隔热体系置于外墙外侧从而使主体结构所受温差作用大幅度下降,温度变形减小,对结构墙体起到保护作用,并可有效阻断冷(热)桥,有利于结构寿命的延长。因此从有利于结构稳定性方面来说,外保温隔热具有明显的优势。
但由于外保温隔热体系被置于外墙外侧,直接承受来自自然界各种因素影响,对体系要求更高。就太阳辐射及环境温度变化对其影响来说,置于保温层之上的抗裂防护层只有3mm~20mm,且保温材料具有较大的热阻,抗裂防护层的柔韧性和耐候性对外保温体系的抗裂性能起着关键的作用。
1、聚苯板薄抹灰外保温隔热构造设计存在的不足
这类外保温隔热材料通常采用粘贴的方式(也有加锚栓辅助锚固的)固定在基层墙体上,然后在保温板上抹抹面砂浆并将增强网铺压在抹面砂浆中。EPS保温板在自然环境中的自身收缩变形时间长达60天,由于在自然环境条件下42天或60℃蒸汽养护条件下5天的自身收缩变形已完成99%以上,因此要求EPS保温板在自然环境条件下 42天或60℃蒸汽养护条件下5天后再上墙。但在实际情况中很难做到。
另外,保温板在昼夜及季节变化发生热胀冷缩、湿胀干缩时也会在板缝处集中产生变形应力,该类体系板间裂缝是比较常见的现象。挤塑聚苯板比发泡聚苯板密度大、强度高,自身变形及温差变形产生的变形应力也大,与膨胀聚苯板相比更易造成板缝处开裂。
聚苯板薄抹灰外保温隔热体系通常采用纯点粘或筐点粘,采用纯点粘时,该体系存在整体贯通的空腔。该体系存在整体贯通的空腔正负风压对保温隔热墙面进行挤或拉,也易造成板缝处开裂,极端情况下负风压甚至会将保温板掀掉。
从防护层受热应力的因素上看,聚苯板保温层上是仅3mm的砂浆复合网格布防护层,由于聚苯板保温隔热层热阻很大,从而使防护层的热量不易通过传导扩散,温差变化以及受昼夜和季节室外气温的影响,对抹面砂浆的柔韧性和网格布的耐久性提出了相当高的要求。另外,当聚苯板的温度超过70℃时,聚苯板会产生不可逆热收缩变形,造成较为严重的开裂变形。
2、现浇无网聚苯板外保温隔热构造设计的不足
这类外保温隔热材料通常将聚苯板作为主体保温隔热材料放置于大模内侧,通过与现浇混凝土整体一次浇注的方式固定在基层墙体上。其优点是实现复合浇注材料一次成型,施工速度快。但工程存在以下问题:
1)聚苯板与混凝土基墙结合力不够。由于EPS板是一种有机绝热材料,与混凝土粘结强度不够,粘结强度达不到0.1MPa,拉拔破坏部位是聚苯板与混凝土界面分离。
2)平整度和垂直度较难控制。
3)存在局部破损和污染。由于聚苯板表面强度低,在支护和拆卸外侧模板时,聚苯板表面不可避免受到损坏,在浇注时难避会出现漏浆形成热桥。
3、带防护层预制保温隔热块材外保温隔热构造设计的不足
这类外保温隔热材料通常在工厂加工预制好带有涂料或面砖饰面的保温隔热块材,在施工现场只需锚固安装上墙即可。目前市场上该类产品多在板缝处出现裂缝的原因是:
①预制板在上墙后仍在收缩,将板缝拉开。
②预制板受温度及湿度变化会发生热胀冷缩、湿胀干缩现象,对板缝反复挤压造成板缝开裂。
③由于预制保温隔热板的变形是必然发生的,因此必须在板缝处留有相当的宽度并采用柔韧变形性及防水性良好的材料来嵌缝。该类产品具有可在工厂连续生产,现场干作业等优点。在较好地解决板缝裂缝问题后,大面积推广应用前景是很好的。
4、面砖饰面外墙外保温隔热体系设计的缺陷
墙体饰面砖层出现脱落和开裂主要原因有:
(1)温度:不同季节,白天黑夜,墙体内外由于温差的变化,饰面砖会受到三维方向温度应力的影响,在饰面层会产生局部应力集中饰面层开裂引起面砖脱落,也有相邻面砖局部挤压变形引起面砖脱落。
(2)反复冻融循环,造成面砖粘接层破坏,引起面砖脱落。
(3)组合荷载、地基不均匀沉降等外力作用,引起墙体变形错位,造成墙体严重开裂,面砖脱落。
以上这些问题应该从面砖饰面外保温构造设计上应该认真加以考虑的。目前在外保温隔热外饰面粘贴面砖的做法主要有胶粉聚苯颗粒外墙外保温隔热体系和钢丝网架聚苯板外墙外保温隔热体系,也有直接在玻纤网布复合抹面砂浆的无网聚苯板外保温外饰面粘贴面砖的。从构造设计上看,直接在玻纤网布复合抹面砂浆的无网聚苯板外保温外饰面粘贴面砖是不合理的,应加以限制
5、外墙外保温隔热外饰面砖做法的分析
(1)钢丝网架聚苯板外墙外保温隔热外饰面粘贴面砖体系
从构造设计上看,该类体系要比直接在薄抹灰无网聚苯板外保温隔热外饰面粘贴面砖安全。采用该体系满足第三步节能时,需增加保温层厚度,从而使力矩成倍增加,不安全性因素加大。主要为:
①由于水泥砂浆收缩及厚度不均,温差应力不均引起裂缝。
② 单面钢丝网构造设计不合理引起裂缝:正负风压、热胀冷缩、湿胀干缩、正弦拍波地震力等均产生两个方向的作用力,由于上述原因,造成水泥砂浆找平层开裂的现象十分普遍。砂浆层产生裂缝处变形应力较大易引起此处面砖勾缝胶产生裂缝甚至连面砖也被拉裂。如果水从裂缝处渗入会直接对钢丝网产生锈蚀。
③荷载过大产生挤压裂缝且对抗震安全性产生不利影响:在粘贴瓷砖时,必须保证聚苯板面层的荷载要小于40kg/m2.
从以上分析可看出来,钢丝网架聚苯板外保温隔热体系靠水泥粘贴面砖来解决开裂问题是存在安全隐患的。因此,从构造上减轻荷载、减少开裂、控制热桥是该类外保温隔热体系应用于建筑节能时需要解决的关键。
(2)。胶粉聚苯颗粒外墙外保温隔热外饰面粘贴面砖体系
从构造设计及综合技术指标上看,胶粉聚苯颗粒外墙外保温隔热外饰面粘贴面砖是抗裂、抗震、抗风压、防火及耐候性等综合优势最多的体系。但对于严寒及寒冷地区第三步节能来说,由于保温隔热层厚度的加大,从经济因素方面不尽合理。采用胶粉聚苯颗粒外墙外保温隔热体系复合高效保温材料(如聚氨酯硬泡)的方式既不增加厚度同时又充分利用了该体系理想的综合性能优势是该类外保温隔热体系的发展方向。
6、局部节点设计的缺陷
(1)屋面及女儿墙未做保温隔热或保温隔热效果不好。女儿墙外侧墙体的保温在设计中往往忽视了对内侧的保温。极容易引起因为热桥通路变短而在顶层房间的顶板棚根处产生返霜结露现象。
而采取保温措施,有助于保护主体结构,使得因温度变化而引起的应力作用都发生在外保温层表面,避免了女儿墙墙体裂缝的发生。
另外,在保温设计中也常常忽视对结构挑出部位如阳台、雨罩、女儿墙内外侧及压顶等部位的保温。这些被忽视的部位与被保温的部位相比,其温度受环境影响十分明显,由此而产生的的温差应力引起该部位与主体部位相接处产生裂缝。
(2)保温截止部位材质变换处节点设计。因为保温层与其它材料的材质的密度相差过大,使得材质间的弹性模量和线性膨胀系数也不尽相同,在温度应力作用下的变形也不同,极容易在这些部位产生面层的裂缝。同时还应该考虑这些部位的防水处理,避免因冻胀作用而导致体系的破坏,影响体系的正常使用寿命和耐久性。
(3)老虎窗的保温处理。近几年在建筑设计中对屋面倡导平改坡,为了加强顶层房间的采光效果,多在坡屋面上设置了老虎窗。由于老虎窗处的线条过多,而在设计中这些线条又多以混凝土挑出,在其上如果再加保温层势必导致线条既定比例关系的失调,所以为不破坏建筑的立面表现形式,只能放弃对该部分的保温处理,由于未对裸露部位的混凝土采取保温处理而导致室内出现返霜、结露现象。
(4)面砖密缝粘贴,应力无处释放形成开裂。另外面砖密缝粘贴形成瞎缝,雨(雪)水浸渍及冻融破坏易引起开裂脱落。
(5)将增强网直接铺设在保温隔热层上,没起到抗裂作用反而形成了隔离作用。
(6)窗口周边及墙体转折处等易产生应力集中的部位未铺网格布来分散其应力,从而产生裂缝。
★(二)材料
从严格意义上来讲,整套组成材料都应由体系供应商提供,体系供应商最终对整套材料负责。
1、保温隔热材料。
1.1膨胀聚苯板。
用于外墙保温的聚苯板主要是密度在18.0~22.0kg/m3、尺寸稳定性≤0.30%的阻燃型膨胀聚苯板(模塑聚苯板)。由材料因素造成开裂的原因有:
(1)聚苯板密度过低:采用15kg/m3以下的聚苯板作为墙体保温层材料,密度低、易变形、抗冲击性差,造成保温墙面开裂。
(2)陈化时间不够。
(3)材料粉化:由于工期长或隔年施工等原因,造成聚苯板表面粉化。
(4)热熔缩:当聚苯板受热时会发生不可逆热熔缩变形引起保温面层开裂、空鼓。
(5)所用的胶粘剂达不到外保温技术对产品的质量要求。
1.2挤塑聚苯板。
挤塑聚苯板具有良好的闭孔结构、吸水率和导热系数都很低的优点,除了与膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温体系类似的原因外,还有以下原因:
(1)整个体系材料不配套。挤塑聚苯板虽然具有良好的保温防水性但由于其强度较高变形应力大、表面光滑、疏水难以粘接等原因在国外主要用于屋面及地面±0以下墙面的保温。
(2)挤塑板比膨胀聚苯板密度大强度高由于自身变形及温差变形而产生的变形应力也大。
1.3保温隔热浆料。
以聚苯颗粒为主要原料的保温隔热材料。目前市场上该类保温隔热材料一类为获得国家重点新产品的胶粉聚苯颗粒保温隔热材料,该保温材料由胶粉料和胶粉聚苯颗粒组成,胶粉料作为聚苯颗粒的粘结材料,胶粉料是由无机胶凝材料和少量有机添加剂采用预混合干拌技术生产。
5%多种纤维和可再分散乳液粉末的加入,提高了保温材料的施工性和粘结强度。ZL胶粉料固化后形成的保温体系要比采用纯水泥材料制成的保温材料的导热系数低保温性能好。
2、防护层
由抹面砂浆与增强网构成的防护层对整个体系的抗裂性能起着关键的作用。玻纤网格布作为抗裂防护层软配筋的关键增强材料在外墙外保温技术中的应用得以快速发展。复合在抹面砂浆中增强网(如玻纤网格布)的使用,一方面能够有效的增加防护层的拉伸强度,另一方面由于能有效分散应力,可以将原本可能产生的较宽裂缝(有害裂缝)分散成许多较细裂缝(无害裂缝)从而形成其抗裂作用。
目前通常采用经表面涂塑的玻纤网格布,对于玻纤网格布我们不仅应规定其断裂强力值,而且应规定耐碱强度保留率,以确保玻纤网格布长期有效地发挥作用。玻纤网格布的耐碱性由玻纤品种、表面涂塑材质及涂塑量所决定。外墙外保温体系中所采用的玻纤网格布必须是由耐碱玻纤机织而成并经耐碱高分子材料涂塑的网格布。
由于防护层材料而引起保温隔热墙面开裂的原因有:
(1)直接采用水泥砂浆做防护层。
(2)配制的抗裂砂浆虽然也用了聚合物进行改性,但柔韧性不够也易开裂;
(3)抗裂砂浆层过厚;
(4)使用了不合格的玻纤网格布。
3、饰面层
3.1涂料饰面层
涂料饰面层应具有良好的防水及抗裂性能,当采用涂料饰面时,复合在抹面砂浆之上的腻子和涂料应着重考虑柔韧变形性而不是强度。由于饰面层材料引起的裂缝原因如下:
(1)采用刚性腻子:由于腻韧性不够,无法满足抗裂防护层的变形而开裂。
(2)采用不耐水的腻子。
(3)采用不耐老化的涂料:由于该类涂料不耐老化,刚涂上去很好,但经过2年就会开裂、起皮。
(4)采用与腻子不匹配的涂料。
3.2面砖饰面层
从材料方面考虑,引起面砖饰面层开裂、脱落的原因如下:
(1)在以玻纤网为增强材料的抗裂防护层上粘贴面砖,由于玻纤网网孔小、与砂浆屋裹不好、玻纤网形成隔离层,易引起面砖饰面层开裂、脱落。
(2)使用水泥砂浆或聚灰比达不到要求的聚合物砂浆粘贴面砖:砂浆柔韧性小满足不了柔性渐变释放应力的原则,面砖饰面层易开裂、空鼓、脱落。
(3)使用水泥砂浆或聚灰比达不到要求的聚合物砂浆进行面砖勾缝:砂浆柔韧性小无法释放面砖及砂浆本身由于温湿变化产生的变形应力,勾缝砂浆处易开裂,造成环境水或雨雪水渗漏,面砖饰面层易空鼓、脱落;
(4)使用了吸水率大的面砖:易造成粘结界面处粘结砂浆快速失水,拉拔强度达不到《建筑工程饰面砖粘接强度检验标准》JGJ110-1997标准规定的不小于0.4MPa要求,吸水后易遭受冻融破坏引起开裂、空鼓、脱落;
(5)使用了不带槽的平板面砖:不易粘贴牢固,易脱落。
★(三)施工
由于外墙外保温隔热通常是在施工现场完成,施工的质量对外墙外保温隔热体系质量的保证是非常重要的。
3.1基层处理及保温层在基层上的粘贴/固定
基层处理及保温层在基层上的粘贴/固定施工中,以下问题易造成保温体系质量问题:
(1)基层表面的平整度不符合外保温工程对基层的允许偏差项目的质量要求。
(2)基层表面没有对其进行界面处理。
(3)所用的胶粘剂达不到外保温技术对产品的质量、性能要求或采用机械固定时锚固件的埋设深度和锚固数量不符合设计规范要求。
(4)粘结面积不符合规范要求,粘结面积过小,未达到粘结面积的质量规范要求。
(5)基层墙面过于干燥在粘贴保温板时没有对基层进行掸水处理或雨后墙面含水量过大还没有等到墙面干燥就进行保温板的粘贴,造成粘贴失败。
3.2涂料饰面外保温隔热施工因素
由于施工因素造成涂料饰面外保温隔热墙面开裂的原因有:
(1)网格布干搭接或搭接不够:在搭接处形成裂缝;
(2)网格布铺设位置贴近保温隔热层:起不到抗裂作用,抹面砂浆层易产生裂缝。
(3)门窗洞口的四角处沿45°未加铺玻纤网格布:在应力集中的门窗洞口的四角处沿45°易出现裂缝。
(4)冬施:易出现开裂、空鼓、脱落。
(5)粘贴聚苯板时,一端翘起,引起另一侧的板面虚贴、空鼓。在施工时敲、拍、震动板面引起胶浆脱落。
(6)墙面平整度不好又没进行基层找平时,粘贴聚苯板通常采用以下方法,均存在缺陷:
①通过调整点粘粘结砂浆厚度来调整。
②用不同厚度的板或多层板来调整平整度。此法造成荷载不均,施工不规范,易出现问题。
③采用打磨方法找平。此法破坏了聚苯板表面致密结构,影响与抹面砂浆的粘结。且打磨厚度过大时也降低了保温层的保温效果。
(7)当面层的增强材料为钢丝网时,没有采用抗裂砂浆做面层抹灰材料,
(8)施工面层时在太阳曝晒下进行或在高温天气下面层保水性能不足,导致面层失水过快引起开裂。
(9)在腻子层尚未干燥或刚淋过雨的情况下,直接在上面涂刷透汽较差的高弹性面层涂料。造成面层涂料气鼓。
3.3面砖饰面外保温隔热施工因素
由于施工因素造成面砖饰面层开裂脱落的原因有:
(1)基体未清理干净、表面太光滑、有脱膜剂;
(2)墙体表面垂直度、平整度偏差大,靠增加粘结砂浆厚度的办法调整饰面的平整度,造成粘结砂浆超厚,因自重作用下坠,造成粘结不良。
(3)粘结前需要面砖浸水而未浸水,表面积灰,砂浆不宜粘结,而且由于面砖吸水,把砂浆中的水分很快吸收使粘结砂浆与砖的粘结力大为降低。
(4)由于需要浸水的面砖浸水后粘结前未擦干/凉干,粘结面形成水膜,消弱了粘结砂浆与砖的粘结力。
(5)当采用密缝粘贴面砖时,由于面砖饰面层受热应力影响而产生的变形应力得不到释放,易发生空鼓开裂。同时由于密缝粘贴面砖时形成“瞎缝”,砖缝无法勾缝易形成雨水渗漏;女儿墙檐口、雨蓬、窗台、阳台栏板等具有上平面和水平阳角的部位以及水落管出水口的下部等易发生问题。
主要原因是角部砖缝对接不良,上平面易积存雨雪水,这些水分会侵入缝隙中;面砖吸水率过大时,水通过面砖被吸入到砖坯中;以上这些侵入水经日夜或季节冻融作用使粘结层受到破坏,发生开裂、脱落,并向大面积发展。
★(四)外墙保温面层裂缝控制指南
1、聚苯板薄抹灰外保温隔热构造设计
(1)聚苯板薄抹灰外保温。该类外保温已有比较固定的构造设计形式,体系的适用范围应为:以保温为主、隔热为辅的严寒及寒冷地区、建筑高度30米以下、对防火性没有特殊要求的外墙保温。
(2)改进型聚苯板薄抹灰外保温。改进体现在防火隔离带的设置及将大空腔变为无空腔或小空腔。做法是:
基层平整度达标后采用满粘聚苯板以形成无空腔体系,由于聚苯板被满涂粘结剂粘结于墙面,对聚苯板形成强约束,有利于板缝裂缝的控制。
2、现浇无网聚苯板外保温隔热构造设计
(1)通过采用具有拉结槽并经界面砂浆处理的聚苯板解决聚苯板与混凝土基墙结合力不够的问题。聚苯板经界面砂浆处理后与混凝土具有良好的粘结性能,而拉结槽由于部分嵌入混凝土中,拉结作用非常明显,增强了整体安全性。目前采用拉结槽槽型多为燕尾形、凹凸形,从受力因素考虑燕尾槽更为合理。现场组合浇注过程中,使用塑料卡钉可防止跑浆发生并有助于浇注平整度的控制,与金属锚固件相比防止了局部非柔性现象。
(2)将突出的聚苯板打磨一部分以满足平整度要求。该类做法也有不足:一是打磨后保温层厚度无法保证,二是由于打磨破坏了这部分的聚苯乙烯颗粒粘结性及产生粉末,从而无法保障抹面砂浆与聚苯板的粘结力。该类工程垂直度控制较好的偏差在20mm以内,大部分工程垂直度偏差在20mm-40mm,个别也有40mm-60mm.
比较理想的办法是保温板与混凝土一次浇筑成型后采用胶粉聚苯颗粒保温材料进行处理。根据平整度及垂直度可采用10mm-30mm胶粉聚苯颗粒保温材料进行整体找平。该方法解决了上下层聚苯板台阶、整体平整度及垂直度问题。可以方便地对门窗洞口、施工时留下的穿墙孔、聚苯板局部破损处进行保温、修补,同时对难以避免的“热桥”可以灵活地采用20mm-30mm胶粉聚苯颗粒保温浆料进行断桥处理。
3、钢丝网架保温板外保温隔热构造设计
(1)在浇注完成后的钢丝网架聚苯板表面,采用20mm~30mm胶粉聚苯颗粒保温浆料找平,既可大大减少荷载同时由于阻断了热桥起到了良好的补充保温效果,减少了力矩增加了安全性。
(2)采用双网构造增强抗裂性。采用涂料饰面时,在胶粉聚苯颗粒保温浆料找平层上做抗裂砂浆复合耐碱玻纤网布作为抗裂防护层;采用面砖饰面时,在胶粉聚苯颗粒保温浆料找平层上做抗裂砂浆复合热镀锌钢丝网(与保温层钢丝网架绑扎)作为抗裂防护层和粘贴面砖基层。由于改进后的构造减轻了荷载、增强了保温并满足逐层渐变柔性释放应力的原则,因此其抗裂性及抗震安全性大大提高。
4、带饰面预制保温隔热块材外保温隔热构造设计
该类产品具有可在工厂连续生产,现场干作业等优点,市场对其有期待。但预制板受温度及湿度变化会发生热胀冷缩、湿胀干缩变形是不可避免的,而变形应力通常集中在板缝处易造成板缝开裂。因此如何在技术可行、经济合理的条件下解决裂缝问题还有许多工作要做。
5、面砖饰面外墙外保温隔热体系设计
(1)在可选择的情况下,应首选涂料饰面外保温体系。选择面砖饰面体系时要保证体系满足以下条件:
①有与基层墙体具有可靠联接的面砖粘结基层;
②体系构造应充分考虑对温度应力及其他变形应力的消纳和释放;
③保温材料应具有较好的防热辐射及防明火性能;
④体系应具有较强的抗风压、耐侯性能,体系必须经过大型耐候性试验及抗震试验验证合格。
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