建筑外保溫基礎(chǔ)研究概述

建筑外保溫基礎(chǔ)研究概述目錄TOC\o"1-1"\h\u28188建筑溫度場認(rèn)識溫度應(yīng)力的分布 126849建筑溫度場認(rèn)識露點(diǎn)溫度變化 33415耐候試驗篩選長壽命構(gòu)造設(shè)計 4399防火試驗優(yōu)選構(gòu)造防火做法 7建筑溫度場認(rèn)識溫度應(yīng)力的分布溫度場的數(shù)學(xué)分析模型。通過該模型可分析出：外保溫是建筑墻體外面用保溫材料包裹，隔絕了室外溫度變化對建筑結(jié)構(gòu)的影響，消除因溫度變化產(chǎn)生的建筑墻體熱脹冷縮的變形，穩(wěn)定了結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)壽命大大延長。一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計壽命為七十年，做外保溫保護(hù)了結(jié)構(gòu)，可使壽命延長到百年以上。超低能耗建筑是全面頂級外保溫技術(shù)的集合，采用外保溫技術(shù)會使其有更長的壽命。7816～2℃，而采用內(nèi)保溫時，結(jié)構(gòu)墻體年溫度變化幅度較大，為55℃（-8℃～47℃），因此從這方面看內(nèi)保溫墻體不利于建筑墻體的熱穩(wěn)定）2-1。同建筑的不同墻體7倍的溫度應(yīng)力差值會使建筑反復(fù)發(fā)生墻體裂縫，屋面防水破壞，地下室防水滲漏及室內(nèi)冷橋部位結(jié)露、發(fā)霉等現(xiàn)象，俗稱內(nèi)保溫技術(shù)綜合癥。內(nèi)保溫構(gòu)造在節(jié)能早期占有大量市場，隨節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步，逐步退出市場。

(b)2-1冬季、夏季外保溫、內(nèi)保溫墻體表面溫度最高、最低時保溫墻體沿墻厚方向溫度分布外保溫；(b)內(nèi)保溫自保溫墻體內(nèi)側(cè)年溫差為8℃，而外側(cè)年溫差可達(dá)65℃，外側(cè)年溫差是內(nèi)側(cè)年溫差的8倍，內(nèi)側(cè)變形應(yīng)力小，而外側(cè)變形應(yīng)力大，導(dǎo)致墻體內(nèi)外兩側(cè)收縮膨脹不一致，致使產(chǎn)生大2-2。TLTL-JQH-DXJ-W冬季夏季504540302520151050-5-10020406080100120140160180200220240260Location(mm)2-2冬季、夏季自保溫墻體表面溫度最高、最低時保溫墻體沿墻厚方向溫度分布夾芯保溫是將保溫層置于結(jié)構(gòu)墻的中間，是用結(jié)構(gòu)墻體去保護(hù)保溫層，這種墻體構(gòu)造是特別不穩(wěn)定的，夾芯保溫外葉墻的年溫差是內(nèi)葉墻的8倍（圖2-3），保溫層加劇了兩側(cè)的墻體溫差，造成了內(nèi)葉墻與外葉墻的溫度應(yīng)力的自破壞，人為縮短建筑物壽命，一般夾芯保溫建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計壽命為五十年。從建筑壽命周期看，夾芯保溫是不節(jié)能建筑。TLTL-JXH-DXJ-W冬季夏季504540302520151050-5-100

20 40 60

80 100

120

140

160Location(mm)2-3冬季、夏季夾芯保溫西面墻體表面溫度最高、最低時保溫墻體沿墻厚方向溫度分布術(shù)研究所王滿生博士關(guān)于出挑構(gòu)造外保溫溫度應(yīng)力的分析補(bǔ)充了清華大學(xué)張君教授關(guān)于建筑溫度場的理論；溫度場模型的提出，使得外保溫應(yīng)用技術(shù)成為了研究五種自然力的科學(xué)；的基本國策，就要發(fā)展完善外墻外保溫技術(shù)系統(tǒng)，不斷延長建筑的全壽命周期。根據(jù)外保溫外表面溫度狀況分析，其應(yīng)力集中發(fā)生區(qū)在外保溫的外表面，外保溫系統(tǒng)的三原則：柔性釋放應(yīng)力，外保溫系統(tǒng)構(gòu)造中外層材料允許變形量大于內(nèi)層材料允許變形量，滿足逐層漸變的構(gòu)造設(shè)計?？刂葡噜彶牧献冃嗡俣炔?。保溫系統(tǒng)各構(gòu)造層相鄰材料之間過大的變形應(yīng)力影響不同材料之間的粘結(jié)穩(wěn)定，相鄰材料層導(dǎo)熱系數(shù)不宜相差過大。整體柔性構(gòu)造隨時釋放應(yīng)力。保溫系統(tǒng)中不設(shè)溫度應(yīng)力集中釋放區(qū)，不設(shè)置分隔縫配置長短不同，彈性模量不同的纖維用于分散力的傳導(dǎo)方向。外保溫柔性構(gòu)造的核心思想是允許變形，誘導(dǎo)變形，分散并改變力的傳遞方向。建筑溫度場認(rèn)識露點(diǎn)溫度變化用。根據(jù)建筑溫度的數(shù)據(jù)分析，不同的保溫構(gòu)造位置會有不同的冷凝現(xiàn)象。外墻中的水蒸氣分壓力和飽和水蒸氣分壓力分布有以下幾種類型：在墻體沿厚度的同一位置上，飽和水蒸氣分壓力高于外墻中水蒸氣分壓力時，這種2-4。2-4外墻外保溫水蒸氣分壓力分布圖內(nèi)保溫的冷凝露點(diǎn)位置在保溫層靠內(nèi)側(cè)墻體，見圖2-5。2-5外墻內(nèi)保溫水蒸氣分壓力分布圖夾芯保溫的冷凝露點(diǎn)位置在保溫層外界面與外葉墻連接處，見圖2-6。2-6外墻夾芯保溫水蒸氣分壓力分布圖自保溫墻體冷凝露點(diǎn)位置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體外側(cè)附近，見圖2-7。2-7外墻自保溫水蒸氣壓分壓力分布圖不同的保溫位置對墻體水蒸氣滲透有不同的影響，內(nèi)保溫、夾芯保溫、自保溫都會在墻體部位發(fā)生結(jié)露。只有外保溫露點(diǎn)位置不在墻體。室外溫濕變化中，外保溫抗裂層存在冷凝生成條件，抗裂層下的保溫材料如完全閉孔或孔隙率很低，不能分散冷凝水，就會使抗裂砂漿粘結(jié)力下降，強(qiáng)度降低，干燥時產(chǎn)生干濕形變，抗裂砂漿層易產(chǎn)生空鼓和脫落。溫板外側(cè)，做水分散構(gòu)造是一種良好的組合，在抗裂砂漿表層上涂硅橡膠高彈底涂，防液態(tài)水進(jìn)入保溫層，又能方便氣態(tài)水排出。耐候試驗篩選長壽命構(gòu)造設(shè)計我國的外保溫材料大多選擇了薄抹灰的構(gòu)造，這種一味模仿外來技術(shù)的情況，給我國的節(jié)能技術(shù)發(fā)展埋下了隱患，經(jīng)過這些年的實踐，越來越多的發(fā)現(xiàn)這種盲從的危害。上海發(fā)布文件禁行全部薄抹灰外保溫做法，就是對這種全面盲從外來技術(shù)的一種否定。外保溫材料應(yīng)選擇什么構(gòu)造做法更為科學(xué)合理，這是膠粉聚苯顆粒外保溫系統(tǒng)材料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展過程一項重要的技術(shù)研究。在長達(dá)八年的時間里先后對市場上大多數(shù)主流保溫做法進(jìn)行了大型耐候試驗，共選擇48個外保溫材料系統(tǒng)，積累了幾百萬個試驗數(shù)據(jù)，終于完成這個純研究技術(shù)的外保溫構(gòu)造優(yōu)選試驗分析。這個成果不僅國內(nèi)各方節(jié)能人士共享成果，還引來美國兩大機(jī)構(gòu)FM和ASTM的主要技術(shù)干部和法國建筑科學(xué)院專家前來參觀。本試驗采用的大型耐候性試驗設(shè)備為兩個溫度控制箱體，能夠同時進(jìn)行四個外保溫系統(tǒng)的耐候性試驗（圖2-8、圖2-9）。2-8耐候性能檢測試驗機(jī)外部箱體 2-9耐候性能檢測試驗機(jī)內(nèi)部箱體這種試驗方法能夠保證同環(huán)境溫度條件下同時進(jìn)行不同外保溫系統(tǒng)及不同組成材料的外保溫構(gòu)造對比試驗，比較同條件下不同外保溫系統(tǒng)組成材料耐候性能的優(yōu)劣。這種試驗方法和試驗儀器在國內(nèi)還是首創(chuàng)，試驗結(jié)果令人耳目一新。每組試驗均采用對比性驗證，即：同材料不同構(gòu)造試驗，以驗證材料的不同構(gòu)造優(yōu)選；同構(gòu)造不同材料的對比試驗，以驗證不同材料對構(gòu)造的適應(yīng)性。該試驗方法參照《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》JGJ144-2004進(jìn)行，試驗步驟為：高溫-806h。（1）升溫3h：使試樣表面升溫至70℃，并恒溫在（70±5）℃（其中升溫時間為1h）。（2）淋水1h：向試樣表面淋水，水溫為（15±5）℃，水量為1.0～1.5L/(m2·min)。（3）2h。48h。加熱-524h。升溫8h：使試樣表面升溫至50℃，并恒溫在（50±5）℃（其中升溫時間為1h）。降溫16h：使試樣表面降溫至20℃，并恒溫在（20±5）℃（其中降溫時間為2h）。每4次高溫-淋水循環(huán)和每次加熱-冷凍循環(huán)后觀察試樣是否出現(xiàn)裂縫、空鼓、脫落等情況并做記錄。試驗結(jié)束后，狀態(tài)調(diào)節(jié)7d，按現(xiàn)行《建筑工程飾面磚粘結(jié)強(qiáng)度檢驗標(biāo)準(zhǔn)》JGJ110規(guī)定檢驗?zāi)鎸优c保溫層的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。外保溫大型耐候試驗見表2-1。大型耐候性試驗系統(tǒng)構(gòu)造做法匯總 表2-1序號粘結(jié)層保溫層找平層飾面層備注1.115mmEPS10mm涂料—1.215mmEPS—面磚—1.3—50mm—面磚—1.4EPS—涂料—115mmEPS10mm涂料—215mmEPS—涂料槽315mmEPS—涂料EPS板縫4EPS—涂料—3.1—60mm有網(wǎng)EPS10mm面磚—3.2—60mm有網(wǎng)EPS—面磚—3.3—60mm無網(wǎng)EPS10mm涂料—3.4—60mm無網(wǎng)EPS—涂料—4.115mmXPS10mm涂料—4.215mmXPS—涂料板不去皮，開雙孔4.3XPS—涂料—4.4XPS—涂料—5.115mmEPS10mm面磚—5.215mmEPS—面磚—5.315mmXPS—面磚—5.4EPS—面磚—6.1—40mm酯30mm粒涂料—6.2—40mm酯10mm粒涂料—6.3—40mm酯—涂料聚氨酯表面修平6.4—40mm酯—涂料聚氨酯表面不修平7.115mmEPS30mm涂料—7.215mmEPS10mm涂料—7.315mmEPS—涂料—7.4EPS—涂料巖棉防火隔離帶8.115mmXPS10mm涂料—8.215mmXPS10mm涂料—8.315mmXPS—涂料—8.4XPS—涂料巖棉防火隔離帶9.1100mm—涂料—9.2100mm20mm涂料錨固為主做法9.3100mm20mm涂料錨固為主做法9.415mmXPS10mm涂料—10.115mm100mm板—涂料—10.215mm100mm板—面磚做至抗裂層10.3100mm板—涂料—10.4100mm板—面磚做至抗裂層11.115mmXPS10mm涂料—11.215mmXPS—涂料—11.315mmXPS30mm涂料—11.4XPS—涂料—1140mm溫板10mm涂料—1240mm溫板—涂料雙層耐堿網(wǎng)布1340mm溫板10mm涂料—1440mm溫板—涂料單層耐堿網(wǎng)布注：基層墻體為C20混凝土墻，保溫材料與膠粉聚苯顆粒漿料界面處均有界面劑處理。涂料飾面時抗裂層：4mm抗裂砂漿+耐堿玻纖網(wǎng)格布+高彈底涂；面磚飾面時：10mm豎絲巖棉復(fù)合板、無機(jī)保溫漿料；施工工藝和構(gòu)造涉及了現(xiàn)澆、貼砌、點(diǎn)框粘、現(xiàn)場噴涂、溫材料和構(gòu)造系統(tǒng)。經(jīng)耐候墻體溫度場的數(shù)值模擬，與大型耐候試驗的實測數(shù)據(jù)比較，耐候試驗墻體的升降溫速率其試驗結(jié)果和理論計算結(jié)果吻合較好。通過整理此12輪大型耐候試驗有如下試驗結(jié)論：外保溫板材在外墻的穩(wěn)定狀態(tài)排序：模塑聚苯板優(yōu)于擠塑聚苯板，擠塑聚苯板優(yōu)于聚氨酯板。做法排序：滿粘保溫板優(yōu)于點(diǎn)框粘保溫板，點(diǎn)框粘保溫板優(yōu)于點(diǎn)粘保溫板。各類高效保溫板與抗裂砂漿層之間設(shè)膠粉聚苯顆粒漿料層可減緩裂縫生成。各類保溫板在增加30mm以上膠粉聚苯顆粒漿料做保護(hù)層后不會發(fā)生抗裂層的破壞。貼砌做法是外保溫各種做法中耐候性穩(wěn)定性最強(qiáng)的，其六面用膠粉聚苯顆粒包裹保溫板，減少保溫板與抗裂層的變形速度差，可有效控制保溫板的形變，。小結(jié)：大型系統(tǒng)耐候試驗優(yōu)選出外墻外保溫各種系統(tǒng)做法中耐候最穩(wěn)定的構(gòu)造。把這種料》JG/T158-2013標(biāo)準(zhǔn)中，使得外墻外保溫系統(tǒng)的壽命提升到了百年的水平，貼砌法列入了外保溫做法永久保修、終身負(fù)責(zé)的承諾。防火試驗優(yōu)選構(gòu)造防火做法北京振利與中國建筑科學(xué)研究院防火所等八家單位申請并開始研究建設(shè)部科研課題：“外墻保溫體系防火試驗方法，防火等級評價標(biāo)準(zhǔn)及建筑應(yīng)用范圍的技術(shù)研究”（06-K5-35）取得了適合我國國情的開創(chuàng)性的研究成果，正式通過專家驗收。完成了《建筑外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能試驗方法》GB/T29416-2012，完成了防火等級評2-2。膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)對火反應(yīng)性能指標(biāo) 層厚度（mm）錐形量熱計試驗燃燒豎爐試驗窗口火試驗現(xiàn)象值（kW/m2）度（mm）層測點(diǎn)的最高溫度（℃）燃燒面積（m2）≥33不應(yīng)被點(diǎn)燃，試件厚度變化10%≤5≥800≤200≤3≥23≤10≥500≤250≤6≥13≤25≥350≤300≤9保護(hù)層，當(dāng)防火保護(hù)層在30mm時，外保溫系統(tǒng)熱釋放速率峰值≤5kW/m2，屬不燃類系統(tǒng)，保溫板不會熔融。在課題研究期間完成了32次窗口火試驗見表2-3。窗口火試驗列表 序號系統(tǒng)名稱試驗日期點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)造特點(diǎn)防火隔離火焰保溫材料保護(hù)層類型粘貼方式防火分隔1溫系統(tǒng)2007-2-2利EPS厚抹灰無空腔分倉—無2系統(tǒng)2007-4-14利EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無—不評價3系統(tǒng)2007-5-29利EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無—有4保溫系統(tǒng)2007-5-30州PU薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無—無5系統(tǒng)2007-7-16州PU10無空腔無—無6保溫系統(tǒng)2007-9-6州PU薄抹灰無空腔無—無7復(fù)合EPS2007-11-13州EPS厚抹灰粘結(jié)面積≥40％無—無統(tǒng)8EPS系統(tǒng)2008-4-23州EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無氨隔離帶無9EPS系統(tǒng)2008-10-7敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無火隔離帶無10EPS系統(tǒng)2008-10-21州EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無氨隔離帶有11EPS系統(tǒng)2008-11-11敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無火隔離帶無12EPS系統(tǒng)2008-11-11敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無火梁有13EPS系統(tǒng)2009-3-18敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無火梁無14EPS系統(tǒng)2009-3-18敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無泥棉隔離帶有15EPS系統(tǒng)2009-4-13敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無——有16EPS系統(tǒng)2009-6-3州EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無氨隔離帶無172009-8-12敬業(yè)達(dá)PU厚保護(hù)層無空腔無—無溫系統(tǒng)18XPS系統(tǒng)2009-8-12敬業(yè)達(dá)XPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無火隔離帶無19保溫系統(tǒng)2009-8-20州PU薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無—無20EPS溫系統(tǒng)2009-9-3敬業(yè)達(dá)EPS厚保護(hù)飾面粘結(jié)面積≥40％無—無21統(tǒng)2009-11-22州PU厚抹灰保溫層與基層墻體滿在幕墻空腔*保溫層內(nèi)無防但幕墻空腔用巖棉隔離帶分隔火隔離帶無22EPS系統(tǒng)2009-11-26利EPS薄抹灰無空腔分倉—無23EPS系統(tǒng)2010-2-3州EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無氨隔離帶不評價24XPS溫系統(tǒng)2010-3-23利XPS厚抹灰無空腔分倉顆粒20cm無25EPS系統(tǒng)2010-5-13敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無—無26EPS2010-5-13敬業(yè)達(dá)EPS厚保護(hù)有空腔，無—無溫系統(tǒng)飾面積≥40％27系統(tǒng)2010-6-23利PF薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無—有28溫系統(tǒng)2010-9-2州PU厚抹灰無空腔無—無29造）溫系統(tǒng)2010-9-10利PF厚抹灰無空腔有分隔無30系統(tǒng)2010-10-28敬業(yè)達(dá)XPS（B1級）薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無—有31系統(tǒng)2010-10-28敬業(yè)達(dá)EPS薄抹灰粘結(jié)面積≥40％無帶無32保溫系統(tǒng)2010-11-5州PU厚抹灰粘結(jié)面積≥40％無—無注：1．表中符號：EPS——模塑聚苯板，XPS——擠塑聚苯板，PU——硬泡聚氨酯，PF——改性酚醛板。2．表中的試驗2和試驗23僅作為演示試驗，主要用于向領(lǐng)導(dǎo)和專家介紹窗口火試驗方法。因試驗時的風(fēng)速條件不滿足測試標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此不對試驗結(jié)果進(jìn)行評價。EPS19次（154次）8次（薄抹35次），XPS3次（B2XPS1次，B1XPS板薄抹灰1次，B2XPS1次）2次。外保溫系統(tǒng)窗口火試驗結(jié)果見表2-4。外保溫系統(tǒng)窗口火試驗結(jié)果 表2-4序號2可燃保溫層燒損高度系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ耘卸?﹤500未見明顯燒損無2——不評價3﹥500全部燒損有4﹤500210cm無5﹤50025cm無6﹤500210cm無7﹤500未見明顯燒損無8﹤5002無9﹤5002無10﹥500全部燒損有11﹤5002無12﹤500燒損到模型頂部有13﹤5002無14﹥500最高防火隔離帶下邊緣有15﹥500燒損到模型頂部有16﹤5002無17﹤5002無18﹤5002無19﹤500215cm無20﹤5002無21﹤500水平準(zhǔn)位線1無22﹤5002無23——不評價24﹤500水平準(zhǔn)位線1無25﹤5002無26﹤5002無27﹥500燒損到模型頂部有28﹤5002無29﹤5002無30﹤500燒損到模型