岩棉外墙保温体系耐久性能研究

王 浩(甘肃省建筑科学研究院，甘肃 兰州 730050)

1 前言

节能减排是我国经济可持续发展的重要保障。随着建筑节能技术的不断普及和深化，各种保温材料以及保温体系被广泛的应用于建筑保温工程中，其中外墙外保温体系是目前国内应用最多的围护结构保温措施。然而，近年来的几场大火，都是由于外墙外保温体系采用了可燃的有机材料造成的，火灾给社会带来了巨大的生命和财产损失，也使人们开始关注保温材料的耐火性能。

在外墙外保温体系中，除耐火性能外，耐久性能已成为当前亟待解决的首要难题。目前保温体系的设计使用年限仅为25年[1]，与主体结构不能同寿命。实际使用过程中一旦出现的结构面层开裂、保温层空鼓脱落，会直接影响建筑物整体的保温效果和耐久性能。另外，现有的建筑外墙保温体系耐侯性试验及评价方法，是建立在模拟气候条件下的导出结论，与实际工程的耐久性无对比数据。如何解决以上的问题，还需要在工程实践中探索和总结经验。

岩棉外墙外保温体系是选用岩棉板作为保温层材料，岩棉是以精选的玄武岩或辉绿岩为主要原料，外加一定数量的补助料，经高温熔融离心吹制成的人造无机纤维[2]。在岩棉纤维中加入适量粘结剂、防尘剂、憎水剂等外加剂，经过压制固化可制成具有一定强度的岩棉板。岩棉板具有良好的保温和耐火性能。上世纪70年代末80年代初,岩棉外墙外保温系统首先在欧洲采用，30多年的发展和实践经验证明，岩棉外墙外保温体系以其高透气性、高防火性能、高隔音吸声性能得到广泛的应用。它不仅用于新建、改建、扩建的节能建筑，也广泛用于既有建筑的节能改造[3]。

甘肃省建筑科学研究院在上世纪90年初开始对岩棉外保温应用技术进行研究。1991年通过对该体系的样板墙进行施工和热工性能试验观测后，总结经验，并于1992年和1993年选取了两幢四层的砖混结构住宅楼进行了既有建筑的岩棉外墙外保温改造设计与施工。经过20年的使用，我们对这两幢住宅楼的保温体系进行了耐久性观测，并对部分材料进行了物理和热工性能的检测。

2 岩棉外保温改造技术要点

甘肃省建筑科学研究院31#、32#住宅楼外墙为240mm厚实心黏土砖墙。这两栋上世纪70年代建筑保温性能较差，采暖能源浪费大。结合对岩棉外保温应用的研究成果，于90年代初对上述两栋建筑进行了节能改造[4]。构造做法见图1。

图1 岩棉外墙外保温构造示意图

2.1 岩棉外保温施工工序

岩棉外墙外保温改造施工工序如下：

1)在基层墙体上打眼，安装连接件；

2)铺贴50mm厚岩棉板；

3)铺设热镀锌钢丝网，穿固定销杆；

4)外层抹抗裂水泥砂浆保护层；

5)喷涂丙烯酸饰面外墙涂料。

2.2 应用技术要点

当时进行岩棉外保温设计与施工时，为了保证质量，采用了以下几方面的技术措施：

1）岩棉保温层和外保护层是通过连接件依附到基层体墙体上，岩棉板和外保护层在外界温度作用下会产生热胀冷缩，因此连接件要做到连接可靠，能承受保温层，保护层的重量，并能抵抗外力(如拉拔、碰撞等)的作用而不致脱落，还要防止锈蚀，并有一定的耐久性。通过参考国外连接件的技术特点和性能，我们设计了一种加工简便、价格低廉的铰接型式连接件，可使各连接点能随保温层、保护层伸缩时的微小变形相互协调工作，以使保温层、保护层能随温差变化而自由伸缩，从而减少或避免其产生“温度和收缩应力”而开裂。该连接件在实际应用中性能可靠，可满足使用要求。

2）暴露在室外的砂浆保护层应能承受风雪、雨淋、温差变化、紫外线照射老化和冲击力等的作用。由于抹灰基底较软，因此砂浆要具备良好的柔韧和抗裂性能。为了提高砂浆保护层的上述性能，推迟微裂纹及可见裂纹的形成和扩展。在保护层水泥砂浆中掺加了提高砂浆塑性指标的外加剂来提高砂浆自身的抗裂性能。同时，我们还在柔韧抗裂砂浆保护层中加了一层镀锌点焊网片，以提高保护层抵抗收缩温度应力和与保温层间的结合能力及整体受力能力。

3）对抗裂砂浆保护层设置分隔缝，以减少收缩温度应力。在试点工程中，根据原有住宅抗震加固中圈梁、构造柱的位置，将整片外墙立面分为若干个大块，在每块墙面四周伸缩缝内填沥青麻丝，使保护层受温度变化影响下可自由膨胀和收缩。

4）对外窗角、每一伸缩缝分块的四周等部位用钢丝网将岩棉板包角封边，对外窗角四周的岩棉板上增加一层钢丝网，以增强抵抗应力集中的能力。工程实践证明，上述措施是行之有效的。

5）保温体系外饰面选用了柔性腻子和丙烯酸外墙喷塑涂料作为饰面材料。这种材料与水泥砂浆相容性好，有较高的抗拉强度和适应变形能力，较好的抑制了砂浆的开裂和裂缝的扩展延伸。并且材料施工时，在高压气流的喷射下喷出许多不均匀、离散的斑块，有些细小的裂缝会在喷塑施工中得到修补和覆盖。另一方面，喷塑涂料可将砂浆的毛细孔堵塞住，防止水分向内渗透。同时涂料的憎水性能又较好地防止了墙体表面吸水，提高保护层的防水性能，避免镀锌钢丝网的锈蚀。

3 外墙面裂缝观测及原因分析

3.1 住宅楼外墙面裂缝分布

31#、32#住宅楼外墙面裂缝分布见图2。

图2 墙面裂缝分布图

3.2 外墙面裂缝的特点和规律

从裂缝图可以看出31#、32#住宅楼外墙裂缝有如下特点和规律：

1）从墙体裂缝及分布情况来看：两栋住宅楼都出现了不同程度的裂缝，但31#裂缝相对较多，32#则较少；

2）从墙体裂缝出现的部位来看：裂缝主要出现在墙面、门窗洞口和外加圈梁抹灰层等部位；

3）从墙体裂缝的形状来看：大部分裂缝为竖向裂缝，少部分为斜向和水平向裂缝；

4）从墙体裂缝和破损严重程度来看：31#西山墙在架设电缆线的部位裂缝和破损最严重，见图2(c)。

5）从总体来看，已使用20年的岩棉外保温建筑外墙裂缝还是较少的。

3.3 外墙面裂缝形成的原因分析

从上述两栋住宅楼外墙面裂缝的特点和规律可以看出：

1)两栋楼外墙面裂缝主要是饰面层干燥收缩，如墙面的竖向裂缝和外加圈梁饰面层的竖向裂缝（外加圈梁处饰面层中未加热镀锌钢丝网）；

2)两栋楼外窗洞口处的裂缝，属收缩温度应力集中裂缝；

3)31#西山墙两端裂缝较多且破损严重是由于架设电缆线固定架时将饰面层破坏所致，见图2(c)。

4)31#裂缝相对较多，是由于31#先施工，当时施工经验不足，32#施工时，吸取了31#施工经验，故裂缝相对较少。

4 系统及材料性能测试结果

为了能够充分了解这两栋住宅楼目前的保温效果，我们采用红外热像法对外墙热工缺陷进行了全面测试，并对不同朝向的外立面墙进行了传热系数检测。由于这两栋建筑目前仍在使用，给材料性能试验的取样工作带来一定难度。通过与住户协商，最终选定31#住宅楼1层的外墙进行了开剖取样。检测结果如下：

4.1 系统热工性能

首先采用红外热像法对各外墙面进行测试，测试结果如图3。从红外热像温度场分布情况来看，墙表面温度分布比较均匀，基本没有温度突变的情况，外墙保温层经过20年使用后没有发现大面积空鼓和剥离情况，保温效果保持较好。

图3 31#红外热像图

并对外墙传热系数进行了检测，结果见表1。

表1 外墙传热系数检测结果对照表

4.2 系统材料性能

开剖取样显示，岩棉保温体系的结构比较分明，各结构层除最外面的饰面层有少部分裂纹外，砂浆保护层裂纹较少，镀锌钢丝网与岩棉板固定紧密，岩棉板比较完整，拼接处缝隙较小。镀锌钢丝网用固定销杆链接，完全覆盖整个岩棉保温层，除固定销杆有轻微锈蚀现象，连接件与基层墙体链接紧密完好（开剖取样检测结果见表2）。

表2 岩棉及镀锌钢丝网取样检测结果

5 结语

通过对两栋已使用20年既有建筑岩棉外保温改造的住宅楼进行裂缝现状调查、热工性能测试和材料性能检测，并分析结果可以看出：

1)由于在岩棉外墙保温设计施工时采用了多种防止出现裂缝的技术措施，两栋住宅楼虽已使用20年，但总体来看，两栋楼外墙面裂缝较少，说明这些技术措施效果显著。

2)从红外热像检测结果以及现场实测热工性能可以看出，两栋楼在做岩棉外保温改造并使用20年后，其外墙传热系数相当，并与20年前所测传统热系数基本一致。一方面说明两栋楼施工工艺相同，整个保温体系的性能较为稳定；另一方面也说明岩棉外保温在20年内确实起到了很好的保温效果。

3)通过对实体取样的岩棉板和镀锌点焊钢丝网进行物理性能检测可以看出，使用20年的岩棉板在外设面层没有遭到破坏的情况下，其本身的物理性能基本没有发生变化，性能较为稳定。镀锌点焊钢丝网强度较好，有较高的焊点抗拉力，对于抵抗墙体开裂和整体受力起到了作用。只是由于时间较长，镀锌有轻微脱落现象，裸露部分出现了少量锈蚀。

通过工程实例和试验可以证实，岩棉外保温体系在采用有效防裂缝的措施下，可以明显提高其耐久性能。近年来岩棉生产工艺和材料性能也已有较大改进和提高，如在构造措施和施工方法上加以增强与改进，岩棉外墙外保温体系不仅其防火性能可以达到与结构同等级，其耐久性能也可达到或接近与建筑同寿命，因而具有广阔的发展前景。

[1]中华人民共和国行业标准：外墙外保温工程技术规程[S].2004

[2]宋长友，黄振利，陈丹林，等. 岩棉外墙外保温系统技术研究与应用[J].建筑科学, 2008,24(2)： 84-92

[3]蔡凤武，姚文生，刘晓波. 岩棉保温材料性能探讨[J] 河北建筑工程学院学报, 2011，29(1)：49-51

[4]吴纪昌，任俊.兰州地区采暖居住建筑节能技术研究[R].1994