上海地区建筑外墙保温技术的比选及锚栓抗拉测试研究

2018-10-10倪梁

建筑施工 2018年6期

倪梁

上海标济工程质量检测有限公司上海 201316

随着改革开放的飞速发展，人们对于生活质量的追求也日益提高，与此同时，社会对能源的消耗也越来越大，而我国却是一个属于能源短缺型国家。因此，为了国家的可持续发展，建立“节约型社会”已经成为各行各业所追求的目标，建筑围护结构节能外墙保温技术就是其中一项重要技术。

上海的“湿冷”国内著名，所以，对建筑保温的要求也特别强烈。围绕建筑围护结构外墙节能保温的研究，至今已有20余年，有外墙内保温、外墙外保温等技术，还有预制混凝土夹心保温等新兴技术。本文主要对上述几种保温技术分别进行分析，特别是鉴于外墙外保温系统时有保温层脱落、涉及广大市民的安全问题，专门对“锚栓的抗拉拔强度”进行了测试研究。

1 外墙内保温技术

外墙内保温技术是指在外墙结构的内侧附上一道保温系统，通过该保温系统改善墙体的传热系数。外墙内保温技术在国内的应用时间较长，技术相对成熟，在上海常见的保温材料有水泥基无机保温砂浆（II型、III型）、石膏复合聚苯保温板等，普遍为相对高强的材料。

1.1 外墙内保温技术的主要优点

1）外墙内保温施工技术完善，对建筑外墙垂直度要求不高，便于施工。

2）外墙内保温系统处于外墙内侧，室内温度波动较之室外略小，更避免了日晒雨淋，降低了保温系统热胀冷缩的程度及环境对系统的腐蚀，正常情况下的内保温系统具有较长的使用寿命。

3）外墙内保温系统的施工高度较低，无需搭建脚手架，施工相对更加安全。

4）对于小业主独自进行室内节能改造有较高的可操作性，可以单户进行节能改造。

1.2 外墙内保温技术的主要缺点

1）难以解决建筑热桥保温的困难，墙板内外温差可能会相差很大，一旦湿度适宜，极易出现结露的现象。因长期的潮湿和温差会导致室内墙面出现发霉、空鼓、开裂等现象。

2）内保温系统所使用的材料往往在节能材料中属于高强材料，但其强度相对传统墙面相差甚远，导致小业主在室内装修时会遇到挂不住、钉不住的情况。

3）内保温系统占据了室内的部分面积，在这个寸土寸金的年代，许多小业主为了扩大些许使用面积而破坏内保温，从而使保温的功效彻底丧失。

4）对于既有单体建筑节能二次改造的工程，内保温施工几乎没有可操作性。

5）内保温系统处于建筑外墙内侧，无法对外墙面起到保护作用，致使建筑外墙面内外表面温差较大，久而久之墙体自身容易出现开裂现象。

2 外墙外保温技术

外墙外保温技术是指在外墙结构的外侧附上一道保温系统，在现阶段国内市场上比较常见，比较常用的保温材料有水泥基无机保温砂浆（Ⅰ型）、改性聚苯板、岩棉板、真空绝热保温板、装饰一体板等。

2.1 外墙外保温技术的主要优点

1）外墙外保温系统处于建筑外墙面的外侧，故对墙面主体也起到了一个很好的保护作用，只要外墙保温设计选材合理，施工规范，可有效减小外墙内外表面的温差，降低因温度变化导致墙面变形产生的应力，从而可大幅减少外墙面自身的裂缝，大大增加建筑本身的使用寿命。

2）外墙外保温技术基本可以消除热桥的影响，使墙体内的潮湿情况得到改善，既可以防止热桥位置可能造成的结露现象，降低了热桥位置的热损失，又有利于室温的稳定，相比内保温系统进一步减少了建筑能耗。

3）对单体工程进行二次节能改造时具有很大的可操作性，改造施工过程对小业主的日常生活起居影响较小。

4）相较于内保温系统而言，小业主在室内装修时几乎不会对保温系统造成损伤。

5）外墙外保温技术适用范围广，技术含量较高，既适用于温暖地区，又适用于寒冷地区，同时也适用于工业和民用建筑。

2.2 外墙外保温技术的主要缺点

1）外墙外保温系统代替建筑墙面主体处于建筑最外侧，就要承受风、雨、雪、辐射等的侵蚀，使外保温系统表面容易出现裂缝，维修率较高，使用寿命较短。

2）外保温系统对于建筑外墙面垂直度的要求较高，如果垂直度偏差较大，或外墙立面变化较大，很可能造成局部保温厚度不均匀。

3）现今高层建筑较多，因此外保温系统施工时必须搭建脚手架，增加了高空作业施工的危险系数。

4）如果使用了防火性能不合格的保温产品，一旦该产品起火，要比内保温系统建筑的火势更易蔓延。

5）因产品质量、施工质量、设计缺陷等问题，外墙外保温常有脱落的潜在风险，可能会造成安全事故。

3 预制混凝土夹心保温技术

预制混凝土夹心保温技术是随着上海近几年推广装配式建筑而兴起的一种保温技术，其构造是由内叶混凝土板、外叶混凝土墙板、夹心保温层以及专有连接件组成的混凝土外墙板。保温层可使用聚苯板、聚氨酯板等有机材料，也可使用发泡水泥板、泡沫玻璃板等无机材料。

3.1 预制混凝土夹心保温技术的优点

1）对于内侧墙片和保温材料起到了有效的保温作用，降低了内侧墙片的开裂概率，延长了内侧墙片和保温材料的使用寿命。

2）保温材料的选材要求不高，可选择范围较大。

3）预制构件基本在工厂内完成，工程现场减少了工序，施工速度快，可以大大缩短工期。

4）对施工的环境温度要求不高，无论严寒酷暑都可进行施工。

3.2 预制混凝土夹心保温技术的缺点

1）内、外侧墙片之间需有连接件等处理，工艺相对复杂。

2）因预制生产技术尚不成熟，保温材料无法在内、外侧墙片之间完全填充饱满，导致预制混凝土夹心板存在大量的热桥，造成热桥处热损失，又因热桥处与周围温度不同，可能会造成结露的现象，导致出现开裂、发霉的问题。

3）该预制混凝土夹心板较之普通墙板偏厚，占据更多空间。

4）外侧墙片受室外气候影响大，会出现内外表面温差大的情况，可能造成外侧墙片的开裂，导致雨水渗漏等问题。

5）此产品在工厂内成型，到达工程现场皆是成品，难以抽检其内部所使用的相关材料是否符合要求，产品的内在质量无法被有效监督。

4 外墙外保温层脱落的原因分析及锚栓的作用

从上述比较可知，就安全性而言，外墙采用内保温或预制夹心板的效果要优于外墙外保温，但由于需占用室内面积，且一次性成本较大，故在当今房价高企、寸土寸金的情况下，业主或房屋管理部门还是愿意选择外墙外保温形式。这就需要施工单位更加注重外保温用材的锚接和粘贴，可以延长保温系统的使用寿命，加强外立面的安全系数。本文即就锚栓质量和施工工艺必须通过检测的相关指标加以实验和说明。

4.1 锚栓选择

外墙外保温应用的锚栓一般是由膨胀件和膨胀套管组成，按照锚栓构造方式分为圆盘锚栓和凸缘锚栓；按照锚栓安装方式分为旋入式锚栓和敲击式锚栓；按照锚栓的承载机理分为通过摩擦承载的锚栓和通过摩擦及机械锁定承载的锚栓；按照锚栓的膨胀件和膨胀套管材料分为碳钢、塑料、不锈钢。

锚栓的类别多种多样，我们应区分不同工况，作出正确选择。

1）多孔砖砌体、空气砌块基层墙体，例如烧结多孔砖、普通混凝土小型空心砌块等宜选用通过摩擦和机械锁定的旋入式锚栓。

2）当选用类型岩棉板等自身抗拉强度较低的保温材料时，锚栓的圆盘直径宜较常规尺寸更大。

3）当基层墙体厚度不超过100 mm时不宜采用种植类锚栓。

4.2 锚栓抗拉承载力试验

影响锚栓抗拉承载力的因素较多，我们将模拟不同状态下的锚栓抗拉试验，从而分析相关原因及解决方法。

试验方法：按照国标JG/T 366—2012《外墙保温用锚栓》附录C要求，根据不同的试验条件，在标准试验条件下分别将同一批锚栓分别以10个为一组锚固于各个基体上，待锚栓稳定之后，用锚栓拉拔仪均匀稳定加载，载荷方向垂直于基层墙体试块表面，加载至锚栓试件破坏，分别记录破坏载荷值，并通过国标JG/T 366—2012《外墙保温用锚栓》附录C中的计算方法得出最终结果（表1）。

表1 不同条件下锚栓抗拉承载力试验

从以上数据可以很直观地看到各组数据波动很大，下文笔者将对其原因进行分析。

4.3 锚栓抗拉拔数据差异原因分析

4.3.1 02号试验与01号试验比较分析

02号试验与01号试验的区别在于更换了基体，将强度等级C25的混凝土更换成了A2.0的蒸压加气混凝土砌块，其最终结果相差近一倍，这里的原因显而易见，说明基体本身的强度高低对锚栓抗拉承载力有极大的影响。当然基体强度也不是越高越好，当基体强度过高，也可能会影响到膨胀套管的充分膨胀，从而影响其抗拉承载力。

4.3.2 03号试验与01号试验比较分析

03号试验与01号试验的区别在于将锚固深度从50 mm变更为30 mm，其最终结果有近40%的减小，原因同样在于摩擦力，当锚固深度为50 mm时，膨胀套管与基体的接触面积远远大于30 mm时，给到膨胀套管的压力也更大，摩擦力也就更大。

4.3.3 04号试验与01号试验比较分析

04号试验与01号试验的区别在于锚固前使用的冲击钻头不同，一个是全新的，一个是严重磨损的，从数据上可以看到其破坏载荷的平均值略有提高，但其变异系数变大，导致最终标准值反而减小，其原因在于04号试验的洞眼相对减小，从而基体给予膨胀套管的压力增大，但也有个别膨胀套管有膨胀不完全的现象，且有个别试样因洞眼小锚固时有细微损坏的现象，也不便于施工，最终导致数据不稳定。

4.3.4 05号试验与01号试验比较分析

05号试验与01试验的区别在于锚固方式不同，旋入式锚栓使用了敲击式的工艺进行安装，锚固过程中较多的锚栓有损坏现象，甚至有锚栓弯曲的情况，这种种情况导致了该组锚栓数据的全方位下降。