建筑外墙外保温系统饰面层劣化现状调查研究

凌宏杰 ，熊厚仁 ，余安妮 ，袁克龙 ，李嘉

（1.嘉兴学院 建筑节能技术实验室，浙江 嘉兴 314001；2.嘉兴学院 南湖学院，浙江 嘉兴 314001）

0 引言

外墙外保温系统作为一种主流的建筑围护节能技术，在各地得到了广泛应用[1]。在国外，外墙外保温系统可持续使用25年而不出现明显破坏[2-3]，适时对其加固维修，可进一步提高其使用寿命。我国自20世纪80年代末开始引进外墙外保温技术。在使用过程中发现，外墙外保温系统防护层往往在5年内就出现开裂、脱落甚至整片从建筑物外墙上坠落的现象[4]。有关研究资料表明，夏热冬冷地区建筑物的外墙外保温系统防护层更容易出现不同程度的开裂、渗水、脱落、空鼓等现象[5]。

我国夏热冬冷地区最热月份月平均温度为25~30℃，比同纬度其他地区高约2℃；最冷月份月平均温度为2~7℃，比同纬度其他地区低约8℃；大部分城市的相对湿度较高，达75%~80%。可见相比于其他地区，夏热冬冷地区的气候条件较为严峻[6]。部分近海省市如上海市、浙江省等在夏季时常遭受强台风的影响，气候条件更为恶劣，更易导致外墙外保温系统防护层的性能劣化。本文选取嘉兴地区为调查区域，对其在役外墙外保温系统的病害展开调查，分析外墙外保温系统性能劣化的主要原因，为该地区外墙外保温系统的病害诊断、评估和维护加固提供一定的技术支撑。

1 外墙外保温系统病害特征

1.1 病害特征现象

Ximenes和Amaro等[7-8]建立了在役外墙外保温系统病害识别、诊断和修复的专家知识系统。在对病害进行分类时，按材料断裂异常、色彩异常和平整度异常将外墙外保温系统常见病害总结为16种异常缺陷（见表1），同时分析了材料选择、系统设计、施工、环境因素、外界力学行为以及维修对上述缺陷的影响规律。

表1 外墙外保温系统劣化缺陷分类

1.1.1 材料断裂异常

材料断裂异常是指外墙保温系统组成材料的破损，具体表现为饰面层表面出现网裂或龟裂（定向开裂、非定向开裂）、边缘处的增强层碎裂或破碎、面层脱落、整个系统脱粘剥落及面层坑槽等5种材料断裂异常缺陷。材料断裂异常主要由材料选择不当和外界力学行为的影响所造成，将导致材料尺寸发生变化，使其丧失粘结力或连接性，最终造成外墙外保温系统的完整性缺陷或粘结性缺陷。

1.1.2 色彩异常

色彩异常是指外墙外保温系统饰面层颜色、纹理在服役过程中发生一定变化的异常，具体表现为风化变色（导致饰面层的慢性破坏）、饰面层的径流痕迹、设备安装辅材引起的腐蚀污渍、微生物生长引起的色斑、人为涂鸦和其他变色等6种缺陷异常。色彩异常主要因环境因素的作用而产生，对外墙外保温系统的美观性有一定的影响。

1.1.3 平整度异常

平整度异常是指外墙外保温系统外表面（保温板接口）易为肉眼识别的不平整异常。具体表现为表面不平整、表面不规则、保温板接缝处高差、面层鼓包、保温层起鼓等5种异常缺陷。平整度异常主要受到施工质量和环境因素的影响，常造成外墙外保温系统美观性缺陷、粘结性缺陷或连接性缺陷。

1.2 病害特征分析

Ximenes等[7]将外墙外保温系统的材料断裂异常、色彩异常和平整度异常划分为完整性缺陷、美观性缺陷、粘结性缺陷和连接性缺陷等4个缺陷类型，其中每一类型缺陷按破损程度和数量又划分为5个劣化水平等级，具体劣化水平等级划分见表2。

表2 外墙外保温系统缺陷劣化等级划分

2 现场调查对象及方案

2.1 现场调查对象

对嘉兴地区采用外墙外保温系统的建筑物进行取样调查，从建筑时间、所用保温材料和外墙饰面层材料等因素选取了73幢民用住宅建筑作为现场调查对象，如表3所示。

表3 建筑物信息调查表

按0～5年、5～10年、10～15年和15年以上4个时间段对所选建筑物的建造时间进行统计分析，结果如表4所示。

表4 被选建筑物的建造时间分布

为分析建筑物外立面朝向对外墙外保温系统的影响，按东、南、西、北4个方向对所选建筑物的外立面朝向进行了统计，结果如表5所示。

表5 被选建筑物外立面朝向分布

建筑外立面面积大小对外墙外保温系统的饰面层劣化具有一定的影响。通过现场调查和计算，按照0～500、500～1000、1000～1500、1500 m2以上4个范围对73幢建筑物的外立面面积进行了统计分析，其结果如表6所示。

表6 被选建筑物外立面面积数量分布

2.2 调查方案

2.2.1 数据采集的基本设备

调查时环境的温、湿度以当时当地的气象数据为准。采用高像素单反摄像机获取清晰、准确的建筑物外立面及局部图像。建筑物外立面面积通过测距仪测距并进行一定的计算获得。裂缝的捕捉采集及裂缝宽度的测量则利用裂缝宽度监测仪（KON-FK）完成。

2.2.2 建筑物外立面面积的确定

利用相机拍摄建筑物4个方位的外立面后（见图1），使用测距仪测量外立面各部分尺寸，其中建筑物高度通过式（1）计算获得；建筑物外立面面积按式（2）进行计算。

式中：D——建筑物顶点与测量人员站立点之间的距离，m；

L——测量人员与建筑物外立面的水平距离，m；

S——建筑物外立面面积，m2；

H——建筑物高度，m；

B——建筑物长或宽，m；

b、h——分别为阳台或窗户的宽度和高度，m。

图1 被测建筑物外立面

2.2.3 缺陷影响面积的确定

在各建筑物外立面上搜索各种类型的异常缺陷，利用相机拍摄缺陷图片，并进行相应的分类和编号，记录各缺陷的特征，按表2对各缺陷进行劣化等级划分。在获取各缺陷特征时，需采用裂缝宽度监测仪对裂缝宽度进行测量，利用测距仪测量区域的最大尺寸。本文借助测量软件ImageMeter对各种类型缺陷的面积进行测算。该软件在处理过程中使用Perspective reference命令框选取照片中已测得实际尺寸的局部区域（如面砖、窗户、阳台等）作为参照物，手动输入参照物尺寸后，使用Area命令框选取待测面积的缺陷区域，软件将自动计算得出所选缺陷的面积，如图2所示。

图2 缺陷影响区域面积

3 结果分析

根据调查结果，对所调查建筑物外墙外保温系统的完整性、美观性、粘结性、连接性缺陷进行了劣化等级的量化分析，同时研究了建造时间、建筑朝向、保温材料、饰面层材料和建筑外立面面积对外墙外保温系统缺陷的影响。

3.1 各类型缺陷劣化状况分析

对本次调查中采集到的各类型缺陷进行统计分析，结果如表7所示。

表7 各类型缺陷数量统计分布

从表7可见，在嘉兴地区外墙外保温系统常见的缺陷中，完整性缺陷最为突出，其次依次是粘结性缺陷、美观性缺陷，连接性缺陷数量最少，仅有5处，表明这种缺陷对建筑物外墙外保温系统耐久性影响较小。

本次调查共采集到完整性缺陷251个，其在各个劣化等级的分布如表8所示。

表8 完整性缺陷统计分布

由表8可见，Ⅴ级缺陷最为突出，占完整性缺陷总数量的43.8%；Ⅳ级、Ⅲ级缺陷次之，分别占完整性缺陷总数的28.7%与22.3%；Ⅱ级缺陷的数量占总缺陷数量的5.2%。可见嘉兴地区服役15年以内的建筑物外墙外保温系统完整性缺陷劣化等级较高，外保温系统的组成材料破损较严重。在实地调查中发现，大部分外墙外保温系统均存在网状裂缝或龟裂裂缝，裂缝宽度均超过0.2 mm，最大甚至达到5 mm。

本次调查共采集到美观性缺陷124个，分别分布在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ4个劣化等级中，各劣化等级下的美观性缺陷分别占美观性缺陷总数的 1.6%、12.9、36.3%、49.2%（见表 9）。可见美观性缺陷多集中在高劣化水平等级（Ⅳ级和Ⅴ级），且美观性缺陷的劣化等级越高，缺陷出现的越多。在调查中发现，由风化、饰面层的径流、设备安装辅材腐蚀污染、微生物生长及人为涂鸦等引起的视觉色彩变化往往非常明显，最大影响面积甚至可达5.0 m2。

表9 美观性缺陷统计分布

粘结性缺陷总数为154个，其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ4个劣化等级的粘结性缺陷数量分别占粘结性缺陷总数量的2.0%、17.6%、28.0%、52.4%（见表10）。可见绝大部分粘结性缺陷处于高劣化水平等级，对外墙外保温系统的正常工作具有较大的影响。

表10 粘结性缺陷统计分布

连接性缺陷共有5个，分布在Ⅳ、Ⅴ2个劣化水平等级中。其中，Ⅳ级连接性缺陷占60%，Ⅴ级连接性缺陷占40%（见表11）。由于连接性缺陷数量较少，对建筑物外墙外保温系统的耐久性影响不大。

表11 连接性缺陷统计分布

3.2 建造时间对异常缺陷的影响

为了分析建造时间对建筑物缺陷的影响作出科学评价，本文选择单位缺陷影响面积比作为评价指标，其定义如式（3）所示：

表12为单位缺陷影响面积比与建造时间之间的关系。

表12 建造时间对单位缺陷影响面积比的影响

由表12可知，随着建造时间的增加，单位缺陷面积比快速增大。其中，建造时间为5～10年的单位缺陷面积比相比于0～5年增长了190%，10～15年相比于5～10年增长了86.1%。可见，建筑物建造时间越久，其外墙外保温系统饰面层劣化越严重，耐久性越差。

3.3 建筑朝向对异常缺陷的影响

表13为单位面积建造物外立面上的缺陷数量与建筑物外立面朝向之间的关系，单位面积缺陷数量比定义如式（4）所示：

表13 建筑朝向对单位面积缺陷数量比的影响

从表13可知，朝南的外立面缺陷最多，其次是朝东方向的外立面，朝北和朝西方向外立面缺陷最少。这主要是因为东、南朝向的外立面所受太阳辐射较强，对外立面性能影响较大。另外，嘉兴地区位于夏热冬冷地区，夏季多受来自东南方向的风雨甚至台风侵袭，加剧了东、南朝向外立面缺陷的劣化。

3.4 保温材料对异常缺陷的影响

外墙外保温系统所用的保温材料不同，其工作性能往往具有较大差异，缺陷和劣化状况也不尽相同，见表14。

表14 保温材料对单位缺陷影响面积比的影响

由表14可见，相比于以胶粉聚苯颗粒和无机保温砂浆为保温材料的外墙外保温系统，页岩烧结多孔砖外墙外保温系统的单位缺陷影响面积比最小，是胶粉聚苯颗粒和无机保温砂浆的单位缺陷面积比之和的64.73%，说明页岩烧结多孔砖外墙外保温系统具有较强的抵抗缺陷能力，工作性能较为稳定。

3.5 饰面层材料对异常缺陷的影响

本次调查的建筑物外墙外保温系统共有面砖饰面和涂料饰面2种形式，见表15。

表15 饰面层材料对单位缺陷影响面积比的影响

从表15可知，相对于面砖饰面层材料，涂料饰面的外墙外保温系统单位缺陷影响面积比较大。可见，面砖饰面外墙外保温系统耐久性较好，发生异常缺陷较少。

3.6 建筑外立面面积对异常缺陷的影响

表16为建筑物外立面面积对单位缺陷影响面积比的影响。

表16 建筑物外立面面积对单位缺陷影响面积比的影响

由表16可知，当建筑物外立面面积在1500 m2内时，单位缺陷影响面积比变化不大，接近0.035 m2；当建筑外立面面积大于1500 m2时，单位缺陷影响面积比增幅较大，达到0.055。这表明较大的建筑物外立面面积对其外墙外保温系统的耐久性是不利的。

4 结论

（1）建筑物建造时间越久，其外墙外保温系统劣化越严重，耐久性越差。

（2）东、南朝向外立面受环境影响较大，缺陷数量较多，耐久性较差。

（3）不同保温材料的外墙外保温系统的缺陷劣化程度不同。相比于以胶粉聚苯颗粒和无机保温砂浆为保温材料的外墙外保温系统，页岩烧结多孔砖外墙外保温系统具有较强的抵抗缺陷能力，工作性能较为稳定。

（4）面砖饰面层的外墙外保温系统耐久性较好，发生异常缺陷较少。

（5）较大的建筑物外立面面积将对其外墙外保温系统的耐久性产生不利的影响。当建筑物外立面面积大于1500 m2时，单位缺陷影响面积比增长幅度较大。