外墙无机保温砂浆系统安全性检测技术研究现状

陈爱春，陈 溪，张东波（.上海理工大学环境与建筑学院，上海 00093；.上海市建筑科学研究院有限公司上海市工程结构安全重点实验室，上海 0003）

随着节能建筑的大力推广，建筑保温隔热材料得到了快速发展。无机保温砂浆具有经济性好、防火阻燃性能好、施工简单等多种优点，一度在外墙外保温系统中得到了广泛的应用。但由于材料自身缺点、粘结构造设计不足、施工质量控制不好等原因，出现了大量开裂、渗水、空鼓、甚至脱落等质量事故，严重阻碍了建筑工程节能的实施，甚至给社会公共安全造成了很大隐患。现在我国夏热冬冷地区大部分省市已明文禁止在外墙外保温系统中使用无机保温砂浆。本文对部分外墙无机保温砂浆系统的材料和工艺、缺陷的特征和成因分别进行了分析，对现有安全性检测技术开展调研，重点分析了现有技术的适用性和局限性，并针对新型检测技术研发进行了展望。

1 外墙无机保温砂浆材料与施工工艺

1.1 无机保温砂浆的种类

用于外墙的无机保温砂浆为水泥基砂浆，常用的集料有膨胀珍珠岩保温砂浆、膨胀蛭石保温砂浆和玻化微珠保温砂浆三种。

目前，在实际工程中，用于建筑外墙的无机保温砂浆以玻化微珠保温砂浆为主。玻化微珠保温砂浆是以玻化微珠为集料配制而成，玻化微珠为不规则球状结构，表面玻璃体薄壳，内部为蜂窝状空腔结构。这种特殊结构使集料颗粒强度提高，玻化外壳还能阻止搅拌过程中水进入材料内部[1]；同时，玻化微珠保温砂浆克服了膨胀珍珠岩保温砂浆吸水率大、易粉化、搅拌过程中体积收缩率大、保温性能降低和空鼓、开裂等不足。但是，由于工程中易出现保温砂浆的配比不合理等问题，玻化微珠无机保温砂浆系统在竣工一段时间后容易造成开裂、空鼓甚至脱落等现象，形成很大的安全隐患。

1.2 外墙无机保温砂浆系统施工工艺

外墙无机保温砂浆系统，以无机保温砂浆为保温层材料，辅以界面层、抗裂防护层和饰面层构成具有保温隔热、防护和装饰功能的不燃型保温系统。

为保证外墙无机保温砂浆系统的质量，基层界面、保温砂浆涂抹及节点部分的施工工艺尤为重要。基层界面应保证满涂界面砂浆，若界面砂浆施工不到位，则无法保证基层与无机保温砂浆的界面粘结性能，保温层与基层墙体间易出现空鼓；为保证保温砂浆的厚度，无机保温砂浆通常采用分层涂抹形式施工，分层涂抹时每层厚度与间隔时间应严格执行规范要求，否则易出现保温砂浆分层的现象；节点部分应特别注意密闭或防水构造处理，包括分格缝的构造设计、明缝和暗缝的涂刷材料和工艺等应遵守规范的相关要求，若构造处理不当，在上海等日晒和雨量均较为充足的地区，雨水会从缝隙中渗入至保温层，在温差的循环作用下，易造成外保温系统出现空鼓和脱落。

2 外墙无机保温砂浆系统常见缺陷及原因分析

外墙无机保温砂浆系统自推广以来，出现了大量的外保温系统开裂、渗水、空鼓、脱落等现象，不仅影响建筑节能质量，更严重危害了社会公共安全。这些缺陷主要存在于保温层内部、饰面层和抗裂防护层以及保温层与基层之间，并且在工程中常不止一种缺陷，例如饰面层开裂会导致雨水渗漏，从而引发保温层之间发生空鼓或保温层与基层之间粘结失效。

2.1 保温层内部缺陷及原因分析

在一些出现空鼓、脱落等现象的无机保温砂浆外保温工程中，现场局部开凿、拉拔等检测结果显示，保温层内部出现了分层、粉化等缺陷。

造成这些缺陷的原因包括：

（1）无机保温砂浆材料强度不够。当无机保温砂浆的导热系数较高时，材料会变得疏松，抗压强度偏低，温度应力过大时保温层会局部起鼓、开裂。

（2）无机保温砂浆体积吸水率不达标。当无机保温砂浆的饰面层与抗裂防护层开裂后，雨水会渗进无机保温砂浆层，而无机保温砂浆吸水后会明显增加导热系数，保温性能变弱，并增加自重，引起保温层脱落[2]。

（3）无机保温砂浆分层施工工艺不达标。分层施工时，主要是非机械作业和湿作业，分层界面处施工质量较难控制，两层无机保温砂浆施工间隔未达到 24 h 以上，易发生保温层之间粘结度不够，两层保温层之间易发生空鼓[2]。

2.2 饰面层和抗裂防护层缺陷及原因分析

在无机保温砂浆系统外墙面，饰面层和抗裂防护层普遍存在裂缝、墙面渗漏等现象。造成这些缺陷的原因包括2 个方面。

（1）端部加强措施不到位。若抗裂防护层较薄、外墙阳角及门窗框四周等部位网格布布置不规范，会导致无机保温砂浆系统抗裂防护能力差，饰面层容易在温度应力作用下，产生开裂、起鼓甚至脱落[3]。

（2）外保温节点部位施工不规范。外保温节点部位应该做好密闭或防水构造处理，若密闭或防水构造处理不当，饰面层会漏水，保温砂浆吸水后，粘结强度降低，导致饰面层脱落[3]。

2.3 保温层与基层之间缺陷及原因分析

在一些出现空鼓、脱落的工程中，现场的脱落物或现场拉拔检测结果显示保温层与基层之间粘结失效。造成这类缺陷的原因包括 2 个方面。

（1）基层界面施工不规范。现场施工人员忽视界面砂浆的作用，导致保温砂浆与墙体基层之间的界面砂浆层漏做或少做，直接形成保温层空鼓或界面处理材质失效，由于保温层与基层之间的粘结力缺失，引发外墙脱落[4]。

（2）锚固措施不到位。DG/TJ 08—2088—2018《无机保温砂浆系统应用技术规程》，对饰面砖饰面的无机保温砂浆系统锚栓设置有明确规定，“饰面砖粘贴高度＞4.5 m 时应设置锚栓，且≥4 个/m2”。在高层建筑中，风载和负压较大，锚固措施不足或缺失也易导致保温层起鼓、脱落。

3 外墙外保温系统缺陷检测技术

在外墙无机保温砂浆系统工程检测现场，需要确定缺陷的种类、位置以及大小。但由于外墙面积大、高空作业多，给检测带来了极大的不便；此外，材料的层数较多、组合缺陷情况复杂等现状也增加了检测诊断的难度。

在目前检测工程实践中，通常采用红外热成像大面积定性检测与局部拉拔试验定量检测相结合的检测方案。但也存在着红外热成像法无法诊断缺陷类型、局部拉拔试验高空作业不便且对外保温系统有破坏性等问题，目前学者与检测人员仍在不断改进现有的技术并寻找更有效的检测方法。

3.1 红外热成像技术

红外热成像技术是基于表面辐射温度的原理，通过接受物体发出的红外辐射，再将其以热像的形式显示出来，然后分析热像图，就可以判断物体表面的温度分布情况。这种可视化的检测技术已经在建筑工程领域检测中得到广泛应用，并且具备测量快速直观、非接触、大面积、远距离等优点。

DG/TJ 08—2038—2008《建筑围护结构节能现场检测技术规程》，详细介绍了红外热成像检测热工缺陷的方法，包括检测时间和天气的选择等，有利于提高检测缺陷的效率。

目前红外热像法多用于外墙的热工性能检测，大都以定性检测为主，近年来学者们逐渐开展了相关定量检测的分析研究。蒋济同等[5]针对 EPS 薄抹灰外墙外保温缺失这种热工缺陷，建立带保温缺失的三维传热模型，并用红外热成像试验验证模型的可行性，分析了不同缺陷参数、墙体朝向等组合条件下红外热成像现场检测的最佳时间，为现场检测提供了参考。

在外墙饰面砖粘贴质量检测方面，红外热像法的应用也有定量研究与大量工程实践。毛欣荣等[6]在上海某高层外墙饰面马赛克的粘贴质量检测中应用了红外热成像法，结果表明该检测方法切实可行，同时对检测的时间、步骤以及注意事项提出了建议。黄文浩[7]研究了红外热成像技术在建筑物外墙饰面砖的粘贴质量检测中的应用技术，基于数值模拟和试验结果，得到了该方法检测缺陷深度、尺寸的限制条件，并建议了南京地区的最佳检测时段。朱雷等[8]提出了基于图像处理的外墙饰面砖粘结缺陷面积评定方法，研究结果表明，该方法可有效、定量地提取估算外墙饰面层空鼓区域的面积，较经验法的判定结果更为准确可靠。

对于不同的外保温材料，如 EPS 板和无机保温砂浆等，红外热成像法的检测结果也存在着区别。陈炜等[9]通过试验论证，对于玻化微珠保温砂浆外墙外保温系统，红外热成像对各种形状的缺陷均能实现较好检测，缺陷平面尺寸越大、深度越深检测效果越好；但对聚苯板外墙外保温系统，聚苯板的导热系数与空气过于接近，红外热像仪可能只适用于大尺寸缺陷的检测。

综上，在外墙无机保温砂浆系统工程的现场缺陷检测中，红外热成像仍存在一些局限性。

（1）现场红外热成像检测，要求比较高，需要合适的天气和最佳检测时间段，同时还要考虑红外热像仪拍摄的距离、拍摄角度以及发射率。

2.3.1 上消化道出血发生率 3项研究[3，5，19]报道了上消化道出血发生率，各研究间无统计学异质性（P＝0.62，I2＝0），采用固定效应模型进行分析，详见图2。Meta分析结果显示，试验组患者上消化道出血发生率显著低于对照组，差异有统计学意义[RR＝0.16，95%CI（0.07，0.34），P＜0.01]。

（2）采用红外热像仪采集外表面的温度信息，只能定性地分析是否存在内部缺陷化及缺陷的大概位置，而难以量化缺陷的尺寸、形状、精确位置和严重程度。

（3）目前，红外热成像法主要检测饰面层和抗裂防护层的缺陷，位于保温层与基体之间和保温层内部的缺陷，因为由于缺陷位置较深，表面温度变化不大，红外热像图中几乎无差别。

3.2 拉拔试验

外墙外保温系统现场检测中的拉拔试验，是通过拉拔仪器检验保温层与基层及各构造层之间的拉伸粘结强度的方法。

JGJ 110—2017《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》中介绍了现场拉拔试验的操作步骤，在 JGJ l44—2019《外墙外保温工程技术规 程》中规定具有薄抹面层的外保温系统中，在耐候性试验后抹面层与保温层的拉伸粘结强度≥0.1 MPa，并且破坏部位不得位于各层界面。JGJ 253—2011《无机轻集料砂浆保温系统技术规程》和DG/TJ 08—2088—2011 中规定了在耐候性试验后抗裂面层与保温层的最小拉伸粘结强度以及面砖饰面系统的最小拉伸粘结强度。

拉拔检测技术已经比较成熟，已在现场检测中广泛应用。该方法的检测点设置灵活，可以有针对性地测试外墙外保温存在缺陷的可疑或重要部位；检测的结果真实、直观。

但是拉拔试验仍有不足之处[10]。

（1）抽样点不好选择，对于高层外墙损伤检测需搭脚手架后方能进行试验，抽样数量受到限制，抽样方法也未有相应规范指导。

（2）目前的相关标准规范中涉及外墙外保温系统现场拉拔试验拉伸粘结强度的判定标准不明确。

3.3 超声波检测技术

超声波检测技术是利用超声波与材料相互作用并对反射、透射和散射的波进行研究，对材料的宏观缺陷、微观组织、力学性能等进行无损评价的技术。目前超声法检测技术广泛用于混凝土结构检测中，可适用于对混凝土内部不密实区和空洞进行检测。当发射的超声波遇到空洞时，声波产生反射，一部分能量衰减，另一部分将绕过空洞沿着孔壁传播，根据接收到的超声波信号，分析各测点时间读数的变化情况以及超声振幅、波形的变化，就可以推测混凝土内部空洞的大致尺寸[11]。

由于无机保温砂浆与混凝土具有相似性，超声波检测技术可以应用于外墙无机保温砂浆系统空鼓缺陷检测。当无机保温砂浆外保温系统存在内部缺陷时，同样可以依据声时、波幅、主频和波形多声参数记录，判断异常测点。

超声检测法可以确定物体或材料的几何和力学特性，应用范围广、检测精度高、检测速度快，并且便于现场使用，对人体无危害。但是也遇到了许多问题，例如外墙表面缺陷检测不敏感、混凝土墙体对超声的强吸收、集料对超声的散射及超声的耦合等问题，另外超声检测不便高空实施。上述问题都影响了超声波技术在外墙无机保温砂浆系统安全性检测中的应用。

3.4 探地雷达检测技术

探地雷达检测技术是一种利用雷达波极化方程的变化获得与物质相关的信息，继而对其进行定位的电磁波技术，通过测量电磁波的传播时间、反射系数、折射率等可以判断出物体的性质和形状。探地雷达检测技术广泛运用于隧道、桥梁、混凝土结构及树木结构。DGJ 32/TJ 98—2010《钻芯法检测外墙外保温构造技术规程》提出，雷达法可以对外墙外保温厚度进行检测，判断保护层的质量状况。刘敦文等[12]通过探地雷达对公路的路面厚度、隧道的衬砌质量、挡土墙实际工程进行病害隐患探测，速度快且对检测地方无任何损伤，可以高效、准确地确定工程隐患位置及大小。葛如冰等[13]按公路路面的结构建立了路面脱空的实际模型，进行探地雷达检测试验分析，得出路面脱空的反射振幅大小与垂向大小成正比的结论，建立了探地雷达检测路面脱空的定量计算公式。

张东波[14]采用探地雷达对外墙无机保温砂浆系统进行缺陷检测, 检测结果表明，探地雷达技术可检测保温层与饰面层、保温层与基层之间的缺陷深度和高度，但在现有条件下，探地雷达技术无法检测缺陷与扫描方向平行的边界，也无法准确检测保温层厚度。

此外，雷达的波速主要与检测区域介质类型和材料含水率等参数有关，根据现场发现外墙外保温的缺陷大都是在表层，在南方雨水比较充足的地方，对湿度比较大的外墙的检测，其适用性还有待进一步考证。

4 结 语

外墙保温系统安全事故频发，现有的无机保温砂浆外保温工程亟需安全性检测和缺陷整治。现有的检测评估技术仍不能够快速准确地检测出外墙无机保温砂浆系统中的各种缺陷，基于对这些技术适用性和局限性的分析，在今后的研究中可进行如下研究：

（1）在红外热成像检测技术方面，后续可研究对于不同类型、不同厚度、不同深度和不同面积的缺陷适用性及判断标准，同时考虑不同墙体朝向、不同季节及不同保温材料的影响，为现场工程检测提供参考；

（2）在拉拔试验检测技术方面，综合考虑各构造层之间拉伸粘结强度，通过模拟现场拉拔试验，依据已有的规范，明确后续现场拉拔试验拉伸粘结强度的判定指标；

（3）对于超声法和雷达法，应研究其在外墙无机保温砂浆系统安全性检测中的技术参数、判断准则以及工程现场的适用性，从而实现缺陷检测的定量判断和和准确性；

（4）随着各类数字及信息技术的发展，三维激光技术、数字摄影及图像识别技术等都可以逐步引入到外保温系统缺陷的检测中来。

（5）在确定外墙无机保温砂浆系统的缺陷位置、大小、种类等信息后，针对粘结缺陷小的外墙无机保温砂浆系统，可采用锚栓加固，并应研究兼顾防渗漏要求的锚固技术和锚固装置；针对粘结缺陷严重或已脱落的外墙无机保温砂浆系统，应研究保温砂浆层的厚度、基层墙体的平整度、玻纤网格布等对粘结力的影响，从而优化修缮技术和施工方案。