EPS薄抹灰外保温系统温度-应力试验分析

庞 伟，朱长禹，王 哲，王 岩

（天津市建筑材料科学研究院有限公司，天津300381）

工程实践中，民用建筑外墙外保温系统耐环境破坏性能的重要参考试验通常为大型墙体耐候性试验。目前已有的大型墙体耐候性试验方法中，未考虑外保温系统在外部环境温度下，内部各结构层和不同部位所受的应力影响。

本文通过模拟大型墙体耐候性试验环境和条件，检验EPS薄抹灰外保温系统应变和温度参数的变化情况，通过在墙体不同关键部位、不同结构层等位置加装应变和温度传感器，探查EPS外保温系统受应力和温度这两个因素的影响规律[1]。

1 试验环境

试验参照GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》中规定的方法。

1.1 热湿循环周期

试样需依次经过以下步骤80次：

1）将试样表面温度经过1 h加热至70℃，在温度范围(70±5)℃，相对湿度范围10%～15%的环境下保持2 h；

2）喷水1 h，水温(15±5)℃，喷水量1.0～1.5 L/(m2·min)；3）静置2 h(干燥)。

1.2 热冷循环周期

热湿循环后，在温度10～25℃，相对湿度≤50%的环境条件下，将试样放置48 h以上，再根据以下步骤执行5个热冷循环：

1）经过1 h加热至50℃，在温度范围(50±5)℃，相对湿度≤10%的环境下保持7 h；

2）经过2 h降温至(-20±5)℃并在该环境下放置14 h。

2 试验墙体的安装

为了不影响系统的黏结效果，试验用墙体安装工艺应与EPS薄抹灰外保温系统施工工艺完全一致，同时，加装应变和温度测点在墙体的不同结构层和关键部位。

将试验用墙体3 000 mm×2 100 mm按照70个子区域进行均匀划分，对设置的测点加装温度和应力传感器，传感器采样时间间隔均为5 min[2]。特殊部位（如窗角）、不同的结构层、保温板不同部位等均应设置测点。见图1。

图1 测点布置

3 试验分析

1）防护层表面同一部位应变曲线和温度曲线运动方向正好相反。在温度最高点时，应变曲线数值最小，温度最低时，应变曲线数值最大。见图2和图3。

图2 防护层外表面热湿循环（部分）曲线

图3 防护层外表面热冷循环曲线

EPS薄抹灰外保温系统随温度降低出现拉伸现象，随着温度的升高出现压缩现象。

2）同一保温板内侧温度波动在不同循环阶段、不同部位均很小，热湿循环阶段基本在36～39.5℃之间，热冷循环阶段基本在24～28℃，与图2和图3的温度点相比温度变化幅度也要小很多；但是在应变曲线中，不论热冷还是热湿循环，针对同一保温单元，与保温板两边（17和25号测点）相比，板面的中心位置（23号测点）受到了更大的温度应力；对比图2和图3的54号应变测点还可以发现，随着测点深入系统内部，应变曲线变化幅度变小[3]。见图4和图5。

图4 同一保温板内侧不同部位热湿循环曲线

图5 同一保温板内侧不同部位热冷循环曲线

3）窗角部位（41、46和50号测点）应力分布情况较其他部位（49号测点）更为集中[4]。见图6。

图6 窗角不同部位连续两个次热湿循环曲线

4 结论

1）在热冷与热湿两个循环阶段，随着温度降低，EPS薄抹灰外保温系统中不同结构层均呈现明显的拉伸状态，而随着温度的升高呈现明显的压缩状态。保温层内部温度可以保持在小范围内波动，其主要归结于EPS保温层突出的保温隔热特征。此外，保温层内部的应变曲线变化较缓和，而防护层外侧的较为剧烈，表明最外侧防护层是系统主要温度应力的承受对象。

2）相比抹面胶浆等无机材料，EPS板的弹性模量非常小，在温度降低时形成拉应力，在温度升高时则正好相反。当抹面胶浆长时间受到外力作用时，非常易出现裂缝，这主要是由于其自身的抗拉力无法抵抗温度应力造成的。

3）窗角位置是外墙保温系统的薄弱部位，其受窗角周边建筑部位结构影响较大。考虑到窗户作为典型热桥部位，开裂、斜向变形等更容易在沿窗角处形成。

4）在环境影响条件相同的前提下，与保温板两边相比，同一保温单元的板面中心位置受到了更大的应力影响。因此，假如无法释放板面中心位置的温度应力，那么极易成为外保温系统破坏的隐患。