建筑外墙外保温系统冬季施工风险分析与缓解方案探讨

潘 伟，习珈维（君旺节能科技股份有限公司， 上海 201306）

1 冬季施工的风险分析

1.1 低温对于砂浆性能的不利影响

1.1.1 对于水泥水化的不利影响

温度在 5 ℃ 以下时，水泥水化程度极低，甚至可能出现不水化的现象。水泥是作为黏结和抹面砂浆的强度等力学性能和体积稳定性等耐久性能的主要贡献组分，水泥的水化程度和速率直接影响黏结和抹面砂浆的短期和长期性能。黏结砂浆由于强度缺失，加之黏结砂浆对于板材背部的空腔保护不足而导致风有更高的概率进入板材背部空腔并进行流窜，进而导致瞬间负风压荷载极高值陡增。虽然外墙外保温系统配备了锚钉进行机械锚固，但仍无法避免较高的系统脱落风险。抹面砂浆是外墙外保温系统重要的外防护层[1]，由于抹面砂浆的性能（短期和长期强度、硬度、憎水透气性）无法充分实现，对于保温板材的防护性能削弱，保温板材更易出现温湿度和外应力作用下的体积变形。并且，此类体积变形特别是一定限度之上的体积变形（不可逆体积变形），将对外墙外保温系统的耐久性带来致命的危害。此外，由于无法对保温板材黏结后形成的板缝位置形成足够的防护，不同相态（固态、液态）的水分进入和流动一方面会导致渗水，在保温系统中形成热量散失的快速通道，降低系统的保温隔热效果。另一方面，不同相态的水分的流动和相态转变（固液转变）的体积变化对保温板材的黏结同样起到了不容忽视的负面作用，加剧了保温系统黏结失效的风险。另外，已有施工案例表明，当施工环境温度较低时，抹面砂浆表面极易出现不同程度的泛白现象。这是由于此时，抹面砂浆的强度发展速率和硬化体结构致密度形成的速率均较低，砂浆中的水泥水化过程中所形成的大量可溶性碱离子更容易通过尚不密实的硬化体结构的孔隙迁移到砂浆表面，并与空气中的 CO2形成不溶物和微溶物而形成泛白现象[2]。

1.1.2 对可再分散乳胶粉成膜的不利影响

作为外墙外保温系统配套黏结和抹面砂浆中的重要组分，可再分散乳胶粉具有非常突出的作用。

（1）协调无机墙体与有机保温板材或纤维类保温板材（如岩棉板和岩棉条）。由于弹性模量差异较大而出现形变差异，确保与有机保温板材或纤维类保温板材之间的黏结强度，减小墙体空鼓和板材脱落的风险。

（2）针对由于水泥水化所形成的刚性有余而韧性不足的硬化体表面和内部结构进行柔韧性的有力补充。

（3）对于水泥水化所形成的硬化体表面和内部结构的孔隙进行填充和细化，减少连通孔和较大孔径孔的体积比例，提升毛细孔和亚毛细孔的体积比例，减少硬化体结构最可几孔径的数值范围。

通过上述数种作用，使得砂浆具备并长期保持刚柔平衡（合适的弹性模量）、可呼吸、高斥水、高抗裂等耐久性能。但成膜作用是可再分散乳胶粉发挥上述作用的核心影响因素。胶粉的成膜过程具体如下。① 胶粉溶解并均匀分散于新拌砂浆浆体中，并通过皂化作用释放出被保护胶体所包裹的活性乳胶颗粒。② 由于乳胶颗粒分散体系中水分的逐渐向外迁移和蒸发，乳胶颗粒之间的距离逐渐被压缩。③ 由于水分的进一步向外迁移和蒸发，乳胶颗粒与颗粒之间形成最紧密排列并逐渐相互挤压变形，最终融合为连续的膜。

从以上成膜过程可见，胶粉的成膜性能（完成率、速率）除了取决于胶粉的本体性质（最低成膜温度）之外，还受到在新拌砂浆浆体中的分散均匀度以及乳胶颗粒分散体系中的水分向外迁移和蒸发程度和速率的影响。以下对上述三种因素受环境温度的影响逐一进行分析。应用于外墙外保温系统配套砂浆的绝大多数可再分散乳胶粉（乙烯-醋酸乙烯胶粉）的最低成膜温度在 4 ℃ 左右，当环境温度 ＜ 5 ℃，甚至更低时，胶粉成膜的连续性无法得到保证[3]。当环境温度较低时，由于分子的热力学活性降低，直接导致胶粉在新拌砂浆浆体中的分散均匀度降低。当环境温度较低时，乳胶颗粒分散体系中的水分向外迁移和蒸发的程度和速率降低。

综上所述，当施工环境温度较低时，可再分散乳胶粉的成膜性能削弱甚至无法进行成膜。进一步分析，砂浆的柔韧性、呼吸性、斥水性和抗裂性等耐久性能也必定明显降低。

1.1.3 对纤维素醚分散性的不利影响

纤维素醚是外墙外保温系统配套砂浆中所不可缺少的组分。通过保水作用保证水泥水化全过程之中的水分供应，同时也通过对新拌砂浆黏度的影响进而影响砂浆的上墙流挂性和批刮性及抹平性。当施工环境温度较低时，砂浆干粉料加水拌和时，由于拌和水的温度较低，分子的热力学活性降低，不利于纤维素醚颗粒的快速均匀分散。这直接影响纤维素醚的作用效果，也极易造成新拌砂浆的保水性、抗流挂性和披挂性等性能的不一致。

1.2 低温对于玻纤网格布性能的不利影响

当施工环境温度较低时，玻纤网格布的脆性增强，柔韧性减弱。这进一步使得玻纤网格布增强抹面层的机械强度明显降低，无法充分缓冲环境温湿度变化和外应力所导致的对于外饰面防护层和保温板材的应力应变冲击，直接导致外饰面防护层和保温板材更高的开裂风险。

2 冬季施工的缓解方案探讨

（1）采用具有较高的早期强度的砂浆配方。可通过选择硅酸盐水泥-铝酸盐水泥（硫铝酸盐水泥）-石膏三元胶凝材料体系[4-5]，基于较快的早期强度发展（铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥的早强特性），避免早期过于集中的水化放热以降低对早期脆弱的硬化体结构的热应力冲击（三元胶凝材料的水化协同性），抑制由于铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥的水化产物晶型转变所导致的强度倒缩（通过石膏在水化后期持续充足地提供硫酸根离子）。以上三大举措，确保砂浆在高早强的前提下，避免出现其他的性能降低或不均衡。当然，也有通过使用早强剂如甲酸钙、碳酸锂等加速水泥水化反应的快速进行以提高早期强度。但需要指出的是，由于前述早强行为所依赖的水泥水化产物快速形成，不利于硬化体结构的充分构建和排布，当收缩应力值超过正在发展的硬化体结构的荷载时，将导致不可逆的硬化体结构破坏。另一方面，水泥的水化反应为放热反应，快速的水化反应也使得水化反应放热过于集中而无法充分和及时释放，进而形成较为明显的热应力，热应力对于硬化体结构也会产生冲击性影响。因此，对于早强剂的使用务必十分谨慎。

（2）使用较高温度的水拌和砂浆，拌和水温度宜为 40～80 ℃；

（3）对于拌和好的砂浆在其使用过程中应每隔 15 min 搅拌一次，并确保在 1 h 内使用完毕。

（4）施工前应检查基层施工质量状况，除清除疏松之处外，还应确保基层干燥、无结冰、无霜冻。

（5）增加保温板材的有效粘贴面积。

（6） 采用覆盖棉毡等方式对已施工但性能尚未充分取得的墙体部位进行保温处理。

3 结 语

本文分析了建筑外墙外保温系统冬季施工风险，提出了缓解相应的措施。需要指出的是，上文提出的缓解措施很大程度上只是部分缓解了冬季施工时较低的环境温度对外墙外保温系统材料和结构的不利影响，并不能完全消除此类不利影响。冬季低温条件对外墙外保温系统的材料及系统早期性能（如黏结性能、柔韧性能、体积稳定性等）的发展产生了非常明显的负面影响， 此类面影响所导致的一系列负面结果的交互和累计对于外墙外保温系统长期耐久性始终是不容忽视，甚至是致命的隐患。