居住建筑节能系统外保温层PUR板的剪切粘接强度研究

杨雪 魏舒乐

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.005

摘 要：为解决国内外墙外保温发展存在的问题，简述了居住建筑常用节能保温改造方式，梳理了外保温层起鼓、产生裂缝和脱落的原因，重点设计了建筑外墙外保温层PUR板（聚氨酯板）的剪切粘接强度测试试验，采用PUR板、胶粘剂和混凝土砖块制备外保温层，探究粘接界面缺陷面积和缺陷位置这2个因素对外保温层剪切粘接强度的影响。试验结果表明，粘接缺陷面积占比变大，试件剪切粘接强度会偏低，缺陷面积超过60%时，产生的影响更加严重；缺陷位置靠前，试件的剪切粘接强度偏低，缺陷位置不对称，也会直接影响外保温层的粘接强度。

关键词：居住建筑；外保温层；缺陷面积；缺陷位置；剪切粘接强度

中图分类号：TQ328.3       文献标志码：A       文章编号：1001-5922（2024）02-0017-03

Study on shear adhesion strength of PUR board of external insulation layer of energy-saving system of residential building

YANG Xue，WEI Shule

（Xian Peihua University，Xian  710125，China）

Abstract：In order to solve the problems existing in the development of external insulation at home and abroad，this paper briefly described the common energy saving and thermal insulation renovation methods of residential buildings，sorted out the causes of bulging，cracks and falling off of the external insulation layer，the shear adhesion strength test of PUR board of building exterior insulation layer was designed，and the outer insulation layer was prepared by PUR board，adhesive and concrete brick，and the influence of two factors，namely the area of defects at the adhesive interface and the location of defects，on the shear bonding strength of the external insulation layer was explored.The test results showed that the shear bond strength of the specimen was lower with the increase of the bond defect area proportion.When the defect area exceeded 60%，the impact was more serious.If the defect position was in the front，the shear bonding strength of the specimen was low，and the defect position was asymmetrical，which also directly affected the bonding strength of the outer insulation layer

Key words：residential buildings;outer insulation layer;defect area;defect location;shear bond strength

建筑常用保溫材料如EPS板（膨胀聚苯乙烯板），主要用于建筑墙体、屋面的保温，XPS板（挤塑聚苯乙烯板）在浸水条件下还能保持较高的抗压和保温性能。PUR板（聚氨酯板）可看作目前除了新型真空保温材料以外性能最好的保温材料，其导热系数较低，使用寿命较长^[1]。基于PUR板进行外保温层粘接强度的测试与分析，制备保温层试件、设计测试方案，研究粘接界面不同的缺陷面积和位置对外保温层粘接强度的影响，以期促进外墙外保温的合理应用，推进建筑节能工作的开展。

1 居住建筑节能保温改造分析

1.1 居住建筑节能保温改造方式分析

目前，墙体的保温多采用外墙外保温形式，其不仅可消除热桥效应，还有助于延长建筑物使用寿命，减少裂缝的产生。我国居住建筑的窗结构大多是木框或者单层玻璃外窗，保温效果较差。可采用传热系数较小的节能玻璃或断热窗框进行外窗的节能改造。平屋顶的改造可分为正置式屋顶和倒置式屋顶的节能保温改造，前者可采用的保温材料如岩棉板、聚苯板、玻璃岩板等，后者可采用的保温材料如挤塑聚苯板、聚氨酯等不吸水材料^[2-3]。居住建筑墙体常用的保温材料如表1所示，其中导热系数平均温度为23 ℃^[4]。

1.2 建筑外保温层常见问题与原因

1.2.1 起鼓

造成保温板和饰面层大面积起鼓的主要原因有胶粘剂黏度过低、胶浆配制的稠度不足、施工时没有挤揉苯板致使保温板内存在空腔等，如果配备的胶浆黏度较低，贴敷到墙面上产生流动会导致保温板局部的虚贴。外保温饰面涂层的透气性差也会造成内部水蒸气扩散受阻，从而起鼓^[5]。

1.2.2 裂缝

外墙外保温层一旦产生裂缝，其保温性能、耐久性能以及抗压强度均会大大降低。EPS板使用前需要经过一定时间的收缩变形，然而实际施工中，往往EPS板的养护时间还不够就被用于建筑节能系统外保温层的施工，EPS板在墙上持续收缩造成板缝处出现裂缝。耐碱网格布广泛应用于外墙保温和墙体增强，与抗裂砂浆共同构成外保温系统的防护层。如果耐碱网格布紧贴聚苯板粘贴或者置于抹面层胶浆之外，容易限制网格布对体系的增强作用、减弱面层的抗冲击强度，致使面层产生裂纹，随之形成更长、更宽的裂缝^[6]。

1.2.3 脱落

现实中大量的墙体存在节能系统外保温层的脱落问题，造成这一现象的主要原因有所用胶泥的质量性能不达标、基层表面不平整、粘接面积小、所用保温板抗拉强度低以及施工过程当中的操作不规范等。墙体平整才能使得胶层受力均匀，粘接强度更高。若保温板不能满足保温系统自重或饰面的承载要求，很容易导致建筑外墙保温层大面积的脱落，使得建筑达不到相关的节能标准^[7]。

2 居住建筑外保温层剪切粘接强度测试

2.1 材料

試验所用材料主要包括碎石、矿渣、水泥、河沙、胶粘剂以及硬泡聚氨酯板等。胶粘剂采用的是某厂生产的保温专用聚合物胶泥。硬泡聚氨酯芯材的密度为35 kg/m³，导热系数不高于0.024 W/（m·K），尺寸稳定性小于1 %，施工工艺简单，其底面是水泥剂材料，可直接采用水泥浆砂进行保温板和墙体的粘接^[8]。

2.2 试样制备

采用C30混凝土制备混凝土砖作为基层墙体。将碎石、河沙和水泥等材料放入搅拌机，加水搅拌均匀，倒入固定尺寸的模具中，然后将其放在振动台上振捣一定时间，以排出空气，使得混凝土砖密度均匀。混凝土砖的尺寸为：200 mm×150 mm×40 mm，砂浆面应略高于模具顶面，刮去多余砂浆，并抹平表面。脱模后在标准条件下养护28 d后备用。

采用PUR板制备保温层试件，将其裁割成尺寸为100 mm×100 mm×40 mm的试件。裁割的过程中要顺着一个方向慢慢裁割，避免硬质聚氨酯泡沫塑料切口不整齐。然后打开胶粘剂拌制，注意控制胶粘剂的稠度，放置一段时间后备用。

保证混凝土砖表面平整、没有灰尘和油脂等异物的前提下，在胶泥拌制完成的2 h内，尽快将其涂抹于混凝土砖面上，然后粘贴PUR保温板，将边缘多余胶粘剂刮除，养护14 d后成型，完成试件制备，之后测定保温板的剪切粘接强度。

2.3 测试方案

外保温层粘接效果测试与分析采用的仪器：顶推式千斤顶、称重传感器、位移传感器和应变测试系统等。将试件放到试件槽内进行固定，设定预压荷载为1Symbol～A@2 kN，加载速率5  mm/min，对试件进行加载直到试件被破坏。

外保温层剪切破坏过程大致分为初始变形阶段、变形发展阶段和破坏阶段这3个阶段。设定一组标准试件，其保温板与墙体基层之间粘接界面不存在粘接缺陷。其余各组试件在粘接面积、位置方面存在不同程度的缺陷。设定缺陷形状为正方形，固定缺陷位于PUR板的中下方位置，改变缺陷面积，从第2组的18%开始以9%为梯度增加，探究粘接面积对外保温层剪切粘接强度的影响；固定缺陷面积为36%，改变粘接缺陷位置，分别位于左角、左侧中、正中、中前和中后位置，探究缺陷位置对外保温层剪切粘接强度的影响。每组3个试件，以平均值为最终测试结果，同时记录破坏荷载、位移等信息^[9-10]。

3 试验结果与分析

3.1 缺陷面积对外保温层剪切粘接强度的影响

设定8个组，第1组试件为满粘，缺陷面积为0%，作为对照。第2组缺陷面积18%，第8组缺陷面积为72%。试件制备过程中没有使用界面剂，剪切破坏试验所测得的胶粘剂与PUR保温板之间的粘接强度如表2所示。

由表2可知，PUR板材质较硬，刚性性质较强，剪切破坏试验中外保温层的破坏均为粘接界面破坏，未出现混凝土砖基层或者保温板自身损坏，证实该方法测试粘接界面的强度是有效的。在其他因素不变的情况下，缺陷面积占比越高，试件破坏荷载越小，但二者不是单纯的线性关系^[11-12]。破坏过程中试件整体上的剪切粘接强度没有发生明显变化，基本维持在0.042 MPa上下。当缺陷面积超过60%时，试件破坏荷载和抗剪强度均迅速降低，位移急剧增大，此时缺陷面积因素对保温层粘接效果的影响开始显现。

3.2 缺陷位置对外保温层剪切粘接强度影响

在确定缺陷形状为正方形、缺陷面积为36%的基础下，改变缺陷位置，PUR板外保温层剪切粘接强度的变化曲线如图1所示。

由图1可知，试件剪切破坏发生于粘接界面，粘接缺陷位置不同引起了外保温层粘接效果的变化，粘接强度达到最大值时对应的PUR板前端位移不同。没有粘接缺陷的试件抗剪切粘接强度为0.046 MPa，前端位移为5.12 mm。相比于其他位置，粘接缺陷位于中后部位时，试件抗剪切粘接强度最大，为0.05 MPa。呈现该变化的原因在于，粘接界面上的缺陷位于上方时，保温层内部缺陷表现明显，从力学层面分析，胶接接头是不连续的。在加载过程中，接头所受荷载通过胶层从前向后传递，使得前端的粘接强度很低，变形大，并且向后扩散。当粘接层面的缺陷位于后端时，加载边缘处有足够的胶粘剂，因此试件的粘接强度较高^[13-14]。粘接缺陷位于左角和侧中位置时，粘接剂分布位置不均匀、不对称，使得内部缺陷程度更加严重。胶粘剂分布越不对称，外保温层越容易被破坏。

4 结语

为改善外保温层的粘接性能，本文以PUR板为例，探究不同因素影响下外保温层的剪切粘接强度变化，研究结果表明：粘接缺陷面积低于60%，其粘接强度基本持平，超过60%，破坏荷载和粘接强度迅速降低；缺陷位置从前向后移，粘接强度逐渐增大，分布不均匀时也容易导致保温板的脱落。

【参考文献】

[1]许晓辰.硬质聚氨酯泡沫塑料的发展及应用[J].化工设计通讯，2020，46（3）：3-4.

[2]湛孝华.建筑外墙外保温系统节能技术及施工工艺分析[J].房地产世界，2022（4）：134-136.

[3]黄波.既有居住建筑节能改造研究[J].节能，2020，39（10）：13-14.

[4]鞏玉发，郑文瑶.阜新地区居住建筑墙体保温节能材料的应用研究[J].建筑节能，2020，48（4）：39-43.

[5]董国军.高层住宅外墙复合保温板施工研究[J].科技创新导报，2018，15（9）：165.

[6]张自聪.建筑外墙外保温系统工程裂缝成因及修复技术[J].建材与装饰，2020（20）：8-9.

[7]陈敏.建筑工程外墙外保温层脱落排查和治理工作探讨[J].安徽建筑，2021，28（5）：185-186.

[8]张茵.外墙外保温系统用粘接材料的性能及其影响因素[D].西安：西安建筑科技大学，2019.

[9]金坚强.泡沫混凝土保温板外墙外保温系统力学及热工特性研究[J].建筑与文化，2017（4）：134-135.[10]王显文.浅谈现喷硬质聚氨酯泡沫塑料外墙外保温系统施工[J].内燃机与配件，2017（5）：138-139.

[11]李雨珊，尹世平，徐世烺，等.工程水泥基复合材料与发泡式聚苯乙烯保温板的界面粘接性能[J].复合材料学报，2022，39（11）：5251-5263.

[12]姚震杰.节能背景下的建筑外墙保温层剪切粘接强度研究[J].粘接，2022，49（11）：42-45.

[13]王亚群.外墙外保温系统中保温层与粘接层的性能研究[D].合肥：安徽建筑大学，2021.

[14]李栋锋.外墙外保温系统保温层剪切粘接强度研究[D].锦州：辽宁工业大学，2016.

收稿日期：2023-09-16；修回日期：2023-12-16

作者简介：杨 雪（1989-），女，硕士，讲师，工程师，研究方向： 绿色建筑技术;E-mail：1728610036@qq.com。

基金项目： 2022年度陕西省教育厅科研计划项目（项目编号：22JK0491）。

引文格式：杨 雪，魏舒乐.居住建筑节能系统外保温层PUR板的剪切粘接强度研究[J].粘接，2024，51（2）：17-19.