河南省住宅建筑外墻保溫技術(shù)發(fā)展趨勢分析

杜書廷，楊毅哲，郭 鵬

(1.許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000；2.華北水利水電大學(xué) 土木與交通學(xué)院，河南 鄭州 450045)

隨著我國建筑節(jié)能工作的持續(xù)推進(jìn)，北方寒冷地區(qū)的采暖住宅建筑外墻保溫技術(shù)得到了長足發(fā)展，河南省逐步形成了以粘釘EPS、XPS、巖棉等保溫板為主的外墻外保溫構(gòu)造，但經(jīng)過二十余年的工程應(yīng)用證明，這些保溫技術(shù)雖然節(jié)能效果良好，但也存在脫落、防火性差、壽命短等許多不足[1]. “十三五”時(shí)期以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，建筑業(yè)進(jìn)入了新的時(shí)期，發(fā)展裝配式建筑和綠色建筑等成為重要內(nèi)容，建筑材料技術(shù)發(fā)展迅速，國家對建筑節(jié)能提出了更高的要求，農(nóng)村住宅節(jié)能得到重視.裝配式建筑要求外墻保溫追求建筑、結(jié)構(gòu)、裝飾一體化設(shè)計(jì)和裝配式施工，居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)由65%提供到75%，意味著對外墻保溫的節(jié)能要求大幅度提高，大量高層住宅對外墻保溫的安全性、防火性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等綜合性能要求更高. 這些新形勢、高要求對傳統(tǒng)外墻保溫技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此，了解住宅建筑外墻保溫的使用現(xiàn)狀，分析外墻保溫技術(shù)如何改進(jìn)與發(fā)展非常必要.

1 河南省外墻保溫現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 調(diào)查方式及內(nèi)容

本次調(diào)查采用典型調(diào)查方式進(jìn)行，即隨機(jī)抽取一定數(shù)量的住宅建筑為對象，采取逐個(gè)住區(qū)、逐棟樓、逐個(gè)項(xiàng)目問卷、觀測、走訪、統(tǒng)計(jì)等方法，共發(fā)放調(diào)查問卷150份，收回調(diào)查問卷144份，有效問卷142份，有效樣本量占總樣本量的94.6%.調(diào)查內(nèi)容主要包括建筑基本情況、外墻外窗構(gòu)造、外墻保溫做法等，其中基本情況包括建造時(shí)間、結(jié)構(gòu)類型、建筑高度等，外墻外窗構(gòu)造包括外墻構(gòu)造、外墻飾面、外窗構(gòu)造等，外墻保溫做法包括保溫材料、保溫方式、保溫體系、質(zhì)量問題等.

1.2 調(diào)查對象

調(diào)查對象為許昌、鄭州、周口、安陽等地市的部分城鎮(zhèn)住宅建筑，對象的選取考慮了建筑結(jié)構(gòu)類型、建造年代、建筑高度、面積大小、所在區(qū)位、已建或在建等因素，具有一定的代表性. 就建造年代而言，在建工程項(xiàng)目為46個(gè)，所占比例為32.4%，2011年以后新建的有45棟，占總調(diào)查數(shù)量的31.7%，2000年到2010年之間建造的為46棟，所占比例也為32.4%. 就結(jié)構(gòu)類型而言，在調(diào)查的142棟建筑中，以框架剪力墻結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)為主，其中框架剪力墻結(jié)構(gòu)為59棟、比例為41.5%，磚混結(jié)構(gòu)為43棟、比例為30.3%，還有少量的剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu). 就建筑高度而言，其中高度為10-20 m的所占比例為27.5%，40-80 m的高層住宅居多，數(shù)量為68棟，所占比例高達(dá)47.9%. 就區(qū)位分布而言，許昌市、鄭州市、安陽市較多，分別為46、31、27棟，新老城區(qū)的數(shù)量分別為88和54棟.

1.3 外墻外窗構(gòu)造

就外墻主體構(gòu)造而言，由鋼筋混凝土剪力墻、加氣混凝土砌塊組合墻的最多，數(shù)量為59棟，所占比例為41.5%；采用粘土磚或灰砂磚的有43棟，比例為30.3%；全部為鋼筋混凝土剪力墻的比例為16.2%；全部采用加氣混凝土砌塊的建筑比例為12%. 就外墻飾面做法而言，由輕質(zhì)非金屬裝飾板飾面的高達(dá)43棟、比例30.3%，采用防水涂料飾面的有35棟、比例為24.6%，采用墻磚飾面也有25棟建筑，比例為17.6%，有23棟建筑下部樓層采用石材飾面，上部樓層采用涂料飾面，比例為16.2%，還有16棟建筑采用輕金屬板材飾面，比例為11.3%. 就外窗構(gòu)造而言，采用塑鋼推拉窗的建筑最多，數(shù)量高達(dá)84棟，比例為59.2%；其次是采用斷橋式鋁塑復(fù)合窗，數(shù)量為37棟、比例為26.1%；還有少量建筑采用了鋁合金窗或鋼窗，比例分別為9.2%和5.6%.

1.4 外墻保溫構(gòu)造

從外墻保溫材料選用情況來看，有88棟建筑外墻保溫材料采用了聚苯乙烯泡沫塑料(簡稱聚苯，分EPS、XPS兩種型號(hào))，比例高達(dá)62.0%，其中絕大多數(shù)采用的是EPS板，部分是EPS或XPS做芯材的保溫裝飾板；采用酚醛泡沫塑料(PF)的建筑比例為12.7%，采用聚氨酯泡沫塑料(PU)的比例為10.6%，采用巖棉板或巖棉芯材保溫裝飾板的比例為8.5%，還有6.3%的建筑采用了保溫磚或保溫砌塊.

從外墻保溫體系選用情況來看，有46棟建筑采用聚苯板(EPS或XPS)薄抹灰外保溫系統(tǒng)，比例為32.4%，其中絕大多數(shù)外飾面為防水涂料，少量的外墻飾面為墻磚；有41棟建筑采用保溫裝飾一體化系統(tǒng)，保溫材料采用聚苯、巖棉、聚氨酯、酚醛等為芯材的保溫裝飾板，所占比例為28.9%；有30棟建筑采用聚苯板(EPS或XPS)現(xiàn)澆鋼筋混凝土外保溫系統(tǒng)，其中多數(shù)為無網(wǎng)體系，比例為21.1%；有11棟建筑采用了采用酚醛板(PF)薄抹灰外保溫系統(tǒng)，所占比例為7.7%；還有6.3%的建筑采用了墻體自保溫系統(tǒng).

2 河南省外墻保溫技術(shù)分析

2.1 外墻保溫技術(shù)發(fā)展

河南省地跨寒冷和夏熱冬冷兩個(gè)熱工分區(qū)，但絕大多數(shù)城市屬于寒冷地區(qū)，外墻保溫構(gòu)造做法基本依據(jù)寒冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì). 就保溫方式而言，93.7%的建筑采用了外保溫，極少量建筑采用了墻體自保溫，內(nèi)保溫、夾心保溫?zé)o一采用. 就保溫材料而言，高達(dá)85.2%的建筑采用了有機(jī)保溫材料，其中以聚苯乙烯泡沫塑料板使用最多，無機(jī)保溫材料使用很少. 就保溫構(gòu)造體系而言，低層和多層住宅多用聚苯板薄抹灰系統(tǒng)，其中以膨脹型聚苯板(EPS)為主，少量建筑采用酚醛板薄抹灰系統(tǒng)，高層住宅主要采用EPS板(無網(wǎng))現(xiàn)澆混凝土體系和聚苯芯材保溫裝飾板保溫系統(tǒng)，但隨著2009年國家對外墻保溫防火要求提高，聚苯板不宜使用于高層建筑，2010年以后的高層住宅建筑逐步開始采用以防火性較好的巖棉、酚醛為芯材的保溫裝飾板. 就連接構(gòu)造而言，保溫板薄抹灰系統(tǒng)一般采用專用粘結(jié)砂漿粘貼加上斷橋式錨栓固定相結(jié)合，保溫板外層涂抹聚合物抗裂砂漿并壓入玻璃纖維網(wǎng)格布，保溫裝飾板則采用貼面或干掛兩種形式，EPS板現(xiàn)澆混凝土體系采用開槽的EPS板置于外模板內(nèi)側(cè)，安裝錨栓后澆注混凝土，使鋼筋混凝土墻體與EPS板結(jié)合為一體. 由上述分析可知，河南省外墻保溫技術(shù)基本上采用的是傳統(tǒng)的保溫體系，CL建筑結(jié)構(gòu)體系、保溫砌塊自保溫、無機(jī)輕集料砂漿保溫系統(tǒng)等新型保溫技術(shù)應(yīng)用較少.

2.2 外墻保溫存在的問題

2.2.1 安全性不足

目前外墻保溫以外貼(或釘、掛)EPS、XPS巖棉等保溫板為主，通過大量的工程應(yīng)用證明，這些保溫系統(tǒng)安全性不能完全保證，大量出現(xiàn)粉刷層空鼓、面層開裂、面磚脫落等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)保溫板同飾面層一起大面積脫落，不僅影響外墻保溫效果，而且造成嚴(yán)重的安全隱患. 分析上述問題產(chǎn)生的原因，主要有三方面：一是構(gòu)造設(shè)計(jì)不科學(xué)，專用粘結(jié)砂漿、保溫板、聚合物抗裂砂漿、水泥砂漿、墻磚、鋼絲網(wǎng)、玻纖網(wǎng)等材料線性膨脹系數(shù)差距過大，在溫度應(yīng)力作用下的變形不同步，無法做到柔性釋放內(nèi)應(yīng)力[2]；二是施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，基層處理不到位、粘結(jié)砂漿涂抹面積不足、錨栓數(shù)量不足或錨固深度不夠、抗裂砂漿過厚、飾面抹灰質(zhì)量低下等，都會(huì)造成外墻保溫出現(xiàn)裂縫、脫落等；三是材料質(zhì)量不合格，部分工程采用廉價(jià)的不合格保溫材料，其機(jī)械強(qiáng)度、平整度、粘接強(qiáng)度、容重等基本性能很難滿足工程要求，絕大多數(shù)工程使用陳化不足的保溫板，使得收縮率過高[3]，粘結(jié)砂漿強(qiáng)度不足不能完全滿足承載要求，特別是外墻為面磚飾面時(shí)更難滿足.

2.2.2 防火性不足

近年來，因外墻保溫材料而引發(fā)的火災(zāi)事故屢次發(fā)生，代表性的有上海靜安區(qū)教師公寓樓火災(zāi)、南京中環(huán)國際廣場火災(zāi)、北京央視火災(zāi)等，鄭州市近期先后有九龍國際、綠地原勝國際因外保溫發(fā)生火災(zāi)事故，這些事故造成了嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，外墻保溫材料的防火性能得到了業(yè)內(nèi)的高度重視，國家也加大了對外墻保溫的防火要求. 自2009年以來，國務(wù)院、住建部、公安部等先后發(fā)布了公安部和住建部46號(hào)、公安部消防局65號(hào)、國務(wù)院46號(hào)等文件，分別對建筑外墻保溫的防火問題進(jìn)行了嚴(yán)格要求，嚴(yán)格規(guī)定燃燒性能為B2級(jí)的保溫材料不能使用于高層建筑外墻保溫. 就本次居住建筑外保溫調(diào)查來看，多數(shù)既有建筑采用的是燃燒性能為B2級(jí)的EPS、XPS、PUR等保溫材料，同時(shí)很少設(shè)計(jì)防火梁或防火隔離帶，其防火性能遠(yuǎn)不能滿足相關(guān)要求，存在嚴(yán)重的火災(zāi)隱患.

2.2.3 耐久性不足

目前我國推行的聚苯板薄抹灰等幾種外保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用壽命一般為20-25年，加上可能存在材料質(zhì)量不合格、施工質(zhì)量控制不嚴(yán)等問題，常用外保溫系統(tǒng)的抗老化性能遠(yuǎn)低于理論數(shù)值，實(shí)際壽命應(yīng)該低于20年，而我國居住建筑設(shè)計(jì)使用年限一般不低于50年，這就意味著現(xiàn)行的保溫系統(tǒng)無法與建筑主體結(jié)構(gòu)同壽命，需要在使用20多年以后進(jìn)行二次改造. 二次改造是在建筑物正常使用狀態(tài)下，把原來的飾面構(gòu)造、保溫構(gòu)造全部拆除，重新進(jìn)行基層處理、粘貼錨固保溫板、涂抹保護(hù)層、做外墻飾面，整個(gè)工作需要解決好改造費(fèi)用來源、建筑垃圾處理、施工對居民生活的影響、拆除與施工對主體結(jié)構(gòu)的破壞等問題，因此，二次改造將是一項(xiàng)消耗資源與財(cái)力、需要協(xié)調(diào)各方矛盾的巨大工程，必將是一個(gè)十分棘手的難題.

2.2.4 構(gòu)造復(fù)雜

我國現(xiàn)行的外保溫系統(tǒng)大多構(gòu)造復(fù)雜、施工繁瑣. 其中，應(yīng)用最多的聚苯板薄抹灰保溫系統(tǒng)構(gòu)造最復(fù)雜，構(gòu)造層次包括基層、粘結(jié)層、保溫層、保護(hù)層、飾面層等，施工程序包括基層處理、裁切保溫板、拌制并涂抹粘結(jié)砂漿、粘釘保溫板、涂抹抗裂砂漿、壓入玻纖網(wǎng)、做外墻飾面等眾多環(huán)節(jié)；高層建筑中多用的保溫裝飾一體化板保溫系統(tǒng)施工過程也很復(fù)雜，至少包括基層處理、彈放基準(zhǔn)線、粘貼保溫裝飾板、專用扣件錨固、板縫填塞密封、清潔面板等程序；其他保溫系統(tǒng)做法基本與上述兩種基本相似，施工工藝比較復(fù)雜. 因施工難度相對較大，對工人技術(shù)要求較高，需要專業(yè)人員進(jìn)行施工，施工成本增加，同時(shí)施工質(zhì)量不易控制，容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，進(jìn)而影響外墻保溫安全性.

3 外墻保溫技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 一體化保溫系統(tǒng)成為主流

目前外墻主要的構(gòu)造層次為墻體主體結(jié)構(gòu)、保溫層和飾面層，分別滿足外墻圍護(hù)、承重、保溫和美觀等方面的要求，但從眾多外墻保溫鼓泡、裂縫、脫落等質(zhì)量事故來看，主要是沒有解決好三個(gè)構(gòu)造層次之間的安全連接、變形協(xié)調(diào)問題. 所以，在未來一段時(shí)期內(nèi)，無論從提高保溫系統(tǒng)的安全性方面，還是從裝配式建筑技術(shù)發(fā)展需要方面，均需要進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)、保溫、裝飾三方面之間的一體化程度，盡量采用各種形式的一體化保溫系統(tǒng).

就結(jié)構(gòu)與保溫一體化而言，主要使用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土外墻：一是采用原有的EPS板現(xiàn)澆混凝土保溫系統(tǒng)，但要提高其抗裂砂漿保護(hù)層的適應(yīng)變形能力，減少出現(xiàn)裂縫的可能，同時(shí)盡量采用輕質(zhì)的飾面材料；二是采用以CL建筑結(jié)構(gòu)體系為代表的鋼絲網(wǎng)架夾心板現(xiàn)澆混凝土保溫，但要加強(qiáng)施工監(jiān)控以保證施工質(zhì)量，同時(shí)加強(qiáng)技術(shù)改進(jìn)，降低鋼筋用量和墻體厚度，完善局部熱橋的構(gòu)造處理. 就保溫與裝飾一體化而言，可以應(yīng)用于鋼筋混凝土、砌塊非承重墻和承重磚墻，主要包括各類保溫裝飾一體化板保溫系統(tǒng)，其芯材將以巖棉為主，但要改進(jìn)面層防滲水性能，如果芯材選用聚苯板、聚氨酯、酚醛板等有機(jī)材料，一定要對其進(jìn)行防火處理并選用封閉型構(gòu)造，面板材料選用輕質(zhì)金屬或非金屬板材，但要做好其防腐或抗老化處理. 就結(jié)構(gòu)、保溫、裝飾三者一體化而言，主要應(yīng)用于裝配式建筑外墻，即各種類型的預(yù)制夾芯保溫復(fù)合墻板，主要包括混凝土巖棉復(fù)合墻板、混凝土聚苯復(fù)合墻板、混凝土珍珠巖復(fù)合墻板、鋼絲網(wǎng)水泥保溫材料夾芯板等，用于非承重墻時(shí)盡量采用輕骨料混凝土.

3.2 發(fā)展墻體自保溫體系

墻體自保溫方式一直以來在工程實(shí)踐中應(yīng)用較少，主要因?yàn)檎惩链u、灰砂磚、混凝土砌塊、現(xiàn)澆混凝土等墻材在滿足強(qiáng)度要求前提下，因?qū)嵯禂?shù)較大很難再滿足保溫要求. 但未來幾年中，城市新建住宅以框架剪力墻結(jié)構(gòu)為主的高層建筑居多，農(nóng)村住宅仍以1-3層的框架或磚混結(jié)構(gòu)為主，外墻大多將是填充墻和對強(qiáng)度要求較低的承重墻，同時(shí)隨著自保溫墻體材料綜合性能的改進(jìn)，為墻體自保溫體系的廣泛應(yīng)用提供了契機(jī).

對于非承重的填充墻而言，可由蒸壓加氣混凝土、泡沫混凝土、陶粒加氣混凝土、膨脹?；⒅?、EPS(或PU)復(fù)合混凝土等自保溫砌塊采用專用砂漿砌筑而成，也可以采用現(xiàn)澆泡沫混凝土墻體[4]. 對于農(nóng)村低層住宅承重外墻而言，在研究討論滿足強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，可以采用蒸壓加氣混凝土砌塊、頁巖燒結(jié)空心砌塊、淤泥燒結(jié)保溫磚、EPS(或PU)復(fù)合混凝土空心砌塊等砌筑而成. 墻體自保溫需要注意兩個(gè)關(guān)鍵問題：一是進(jìn)一步改進(jìn)自保溫材料的微觀結(jié)構(gòu)、配合比、外加劑等，在保證原有強(qiáng)度的基礎(chǔ)上降低其導(dǎo)熱系數(shù)，以減少墻體厚度或擴(kuò)大寒冷地區(qū)應(yīng)用范圍；二是科學(xué)進(jìn)行鋼筋混凝土梁柱板部位的熱橋處理，建議采用保溫砂漿或巖棉等無機(jī)保溫材料，以保證其防火性和耐久性，同時(shí)處理好熱橋部位與自保溫墻體的接縫處理[5].

3.3 無機(jī)保溫材料和復(fù)合型材料廣泛應(yīng)用

在常見的保溫材料中，有機(jī)材料一般絕熱性能優(yōu)于無機(jī)材料，但其防火性和耐久性明顯不如無機(jī)材料。北方嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)因保溫要求高多選用EPS、XPS、PU、PF等有機(jī)材料，但正如前文3.1和3.2部分所述，大量工程應(yīng)用證明，有機(jī)保溫材料火災(zāi)和安全隱患明顯，同時(shí)耐久性不足. 依據(jù)現(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016-2014)要求，高度超100 m的住宅建筑外墻外保溫材料燃燒性能為A級(jí)，高度超過27 m低于100 m的住宅建筑外墻保溫材料不低于B1 級(jí)，只有高度在27 m以下的建筑才可使用B2級(jí)保溫材料[6]，而過去常用的EPS、XPS、PU、PF等燃燒性能為B2級(jí)，肯定無法應(yīng)用于高層建筑，對于未來以20層以上的城市住宅建筑而言，只能選用燃燒性能為A級(jí)或B1級(jí)的保溫材料. 這樣，以巖棉、輕骨料無機(jī)保溫砂漿、玻璃棉、加氣混凝土、淤泥保溫磚、頁巖空心磚等為主的無機(jī)保溫材料將會(huì)大量應(yīng)用，而傳統(tǒng)有機(jī)保溫材料將會(huì)與無機(jī)材料結(jié)合向復(fù)合型方向發(fā)展，比如泡沫混凝土、聚苯復(fù)合保溫砌塊、聚苯顆粒保溫漿料、聚氨酯巖棉復(fù)合保溫板、玻璃纖維增強(qiáng)水泥混凝土(GRC)等，這些材料兼具了無機(jī)材料不燃的性能和有機(jī)材料良好的保溫性能，滿足了外墻保溫對安全防火與節(jié)能保溫兩方面的要求.

3.4 組合保溫逐步應(yīng)用

目前，外墻保溫方式主要有外保溫、內(nèi)保溫、自保溫、夾心保溫四種，但工程中主要以單一的外保溫或內(nèi)保溫為主，同時(shí)采用兩種及以上形式的組合保溫很少. 通過5.3部分的分析可知，無機(jī)保溫材料和復(fù)合型保溫材料將更多應(yīng)用，這類材料固然可以保證外墻保溫的防火性、耐久性和安全性，但其絕熱性能不足，如果仍采用單一的保溫形式，很難完全滿足寒冷地區(qū)外墻傳熱系數(shù)要求，而采用多種方式共同作用的組合保溫卻有可能滿足要求，所以，過去單一的保溫形式將會(huì)向組合保溫方式逐步發(fā)展[7]. 實(shí)際上，近年來在江浙滬地區(qū)已出現(xiàn)了無機(jī)保溫砂漿內(nèi)外組合保溫系統(tǒng)，通過改進(jìn)保溫砂漿的性能和合理的厚度組合，該保溫方式將可能應(yīng)用于北方寒冷地區(qū)，特別是對于地處寒冷區(qū)和夏熱冬冷區(qū)邊界的河南省而言，因?qū)ν鈮峁ば阅芤筝^低而更可能廣泛使用. 對于其他廣大寒冷地區(qū)而言，可通過提高墻體自身的保溫性能，構(gòu)建墻體自保溫、外保溫、內(nèi)保溫共同作用的組合保溫，完全可滿足大部分寒冷地區(qū)住宅建筑外墻傳熱系數(shù)要求.

4 結(jié)語

通過對河南省住宅建筑現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查與分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有外墻保溫做法基本規(guī)范，但也存在安全性能、防火性不足、耐久性能等諸多不足，故對外保溫技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)提高非常必要. 結(jié)合新時(shí)期國家建筑業(yè)發(fā)展新形勢、新要求以及河南省氣候特點(diǎn)和地域特色，分析發(fā)現(xiàn)住宅建筑外墻保溫將向以下幾方面發(fā)展：第一，建筑、結(jié)構(gòu)、保溫、防火、裝飾等方面做法一體化將成為主流，特別是結(jié)構(gòu)與保溫、保溫與裝飾兩方面一體化將廣泛應(yīng)用；第二，由承載能力和保溫效果均優(yōu)良為墻體材料的自保溫體系逐步增多，主要應(yīng)用于非承重填充墻和低層承重外墻中；第三，保溫方式將不再局限于單一形式，兩種及以上保溫形式共同解決保溫問題逐步出現(xiàn)，內(nèi)外組合、內(nèi)中外組合等保溫方式開始應(yīng)用并逐步向北方地區(qū)發(fā)展；第四，巖棉、保溫砂漿等無機(jī)保溫材料將廣泛應(yīng)用，有機(jī)保溫材料逐步向復(fù)合型發(fā)展.

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