上海地區(qū)建筑外墻保溫技術(shù)的比選及錨栓抗拉測試研究

倪 梁

上海標(biāo)濟(jì)工程質(zhì)量檢測有限公司 上海 201316

隨著改革開放的飛速發(fā)展，人們對于生活質(zhì)量的追求也日益提高，與此同時(shí)，社會對能源的消耗也越來越大，而我國卻是一個(gè)屬于能源短缺型國家。因此，為了國家的可持續(xù)發(fā)展，建立“節(jié)約型社會”已經(jīng)成為各行各業(yè)所追求的目標(biāo)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能外墻保溫技術(shù)就是其中一項(xiàng)重要技術(shù)。

上海的“濕冷”國內(nèi)著名，所以，對建筑保溫的要求也特別強(qiáng)烈。圍繞建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻節(jié)能保溫的研究，至今已有20余年，有外墻內(nèi)保溫、外墻外保溫等技術(shù)，還有預(yù)制混凝土夾心保溫等新興技術(shù)。本文主要對上述幾種保溫技術(shù)分別進(jìn)行分析，特別是鑒于外墻外保溫系統(tǒng)時(shí)有保溫層脫落、涉及廣大市民的安全問題，專門對“錨栓的抗拉拔強(qiáng)度”進(jìn)行了測試研究。

1 外墻內(nèi)保溫技術(shù)

外墻內(nèi)保溫技術(shù)是指在外墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)附上一道保溫系統(tǒng)，通過該保溫系統(tǒng)改善墻體的傳熱系數(shù)。外墻內(nèi)保溫技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用時(shí)間較長，技術(shù)相對成熟，在上海常見的保溫材料有水泥基無機(jī)保溫砂漿（II型、III型）、石膏復(fù)合聚苯保溫板等，普遍為相對高強(qiáng)的材料。

1.1 外墻內(nèi)保溫技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)

1）外墻內(nèi)保溫施工技術(shù)完善，對建筑外墻垂直度要求不高，便于施工。

2）外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)處于外墻內(nèi)側(cè)，室內(nèi)溫度波動較之室外略小，更避免了日曬雨淋，降低了保溫系統(tǒng)熱脹冷縮的程度及環(huán)境對系統(tǒng)的腐蝕，正常情況下的內(nèi)保溫系統(tǒng)具有較長的使用壽命。

3）外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)的施工高度較低，無需搭建腳手架，施工相對更加安全。

4）對于小業(yè)主獨(dú)自進(jìn)行室內(nèi)節(jié)能改造有較高的可操作性，可以單戶進(jìn)行節(jié)能改造。

1.2 外墻內(nèi)保溫技術(shù)的主要缺點(diǎn)

1）難以解決建筑熱橋保溫的困難，墻板內(nèi)外溫差可能會相差很大，一旦濕度適宜，極易出現(xiàn)結(jié)露的現(xiàn)象。因長期的潮濕和溫差會導(dǎo)致室內(nèi)墻面出現(xiàn)發(fā)霉、空鼓、開裂等現(xiàn)象。

2）內(nèi)保溫系統(tǒng)所使用的材料往往在節(jié)能材料中屬于高強(qiáng)材料，但其強(qiáng)度相對傳統(tǒng)墻面相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致小業(yè)主在室內(nèi)裝修時(shí)會遇到掛不住、釘不住的情況。

3）內(nèi)保溫系統(tǒng)占據(jù)了室內(nèi)的部分面積，在這個(gè)寸土寸金的年代，許多小業(yè)主為了擴(kuò)大些許使用面積而破壞內(nèi)保溫，從而使保溫的功效徹底喪失。

4）對于既有單體建筑節(jié)能二次改造的工程，內(nèi)保溫施工幾乎沒有可操作性。

5）內(nèi)保溫系統(tǒng)處于建筑外墻內(nèi)側(cè)，無法對外墻面起到保護(hù)作用，致使建筑外墻面內(nèi)外表面溫差較大，久而久之墻體自身容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

2 外墻外保溫技術(shù)

外墻外保溫技術(shù)是指在外墻結(jié)構(gòu)的外側(cè)附上一道保溫系統(tǒng)，在現(xiàn)階段國內(nèi)市場上比較常見，比較常用的保溫材料有水泥基無機(jī)保溫砂漿（Ⅰ型）、改性聚苯板、巖棉板、真空絕熱保溫板、裝飾一體板等。

2.1 外墻外保溫技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)

1）外墻外保溫系統(tǒng)處于建筑外墻面的外側(cè)，故對墻面主體也起到了一個(gè)很好的保護(hù)作用，只要外墻保溫設(shè)計(jì)選材合理，施工規(guī)范，可有效減小外墻內(nèi)外表面的溫差，降低因溫度變化導(dǎo)致墻面變形產(chǎn)生的應(yīng)力，從而可大幅減少外墻面自身的裂縫，大大增加建筑本身的使用壽命。

2）外墻外保溫技術(shù)基本可以消除熱橋的影響，使墻體內(nèi)的潮濕情況得到改善，既可以防止熱橋位置可能造成的結(jié)露現(xiàn)象，降低了熱橋位置的熱損失，又有利于室溫的穩(wěn)定，相比內(nèi)保溫系統(tǒng)進(jìn)一步減少了建筑能耗。

3）對單體工程進(jìn)行二次節(jié)能改造時(shí)具有很大的可操作性，改造施工過程對小業(yè)主的日常生活起居影響較小。

4）相較于內(nèi)保溫系統(tǒng)而言，小業(yè)主在室內(nèi)裝修時(shí)幾乎不會對保溫系統(tǒng)造成損傷。

5）外墻外保溫技術(shù)適用范圍廣，技術(shù)含量較高，既適用于溫暖地區(qū)，又適用于寒冷地區(qū)，同時(shí)也適用于工業(yè)和民用建筑。

2.2 外墻外保溫技術(shù)的主要缺點(diǎn)

1）外墻外保溫系統(tǒng)代替建筑墻面主體處于建筑最外側(cè)，就要承受風(fēng)、雨、雪、輻射等的侵蝕，使外保溫系統(tǒng)表面容易出現(xiàn)裂縫，維修率較高，使用壽命較短。

2）外保溫系統(tǒng)對于建筑外墻面垂直度的要求較高，如果垂直度偏差較大，或外墻立面變化較大，很可能造成局部保溫厚度不均勻。

3）現(xiàn)今高層建筑較多，因此外保溫系統(tǒng)施工時(shí)必須搭建腳手架，增加了高空作業(yè)施工的危險(xiǎn)系數(shù)。

4）如果使用了防火性能不合格的保溫產(chǎn)品，一旦該產(chǎn)品起火，要比內(nèi)保溫系統(tǒng)建筑的火勢更易蔓延。

5）因產(chǎn)品質(zhì)量、施工質(zhì)量、設(shè)計(jì)缺陷等問題，外墻外保溫常有脫落的潛在風(fēng)險(xiǎn)，可能會造成安全事故。

3 預(yù)制混凝土夾心保溫技術(shù)

預(yù)制混凝土夾心保溫技術(shù)是隨著上海近幾年推廣裝配式建筑而興起的一種保溫技術(shù)，其構(gòu)造是由內(nèi)葉混凝土板、外葉混凝土墻板、夾心保溫層以及專有連接件組成的混凝土外墻板。保溫層可使用聚苯板、聚氨酯板等有機(jī)材料，也可使用發(fā)泡水泥板、泡沫玻璃板等無機(jī)材料。

3.1 預(yù)制混凝土夾心保溫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1）對于內(nèi)側(cè)墻片和保溫材料起到了有效的保溫作用，降低了內(nèi)側(cè)墻片的開裂概率，延長了內(nèi)側(cè)墻片和保溫材料的使用壽命。

2）保溫材料的選材要求不高，可選擇范圍較大。

3）預(yù)制構(gòu)件基本在工廠內(nèi)完成，工程現(xiàn)場減少了工序，施工速度快，可以大大縮短工期。

4）對施工的環(huán)境溫度要求不高，無論嚴(yán)寒酷暑都可進(jìn)行施工。

3.2 預(yù)制混凝土夾心保溫技術(shù)的缺點(diǎn)

1）內(nèi)、外側(cè)墻片之間需有連接件等處理，工藝相對復(fù)雜。

2）因預(yù)制生產(chǎn)技術(shù)尚不成熟，保溫材料無法在內(nèi)、外側(cè)墻片之間完全填充飽滿，導(dǎo)致預(yù)制混凝土夾心板存在大量的熱橋，造成熱橋處熱損失，又因熱橋處與周圍溫度不同，可能會造成結(jié)露的現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)開裂、發(fā)霉的問題。

3）該預(yù)制混凝土夾心板較之普通墻板偏厚，占據(jù)更多空間。

4）外側(cè)墻片受室外氣候影響大，會出現(xiàn)內(nèi)外表面溫差大的情況，可能造成外側(cè)墻片的開裂，導(dǎo)致雨水滲漏等問題。

5）此產(chǎn)品在工廠內(nèi)成型，到達(dá)工程現(xiàn)場皆是成品，難以抽檢其內(nèi)部所使用的相關(guān)材料是否符合要求，產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量無法被有效監(jiān)督。

4 外墻外保溫層脫落的原因分析及錨栓的作用

從上述比較可知，就安全性而言，外墻采用內(nèi)保溫或預(yù)制夾心板的效果要優(yōu)于外墻外保溫，但由于需占用室內(nèi)面積，且一次性成本較大，故在當(dāng)今房價(jià)高企、寸土寸金的情況下，業(yè)主或房屋管理部門還是愿意選擇外墻外保溫形式。這就需要施工單位更加注重外保溫用材的錨接和粘貼，可以延長保溫系統(tǒng)的使用壽命，加強(qiáng)外立面的安全系數(shù)。本文即就錨栓質(zhì)量和施工工藝必須通過檢測的相關(guān)指標(biāo)加以實(shí)驗(yàn)和說明。

4.1 錨栓選擇

外墻外保溫應(yīng)用的錨栓一般是由膨脹件和膨脹套管組成，按照錨栓構(gòu)造方式分為圓盤錨栓和凸緣錨栓；按照錨栓安裝方式分為旋入式錨栓和敲擊式錨栓；按照錨栓的承載機(jī)理分為通過摩擦承載的錨栓和通過摩擦及機(jī)械鎖定承載的錨栓；按照錨栓的膨脹件和膨脹套管材料分為碳鋼、塑料、不銹鋼。

錨栓的類別多種多樣，我們應(yīng)區(qū)分不同工況，作出正確選擇。

1）多孔磚砌體、空氣砌塊基層墻體，例如燒結(jié)多孔磚、普通混凝土小型空心砌塊等宜選用通過摩擦和機(jī)械鎖定的旋入式錨栓。

2）當(dāng)選用類型巖棉板等自身抗拉強(qiáng)度較低的保溫材料時(shí)，錨栓的圓盤直徑宜較常規(guī)尺寸更大。

3）當(dāng)基層墻體厚度不超過100 mm時(shí)不宜采用種植類錨栓。

4.2 錨栓抗拉承載力試驗(yàn)

影響錨栓抗拉承載力的因素較多，我們將模擬不同狀態(tài)下的錨栓抗拉試驗(yàn)，從而分析相關(guān)原因及解決方法。

試驗(yàn)方法：按照國標(biāo)JG/T 366—2012《外墻保溫用錨栓》附錄C要求，根據(jù)不同的試驗(yàn)條件，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下分別將同一批錨栓分別以10個(gè)為一組錨固于各個(gè)基體上，待錨栓穩(wěn)定之后，用錨栓拉拔儀均勻穩(wěn)定加載，載荷方向垂直于基層墻體試塊表面，加載至錨栓試件破壞，分別記錄破壞載荷值，并通過國標(biāo)JG/T 366—2012《外墻保溫用錨栓》附錄C中的計(jì)算方法得出最終結(jié)果（表1）。

表1 不同條件下錨栓抗拉承載力試驗(yàn)

從以上數(shù)據(jù)可以很直觀地看到各組數(shù)據(jù)波動很大，下文筆者將對其原因進(jìn)行分析。

4.3 錨栓抗拉拔數(shù)據(jù)差異原因分析

4.3.1 02號試驗(yàn)與01號試驗(yàn)比較分析

02號試驗(yàn)與01號試驗(yàn)的區(qū)別在于更換了基體，將強(qiáng)度等級C25的混凝土更換成了A2.0的蒸壓加氣混凝土砌塊，其最終結(jié)果相差近一倍，這里的原因顯而易見，說明基體本身的強(qiáng)度高低對錨栓抗拉承載力有極大的影響。當(dāng)然基體強(qiáng)度也不是越高越好，當(dāng)基體強(qiáng)度過高，也可能會影響到膨脹套管的充分膨脹，從而影響其抗拉承載力。

4.3.2 03號試驗(yàn)與01號試驗(yàn)比較分析

03號試驗(yàn)與01號試驗(yàn)的區(qū)別在于將錨固深度從50 mm變更為30 mm，其最終結(jié)果有近40%的減小，原因同樣在于摩擦力，當(dāng)錨固深度為50 mm時(shí)，膨脹套管與基體的接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于30 mm時(shí)，給到膨脹套管的壓力也更大，摩擦力也就更大。

4.3.3 04號試驗(yàn)與01號試驗(yàn)比較分析

04號試驗(yàn)與01號試驗(yàn)的區(qū)別在于錨固前使用的沖擊鉆頭不同，一個(gè)是全新的，一個(gè)是嚴(yán)重磨損的，從數(shù)據(jù)上可以看到其破壞載荷的平均值略有提高，但其變異系數(shù)變大，導(dǎo)致最終標(biāo)準(zhǔn)值反而減小，其原因在于04號試驗(yàn)的洞眼相對減小，從而基體給予膨脹套管的壓力增大，但也有個(gè)別膨脹套管有膨脹不完全的現(xiàn)象，且有個(gè)別試樣因洞眼小錨固時(shí)有細(xì)微損壞的現(xiàn)象，也不便于施工，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。

4.3.4 05號試驗(yàn)與01號試驗(yàn)比較分析

05號試驗(yàn)與01試驗(yàn)的區(qū)別在于錨固方式不同，旋入式錨栓使用了敲擊式的工藝進(jìn)行安裝，錨固過程中較多的錨栓有損壞現(xiàn)象，甚至有錨栓彎曲的情況，這種種情況導(dǎo)致了該組錨栓數(shù)據(jù)的全方位下降。

4.4 施工注意事項(xiàng)

試驗(yàn)給出了最佳錨栓形式，從而對施工提出了更多的注意事項(xiàng)：

1）根據(jù)不同保溫材料（材質(zhì)、厚度、密度）的情況選用規(guī)格合適、質(zhì)量合格的外墻保溫用錨栓。

2）當(dāng)建筑節(jié)能保溫系統(tǒng)所在的基層為低強(qiáng)度材料時(shí)，可以適當(dāng)增加錨栓的種植密度和錨固深度。

3）施工方要嚴(yán)格檢查工人所使用的鉆頭規(guī)格是否符合所種植錨栓的尺寸，且應(yīng)經(jīng)常更換磨損嚴(yán)重的鉆頭以確保所打洞眼尺寸符合要求。

4）施工方必須加強(qiáng)工人的操作管理，嚴(yán)格按照錨栓標(biāo)準(zhǔn)的安裝方式進(jìn)行施工，不能貪圖便利私自改變工藝流程。

5）錨栓在施工現(xiàn)場應(yīng)妥善保管，避免意外損壞。

6）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的錨固密度進(jìn)行施工，杜絕偷工減料的行為。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段的建筑節(jié)能保溫技術(shù)各有利弊，我們需要根據(jù)工程的實(shí)際情況選用最合適的技術(shù)，做到揚(yáng)長避短，真正地做到安全節(jié)能。

推廣建筑節(jié)能外墻保溫既有利于國家的可持續(xù)發(fā)展，又有利于老百姓節(jié)省日常開支，是大勢所趨。相比世界發(fā)達(dá)國家的建筑節(jié)能發(fā)展史，我們國家的建筑節(jié)能仍然有很長的路需要走，但相信總有那么一天我們可以走在世界前列。