外墻外保溫的粘結問題

摘 要:所謂外墻外保溫，是指在垂直外墻的外表面上建造保溫層。此種外保溫，可用于新建墻體，也可以用于既有建筑外墻的改造。中國的外墻外保溫市場正在日益繁榮，外墻外保溫也正在成為我國的一項重要的基本的建筑節能技術。

關鍵詞:外墻保溫;粘結;保溫板

外墻保溫是推廣建筑節能的關鍵技術之一。從粘結劑的主要成份著手，分析了粘結劑的粘結原理。粘結強度的影響因素，得到了粘結強度，由此得出了確定粘結方式的根據是保溫板沿厚度的變形，而粘結劑對保溫板起到的是邊界約束作用的結論。所以，不斷調節粘結方式，控制保溫板沿厚度方向的最大變形，就可以確定粘結方式。

1 保溫層的固定

1.1 固定方法

保溫層的固定一般分為:粘結固定力一式。機械固定力一式或兩者的混合力一式。機械固定方法一般用于木結構建筑，或是舊有建筑的外墻有釉面磚，而又無法將其清除的情況。而一般情況下，在保證粘結劑的質量情況下，粘結強度抗剪。抗拉強度都高于保溫板的強度，有關文獻和作者已做課題實驗都證實，在受到剪切或者垂直墻面的荷載作用下，破壞均發在聚苯板中，而不是粘結處。

1.2 外保溫系統保溫板可不加脹釘的分析

采用保溫板外墻外保溫系統技術和產品是目前最為廣泛使用的一種墻體保溫途徑。該類系統除直接采用粘貼方一式外，還少量采用粘釘結合。三北嚴寒地區大量的工程驗證，對保溫板外保溫系統采取不加脹釘的做法是行之有效的。以EPS板為例分析:

有關風荷載問題。 對EPS板墻體外保溫系統抗風壓性能測試顯示，抗風壓能力能夠達到4500Pa～5000Pa，相當于0.045MPa～0.05MPa，粘結劑對EPS板基面粘結強度大于0.1MPa，對水泥基面粘結強度大于1MPa。

用錨栓固定存在的缺點。錨栓必須通過砂漿粘結點錨入基層墻體中以防止EPS板產生預應力。錨栓必須在粘結層的聚合物砂漿強度上來后，才能施上錨栓，否則會對已粘結的EPS板產生松動而失去粘結作用。施工期明顯加長，普通水泥砂漿強度需7天以上才能施工。施工工人為搶工期不嚴格按要求施工，產生隱患，以致破壞粘結層。錨栓帽在EPS板墻面上露出，面層不易抹平，增加材料耗量，影響面層質量。使用錨栓增加材料費。人工費，不經濟。

2 合成膠粘劑

將保溫板粘結在基底(結構層)上的粘結材料多種多樣，都稱為粘結劑。合成膠粘劑是一類新型的精細化工產品。它是由高分子化學。表面化學。材料力學等學科相互滲透。彼此綜合而形成的一門新興學科。合成膠粘劑是以合成聚合物為主體材料制成的。

膠結的地方一般被稱為膠結結頭。膠結結頭在力學特性上是不連續的。膠層是典型的粘彈性體，膠結界面區可能還有更復雜的多層細微結構。結頭受載時，應力通過膠層進行應力傳遞。膠結是通過膠粘劑夾在中間把被粘物連接在一起。膠結結頭的結構十分復雜，即使理想化地解剖開來，也分為9部分。

在結頭的任一部分，只要局部應力超過局部強度，破壞也將從那里開始，造成結頭破壞，所以我們討論結頭強度時必須指明破壞地點。粘結后的保溫板與結構層，在受到外力的情況下，按習慣根據破壞的地點不同大致可分為四種破壞類型。

實際情況表明，同一種粘結結構，由于膠層的厚度或破壞(加荷)速度不同，往往存在內聚破壞-混合破壞-界面破壞的有規則的轉化過程。

3 剪切破壞

剪切強度是單位膠結面上所能承受的最大剪切負荷。

3.1 膠結結頭在剪切力作用下的應力分布

3.1.1 應力的不均勻分布。

由于被粘物是涂抹在結構層上的水泥砂漿和聚苯乙烯泡沫板。二者的彈性模量與聚合物膠粘劑的彈性模量相差很遠，在荷載作用下應變差異很大，所以應力分布是不均勻的。

結頭在外力P的作用下，結頭內部主要有三種應力。

①被粘物上存在著平行于外力的拉伸應力。

②在膠層中存在著平行于外力的剪切應力。

③在膠粘劑和被粘物的膠結面上存在著垂直于膠結面的剝離應力，是由于外力作用的不同心引起的。

3.1.2 被粘物上的應力集中。

當外力P作用于被粘物上時，由于被粘物厚度關系，使被粘物承受力矩。而且，隨著被粘物的變形，P的作用線不斷變化，使力矩不斷變化。被粘物端部的縱向應力時拉伸應力和彎曲應力的疊加。

3.1.3 膠粘層上的應力集中。

Goland和Reissner考慮到被粘物彎曲力矩的影響，得出了膠粘層上應力集中的結論。高強度膠粘劑的粘結結頭被拉伸時，在結頭破壞之間被粘物會發生塑性形變，這是剝離應力將迅速增大，從而引起結頭破壞。

3.2 影響剪切強度的因素

被粘物的性質和厚度的影響。被粘物的模量和厚度越大，應力集中系數越小，則膠結結頭的剪切強度就越大。對于高強度的粘膠劑，剪切強度與被粘物性質的關系更加密切。被粘物的模量越高，剪切強度越高;膠結結頭的剪切強度隨被材料的屈服強度的增加而增加;膠結結頭的剪切強度與被粘物的厚度的平方成正比。

膠粘劑性質的影響。不同的膠粘劑內聚強度不同，對被粘物的粘附強度也不同，必然影響結頭強度。比如不同的膠粘劑模量不同，對應力集中的影響也不同。模量較低的膠粘劑應力集中系數較低，因此可以通過增加粘結長度來提高承載力;而對于模量較高的膠粘劑，過長的粘結長度對承載力沒有貢獻的。

膠粘層厚度的影響。就應力分布而言，膠層越厚，結頭應力集中越小，膠結強度應該提高。但是大量文獻試驗表明，膠層越厚膠剪切強度越低。這是因為隨著膠層厚度的增加，膠層內部的缺陷呈指數關系迅速增加。此外，膠層越厚，因膠粘劑固化收縮而產生的收縮應力也越大，造成強度的降低。膠層厚度還能改變破壞內型的改變。實驗中經常看到，隨著膠層厚度的增加，膠粘劑破壞內型常呈內聚破壞。應當指出，膠層并非越薄越好。膠層越薄容易早成缺膠現象，應力集中增大，應力分布不均勻，降低強度。所以要有一個均勻且厚度適宜的膠層。

粘結長度的影響。對于外保溫而言，粘結長度即粘結高度。

從應力分析可知，應力集中隨著粘結長度的增加而增人，即應力在粘結的兩端應力更加集中，而粘結中央的應力卻不斷減少。

4 粘結劑的配比

合成膠粘劑采用的是汽車裝貝膠，是聚合物乳液。所以，我們在膠中加入一定比例的水泥和水，這樣調和的粘結劑就是漿體。另一個原因，水泥固化后也有粘結作用。

在選擇最終配合比時，基本按照兩點原則來考慮。

調配出來的粘結膠漿不能太稀。這種情況是因為膠的比例太大，雖然固化后強度很高，但是初始粘結強度很低，保溫板要借助外力固定。重要的是粘結膠漿的厚度不能控制，而厚度對粘結強度影響很大。

調配出來的粘結膠漿不能太干。這種情況是因為水泥的比例太大，粘結膠漿不具有粘結強度，實際上根本就不是漿體了。

事實上，當膠∶水泥>1. 6時，己經不符合原則1，而當膠∶水泥> 1. 3的條件下，都是保溫板破壞，滿足實際要求了。所以實際粘結中可靈活安排配比。最終，我們選擇的配比為，膠粘劑:水泥:水=1.4∶1∶ 0.05。在此配合比的情況下，剪切破壞和拉伸破壞都是XPS板被拉壞。

5 剪切強度之粘結面積影響

粘結面積對剪切強度的影響是最大的，所以必須認真對待。設粘結面積為S，粘結高度為h，寬度為b。先將寬度不變，高度逐漸變化;然后高度不變，寬度逐漸變化。XPS板40mm厚，膠厚0.5mm，固化時間7天。粘結面積的變化取決于XPS板的高度和寬度。整個XPS板涂膠。剪切力加載力一向是沿著高度的方向。

破壞情況:都是XPS板被拉壞，少數情況下，XPS板中心是膠層發生內聚破壞，邊緣XPS板拉壞。從擬合優度可以看出，變寬擬合曲線中L1N(線性)擬和非常好;變高擬合曲線中CUB(三次方程擬合)最好。說明，隨著粘結寬度的增加，剪切強度線性變化;隨著粘結高度的增加，剪切強度并非線性變化。當粘結面積很小的時候，隨著膠層厚度的增加，剪切強度增大;當粘結面積很大的時候，隨著膠層厚度的增加，剪切強度減小。

參考文獻

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