建筑外墻外保溫系統(tǒng)飾面層劣化現(xiàn)狀調(diào)查研究

凌宏杰 ，熊厚仁 ，余安妮 ，袁克龍 ，李嘉

（1.嘉興學(xué)院 建筑節(jié)能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，浙江 嘉興 314001；2.嘉興學(xué)院 南湖學(xué)院，浙江 嘉興 314001）

0 引言

外墻外保溫系統(tǒng)作為一種主流的建筑圍護(hù)節(jié)能技術(shù)，在各地得到了廣泛應(yīng)用[1]。在國外，外墻外保溫系統(tǒng)可持續(xù)使用25年而不出現(xiàn)明顯破壞[2-3]，適時(shí)對(duì)其加固維修，可進(jìn)一步提高其使用壽命。我國自20世紀(jì)80年代末開始引進(jìn)外墻外保溫技術(shù)。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，外墻外保溫系統(tǒng)防護(hù)層往往在5年內(nèi)就出現(xiàn)開裂、脫落甚至整片從建筑物外墻上墜落的現(xiàn)象[4]。有關(guān)研究資料表明，夏熱冬冷地區(qū)建筑物的外墻外保溫系統(tǒng)防護(hù)層更容易出現(xiàn)不同程度的開裂、滲水、脫落、空鼓等現(xiàn)象[5]。

我國夏熱冬冷地區(qū)最熱月份月平均溫度為25~30℃，比同緯度其他地區(qū)高約2℃；最冷月份月平均溫度為2~7℃，比同緯度其他地區(qū)低約8℃；大部分城市的相對(duì)濕度較高，達(dá)75%~80%。可見相比于其他地區(qū)，夏熱冬冷地區(qū)的氣候條件較為嚴(yán)峻[6]。部分近海省市如上海市、浙江省等在夏季時(shí)常遭受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的影響，氣候條件更為惡劣，更易導(dǎo)致外墻外保溫系統(tǒng)防護(hù)層的性能劣化。本文選取嘉興地區(qū)為調(diào)查區(qū)域，對(duì)其在役外墻外保溫系統(tǒng)的病害展開調(diào)查，分析外墻外保溫系統(tǒng)性能劣化的主要原因，為該地區(qū)外墻外保溫系統(tǒng)的病害診斷、評(píng)估和維護(hù)加固提供一定的技術(shù)支撐。

1 外墻外保溫系統(tǒng)病害特征

1.1 病害特征現(xiàn)象

Ximenes和Amaro等[7-8]建立了在役外墻外保溫系統(tǒng)病害識(shí)別、診斷和修復(fù)的專家知識(shí)系統(tǒng)。在對(duì)病害進(jìn)行分類時(shí)，按材料斷裂異常、色彩異常和平整度異常將外墻外保溫系統(tǒng)常見病害總結(jié)為16種異常缺陷（見表1），同時(shí)分析了材料選擇、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、環(huán)境因素、外界力學(xué)行為以及維修對(duì)上述缺陷的影響規(guī)律。

表1 外墻外保溫系統(tǒng)劣化缺陷分類

1.1.1 材料斷裂異常

材料斷裂異常是指外墻保溫系統(tǒng)組成材料的破損，具體表現(xiàn)為飾面層表面出現(xiàn)網(wǎng)裂或龜裂（定向開裂、非定向開裂）、邊緣處的增強(qiáng)層碎裂或破碎、面層脫落、整個(gè)系統(tǒng)脫粘剝落及面層坑槽等5種材料斷裂異常缺陷。材料斷裂異常主要由材料選擇不當(dāng)和外界力學(xué)行為的影響所造成，將導(dǎo)致材料尺寸發(fā)生變化，使其喪失粘結(jié)力或連接性，最終造成外墻外保溫系統(tǒng)的完整性缺陷或粘結(jié)性缺陷。

1.1.2 色彩異常

色彩異常是指外墻外保溫系統(tǒng)飾面層顏色、紋理在服役過程中發(fā)生一定變化的異常，具體表現(xiàn)為風(fēng)化變色（導(dǎo)致飾面層的慢性破壞）、飾面層的徑流痕跡、設(shè)備安裝輔材引起的腐蝕污漬、微生物生長引起的色斑、人為涂鴉和其他變色等6種缺陷異常。色彩異常主要因環(huán)境因素的作用而產(chǎn)生，對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)的美觀性有一定的影響。

1.1.3 平整度異常

平整度異常是指外墻外保溫系統(tǒng)外表面（保溫板接口）易為肉眼識(shí)別的不平整異常。具體表現(xiàn)為表面不平整、表面不規(guī)則、保溫板接縫處高差、面層鼓包、保溫層起鼓等5種異常缺陷。平整度異常主要受到施工質(zhì)量和環(huán)境因素的影響，常造成外墻外保溫系統(tǒng)美觀性缺陷、粘結(jié)性缺陷或連接性缺陷。

1.2 病害特征分析

Ximenes等[7]將外墻外保溫系統(tǒng)的材料斷裂異常、色彩異常和平整度異常劃分為完整性缺陷、美觀性缺陷、粘結(jié)性缺陷和連接性缺陷等4個(gè)缺陷類型，其中每一類型缺陷按破損程度和數(shù)量又劃分為5個(gè)劣化水平等級(jí)，具體劣化水平等級(jí)劃分見表2。

表2 外墻外保溫系統(tǒng)缺陷劣化等級(jí)劃分

2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查對(duì)象及方案

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查對(duì)象

對(duì)嘉興地區(qū)采用外墻外保溫系統(tǒng)的建筑物進(jìn)行取樣調(diào)查，從建筑時(shí)間、所用保溫材料和外墻飾面層材料等因素選取了73幢民用住宅建筑作為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查對(duì)象，如表3所示。

表3 建筑物信息調(diào)查表

按0～5年、5～10年、10～15年和15年以上4個(gè)時(shí)間段對(duì)所選建筑物的建造時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表4所示。

表4 被選建筑物的建造時(shí)間分布

為分析建筑物外立面朝向?qū)ν鈮ν獗叵到y(tǒng)的影響，按東、南、西、北4個(gè)方向?qū)λx建筑物的外立面朝向進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表5所示。

表5 被選建筑物外立面朝向分布

建筑外立面面積大小對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)的飾面層劣化具有一定的影響。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和計(jì)算，按照0～500、500～1000、1000～1500、1500 m2以上4個(gè)范圍對(duì)73幢建筑物的外立面面積進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果如表6所示。

表6 被選建筑物外立面面積數(shù)量分布

2.2 調(diào)查方案

2.2.1 數(shù)據(jù)采集的基本設(shè)備

調(diào)查時(shí)環(huán)境的溫、濕度以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)為準(zhǔn)。采用高像素單反攝像機(jī)獲取清晰、準(zhǔn)確的建筑物外立面及局部圖像。建筑物外立面面積通過測(cè)距儀測(cè)距并進(jìn)行一定的計(jì)算獲得。裂縫的捕捉采集及裂縫寬度的測(cè)量則利用裂縫寬度監(jiān)測(cè)儀（KON-FK）完成。

2.2.2 建筑物外立面面積的確定

利用相機(jī)拍攝建筑物4個(gè)方位的外立面后（見圖1），使用測(cè)距儀測(cè)量外立面各部分尺寸，其中建筑物高度通過式（1）計(jì)算獲得；建筑物外立面面積按式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：D——建筑物頂點(diǎn)與測(cè)量人員站立點(diǎn)之間的距離，m；

L——測(cè)量人員與建筑物外立面的水平距離，m；

S——建筑物外立面面積，m2；

H——建筑物高度，m；

B——建筑物長或?qū)挘琺；

b、h——分別為陽臺(tái)或窗戶的寬度和高度，m。

圖1 被測(cè)建筑物外立面

2.2.3 缺陷影響面積的確定

在各建筑物外立面上搜索各種類型的異常缺陷，利用相機(jī)拍攝缺陷圖片，并進(jìn)行相應(yīng)的分類和編號(hào)，記錄各缺陷的特征，按表2對(duì)各缺陷進(jìn)行劣化等級(jí)劃分。在獲取各缺陷特征時(shí)，需采用裂縫寬度監(jiān)測(cè)儀對(duì)裂縫寬度進(jìn)行測(cè)量，利用測(cè)距儀測(cè)量區(qū)域的最大尺寸。本文借助測(cè)量軟件ImageMeter對(duì)各種類型缺陷的面積進(jìn)行測(cè)算。該軟件在處理過程中使用Perspective reference命令框選取照片中已測(cè)得實(shí)際尺寸的局部區(qū)域（如面磚、窗戶、陽臺(tái)等）作為參照物，手動(dòng)輸入?yún)⒄瘴锍叽绾螅褂肁rea命令框選取待測(cè)面積的缺陷區(qū)域，軟件將自動(dòng)計(jì)算得出所選缺陷的面積，如圖2所示。

圖2 缺陷影響區(qū)域面積

3 結(jié)果分析

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，對(duì)所調(diào)查建筑物外墻外保溫系統(tǒng)的完整性、美觀性、粘結(jié)性、連接性缺陷進(jìn)行了劣化等級(jí)的量化分析，同時(shí)研究了建造時(shí)間、建筑朝向、保溫材料、飾面層材料和建筑外立面面積對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)缺陷的影響。

3.1 各類型缺陷劣化狀況分析

對(duì)本次調(diào)查中采集到的各類型缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表7所示。

表7 各類型缺陷數(shù)量統(tǒng)計(jì)分布

從表7可見，在嘉興地區(qū)外墻外保溫系統(tǒng)常見的缺陷中，完整性缺陷最為突出，其次依次是粘結(jié)性缺陷、美觀性缺陷，連接性缺陷數(shù)量最少，僅有5處，表明這種缺陷對(duì)建筑物外墻外保溫系統(tǒng)耐久性影響較小。

本次調(diào)查共采集到完整性缺陷251個(gè)，其在各個(gè)劣化等級(jí)的分布如表8所示。

表8 完整性缺陷統(tǒng)計(jì)分布

由表8可見，Ⅴ級(jí)缺陷最為突出，占完整性缺陷總數(shù)量的43.8%；Ⅳ級(jí)、Ⅲ級(jí)缺陷次之，分別占完整性缺陷總數(shù)的28.7%與22.3%；Ⅱ級(jí)缺陷的數(shù)量占總?cè)毕輸?shù)量的5.2%。可見嘉興地區(qū)服役15年以內(nèi)的建筑物外墻外保溫系統(tǒng)完整性缺陷劣化等級(jí)較高，外保溫系統(tǒng)的組成材料破損較嚴(yán)重。在實(shí)地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，大部分外墻外保溫系統(tǒng)均存在網(wǎng)狀裂縫或龜裂裂縫，裂縫寬度均超過0.2 mm，最大甚至達(dá)到5 mm。

本次調(diào)查共采集到美觀性缺陷124個(gè)，分別分布在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ4個(gè)劣化等級(jí)中，各劣化等級(jí)下的美觀性缺陷分別占美觀性缺陷總數(shù)的 1.6%、12.9、36.3%、49.2%（見表 9）。可見美觀性缺陷多集中在高劣化水平等級(jí)（Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)），且美觀性缺陷的劣化等級(jí)越高，缺陷出現(xiàn)的越多。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，由風(fēng)化、飾面層的徑流、設(shè)備安裝輔材腐蝕污染、微生物生長及人為涂鴉等引起的視覺色彩變化往往非常明顯，最大影響面積甚至可達(dá)5.0 m2。

表9 美觀性缺陷統(tǒng)計(jì)分布

粘結(jié)性缺陷總數(shù)為154個(gè)，其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ4個(gè)劣化等級(jí)的粘結(jié)性缺陷數(shù)量分別占粘結(jié)性缺陷總數(shù)量的2.0%、17.6%、28.0%、52.4%（見表10）。可見絕大部分粘結(jié)性缺陷處于高劣化水平等級(jí)，對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)的正常工作具有較大的影響。

表10 粘結(jié)性缺陷統(tǒng)計(jì)分布

連接性缺陷共有5個(gè)，分布在Ⅳ、Ⅴ2個(gè)劣化水平等級(jí)中。其中，Ⅳ級(jí)連接性缺陷占60%，Ⅴ級(jí)連接性缺陷占40%（見表11）。由于連接性缺陷數(shù)量較少，對(duì)建筑物外墻外保溫系統(tǒng)的耐久性影響不大。

表11 連接性缺陷統(tǒng)計(jì)分布

3.2 建造時(shí)間對(duì)異常缺陷的影響

為了分析建造時(shí)間對(duì)建筑物缺陷的影響作出科學(xué)評(píng)價(jià)，本文選擇單位缺陷影響面積比作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其定義如式（3）所示：

表12為單位缺陷影響面積比與建造時(shí)間之間的關(guān)系。

表12 建造時(shí)間對(duì)單位缺陷影響面積比的影響

由表12可知，隨著建造時(shí)間的增加，單位缺陷面積比快速增大。其中，建造時(shí)間為5～10年的單位缺陷面積比相比于0～5年增長了190%，10～15年相比于5～10年增長了86.1%。可見，建筑物建造時(shí)間越久，其外墻外保溫系統(tǒng)飾面層劣化越嚴(yán)重，耐久性越差。

3.3 建筑朝向?qū)Ξ惓Ｈ毕莸挠绊?/h3>

表13為單位面積建造物外立面上的缺陷數(shù)量與建筑物外立面朝向之間的關(guān)系，單位面積缺陷數(shù)量比定義如式（4）所示：

表13 建筑朝向?qū)挝幻娣e缺陷數(shù)量比的影響

從表13可知，朝南的外立面缺陷最多，其次是朝東方向的外立面，朝北和朝西方向外立面缺陷最少。這主要是因?yàn)闁|、南朝向的外立面所受太陽輻射較強(qiáng)，對(duì)外立面性能影響較大。另外，嘉興地區(qū)位于夏熱冬冷地區(qū)，夏季多受來自東南方向的風(fēng)雨甚至臺(tái)風(fēng)侵襲，加劇了東、南朝向外立面缺陷的劣化。

3.4 保溫材料對(duì)異常缺陷的影響

外墻外保溫系統(tǒng)所用的保溫材料不同，其工作性能往往具有較大差異，缺陷和劣化狀況也不盡相同，見表14。

表14 保溫材料對(duì)單位缺陷影響面積比的影響

由表14可見，相比于以膠粉聚苯顆粒和無機(jī)保溫砂漿為保溫材料的外墻外保溫系統(tǒng)，頁巖燒結(jié)多孔磚外墻外保溫系統(tǒng)的單位缺陷影響面積比最小，是膠粉聚苯顆粒和無機(jī)保溫砂漿的單位缺陷面積比之和的64.73%，說明頁巖燒結(jié)多孔磚外墻外保溫系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抵抗缺陷能力，工作性能較為穩(wěn)定。

3.5 飾面層材料對(duì)異常缺陷的影響

本次調(diào)查的建筑物外墻外保溫系統(tǒng)共有面磚飾面和涂料飾面2種形式，見表15。

表15 飾面層材料對(duì)單位缺陷影響面積比的影響

從表15可知，相對(duì)于面磚飾面層材料，涂料飾面的外墻外保溫系統(tǒng)單位缺陷影響面積比較大。可見，面磚飾面外墻外保溫系統(tǒng)耐久性較好，發(fā)生異常缺陷較少。

3.6 建筑外立面面積對(duì)異常缺陷的影響

表16為建筑物外立面面積對(duì)單位缺陷影響面積比的影響。

表16 建筑物外立面面積對(duì)單位缺陷影響面積比的影響

由表16可知，當(dāng)建筑物外立面面積在1500 m2內(nèi)時(shí)，單位缺陷影響面積比變化不大，接近0.035 m2；當(dāng)建筑外立面面積大于1500 m2時(shí)，單位缺陷影響面積比增幅較大，達(dá)到0.055。這表明較大的建筑物外立面面積對(duì)其外墻外保溫系統(tǒng)的耐久性是不利的。

4 結(jié)論

（1）建筑物建造時(shí)間越久，其外墻外保溫系統(tǒng)劣化越嚴(yán)重，耐久性越差。

（2）東、南朝向外立面受環(huán)境影響較大，缺陷數(shù)量較多，耐久性較差。

（3）不同保溫材料的外墻外保溫系統(tǒng)的缺陷劣化程度不同。相比于以膠粉聚苯顆粒和無機(jī)保溫砂漿為保溫材料的外墻外保溫系統(tǒng)，頁巖燒結(jié)多孔磚外墻外保溫系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抵抗缺陷能力，工作性能較為穩(wěn)定。

（4）面磚飾面層的外墻外保溫系統(tǒng)耐久性較好，發(fā)生異常缺陷較少。

（5）較大的建筑物外立面面積將對(duì)其外墻外保溫系統(tǒng)的耐久性產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)建筑物外立面面積大于1500 m2時(shí)，單位缺陷影響面積比增長幅度較大。