EPS薄抹灰外保溫系統溫度-應力試驗分析

龐 偉，朱長禹，王 哲，王 巖

（天津市建筑材料科學研究院有限公司，天津300381）

工程實踐中，民用建筑外墻外保溫系統耐環境破壞性能的重要參考試驗通常為大型墻體耐候性試驗。目前已有的大型墻體耐候性試驗方法中，未考慮外保溫系統在外部環境溫度下，內部各結構層和不同部位所受的應力影響。

本文通過模擬大型墻體耐候性試驗環境和條件，檢驗EPS薄抹灰外保溫系統應變和溫度參數的變化情況，通過在墻體不同關鍵部位、不同結構層等位置加裝應變和溫度傳感器，探查EPS外保溫系統受應力和溫度這兩個因素的影響規律[1]。

1 試驗環境

試驗參照GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》中規定的方法。

1.1 熱濕循環周期

試樣需依次經過以下步驟80次：

1）將試樣表面溫度經過1 h加熱至70℃，在溫度范圍(70±5)℃，相對濕度范圍10%～15%的環境下保持2 h；

2）噴水1 h，水溫(15±5)℃，噴水量1.0～1.5 L/(m2·min)；3）靜置2 h(干燥)。

1.2 熱冷循環周期

熱濕循環后，在溫度10～25℃，相對濕度≤50%的環境條件下，將試樣放置48 h以上，再根據以下步驟執行5個熱冷循環：

1）經過1 h加熱至50℃，在溫度范圍(50±5)℃，相對濕度≤10%的環境下保持7 h；

2）經過2 h降溫至(-20±5)℃并在該環境下放置14 h。

2 試驗墻體的安裝

為了不影響系統的黏結效果，試驗用墻體安裝工藝應與EPS薄抹灰外保溫系統施工工藝完全一致，同時，加裝應變和溫度測點在墻體的不同結構層和關鍵部位。

將試驗用墻體3 000 mm×2 100 mm按照70個子區域進行均勻劃分，對設置的測點加裝溫度和應力傳感器，傳感器采樣時間間隔均為5 min[2]。特殊部位（如窗角）、不同的結構層、保溫板不同部位等均應設置測點。見圖1。

圖1 測點布置

3 試驗分析

1）防護層表面同一部位應變曲線和溫度曲線運動方向正好相反。在溫度最高點時，應變曲線數值最小，溫度最低時，應變曲線數值最大。見圖2和圖3。

圖2 防護層外表面熱濕循環（部分）曲線

圖3 防護層外表面熱冷循環曲線

EPS薄抹灰外保溫系統隨溫度降低出現拉伸現象，隨著溫度的升高出現壓縮現象。

2）同一保溫板內側溫度波動在不同循環階段、不同部位均很小，熱濕循環階段基本在36～39.5℃之間，熱冷循環階段基本在24～28℃，與圖2和圖3的溫度點相比溫度變化幅度也要小很多；但是在應變曲線中，不論熱冷還是熱濕循環，針對同一保溫單元，與保溫板兩邊（17和25號測點）相比，板面的中心位置（23號測點）受到了更大的溫度應力；對比圖2和圖3的54號應變測點還可以發現，隨著測點深入系統內部，應變曲線變化幅度變小[3]。見圖4和圖5。

圖4 同一保溫板內側不同部位熱濕循環曲線

圖5 同一保溫板內側不同部位熱冷循環曲線

3）窗角部位（41、46和50號測點）應力分布情況較其他部位（49號測點）更為集中[4]。見圖6。

圖6 窗角不同部位連續兩個次熱濕循環曲線

4 結論

1）在熱冷與熱濕兩個循環階段，隨著溫度降低，EPS薄抹灰外保溫系統中不同結構層均呈現明顯的拉伸狀態，而隨著溫度的升高呈現明顯的壓縮狀態。保溫層內部溫度可以保持在小范圍內波動，其主要歸結于EPS保溫層突出的保溫隔熱特征。此外，保溫層內部的應變曲線變化較緩和，而防護層外側的較為劇烈，表明最外側防護層是系統主要溫度應力的承受對象。

2）相比抹面膠漿等無機材料，EPS板的彈性模量非常小，在溫度降低時形成拉應力，在溫度升高時則正好相反。當抹面膠漿長時間受到外力作用時，非常易出現裂縫，這主要是由于其自身的抗拉力無法抵抗溫度應力造成的。

3）窗角位置是外墻保溫系統的薄弱部位，其受窗角周邊建筑部位結構影響較大。考慮到窗戶作為典型熱橋部位，開裂、斜向變形等更容易在沿窗角處形成。

4）在環境影響條件相同的前提下，與保溫板兩邊相比，同一保溫單元的板面中心位置受到了更大的應力影響。因此，假如無法釋放板面中心位置的溫度應力，那么極易成為外保溫系統破壞的隱患。