外墻外保溫的粘結(jié)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(jié)能技術(shù)。

關(guān)鍵詞:外墻保溫;粘結(jié);保溫板

外墻保溫是推廣建筑節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)之一。從粘結(jié)劑的主要成份著手，分析了粘結(jié)劑的粘結(jié)原理。粘結(jié)強度的影響因素，得到了粘結(jié)強度，由此得出了確定粘結(jié)方式的根據(jù)是保溫板沿厚度的變形，而粘結(jié)劑對保溫板起到的是邊界約束作用的結(jié)論。所以，不斷調(diào)節(jié)粘結(jié)方式，控制保溫板沿厚度方向的最大變形，就可以確定粘結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)劑的質(zhì)量情況下，粘結(jié)強度抗剪。抗拉強度都高于保溫板的強度，有關(guān)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(fā)在聚苯板中，而不是粘結(jié)處。

1.2 外保溫系統(tǒng)保溫板可不加脹釘?shù)姆治?/p>

采用保溫板外墻外保溫系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品是目前最為廣泛使用的一種墻體保溫途徑。該類系統(tǒng)除直接采用粘貼方一式外，還少量采用粘釘結(jié)合。三北嚴(yán)寒地區(qū)大量的工程驗證，對保溫板外保溫系統(tǒng)采取不加脹釘?shù)淖龇ㄊ切兄行У?。以EPS板為例分析:

有關(guān)風(fēng)荷載問題。 對EPS板墻體外保溫系統(tǒng)抗風(fēng)壓性能測試顯示，抗風(fēng)壓能力能夠達到4500Pa～5000Pa，相當(dāng)于0.045MPa～0.05MPa，粘結(jié)劑對EPS板基面粘結(jié)強度大于0.1MPa，對水泥基面粘結(jié)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(jié)點錨入基層墻體中以防止EPS板產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。錨栓必須在粘結(jié)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(jié)的EPS板產(chǎn)生松動而失去粘結(jié)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(yán)格按要求施工，產(chǎn)生隱患，以致破壞粘結(jié)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(zhì)量。使用錨栓增加材料費。人工費，不經(jīng)濟。

2 合成膠粘劑

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

膠結(jié)的地方一般被稱為膠結(jié)結(jié)頭。膠結(jié)結(jié)頭在力學(xué)特性上是不連續(xù)的。膠層是典型的粘彈性體，膠結(jié)界面區(qū)可能還有更復(fù)雜的多層細微結(jié)構(gòu)。結(jié)頭受載時，應(yīng)力通過膠層進行應(yīng)力傳遞。膠結(jié)是通過膠粘劑夾在中間把被粘物連接在一起。膠結(jié)結(jié)頭的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，即使理想化地解剖開來，也分為9部分。

在結(jié)頭的任一部分，只要局部應(yīng)力超過局部強度，破壞也將從那里開始，造成結(jié)頭破壞，所以我們討論結(jié)頭強度時必須指明破壞地點。粘結(jié)后的保溫板與結(jié)構(gòu)層，在受到外力的情況下，按習(xí)慣根據(jù)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(jié)結(jié)構(gòu)，由于膠層的厚度或破壞(加荷)速度不同，往往存在內(nèi)聚破壞-混合破壞-界面破壞的有規(guī)則的轉(zhuǎn)化過程。

3 剪切破壞

剪切強度是單位膠結(jié)面上所能承受的最大剪切負荷。

3.1 膠結(jié)結(jié)頭在剪切力作用下的應(yīng)力分布

3.1.1 應(yīng)力的不均勻分布。

由于被粘物是涂抹在結(jié)構(gòu)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(yīng)變差異很大，所以應(yīng)力分布是不均勻的。

結(jié)頭在外力P的作用下，結(jié)頭內(nèi)部主要有三種應(yīng)力。

①被粘物上存在著平行于外力的拉伸應(yīng)力。

②在膠層中存在著平行于外力的剪切應(yīng)力。

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

3.1.2 被粘物上的應(yīng)力集中。

當(dāng)外力P作用于被粘物上時，由于被粘物厚度關(guān)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(yīng)力時拉伸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的疊加。

3.1.3 膠粘層上的應(yīng)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(yīng)力集中的結(jié)論。高強度膠粘劑的粘結(jié)結(jié)頭被拉伸時，在結(jié)頭破壞之間被粘物會發(fā)生塑性形變，這是剝離應(yīng)力將迅速增大，從而引起結(jié)頭破壞。

3.2 影響剪切強度的因素

被粘物的性質(zhì)和厚度的影響。被粘物的模量和厚度越大，應(yīng)力集中系數(shù)越小，則膠結(jié)結(jié)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(zhì)的關(guān)系更加密切。被粘物的模量越高，剪切強度越高;膠結(jié)結(jié)頭的剪切強度隨被材料的屈服強度的增加而增加;膠結(jié)結(jié)頭的剪切強度與被粘物的厚度的平方成正比。

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

膠粘層厚度的影響。就應(yīng)力分布而言，膠層越厚，結(jié)頭應(yīng)力集中越小，膠結(jié)強度應(yīng)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(nèi)部的缺陷呈指數(shù)關(guān)系迅速增加。此外，膠層越厚，因膠粘劑固化收縮而產(chǎn)生的收縮應(yīng)力也越大，造成強度的降低。膠層厚度還能改變破壞內(nèi)型的改變。實驗中經(jīng)常看到，隨著膠層厚度的增加，膠粘劑破壞內(nèi)型常呈內(nèi)聚破壞。應(yīng)當(dāng)指出，膠層并非越薄越好。膠層越薄容易早成缺膠現(xiàn)象，應(yīng)力集中增大，應(yīng)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(jié)長度的影響。對于外保溫而言，粘結(jié)長度即粘結(jié)高度。

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

4 粘結(jié)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(diào)和的粘結(jié)劑就是漿體。另一個原因，水泥固化后也有粘結(jié)作用。

在選擇最終配合比時，基本按照兩點原則來考慮。

調(diào)配出來的粘結(jié)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(jié)強度很低，保溫板要借助外力固定。重要的是粘結(jié)膠漿的厚度不能控制，而厚度對粘結(jié)強度影響很大。

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

事實上，當(dāng)膠∶水泥>1. 6時，己經(jīng)不符合原則1，而當(dāng)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(jié)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(jié)面積影響

粘結(jié)面積對剪切強度的影響是最大的，所以必須認(rèn)真對待。設(shè)粘結(jié)面積為S，粘結(jié)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(jié)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(shù)情況下，XPS板中心是膠層發(fā)生內(nèi)聚破壞，邊緣XPS板拉壞。從擬合優(yōu)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(jié)寬度的增加，剪切強度線性變化;隨著粘結(jié)高度的增加，剪切強度并非線性變化。當(dāng)粘結(jié)面積很小的時候，隨著膠層厚度的增加，剪切強度增大;當(dāng)粘結(jié)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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