淺談建筑墻外保溫裂縫的控制措施

1、淺談建筑墻外保溫裂縫的控制措施    關(guān)鍵詞:建筑物;外保溫;墻體;裂縫;控制措施引言:隨著我國建筑業(yè)的迅速發(fā)展,建筑節(jié)能保溫墻體被廣泛應(yīng)用于各類建筑工程。外墻外保溫技術(shù)因其造價低、增加建筑使用面積、消除建筑物自身內(nèi)外溫度效應(yīng)裂縫等優(yōu)點(diǎn),逐步在現(xiàn)代建筑保溫技術(shù)中被廣泛使用。然而,在實(shí)際施工中,外保溫墻體裂縫逐漸成為墻體開裂的主要原因之一。因此認(rèn)識裂縫的危害并防治裂縫的產(chǎn)生,成為迫切需要解決的外保溫墻體保溫質(zhì)量的重點(diǎn)。 一、外保溫墻體開裂的原理及原因分析 保溫墻體在構(gòu)造上是由主體結(jié)構(gòu)墻體、保溫層、防護(hù)防水層以及外裝飾層等組成的系統(tǒng)墻體。其保溫層產(chǎn)生的裂縫主

2、要現(xiàn)象有:1、外保溫面層開裂;2、鋼絲網(wǎng)架聚苯乙烯芯板水泥砂漿面層開裂;3、保溫層面層膩?zhàn)娱_裂;4、聚合物水泥砂漿開裂;5、涂斜面層開裂等。保溫系統(tǒng)是復(fù)合在外維護(hù)結(jié)構(gòu)墻體之上的非承重墻體,其裂縫發(fā)生的原因、系統(tǒng)抗裂機(jī)理及抗裂性能等與承重結(jié)構(gòu)有所不同。 1、保溫層。由于松軟的保溫層抵抗外荷載的能力差,過于高強(qiáng)的保溫屋自身柔韌性差,所以過于松軟和過于高強(qiáng)的保溫層均不利于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定和抗裂性能。對于有空腔的外保溫墻體來說,風(fēng)荷載作用于建筑物的壓力分布是不均勻的,如圖1所示。由于系統(tǒng)存在整體貫通的空腔,正負(fù)風(fēng)壓對保溫墻面進(jìn)行擠壓或拉伸,而其受力的釋放點(diǎn)均在板縫處,易造成板縫處開裂。 正風(fēng)壓示意圖 瞬

3、間負(fù)風(fēng)壓示意圖 圖1風(fēng)荷載作用于建筑物的壓力分布 風(fēng)荷載作用隨建筑物高度的增加而增加,當(dāng)保溫墻面局部所受負(fù)風(fēng)壓較大時,空腔內(nèi)與外表面的壓力差提高,從而向外產(chǎn)生推力,加大風(fēng)荷載作用于保溫墻面向外的吸力。一定流量的風(fēng),在通過兩個相鄰接近的建筑物時,按照流體力學(xué)的有關(guān)定律,風(fēng)速就會加快,產(chǎn)生的負(fù)壓就會加大,建筑物外墻面內(nèi)產(chǎn)生的矢量推力與同方向的吸力就會增大,并隨風(fēng)速成正比例變化。而一旦墻面的整體性遭到破壞產(chǎn)生裂口,則正、負(fù)風(fēng)壓就會同時發(fā)揮作用,造成墻面開裂。 2、抹面砂漿防護(hù)層。外保溫系統(tǒng)保護(hù)層材料的主要性能,涉及抹面砂漿抗裂柔韌性、與保溫層的粘結(jié)強(qiáng)度、耐老化性能。直接導(dǎo)致外保溫面層開裂的因素,除外

4、力沖撞以外就是抹面砂漿材料本身的干燥收縮,以及氣候、溫度、濕度變化所帶來的材料變形。抹面砂漿(圖2)為抵抗下述三種變形,必須具有足夠的柔韌性。(1)干收縮率S; S=L/L(初始收縮)(2)濕度變形率H(1/H);H=L/L×H(二次收縮)(3)溫度變形率r(1/K); r= L/L× T 式中,H為空氣相對濕度差;T為夏、冬季溫度差。 圖2抹面砂漿示意圖 抹面砂漿的柔韌性以開裂應(yīng)變(第1條裂縫出現(xiàn)時的應(yīng)變)來表示,必須滿足:>S H r(1) 砂漿收縮主要包括化學(xué)減縮、干燥收縮、自收縮、溫度收縮及塑性收縮等,每種收縮都有自身特點(diǎn),在引起墻面開裂方面均會有不同的表現(xiàn)形

5、式。 由于水泥砂漿的這些收縮,產(chǎn)生了強(qiáng)度增長周期短與體積收縮周期長的矛盾,使抹灰墻體中產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過水泥砂漿的抗拉強(qiáng)度時,就會出現(xiàn)裂縫。而且當(dāng)抹面砂漿所依附的保溫層材料由于收縮、溫濕度變化等因素要求變形時,抹面砂漿沒有足夠的變形性,從而產(chǎn)生裂縫。 3、玻璃纖維網(wǎng)(玻纖網(wǎng))。外保溫墻體的抗裂性能與玻纖網(wǎng)的抗拉強(qiáng)度、拉伸量和耐堿性等密切相關(guān)。玻纖網(wǎng)的質(zhì)量和鋪貼位置也是影響外保溫墻體抗裂性的重要因素之一。同時,玻纖網(wǎng)的耐堿強(qiáng)度保留率對體系長期的抗裂也是至關(guān)重要的,因?yàn)閷Σ＠w網(wǎng)的破壞不僅僅是化學(xué)腐蝕,還有氫氧化鈣、硫鋁酸鈣的結(jié)晶壓力腐蝕作用。同時礦物質(zhì)材料較高的吸水率對玻纖網(wǎng)也起極為不利的影

6、響。 4、玻纖網(wǎng)格布與抹面膠漿的相關(guān)性。當(dāng)承受拉力變形時,抹面膠漿必須與玻纖網(wǎng)格布協(xié)調(diào)一致地發(fā)揮作用,兩種材料必須有較好的相關(guān)性。與抹面膠漿相關(guān)性不好的網(wǎng)格布,強(qiáng)度再高還是難免有裂縫產(chǎn)生。 在防護(hù)面層開始承受拉力時,網(wǎng)格布應(yīng)能盡快處于受力狀態(tài)以發(fā)揮其抗拉性能,并使應(yīng)力分散。對外墻外保溫體系來說,重要的不是阻止裂縫的發(fā)生,而是盡量延遲變形時間,同時限制單條裂縫的寬度。因此與抹面膠漿相關(guān)性好的網(wǎng)格布應(yīng)具備以下性能:(1)較高的節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度。(2)較低的拉伸應(yīng)變。(3)較小的織絲偏差度。 滿足上述三條要求的玻纖網(wǎng)格布,其拉力應(yīng)變曲線呈線性關(guān)系。從性能的匹配上來講,抹面砂漿的彈性(開裂應(yīng)變)越高越好,網(wǎng)格

7、布則相反。根據(jù)工程實(shí)踐和統(tǒng)計(jì)資料,溫度裂縫或由溫度和干縮共同產(chǎn)生的墻體裂縫占全部裂縫的70%以上。因此,溫差和干縮等,是導(dǎo)致外墻外保溫產(chǎn)生裂縫的重要因素。 二、外保溫墻體的防裂原理 1、以“放”為主的柔性抗裂原則。根據(jù)應(yīng)力2應(yīng)變關(guān)系的推導(dǎo),可知變形變化引起的約束應(yīng)力有它的特點(diǎn)。它首先要求材料所處的環(huán)境能給材料以變形的機(jī)會,如果變形能得到滿足,則不會產(chǎn)生約束力,即呈完全自由狀態(tài),因此也不會產(chǎn)生裂縫。 以空間(三維)應(yīng)力2應(yīng)變關(guān)系為例,則有如下關(guān)系:、 xy=z=T=max        x=y=z=Txy=Tyz=T

8、zx=0(2) 式中,x、y、z為各方向上極限拉伸(mm/mm);為線性膨 脹系數(shù)(mm/mm);T為溫差();max為最大極限拉伸(mm/mm); x、y、z分別為各方向上的約束應(yīng)力(N);Txy、Tyz、Tzx、分別為各方 向上的剪切應(yīng)力(N)。 在這種狀態(tài)下給材料創(chuàng)造了自由變形的條件,因此不會產(chǎn)生約束應(yīng)力,材料可以隨著溫度的變化自由變形,即材料可以向空間自由發(fā)展,可以有任意的長度,可以處在任意溫差條件下。這就是控制變形引起裂縫的“放”的原則。在保溫構(gòu)造體系中采用“放”的原則時,控制變形開裂的關(guān)鍵性要求是材料有良好的適應(yīng)變形的能力。 2、以“抗”為主的剛性抗裂原則。這種防裂思路,要求材料的

9、變形是不自由的,材料會受到內(nèi)外約束力的作用,而且約束得完全不動,即處于全約束狀態(tài),以三維空間為例,有如下關(guān)系: (3) 式中,Yxy、Yyz、Yzx分別為各邊夾角變位(mm/mm);E為彈性模量(MPa); Oacute;max為最大約束應(yīng)力(N);其余符號同前。 在這種狀態(tài)下,材料具有最大約束應(yīng)力,該約束應(yīng)力與長度無關(guān),只要材料的強(qiáng)度能超過最大約束應(yīng)力:R Oacute;max,或者材料的極限拉伸大于最大約束拉伸變形:pmax;也就是說只要所選用的材料具有足夠的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸,則不會產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。該設(shè)計(jì)原則稱為控制裂縫的“抗”的原則。 三、外保溫墻體的防裂計(jì)算指標(biāo) 在外墻外保溫工程中,可

10、以采用極限拉伸與約束拉伸之比作為“保溫體系抗裂度因子”K0: (4) 式中,p為極限拉伸(mm/mm);T為溫差變形(mm/mm);為自由收縮相對變形(mm/mm);s為相對拉伸變形(mm/mm);R為約束系數(shù)(輕微約束取0.10.2,中等約束取0.40.6,強(qiáng)約束取1.81.0)。 一股情況下,當(dāng)K0>1.0時,保溫體系具有較高的抗裂能力,比時看不到宏觀裂縫出現(xiàn)。同時,材料的溫度應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度與時問存在如圖3所示的關(guān)系曲線。如果材料的溫度應(yīng)力曲線低于抗拉強(qiáng)度曲線時,則該三度應(yīng)力為安全應(yīng)力,不會產(chǎn)生溫度裂縫;若溫度應(yīng)力曲線與抗拉強(qiáng)度曲線有交叉,在一定時間溫度應(yīng)力高于抗拉強(qiáng)度,則會出現(xiàn)開裂

11、現(xiàn)象。 圖3溫度應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度隨時間的變化曲線 因此,在設(shè)計(jì)和施工以及生產(chǎn)維護(hù)中,都應(yīng)從施工到生產(chǎn)全過程盡力控制強(qiáng)度高于應(yīng)力,同時還要保證保溫體系抗裂度因子K0>1.0。 四、外保溫墻體的防裂措施 外保溫墻體裂縫對建筑物的功能以及結(jié)構(gòu)物耐久性的危害是十分嚴(yán)重的,應(yīng)當(dāng)從材料、設(shè)計(jì)、構(gòu)造以及實(shí)施直至使用管理等各個環(huán)節(jié),采取適當(dāng)措施來控制裂縫的形成與發(fā)展。 l、材料性能。在原材料和配套上,必須采用專用的抗裂砂漿并輔助以合理的增強(qiáng)網(wǎng)。在砂漿中加入適當(dāng)?shù)木酆衔锖屠w維對控制裂縫的產(chǎn)生是十分有效的。采用多種纖維復(fù)合配制的抗裂材料,能夠更好的吸收因外界自然條件影響產(chǎn)生的膨脹、收縮變形,并均勻地將溫差變形

12、應(yīng)力向四周擴(kuò)散,從而防止裂縫的產(chǎn)牛。 2、合理選擇保溫材料和操作工藝。對于不同的保溫基層墻體,以及不同的裝飾面層,所用保溫材料和操作工藝也應(yīng)有所區(qū)別。對于全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu),囚其外墻的平整度,垂直度控制較好,墻體大面光潔,比較適宜于聚苯板大面積鋪粘保溫施工。 實(shí)踐證明,以“放”為主,“放抗”結(jié)合,在設(shè)計(jì)、材料、施工以及構(gòu)造措施中共同遵循這條原則,系統(tǒng)各組成材料也遵循這樣的原則,能夠有效地控制保溫墻體裂縫。 3、提高墻體的施工質(zhì)量。保證保溫墻體的施工質(zhì)量是防止裂縫產(chǎn)生的重要環(huán)節(jié)。(l)施工單位應(yīng)充分了解設(shè)計(jì)意圖,了解系統(tǒng)材料的性能,同時編織正確合理的施工方案,建立完整有效的質(zhì)量保證體系。(2)選擇的保溫廠家能夠配套供應(yīng)抗裂砂漿,保證供應(yīng)材料的質(zhì)量穩(wěn)定性。(3)加強(qiáng)對保溫材料體系的質(zhì)量檢驗(yàn)和性能測試。(4)裝修施工時,防護(hù)面層必須足夠干燥,盡可能選擇常溫、干燥季節(jié)施工;選用柔性膩?zhàn)?采用透氣、防水性能好的外墻涂料,并保持各層溫度變形協(xié)調(diào)、相容。 結(jié)束語:綜上所述,溫度變化及干縮變形是導(dǎo)致外保溫墻體產(chǎn)生裂縫的主要原因,抹面砂漿的柔韌性是防止外保溫墻面開裂的決定性因素,而玻璃纖維網(wǎng)格布則對外墻外保溫的防裂起著相輔