黃海拼，劉東亮，施廣鑫，康九斯，伍浩，康光宗

保溫裝飾一體化系統(tǒng)粘結(jié)砂漿性能研究

黃海拼，劉東亮，施廣鑫，康九斯，伍浩，康光宗

(湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南湘潭411201)

隨著建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，新型保溫材料不斷出現(xiàn)．本文對(duì)保溫裝飾一體化系統(tǒng)這一新型保溫體系，進(jìn)行相關(guān)耐久性的研究，并通過(guò)ANSYS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析．試驗(yàn)表明：溫度、水分同樣會(huì)對(duì)粘結(jié)砂漿的耐久性產(chǎn)生不利影響，所以良好的防水措施對(duì)保溫系統(tǒng)的耐久性至關(guān)重要．

耐久性；粘結(jié)砂漿；耐候性；保溫裝飾一體板

2009年哥本哈根世界氣候大會(huì)上，中國(guó)政府作出承諾：到2020年國(guó)內(nèi)二氧化碳排放量總值比2005年下降40%-45%，所以如何解決節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長(zhǎng)協(xié)調(diào)問(wèn)題成為我們要解決的重要課題[1]．對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)施節(jié)能措施是建筑節(jié)能的重要部分．目前國(guó)內(nèi)常用的外墻保溫系統(tǒng)主要有EPS/XPS板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)、聚氨酯硬泡外墻外保溫系統(tǒng)、膠粉及玻化微珠保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)等[2]．保溫裝飾一體化系統(tǒng)(構(gòu)造圖如圖1所示)作為一種新型保溫系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了一定的研究，但是對(duì)其在安裝和使用的過(guò)程存在的一些問(wèn)題并沒有深入的探討[3-6]．

圖1 保溫裝飾一體化系統(tǒng)構(gòu)造示意圖

當(dāng)前，我國(guó)的外墻保溫系統(tǒng)發(fā)展迅速，保溫裝飾一體板這一新型保溫體系也呈現(xiàn)了良好的態(tài)勢(shì)．在國(guó)內(nèi)越來(lái)越受到重視，參與的企業(yè)越來(lái)越多，全國(guó)各地都有已形成初具規(guī)模的生產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)化，操作標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化的生產(chǎn)企業(yè)．

相對(duì)于普通保溫形式，保溫裝飾一體板除了具有良好的保溫效果外，還具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）將保溫和裝飾兩種功能合二為一，施工時(shí)只需要進(jìn)行一次抹灰即可，而傳統(tǒng)做法將保溫層與裝飾層分開施工，因此保溫裝飾一體板具有施工簡(jiǎn)單、減少工序，縮短工期，提高工效，降低綜合成本的優(yōu)點(diǎn)．

（2）裝飾面層多樣，能夠根據(jù)客戶的具體需要，制成不同顏色、不同質(zhì)感的裝飾面．

（3）傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)施工，保溫層的質(zhì)量受工人個(gè)人施工水平影響很大，且會(huì)污染環(huán)境，而保溫裝飾一體化板材本身在工廠預(yù)制，機(jī)械化程度高，質(zhì)量有保證，系統(tǒng)地解決了外墻保溫施工中常見的開裂、滲水等問(wèn)題．

（4）相比于同檔質(zhì)量的鋁塑板、鋁單板和鋼掛石材，自重減輕達(dá)到30-90%，抗震性能好，安全性高．

（5）耐火性好，耐候性可與建筑物本身同壽命，與傳統(tǒng)保溫系統(tǒng)壽命只有20年相比，可以減少后續(xù)維修更換，降低成本．

（6）屬于外墻外保溫系統(tǒng)，可以基本消除熱橋效應(yīng)，改善墻體的潮濕狀況，有利于墻體的耐久性，同時(shí)還能增加建筑面積．

本文主要對(duì)保溫裝飾一體化系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)耐久性的研究，并通過(guò)ANSYS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，為新型板材的研究發(fā)展提供參考依據(jù)．

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1原材料

德一牌粘結(jié)砂漿、自來(lái)水

1.2實(shí)驗(yàn)方法

參考JGJ144-2004《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》、JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》、GB/T20473-2006《建筑保溫砂漿》及相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行測(cè)試．

1.3試驗(yàn)步驟

1.3.1 試塊制作、養(yǎng)護(hù)

(1)試塊制作：用水泥砂漿攪拌機(jī)將德一粘結(jié)砂漿攪拌均勻(配合比按質(zhì)量控制，水：粘結(jié)砂漿=1:4)，然后在砂漿稠度儀上進(jìn)行稠度試驗(yàn)，再將粘結(jié)砂漿放于模具(模具內(nèi)應(yīng)先涂抹一層潤(rùn)滑油)，并在振動(dòng)臺(tái)上振實(shí)．

(2)在模具內(nèi)放于室溫條件下24 h后拆模，然后浸水養(yǎng)護(hù)28 d．

圖2 試塊制作

1.3.2 凍融循環(huán)

試塊養(yǎng)護(hù)28d后，將其置于(-15±5)℃的冰箱中8h±20 min，然后放在(50±5)℃的干燥箱中16h±20 min，為一個(gè)循環(huán)，每5個(gè)循環(huán)為一批次，然后進(jìn)行一次外觀檢查、稱重和抗折強(qiáng)度測(cè)定，共進(jìn)行30個(gè)循環(huán)，試驗(yàn)過(guò)程如圖3所示．

圖3 凍融循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程

1.3.3 熱雨循環(huán)

試塊養(yǎng)護(hù)28 d后，將其放在(50±5)℃的干燥箱中3h±20 min,然后置于(15±5)℃水中浸泡1 h±20 min，再靜置2 h,為一個(gè)循環(huán)，每10次循環(huán)為一個(gè)批次進(jìn)行一次外觀檢查、稱重和抗折強(qiáng)度測(cè)定，共進(jìn)行50個(gè)循環(huán)，試驗(yàn)過(guò)程如圖4所示．

圖4 熱雨循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

通過(guò)試驗(yàn)得到數(shù)據(jù)，整理得到抗折強(qiáng)度變化曲線如圖5所示．

圖5 粘結(jié)砂漿抗折強(qiáng)度變化曲線

試塊養(yǎng)護(hù)28 d之后，進(jìn)行凍融循環(huán)、熱雨循環(huán)試驗(yàn)，通過(guò)第一個(gè)批次試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，28 d過(guò)后，試塊的抗折強(qiáng)度仍然有較大的提高；由曲線可以看出粘結(jié)砂漿的抗折強(qiáng)度在經(jīng)過(guò)上升之后會(huì)下降，說(shuō)明凍融循環(huán)和熱雨循環(huán)對(duì)其有不利影響，其中凍融循環(huán)的曲線下降段的斜率更大，說(shuō)明凍融循環(huán)對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的不利影響更明顯，熱雨循環(huán)下粘結(jié)砂漿的抗折強(qiáng)度在前5個(gè)批次中均低于凍熱循環(huán)，但之后由于熱雨循環(huán)下抗折強(qiáng)度下降幅度小，會(huì)出現(xiàn)熱雨循環(huán)曲線位于凍融循環(huán)曲線之上的情況，這就說(shuō)明凍融循環(huán)對(duì)抗折強(qiáng)度的不利影響會(huì)更嚴(yán)重．

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了粘結(jié)砂漿試塊的質(zhì)量變化曲線，如圖6所示，可知無(wú)論是凍融循環(huán)還是熱雨循環(huán)，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，試塊的質(zhì)量都會(huì)受到損失，熱雨循環(huán)下試塊的質(zhì)量損失較小，而凍融循環(huán)下試塊的質(zhì)量損失初期急劇減小，直到第五批次以后才趨于穩(wěn)定．

圖6 粘結(jié)砂漿質(zhì)量變化曲線

經(jīng)過(guò)50個(gè)熱雨循環(huán)后粘結(jié)砂漿的質(zhì)量損失幅度為2.97%，經(jīng)過(guò)5個(gè)凍融循環(huán)后粘結(jié)砂漿的質(zhì)量降低幅度就達(dá)到了5.26%，這一方面是因?yàn)檎辰Y(jié)砂漿在水中養(yǎng)護(hù)28天并不能使其強(qiáng)度得到充分發(fā)展，上升空間很大；另一方面也可以得出養(yǎng)護(hù)期間受到凍融循環(huán)作用會(huì)對(duì)其質(zhì)量影響非常嚴(yán)重．

3 耐候性條件下墻體熱應(yīng)力的數(shù)值模擬

3.1分析步驟

采用ANSYS10.0熱應(yīng)力分析中的間接法對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)的熱應(yīng)力進(jìn)行模擬和求解．其步驟包括：(1)建立有限元模型．由于涉及到熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，所以熱分析單元類型選取Solid70，然后轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)分析單元Solid45，以實(shí)現(xiàn)三維熱場(chǎng)及結(jié)構(gòu)場(chǎng)的耦合，其模型網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖7所示．(2)施加溫度荷載，進(jìn)行熱求解．(3)重新進(jìn)入前處理，將熱分析單元Solid70更換為結(jié)構(gòu)單元Solid45，并添加材料性能參數(shù)：彈性模量、泊松比和熱膨脹系數(shù)．(4)施加荷載和求解．荷載包括：整個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)體四周全部固定的位移條件，熱分析得到的整個(gè)結(jié)構(gòu)上各節(jié)點(diǎn)的溫度等．(5)后處理．主要對(duì)系統(tǒng)熱應(yīng)力和位移進(jìn)行了通用后處理．

圖7 模型劃分后的單元網(wǎng)格

3.2模擬結(jié)果

由于在保溫裝飾一體化外保溫系統(tǒng)中，粘結(jié)砂漿起著關(guān)鍵的粘結(jié)作用，因此對(duì)粘結(jié)砂漿層的溫度應(yīng)力分布情況進(jìn)行模擬分析就顯得格外重要，而對(duì)于高溫-淋水循環(huán)，其最大應(yīng)力在極端高溫-箱內(nèi)環(huán)境溫度為75℃的結(jié)束時(shí)刻產(chǎn)生，熱應(yīng)力和位移分布圖如圖8和圖9所示．

圖8 粘結(jié)砂漿內(nèi)表面溫度應(yīng)力分布

圖9 保溫裝飾一體化系統(tǒng)外飾面的位移分布

通過(guò)模擬，分析可以得出在溫度作用下粘結(jié)砂漿的應(yīng)力在窗口周圍比較大，在窗角部位達(dá)到最大，這是熱橋效應(yīng)所產(chǎn)生的效果．外飾面的位移同樣在窗口周圍比較大，遠(yuǎn)離窗口部位產(chǎn)生的位移很小，受邊界的約束作用比較明顯．

4 結(jié)論

(1)保溫裝飾一體化系統(tǒng)粘結(jié)砂漿的耐久性受溫度和水分影響較大，在施工和使用期間要采取相關(guān)措施，防止砂漿受到凍熱循環(huán)的影響和水分的侵蝕．

(2)保溫裝飾一體化系統(tǒng)要做好熱橋的阻斷，減小熱橋處粘結(jié)砂漿所受到的熱應(yīng)力．

(3)保溫裝飾一體化系統(tǒng)的飾面部分宜做好分塊施工，固定邊界，減小在溫度作用下的位移，防止飾面開裂而影響保溫系統(tǒng)的耐久性．

[1]黃振利,涂逢祥,梁俊強(qiáng),等.外保溫技術(shù)理論與應(yīng)用[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.

[2]吳恩明,陳文松.玻化微珠保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)及其關(guān)鍵材料[J].新型建筑材料,2008(09):71-72.

[3]楊沛.淺析外墻外保溫和裝飾系統(tǒng)(EIFS)的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng),2011(05):37-39.

[4]羅淑湘,孫桂芳,李俊領(lǐng),王永魁.防火型建筑外墻保溫裝飾一體化技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2011(04):62-63.

[5]付毅剛,瞿浩榮.聚氨酯保溫裝飾一體板防火施工技術(shù)的應(yīng)用[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào),2012,25(01):28-30.

[6]陳立.外墻保溫裝飾一體化板的應(yīng)用與施工[J].福建建材, 2010(06):62-63.

(責(zé)任編校：陳智全)

Study on Performance ofAdhesive Mortar Used in Decoration Integrated System

HUANG Hai-pin,LIU Dong-liang,SHI Guang-xin,KANG Jiu-si,WU Hao,KANG Guang-zong
(School of Civil engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan 411201,China)

With the gradual development of building energy-saving technologies,there are a lot of new insulation materials emerging.This paper studies on durability about insulation and decoration integrated system..Then,it carries out simulation and analyses by ANSYS software.The experiment results show that: such elements as temperature and moisture could have bad effects on the durability of adhesive mortar.Therefore,a good waterproof measures for the durability of the insulation system is very important.

durability;adhesive mortar;weathering;integrated plate of insulation and decoration

TU55+1.1

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2015.01.011

1672–7304(2015)01–0042–04

2015-02-12

黃海拼(1990-)，男，湖南邵陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事墻體保溫研究.