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外墻外保溫體系使用錨栓的問題
 
作者:佚名 日期:2009年12月08日 來源:本站原創  字體:
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核心提示:
  外墻外保溫體系僅僅用粘膠粘貼在墻上是否可靠?是否使用錨栓才足夠安全?到底在什么情況下應該使用錨栓?以上問題在行業內一直有些模糊不清,加上尚無行業標準對此作出權威性的規范,一些地方標準之間的規定不太統一,業主、監理面對實際工程常常在此問題上找不到方向。

  本文想就外墻外保溫體系的性能、受力狀況作一些分析,這樣我們不難得到結論。
 
一、 外保溫體系脫落因素分析
   使用錨栓無非是因為擔心下列因素使外保溫體系從墻體上脫落:
? 基面附著力不夠,例如貼過瓷磚的或老化起粉的墻面
? 保溫板板面附著力不夠,例如XPS板
? 保溫板自身抗拉強度低,例如巖棉板
? 某些城市風壓較大,特別是臺風區。
? 外保溫體系自重大,例如面層需粘貼瓷磚的外保溫體系,或保溫板本身較重(巖棉板)
    總體來說,兩大原因造成外保溫體系的脫落:
   1. 垂直于墻面的負風壓在外保溫體系各材料、界面粘結抗拉強度不足時造成外保溫體系的脫落,
   2. 外保溫體系的自重在外保溫體系各材料、界面抗剪切強度不足時造成脫落。
二、外保溫體系安全性分析
 
   1.垂直于墻面的負風壓與外保溫體系各材料、界面粘結抗拉強度
   為了定量地分析第一種造成外保溫體系脫落的因素,有必要先了解一下JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》及將要公布的《外墻外保溫系統技術規程》等標準對EPS板類外保溫體系組成材料及各材料界面粘結強度的最低要求:
序號
材料與界面
抗拉強度
Mpa  ≥
標準依據
考慮了實際粘貼面積后的抗拉強度
Mpa   ≥
1
基面附著力
0.3
JGJ×××-2003《外墻外保溫系統技術規程》
0.3
2
粘結膠漿與基面間的粘結抗拉強度
0.6
JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》
0.24 (40%粘貼面積)
3
粘結膠漿與EPS板間的粘結抗拉強度
0.1
JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》
0.04 (40%粘貼面積)
4
EPS板垂直于板面的抗拉強度
0.1
JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》
0.1
5
抹面膠漿與EPS板間的粘結抗拉強度
0.1
JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》
0.1
6
瓷磚與抹面膠漿間的粘結抗拉強度
-
JGJ 110-97《建筑工程飾面磚粘結強度檢驗標準》*
0.4  (100%粘貼面積)
    *因國內外均沒有瓷磚應用于外墻外保溫體系的標準,此標準僅作為參考。關于瓷磚應用于外墻外保溫體系的問題見筆者發表于《新型建筑材料》11/2003的文章“以瓷磚為飾面層的外墻外保溫體系”。
 
   由上表可知,EPS板類外保溫體系抗拉強度最薄弱的環節是粘膠與保溫板之間的界面,強度為0.04Mpa。
   我們可以再來計算一下建筑物負風壓。
   以上海地區為例。
   查GB50009-2001《建筑結構荷載規范》,上海地區100年一遇的基本風壓為0.6KPa,重要高聳建筑調整系數取1.2,Wo=0.6×1.2=0.72 KPa。
    地面粗糙度按C類計算
    計算公式:Wk=1.5βgzμsμz Wo
    1.5:為考慮高樓林立所產生的風壓增大系數(穿堂風)
    βgz:高度Z處的陣風系數  
    μs:風荷載體形系數    墻面為-1.0
                     墻角(陽角)為-1.8
    μz:風壓高度變化系數 
    這樣算得上海地區高層建筑負風壓及抗負風壓安全系數為:
建筑物高度(m)
Wk (-kpa)
(墻面)
Wk (-kpa)
(陽角)
抗風壓安全系數
(墻面)
抗風壓安全系數
(陽角)
20
1.74
3.13
23.0
12.8
40
2.16
3.89
18.5
10.3
60
2.46
4.43
16.3
9.0
80
2.73
4.91
14.7
8.1
100
2.94
5.29
13.6
7.6
150
3.38
6.08
11.8
6.6
 
   上海基本風壓在全國范圍內屬于最高,而照上述計算,即使在150m高處的陽角部位,風壓安全系數還有6.6倍!只要基面、粘膠及外保溫各組成材料滿足以上相關標準要求,對EPS板薄抹灰類外保溫體系來說是不需要附加錨栓來固定聚苯板的。
  基面的附著力問題在今后舊房節能改造中是首先要遇到的問題。歐標ETAG 004及德國DIBt(德國建筑技術委員會)對粘貼法外保溫體系的基面附著力要求是≥0.08Mpa(40%粘貼面積),否則必須附加錨栓或以其它機械固定方式(基面附著力≥0.05Mpa時,也可把粘貼面積提高至100%)。我國即將實行的行業標準JGJ×××-2003《外墻外保溫系統技術規程》規定的基面附著力為≥0.3Mpa(40%粘貼面積),大大高于歐標或德國標準,這意味著我國使用錨栓的門檻較歐洲高,也可以說在此標準基礎上根本沒必要使用錨栓 (理由見前文分析)。同時也意味著舊房改造時必須采用一定的基面處理技術使基面達到如此高的要求,否則有必要另外制訂一個標準,這樣不至于把一些成熟的,粘貼法以外的外保溫固定技術攔在門外。事實上,對于舊房改造,或者更準確地說,對于附著力差、平整度差、有結構裂縫等所謂有問題的基面,歐洲的錨栓、型材固定技術都比較成熟,且在ETAG 004中都有相關的規定。德國Sto公司是型材固定技術的首創者,早于1972年首推市場,目前上海申得歐有限公司已從德國母公司Sto AG引進這項技術,并已在國內申請專利。針對不同問題的基面,上海申得歐有限公司更有成熟的基面處理方案和相關產品,相信會在舊房改造市場上一展身手。
 
    關于板面附著力的問題,也是影響與粘膠或抹面膠漿粘結強度的一個因素,EPS板的板面附著力不存在問題。不過目前在外墻外保溫市場上有較多廠家使用XPS板作為保溫板,這類板材因為表皮非常光滑致密,與粘膠和抹面膠漿的附著力很差。經測試,即使去掉表皮,也不能得到很好改善,遠遠達不到JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》所規定的0.1Mpa,XPS板用于墻體保溫,錨栓看來是必不可少。據說在涂刷一層界面劑后可以解決XPS板面的附著力問題,但觀察所有的XPS板類外保溫體系工程,無不使用錨栓作附加固定。問題在于錨栓在安裝時,其錨盤在壓入板面過程中常常使XPS板沿錨盤一周出現脆裂,甚至裂得與整板分離,錨栓所起作用值得懷疑;同時錨栓在打入時使剛性的XPS板材起拱,反而影響板材與墻面之間的粘結狀態。因此錨栓對XPS類外保溫體系能否真正起到附加安全作用,筆者存有疑慮,特別是飾面層采用瓷磚的情況下。不可否認XPS板是一種性能優越的保溫材料,在屋頂、地坪保溫領域充分顯示其優越性與可靠性,但在墻體保溫領域的應用性如何?為何在歐美墻體保溫市場及相關標準中沒有XPS板的身影?總還是有一定的原因。
 
    如果以錨栓的拉拔力來驗算風壓,錨栓的用量為多少呢?
    仍以上海地區來進行計算:
    按JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》對錨栓拉拔力的規定,為0.3KN/個,以3倍風壓安全系數計算,錨釘的數量=3*風壓計算值/0.3,這樣計算結果見下表:
建筑物高度
(m)
錨栓個數/m2
(墻面)
錨栓個數/m2
(陽角)
20
17
31
40
22
39
60
25
44
80
27
49
100
29
53
150
34
61
 
    由上表可知,即使只在20m高處的墻面,錨栓的用量需17個/m2,而在100m高處,竟達29個/m2
    我們還可以計算一下使用多少個錨栓相當于達到0.1Mpa的粘膠抗拉強度:
錨栓個數/M2=0.1Mpa*1000/0.3KN=333!
    如此高密度的錨栓顯然是不可能的。這也從另一方面說明,抗風壓真正的途徑還是只能是粘膠。
 
2.外保溫體系的自重與外保溫體系各材料、界面的抗剪切強度
    關于自重的影響,EPS板薄抹灰類涂料飾面的外保溫體系的自重(不含粘膠)通常在5-8kg/m2之間,可以忽略不計,故在歐標ETAG 004《砂漿面外墻外保溫系統》及我國行業標準JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》中,對各材料及界面的抗剪切強度都不作規定。
    但如果面層粘貼瓷磚,自重則會增加至40-50 kg/m2甚至更高;再如巖棉板作為保溫材料時,其自重是EPS板的10倍左右,這類體系的自重也可高達25 kg/m2或以上。這兩種由自重引起的剪切安全性問題,是必須考慮的,但目前國內外都無類似風壓的安全系數計算與設計規定,在德國,規定自重大于10kg/m2的體系必須在粘貼的同時附加錨栓(DIBt 4/1990)。同時明確寫明:“對于輕質的,自重小于10kg/m2的EPS板薄抹灰類外墻外保溫體系不需使用錨栓”。
    瓷磚面外保溫體系因為瓷磚的重量在外保溫的最外層,錨栓應錨固在玻纖網格布增強層上,而不是錨固在保溫板板面上。
瓷磚的重力Q與錨栓的拉力Z形成一個斜向的壓力D,這個力由保溫板通過粘膠傳遞至墻面,從而由墻體來承受瓷磚的自重,錨栓等于是為外保溫體系提供了一個斜支撐的作用。然而,粘膠與墻面之間的粘結力和摩擦力是D能傳遞至墻面的基礎,如果沒有粘膠的作用,錨栓是不能完成這個支撐作用的。
 
    以上我們可以得出結論:對EPS板薄抹灰類涂料飾面的外保溫體系來說,粘膠足以解決外保溫的安全性問題。而在瓷磚面外保溫體系(或自重大于10kg/m2的外保溫體系),需在粘貼的同時附加錨栓。
 
    一些地方標準規定了20m以上外保溫體系應附加錨栓來固定EPS板,筆者不知“20m”的出處或依據在哪里,猜測是套用了德國或歐洲、其它國家的標準?德國規定20m以上為高層建筑,而他們對高層建筑的防火要求高于我國,要求為不燃,故在德國20m以上建筑的保溫板均使用不燃的巖棉板(EPS板為阻燃),巖棉板因其自重較大和抗拉強度較低,是必須輔以錨栓固定的,我想“20m以上建筑宜附加錨栓”的地方標準規定應該是由此而來。
 
    當然,0.1Mpa的粘膠與EPS板的界面強度是實驗室檢測強度,實際施工中,工人操作手勢、雙組分類粘膠的現場配合比控制、實際粘貼面積的控制、風雨等不測氣候因素,乃至一些未充分陳化的EPS板上墻后的變形,都會對工程實際強度產生影響。特別是高層建筑在施工中難免受到風的影響,在北京、新疆等地相繼發生過貼板過程中整面墻體的EPS板一起脫落的情況,令用戶心存疑慮。除了廠家應保證粘膠的質量與現場配合比控制之外,施工必須保證在正常的氣候下進行,不得在大風時施工,否則應有應對措施,例如貼板的同時附加錨栓,以防粘膠在未達到一定強度之前保溫板受風壓影響與墻面脫離。
 
三、錨栓對外保溫體系的負面影響
    一方面錨栓對外保溫體系的安全性并不起到關鍵作用,另一方面,對外保溫體系面層的抗開裂性來講還有著負面作用。
    防護面層在溫濕應力作用下的柔性變形在受到相對較硬的錨栓盤的限制時,錨栓盤周邊較易開裂。
    而如下圖所示,外保溫在負風壓作用下,錨栓是一個剛性支點,而兩個剛性支點間的聚苯板會向外產生變形,使得沿錨固盤一周的外保溫面層產生拉壓應力交變區而增加開裂傾向。同時,在負風壓作用時,錨栓這個剛性支點限制了外保溫體系而使兩個錨栓之間的外保溫體系出現彎曲變形,使其中央部位彎曲變形最大,也較易開裂。
    在可能的情況下,建議盡量避免使用錨栓。
    使用錨栓還存在一個熱橋問題,國內多數鋼釘的頂部都沒有塑料頭防熱橋處理,熱橋部位會造成水蒸氣冷凝而使鋼釘銹蝕,在外保溫表面常可見錨栓部位發黑、局部剝落,直至影響整個外保溫體系的質量。
五、結論
    1.對于負風壓來說,只要基面、粘結劑、保溫板等外保溫各組成材料符合JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》等外保溫行業標準,粘膠是解決外墻外保溫體系安全問題的根本途徑,錨栓只是作為一個附加的安全措施,更多的是解決施工期間因氣候、工人操作因素所帶來的一些問題。
    2. 對于舊房改造中遇到的諸如墻面老化起粉、光滑的瓷磚面等基面附著力不夠的情況時,如沒有條件對基面作處理(如去除瓷磚等),外保溫附加錨栓是必要的。但按照現行行業標準,只能通過對基面作適當處理使其符合粘貼要求。
    3.外保溫體系的自重(不含粘膠)≥10kg/m2時,需在粘貼的同時附加錨栓。
    4.在使用瓷磚飾面時,必須在粘貼的同時附加錨栓,且錨栓必須錨固在防護面層上。
    5.錨栓對外保溫體系的抗開裂性來說是一個不利因素,在可能的情況下應盡量避免使用錨栓。
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