外墙外保温薄抹灰系统粘接强度耐候性能分析研究

摘要：针对当前我国外墙外保温系统中应用最多的三种保温材料构成的薄抹灰系统进行了耐候性试验，研究了EPS、XPS和无机发泡水泥保温板三种保温材料构成的系统不同耐候阶段的粘结强度，找出了不同耐候阶段对保温系统粘接强度的影响大小。

关键词： 薄抹灰外墙外保温系统，耐候性，粘接强度

中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：

引言

随着全球能源危机的加剧，建筑行业中，建筑物保温节能已成为节能系统工程的重要环节，而改善和提高建筑物围护结构的保温性能是当前建筑节能的重点。在众多建筑物外墙保温系统结构中，薄抹灰外墙外保温系统具有节能效果好、造价低、施工方便、防止冷桥等特点，在国、内外建筑行业中的应用最为普遍和广泛。

在众多的保温材料中，EPS或XPS板薄抹灰外墙外保温系统在我国2009年之前的建筑中占据绝大多数；由于建筑物外墙外保温材料引起火灾的事故频繁发生，公安部第65号文件限制了可燃类保温材料在建筑物中的使用，无机发泡水泥保温板以其优异的防火性能广泛的应用于薄抹灰外墙外保温系统中。但不论是EPS、XPS板构成的薄抹灰外墙外保温系统，还是无机发泡水泥保温板构成的薄抹灰外墙外保温系统，在建筑物使用一段时间后，都会出现饰面层脱落、开裂等现象。因此，下面针对这三种工程上使用最多的保温材料构成的薄抹灰外墙外保温系统的粘接强度耐候性进行研究和分析。

试验原材料和设备

2.1试验原材料

测试保温材料耐候性所需的保温板需满足相关产品标准要求。各种保温板材的主要性能指标如表2-1,2-2,2-3所示。

a模塑聚苯乙烯泡沫塑料保温板（EPS）：标称厚度为50mm。

表2-1 EPS板主要性能指标

样 品 检验项目 标准要求 备注

EPS板 表观密度，kg/m3 18～20 ——

导热系数，W/(m·K) ≤0.041 ——

压缩强度（10%）kPa ≥100 ——

b挤塑聚苯乙烯泡沫塑料保温板（XPS）：标称厚度为50mm。

表2-2 EPS板主要性能指标

样 品 检验项目 标准要求 备注

XPS板 表观密度，kg/m3 28～30 ——

导热系数，W/(m·K) ≤0.028 ——

压缩强度（10%）kPa ≥200 ——

c发泡水泥保温板：标称厚度80mm，标称密度为200 kg/m3

表2-3 发泡水泥保温板主要性能指标

样 品 检验项目 标准要求 备注

发泡水泥

保温板 干密度，kg/m3 190～210 ——

导热系数，W/(m·K) ≤0.060 ——

抗压强度，kPa ≥200 ——

2.2试验设备

a大型耐候性检测设备

由中国建筑科学研究院物理研究所依据JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外保温系统》标准而开发研制。

主要参数：

空气温度控制范围：（-25°C ~ 75°C）； 空气温度测试精度：0.5%

空气温度控制精度：控制目标温度的±3°C；水温度控制范围：15°C± 3°C

水温度测试精度：0.5%；相对湿度测试精度：3%

水流量控制范围：0 ~20L/min；

主要设备外形尺寸：长*宽*高

环境箱尺寸：3360*1500*3500mm； 恒温水箱：1200*1500*1200mm

b岛津电子万能力学试验机：

规格型号：AG-IC100kN；制造单位：SHIMADZU

三 试验方法

建筑物外墙外保温系统中使用到的保温材料，随着使用时间的延长，保温材料在墙内的温度场和湿度场的周期性作用下，会出现老化现象，致使保温材料的各项性能随之下降。本文按照JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》和JGJ 144-2004《外墙外保温工程技术规范》中规定的方法对制备的薄抹灰保温系统试样进行测试。

3.1 保温系统试样制备

在2.1.中规定的EPS、XPS、发泡水泥保温板三种保温材料样品板面上刮抹抗裂抹面砂浆，压入耐碱网格布，再用抹面砂浆刮平，抹面层总厚度为5mm，养护28d后，表面刮外墙柔性耐水腻子，常温养护7d后，刷外墙建筑涂料，养护7d后待用。试块构造如图1：

图1 保温材料试验样品结构图

3.2耐候性试验

将3.1中制备并养护完成的试样，除饰面层一面外，其他五面用防水材料密封，放入大型耐候性检测设备箱中，按照JG 149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》和JGJ 144-2004《外墙外保温工程技术规程》中规定进行：“高温—淋水”80次循环和“加热—冷冻”5次循环耐候性试验：

高温—淋水循环（每次循环6h, 共做80次循环）

试样表面加热至70℃，温度上升时间为1h，并在（70±5）℃条件下恒温2h；

试样表面淋水1h〔水温（15±5）℃，水量1.0L～1.5L/(m2·min)〕；

静置2h。

高温—淋水循环结束后，在（10～25）℃，相对湿度不低于50%的环境条件下至少进行48h的状态调节。

加热—冷冻循环（每次循环24h，共做5次循环）

加热至50℃并在（50±5）℃条件下保持7h，温度上升时间为1h；

降温至-20℃并在（-20±5）℃条件下保持14h，降温时间为2h。

3.3 样品选取

为了研究抹面层和保温层之间的拉伸粘接强度随保温系统耐候性试验过程中的变化历程，将制备的三种保温板试样的耐候性过程分别分为五个阶段选取样品：

第一阶段：按照3.1制备的原始试验样品养护期满后，在标准养护条件（温度为（23±2）℃，相对湿度为（50±5）%）下静置7天后待测；

第二阶段：高温-淋水循环40个周期后，从大型耐候性试验设备中拿出样品，在标准养护条件下静置7天后待测；

第三阶段：高温-淋水循环满80次循环后，从大型耐候性试验设备中拿出样品，在标准养护条件下静置7天后待测；

第四阶段：满80次高温-淋水循环后，状态调节48小时，再将样品放入大型耐候性试验设备中，进行2个周期的加热-冷冻循环，取出试验样品，在标准养护条件下静置7天后待测；

第五阶段：满80次高温-淋水循环后，状态调节48小时，再将样品放入大型耐候性试验设备中，进行5个周期的加热-冷冻循环，取出试验样品，在标准养护条件下静置7天后待测；

耐候性试验结束后，状态调节7天，按JG 149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》和JGJ 144-2004《外墙外保温工程技术规程》规定，测试抹面层与保温层的拉伸粘接强度。

3.4 测试试件制备

由于原始试样尺寸较大，在测试粘接强度前要将进行了不同耐候性试验阶段的大块试样切割成（100*100）mm的小块，试样表面用强度较高的胶粘上测试专用的拉拔件，固化后，用岛津万能力学试验机以5mm/min的拉伸速度进行粘接强度测试。如图2、图3所示。

图2 保温板板粘结强度试件图3 粘结强度测试

四 结果与讨论

每个阶段制备5个测试试件，三种保温材料构成的薄抹灰外墙外保温系统的粘结强度测试结果如下：

4.1 EPS、XPS保温板系统粘结强度如表4-1、4-2所示。

表4-1 EPS薄抹灰外墙外保温系统粘接强度耐候性试验数据单位MPa

试件1 试件2 试件3 试件4 试件5 平均值

第一阶段 0.124 0.117 0.122 0.128 0.133 0.125

第二阶段 0.109 0.111 0.112 0.103 0.105 0.108

第三阶段 0.100 0.098 0.103 0.105 0.104 0.102

第四阶段 0.096 0.086 0.095 0.096 0.091 0.093

第五阶段 0.084 0.091 0.081 0.096 0.093 0.089

从表4-1中的数据可以看出，随着耐候性试验的进行，EPS板保温系统的粘接强度在逐渐下降。特别是第二阶段和第四阶段粘结强度值下降幅度相对较大。

表4-2 XPS薄抹灰外墙外保温系统粘接强度耐候性试验数据单位MPa

试件1 试件2 试件3 试件4 试件5 平均值

第一阶段 0.283 0.264 0.272 0.266 0.275 0.272

第二阶段 0.262 0.259 0.255 0.247 0.261 0.257

第三阶段 0.256 0.249 0.237 0.244 0.238 0.245

第四阶段 0.228 0.221 0.219 0.234 0.224 0.225

第五阶段 0.216 0.209 0.208 0.204 0.214 0.210

从表4-2中的数据可以看出，随着耐候性试验的进行，XPS板保温系统的粘接强度也是逐渐下降，而且在第四阶段下降幅度较大。

这是由于在“高温-淋水循环”阶段，涂料饰面或多或少会有水分或水蒸汽吸入，尽管EPS和XPS板的吸水性很小，可抹面砂浆层在内部温度场和湿度场的作用下，会发生内部湿度的迁移而产生的水压力和渗透压造成膨胀；在接着进行“加热—冷冻循环”阶段，吸入的水分或湿气不会及时散发出去，随着冷冻阶段的开始，就会出现结冰现象，这种反复冰胀应力的作用对粘接强度有较大的破坏作用。因此，粘接强度在此处的下降较为明显。

4.2 无机发泡保温板系统测试的粘结强度如表4-3所示。

表4-3 无机发泡水泥保温板薄抹灰外墙外保温系统粘接强度耐候性试验数据

单位MPa

试件1 试件2 试件3 试件4 试件5 平均值

第一阶段 0.107 0.111 0.102 0.098 0.115 0.107

第二阶段 0.088 0.089 0.083 0.085 0.092 0.087

第三阶段 0.081 0.084 0.077 0.079 0.074 0.079

第四阶段 0.051 0.047 0.051 0.045 0.049 0.049

第五阶段 0.044 0.039 0.041 0.037 0.034 0.039

从表4-3可以看出，无机发泡水泥保温板系统的粘接强度值随着耐候性试验不同阶段的进行，比EPS、XPS保温板系统下降的幅度大。这是由于无机发泡水泥保温板自身的吸水性比EPS、XPS保温板大很多，在“高温-淋水循环”阶段，发泡水泥板自身就会有一定的吸水，且不能及时挥发出去，而且大部分水分集中在抹面砂浆与发泡水泥保温板的界面处的泡孔内；在经历“加热—冷冻循环”阶段时，这些泡孔内的水分会结冰，体积发生膨胀，从而影响抹面层和无机发泡水泥保温板之间的粘接强度。

将上述试验中所测得三种样品五个阶段的平均值绘制成粘接强度变化曲线，如图4所示。

图4 三种保温材料不同阶段粘接强度变化曲线

从图中可以看出，XPS板保温系统整体的粘接强度值明显高于EPS保温系统，而无机发泡水泥板保温系统的粘接强度值最低；这是由于当使用的抗裂抹面砂浆质量合格情况下，粘接强度的破坏界面应该是保温材料的内聚破坏，XPS自身的拉伸强度值最高，因此XPS系统的粘接强度值整体最高，EPS次之，无机发泡水泥保温板系统最低。

从图4的曲线可以看出，随着耐候性试验阶段的进行，三种保温材料系统的粘结强度均在下降，但是无机发泡水泥保温板下降的幅度较其他两种材料大，这是由于无机发泡水泥保温板自身的吸水性大，抗冻性能较差而导致整个保温系统的粘接强度下降。

五 结论

EPS、XPS和无机发泡水泥保温板薄抹灰外墙外保温系统（涂料饰面）的粘接强度随耐候性试验的进行而下降，其中在“加热—冷冻循环”阶段下降的幅度较大。

EPS、XPS和无机发泡水泥保温板三种保温材料组成的薄抹灰外墙外保温系统（涂料饰面）中，无机发泡水泥保温板系统由于自身保温材料抗冻性能较低，其粘接强度随耐候性试验的进行下降最为明显。

从以上研究结果得出：新建建筑外墙外保温系统或既有建筑物外墙外保温系统饰面层要有一定的防水功能，从而减缓保温系统粘接强度的下降，确保建筑物居住安全。

作者简介 王连盛 男 硕士 工程师 专业： 材料学

参考文献

JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》

JGJ 144-2004《外墙外保温工程技术规范》