保温装饰一体化系统粘结砂浆性能研究

黄海拼，刘东亮，施广鑫，康九斯，伍浩，康光宗

保温装饰一体化系统粘结砂浆性能研究

黄海拼，刘东亮，施广鑫，康九斯，伍浩，康光宗

(湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭411201)

随着建筑节能技术的发展，新型保温材料不断出现．本文对保温装饰一体化系统这一新型保温体系，进行相关耐久性的研究，并通过ANSYS软件进行数值模拟分析．试验表明：温度、水分同样会对粘结砂浆的耐久性产生不利影响，所以良好的防水措施对保温系统的耐久性至关重要．

耐久性；粘结砂浆；耐候性；保温装饰一体板

2009年哥本哈根世界气候大会上，中国政府作出承诺：到2020年国内二氧化碳排放量总值比2005年下降40%-45%，所以如何解决节能减排和经济可持续增长协调问题成为我们要解决的重要课题[1]．对围护结构实施节能措施是建筑节能的重要部分．目前国内常用的外墙保温系统主要有EPS/XPS板薄抹灰外墙外保温系统、聚氨酯硬泡外墙外保温系统、胶粉及玻化微珠保温砂浆外墙外保温系统等[2]．保温装饰一体化系统(构造图如图1所示)作为一种新型保温系统，国内一些学者对其进行了一定的研究，但是对其在安装和使用的过程存在的一些问题并没有深入的探讨[3-6]．

图1 保温装饰一体化系统构造示意图

当前，我国的外墙保温系统发展迅速，保温装饰一体板这一新型保温体系也呈现了良好的态势．在国内越来越受到重视，参与的企业越来越多，全国各地都有已形成初具规模的生产机械自动化，操作标准化、精细化的生产企业．

相对于普通保温形式，保温装饰一体板除了具有良好的保温效果外，还具有以下优势：

（1）将保温和装饰两种功能合二为一，施工时只需要进行一次抹灰即可，而传统做法将保温层与装饰层分开施工，因此保温装饰一体板具有施工简单、减少工序，缩短工期，提高工效，降低综合成本的优点．

（2）装饰面层多样，能够根据客户的具体需要，制成不同颜色、不同质感的装饰面．

（3）传统的现场施工，保温层的质量受工人个人施工水平影响很大，且会污染环境，而保温装饰一体化板材本身在工厂预制，机械化程度高，质量有保证，系统地解决了外墙保温施工中常见的开裂、渗水等问题．

（4）相比于同档质量的铝塑板、铝单板和钢挂石材，自重减轻达到30-90%，抗震性能好，安全性高．

（5）耐火性好，耐候性可与建筑物本身同寿命，与传统保温系统寿命只有20年相比，可以减少后续维修更换，降低成本．

（6）属于外墙外保温系统，可以基本消除热桥效应，改善墙体的潮湿状况，有利于墙体的耐久性，同时还能增加建筑面积．

本文主要对保温装饰一体化系统进行相关耐久性的研究，并通过ANSYS软件进行数值模拟分析，为新型板材的研究发展提供参考依据．

1 原材料和试验方法

1.1原材料

德一牌粘结砂浆、自来水

1.2实验方法

参考JGJ144-2004《外墙外保温工程技术规程》、JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》、GB/T20473-2006《建筑保温砂浆》及相关产品标准等进行测试．

1.3试验步骤

1.3.1 试块制作、养护

(1)试块制作：用水泥砂浆搅拌机将德一粘结砂浆搅拌均匀(配合比按质量控制，水：粘结砂浆=1:4)，然后在砂浆稠度仪上进行稠度试验，再将粘结砂浆放于模具(模具内应先涂抹一层润滑油)，并在振动台上振实．

(2)在模具内放于室温条件下24 h后拆模，然后浸水养护28 d．

图2 试块制作

1.3.2 冻融循环

试块养护28d后，将其置于(-15±5)℃的冰箱中8h±20 min，然后放在(50±5)℃的干燥箱中16h±20 min，为一个循环，每5个循环为一批次，然后进行一次外观检查、称重和抗折强度测定，共进行30个循环，试验过程如图3所示．

图3 冻融循环试验过程

1.3.3 热雨循环

试块养护28 d后，将其放在(50±5)℃的干燥箱中3h±20 min,然后置于(15±5)℃水中浸泡1 h±20 min，再静置2 h,为一个循环，每10次循环为一个批次进行一次外观检查、称重和抗折强度测定，共进行50个循环，试验过程如图4所示．

图4 热雨循环试验过程

2 实验结果与讨论

通过试验得到数据，整理得到抗折强度变化曲线如图5所示．

图5 粘结砂浆抗折强度变化曲线

试块养护28 d之后，进行冻融循环、热雨循环试验，通过第一个批次试验数据可以看出，28 d过后，试块的抗折强度仍然有较大的提高；由曲线可以看出粘结砂浆的抗折强度在经过上升之后会下降，说明冻融循环和热雨循环对其有不利影响，其中冻融循环的曲线下降段的斜率更大，说明冻融循环对砂浆抗折强度的不利影响更明显，热雨循环下粘结砂浆的抗折强度在前5个批次中均低于冻热循环，但之后由于热雨循环下抗折强度下降幅度小，会出现热雨循环曲线位于冻融循环曲线之上的情况，这就说明冻融循环对抗折强度的不利影响会更严重．

通过实验得到了粘结砂浆试块的质量变化曲线，如图6所示，可知无论是冻融循环还是热雨循环，随着试验的进行，试块的质量都会受到损失，热雨循环下试块的质量损失较小，而冻融循环下试块的质量损失初期急剧减小，直到第五批次以后才趋于稳定．

图6 粘结砂浆质量变化曲线

经过50个热雨循环后粘结砂浆的质量损失幅度为2.97%，经过5个冻融循环后粘结砂浆的质量降低幅度就达到了5.26%，这一方面是因为粘结砂浆在水中养护28天并不能使其强度得到充分发展，上升空间很大；另一方面也可以得出养护期间受到冻融循环作用会对其质量影响非常严重．

3 耐候性条件下墙体热应力的数值模拟

3.1分析步骤

采用ANSYS10.0热应力分析中的间接法对外墙外保温系统的热应力进行模拟和求解．其步骤包括：(1)建立有限元模型．由于涉及到热-结构耦合分析，所以热分析单元类型选取Solid70，然后转换为结构分析单元Solid45，以实现三维热场及结构场的耦合，其模型网格划分结果如图7所示．(2)施加温度荷载，进行热求解．(3)重新进入前处理，将热分析单元Solid70更换为结构单元Solid45，并添加材料性能参数：弹性模量、泊松比和热膨胀系数．(4)施加荷载和求解．荷载包括：整个结构实体四周全部固定的位移条件，热分析得到的整个结构上各节点的温度等．(5)后处理．主要对系统热应力和位移进行了通用后处理．

图7 模型划分后的单元网格

3.2模拟结果

由于在保温装饰一体化外保温系统中，粘结砂浆起着关键的粘结作用，因此对粘结砂浆层的温度应力分布情况进行模拟分析就显得格外重要，而对于高温-淋水循环，其最大应力在极端高温-箱内环境温度为75℃的结束时刻产生，热应力和位移分布图如图8和图9所示．

图8 粘结砂浆内表面温度应力分布

图9 保温装饰一体化系统外饰面的位移分布

通过模拟，分析可以得出在温度作用下粘结砂浆的应力在窗口周围比较大，在窗角部位达到最大，这是热桥效应所产生的效果．外饰面的位移同样在窗口周围比较大，远离窗口部位产生的位移很小，受边界的约束作用比较明显．

4 结论

(1)保温装饰一体化系统粘结砂浆的耐久性受温度和水分影响较大，在施工和使用期间要采取相关措施，防止砂浆受到冻热循环的影响和水分的侵蚀．

(2)保温装饰一体化系统要做好热桥的阻断，减小热桥处粘结砂浆所受到的热应力．

(3)保温装饰一体化系统的饰面部分宜做好分块施工，固定边界，减小在温度作用下的位移，防止饰面开裂而影响保温系统的耐久性．

[1]黄振利,涂逢祥,梁俊强,等.外保温技术理论与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[2]吴恩明,陈文松.玻化微珠保温砂浆外墙外保温系统及其关键材料[J].新型建筑材料,2008(09):71-72.

[3]杨沛.浅析外墙外保温和装饰系统(EIFS)的应用[J].科技经济市场,2011(05):37-39.

[4]罗淑湘,孙桂芳,李俊领,王永魁.防火型建筑外墙保温装饰一体化技术开发与应用[J].科技创新导报,2011(04):62-63.

[5]付毅刚,瞿浩荣.聚氨酯保温装饰一体板防火施工技术的应用[J].常州工学院学报,2012,25(01):28-30.

[6]陈立.外墙保温装饰一体化板的应用与施工[J].福建建材, 2010(06):62-63.

(责任编校：陈智全)

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

黄海拼(1990-)，男，湖南邵阳人，硕士研究生，主要从事墙体保温研究.