负风压对空腔结构薄抹灰外墙外保温系统的影响研究

郭磊

摘要：通过研究验证了系统空腔在负风压下产生的应力，是薄抹灰外墙外保温工程质量的风险因素之一，为合理规避因该因素造成质量风险，应保证胶粘剂的粘贴面积和粘结强度，为有效规避风险，建议使用满粘法粘贴保温材料或设置一定量的平衡气压装置。

关键词：外保温系统；系统空腔；负风压

一、理论研究

负风压是造成外保温脱落空鼓的诱因之一，风速较大的风吹过外保温表面，瞬时形成较大负风压区域，而外墙外保温内部空腔气压不会改变，如此，外保温内外产生较大压差，压差较小时外保温可能产生空鼓，压差较大时，保温板被拉出破坏。故研究风荷载的影响，对外保温工程问题的防控具有非常实用意义，在《外墙外保温系统材料安全性评价方法》GB/T 31435-2015[1]中，作为外墙外保温系统材料进行安全性评价一部分，在进行连接可靠性评价时，建筑物表面风载荷设计值作为主要的依据标准，足见风载荷影响的重要性。但目前对外墙外保温系统风载荷的影响并没有得到充分重视，如GB/T 29906-2013[2]中取消了抗风压的检测，有的系统虽然进行了抗风压检测，但检测是在理想状态下进行的，未考虑外保温局部较大的风载荷影响和部分结构薄弱情况。对于防控风载荷对外保温工程质量的防控手段，理论上，可以在建筑风载荷计算和风环境模拟的基础上，通过设计结构降低空腔在负风压下的应力，如通过特殊构造平衡风压，或采用满粘法彻底消除空腔结构等，但需要有效的验证。

对于空腔结构的影响，当前研究只停留于针对实际工程质量问题进行理论论证阶段，对认识空腔结构设置不当所具有的风险性起到较好的指导作用，但对于空腔结构的影响机制没有科学明确的论证。究其原因，主要是没有有效的研究方法加以研究。模拟软件（PHOENICS）是目前进行建筑风环境常用的研究工具，能够模拟建筑在不同风环境下，建筑外墙面所受到的风压值，所以完全可以采用风环境模拟软解结合实际工程案例进行研究，研究验证在外墙面负风压条件下，系统内部空腔所产生的压力与系统质量问题的相关性。

二、主要研究

本研究对外墙脱落严重的两个工程项目进行了现场调研，一个外保温工程脱落严重，一个外保温工程出现大量大面积空鼓，现场将脱落和空鼓位置进行了详细记录，根据两个工程相关技术资料，模拟风环境下，两建筑表面的风压分布。

在对脱落较为严重的外保温工程的模拟，因其脱落时间为冬季，故模拟条件设定冬季，风向西北，风速18.0m/s（8级大风），模拟整个工程中各个建筑的外墙表面风压情况，并与实际建筑外表面情况进行对照分析。

通过研究风环境模拟结构，结合工程实际情况，发现该外保温工程中出现问题最严重的的区域（5号楼东面和8号楼西面），均发生于风环境模拟中负风压最大区域，见图1，由于该工程发生脱落后已进行了修缮，图中颜色相对较浅的区域即为脱落部分，脱落部位均发生于负风压较大的区域（模拟图中蓝色区域），蓝色区域中未脱落的部位也出现了大面积裂纹，经查询该工程粘接保温板工艺采用点框法工艺，研究其脱落的保温板后发现，胶粘面积不足40%，且脱落面为胶粘剂与基层断裂，断裂面平整，同时还存在胶粘剂与基层未粘贴现象，根据模拟结果，负风压最大区域达到-300Pa，而系统内部具有较大空腔，空腔的气压按标准大气压101.3kPa，对于该区域保温板所产生的拉力约为101.6 kPa，（0.102MPa），完全小于合格的基层与胶粘剂的拉拔强度（0.3MPa），同時也小于胶粘剂与保温板（该工程保温材料为XPS保温板）的合格拉拔强度（0.15MPa），但仍出现胶粘剂从基层脱落现象，说明脱落处胶粘剂与基层强度的拉伸性能不合格，原因为基层表面有浮灰或脱模剂等原因胶粘剂与基层粘结不充分，致使断裂面平整，加之部分区域与基层未有效粘贴，致使在较大拉力的作用下脱落。

为了充分说明该问题，本研究对另一项外保温空鼓问题严重的工程进行了分析研究，在考察工程现场的基础上，进一步对该工程进行了风环境模拟，该工程处于海边，故风环境按照其地理环境，模拟条件设定东南风，风速18.0m/s（8级大风），模拟整个工程中各个建筑的外墙表面风压情况，并与实际建筑外表面情况进行对照分析。

图2中为该外墙外保温项目在风环境模拟实验后，建筑外墙外墙负风压最为严重的四栋建筑，对应研究后发现，两处空鼓严重区域（15号楼和12号楼，12号楼空鼓严重，施工方将空鼓处拆除并利用围挡保护），处于负风压较为严重区域，同时其他两栋（14号楼、13号楼）的负风压较大区域出现了严重的大面积龟裂，由此进一步验证了负风压下，系统内部空腔所具备的压强所产生的应力，是薄抹灰外墙外保温质量问题的一项重要风险因素。

但值得注意的是，两个工程项目中，风环境模拟结果中，并不是所有建筑外墙面负风压较大的区域均出现空鼓和裂纹等质量问题，所以负风压作用下所产生的内应力并不是工程质量问题出现的直接原因，若胶粘剂与基层或胶粘剂与保温板粘结不充分，粘结强度不达标，负风压下空腔产生应力造成外保温空鼓和脱落的风险性大大提升，若保温板模量小，抹面层韧性不足，正负压循环作用下内应力致使保温板循环弯曲形变，造成外保温工程大面积裂纹的风险性提高。故负风压下，空腔结构所产生的应力破坏只是系统质量问题的诱因，关键因素是系统的粘接质量和各项组成材料的性能匹配。

从另一个角度出发，在实际外保温工程中，完全可以参考本研究的方法，在外保温设计之初，可以对建筑整体进行风环境模拟，根据模拟结果，针对建筑外表面负风压较大的区域，进行强化处理设计，有针对性的避免负风压的影响。

从目前的实际施工角度讲，外墙外保温空腔结构不可避免，因为目前薄抹灰外墙外保温工程，普遍采用点框法的粘贴方式进行，相关系统标准要求粘贴面积不小于70%的要求，若墙面平整度不高，粘接面积将减小，不可避免会产生空腔，所以在目前的外保温工程中，尤其是高层建筑中，外保温存在空鼓和脱落的风险较大。对于有效避免空腔结构在负风压下产生应力的破坏作用，当前已经有一些探索性研究，比较成熟的解决方法是在高层建筑上建议使用满粘法进行保温板粘贴，以提高安全性，但对基层的平整度也提出较高的要求。一些地域也出台了相关政策以减少系统空腔结构，如唐山市和青岛市，就出台文件要求保温板粘贴必须采用满粘法，胶粘剂要满铺在保温板粘贴面上，厚度不小于10mm。

满粘法的确可以大大降低空腔，进而降低负风压下系统内应力的破坏作用，满粘法也有自身的不足，首先从技术角度讲，满粘法对基层的平整度要求高。从经济层面讲，施工工时和用料增多，经济性降低。从安全角度讲，增加了建筑负重，从另一个层面增加了质量风险性。所以，为了解决空腔的影响，需要探索更加便捷、经济和安全的方式，在一些工程实践中，外保温工程中设置了“吸气孔”主要原理是“吸气孔”（“平衡气压装置”更合理）能够起到平衡气压的作用，当外墙面负压产生时，空腔内部压力可以通过气孔释放，为了验证这一设置的有效性，本研究采用自然老化试验进行验证研究。

三、结论

系统空腔在负风压下产生的应力，是薄抹灰外墙外保温工程质量的风险因素之一，为合理规避因该因素造成质量风险，应保证胶粘剂的粘贴面积和粘结强度，为有效规避风险，建议使用满粘法粘贴保温材料，或设置一定量的平衡气压装置。实际外保温工程中，建议参考本文的方法，在外保温设计之初，对建筑整体进行风环境模拟，根据模拟结果，针对建筑外表面负风压较大的区域，进行优化设计，从而进一步降低外保温发生质量问题的风险性。

参考文献：

[1]中国建筑科学研究院等.《外墙外保温系统材料安全性评价方法》GB/T 31435-2015[S]. 中国标准出版社，2015

[2]中国建筑标准设计研究院等。《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》GB/T 29906-2013[S]. 中国标准出版社，2014