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外墙外保温瓷砖外饰面系统的技术与分析

浏览次数: 日期:2009-09-03 18:57

  1、 前言
  瓷砖饰面具有比涂料饰面耐沾污能力强、色泽耐久性更好等优点,在国内用瓷砖作为外饰面的建筑比例相当高,而在外保温面层上进行粘贴瓷砖与在坚实的混凝土基层上粘贴瓷砖使用条件是不同的,在外保温面层粘贴瓷砖必须考虑高层建筑的防火性能,保温材料面层的荷载能力、瓷砖胶粘剂的粘结能力以及在地震作用下的抵抗剧烈运动的柔性变形能力。所以,根据国内目前推广的几种外墙外保温系统上粘贴瓷砖饰面层的应用效果,我们进行了防火性能和抗震性能的综合比较,具体结果如下:

  2、 防火性能的对比:
  2.1背景和前提
  发达国家外墙外保温相关标准中均对保温材料和保温体系的防火性能分级都作了要求。例如:《有抹面层的外墙外保温复合系统欧洲技术认证标准》(ETAG004)中5.1.2.1防火性规定:保温体系和保温材料需分别进行防火等级测定和相关的测试。(试验应根据prEN13501-1的划分为A1-F级,再根据法律、法规和适用于建筑物最终使用的管理条例而定。)对重要建筑、高层或超高层建筑外墙保温也均有严格的防火要求,规定不同防火等级的体系和材料应适用于不同建筑防火要求范围。例如:在美国纽约州的建筑指令中明确规定耐火极限低于两个小时的EIFS系统是不允许用在高于75英尺即22.86米的住宅建筑中。
  在目前国内外墙外保温防火技术的研究方面,其重视程度远远不够,在现行的《高层民用建筑设计防火规范》中尚无具体的针对外墙保温的防火设计规范,对外墙保温系统也缺乏分级标准和使用范围限定,外墙保温防火技术也没有国家或行业产品标准及相关技术规范,生产企业的产品说明书中一般也缺少耐火性指标。在此能不提的是,国外著名外墙外保温企业在其本土都有与火有关的试验,但到中国后都回避了外墙外保温防火问题,因为没有形成成熟的试验方法和评价标准,我国的一些高层建筑外墙保温的火灾问题也时有发生,已引起社会各界的广泛关注。因此,选择既能满足保温体系达到节能50%(夏热冬冷地区)设计要求,同时具有防火、抗裂、防水、抗震、耐侯性等性能,是高层建筑的首选材料。
  2.2 不同保温材料的防火性能对比
  ● 以聚苯乙烯为原料合成的保温板材(EPS和XPS保温板材):
   防火性能等级为阻燃型,未经过特殊处理的该类材料遇高温50℃时会产生变形收缩,80℃时会产生粉化现象,100℃以上时会散发出苯类挥发性气体,直接危害人体的呼吸系统,150℃以上已全部烧尽。
  ● 胶粉聚苯颗粒保温砂浆:
   防火性能等级为B1型,因为按照国家要求,每立方胶粉聚苯颗粒保温砂浆中的聚苯颗粒掺合量在80%,因此,同样也会产生高温状态下易收缩变形并散发出苯类挥发性气体的现象,遇燃烧性能级别在300℃以上全部烧尽。
  ● 膨胀玻化微珠保温干混砂浆:
   防火性能等级为A级,1000℃以上才会燃烧。因为该材料的配方中以无机岩石类绝热材料为主要原料,不存在遇高温收缩变形,稳定性能最高,无放射性元素,因此,即使高温燃烧也不会散发出挥发性气体的现象,是外墙保温中防火性能最佳最高级的材料。
  
  3、抗震性能的对比:
  3.1背景和前提
  目前,市场上流行的瓷砖尺寸多样,我们对外墙饰面上应用比较广泛的几种类型瓷砖的质量进行了统计,结果如下:145mm× 45mm瓷砖的质量为88g/块,每平方米用量为130块共11.44kg;200mm×60mm瓷砖的质量为,172g/块,每平方米用量为75块共12.9kg;255mm×ll2mm瓷砖质量为420g/块,每平方米用量为28块共11.76kg;400mm×250mm瓷砖质量为1.650g/块,每平方米用量为10块共16.5kgo每平方米所用瓷砖胶粘剂为16~23kg。因此,每平方米瓷砖加瓷砖胶粘剂总质量为28~40kg。
  根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)对非结构构件采用等效侧力法计算水平地震作用值,在高层建筑l00m高度处粘贴瓷砖时8级地震作用力为1.27~1.81kN/m2。
3.2 不同保温材料的抗震性能对比
  ● 以聚苯乙烯为原料合成的保温板材(EPS和XPS保温板材)
  采用单片钢丝网架聚苯板外贴瓷砖后,其面层荷载最小也要达到40kg/m2,在高层建筑中,当结构墙体误差达到2cm时,在单片钢丝网架聚苯板上粘贴瓷砖后的重量荷载将达到90kg/m2。已有的资料表明,苯板外饰面砖的抗震试验中,不论是采用水泥砂浆进行找平处理还是用专用抹面胶浆进行找平处理,粘贴瓷砖后进行抗震试验过程中,聚苯板都会被钢丝破坏,用水泥砂浆找平的面层还会出现开裂现象。同时,由于聚苯板的柔性作用,面层荷载受力后上下左右各个方向的运动状态与基层墙体不一致,不能产生同步运动,从而造成聚苯板中的钢丝切割聚苯板使聚苯板保温层被破坏。这一结果表明,在单片钢丝网架聚苯板表面粘贴瓷砖存在隐患,在大震作用下保温层首先被破坏,从而易使面层瓷砖产生脱落掉下现象。为了安全起见,已有专家建议在地震8度设防区20m以上的高层建筑中采用单片钢丝网架聚苯板作为其外保温材料时,其饰面层不宜用瓷砖作为饰面材料。
  ● 胶粉聚苯颗粒保温砂浆:
   因该材料的现场拌合存在极大的随意性,能真正满足导热系数0.06以下的胶粉聚苯颗粒保温砂浆中,聚苯颗粒掺合量要达到每立方80%,造成施工时抗流挂性能极差,材料材性的不相容,又极易造成颗粒和颗粒聚集在一起,胶粉和胶分聚集在一起的分离现象,因此,施工单位为了提高该材料的施工性能和粘结性能,往往在实际施工操作中将聚苯颗粒的掺合量降低到20%-40%,干密度甚至接近水泥砂浆的干密度值,只讲究强度而完全不具备保温隔热性能,因此,无法对其进行客观公正的比较。
  ● 膨胀玻化微珠保温干混砂浆:
   因为无机保温生产的厂家在成品出厂前已将所有原材料掺合完毕,现场只需加水就可直接上墙施工,因此在确保保温性能的前提下,又通过在抗裂砂浆的防护层中增加四角低碳热镀锌钢丝网,并用专用锚固钉将镀锌钢丝网绑紧,提高面层、保温层与结构层的结合牢度,提高整个构造的安全可靠性。(备注:锚固钉每平方米设计8个机械固定点后的总抗拉能力为12kN,大于高层建筑100m高度处8级地震作用力的5倍以上)。同时,由于基层墙体材料、外保温材料、抗裂砂浆材料与饰面层粘结剂的材性基本一致,且通过保温材料和抗裂砂浆材料的柔性连接,因而在受力时基层墙体与饰面层瓷砖可被看成一个整体,它们的受力状态是一致,形成了一个柔性渐变的体系,根据我司已有的抗拉拔检测报告表明,保温材料与外饰面砖瓷砖胶粘剂的粘结强度为0.40~0.80MPa,压折比小于3.0,弹性模量小于6600MPa,具有适当的柔韧性,符合柔性渐变、逐层释放应力的技术要求。另外,从各构造层看,保温体系的抗裂防护层和瓷砖通过瓷砖胶粘剂进行粘结,各构造层的变形指标为:抗裂防护层5%,瓷砖胶粘剂5‰,瓷砖0.15‰。上述各层弹性模量变化指标相匹配,同样满足逐层渐变的柔性抗裂原则,瓷砖胶粘剂的可变形量小于抗裂砂浆而大于瓷砖的变形量,完全能够通过自身的形变消除两种质量、硬度、热工性能完全不同的材料的形变差异,从而进一步确保了每块瓷砖像鱼鳞一样独立地释放应力,不会因为地震作用发生变形而脱落。

  4 、实际应用情况
  膨胀玻化微珠保温干混砂浆外保温材料瓷砖饰面层作法,首先在江苏无锡嘉利华府庄园(外贴时才)进行了应用,后又逐步应用在上海华东师范大学物理楼5层、安徽工程应用技术学院8层经过一冬一夏的实际考验,无任何开裂、脱落现象,可以初步说明此项技术的安全可行性。之后,我们又在中国科学技术大学教学楼8层、上海奥林匹克公寓8-11层、安徽滨湖春天18层公寓楼中进行了广泛应用,进一步完善此项技术,使该项技术的成熟程度得到了进一步的提高。

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