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外墙外保温体系使用锚栓的问题
 
作者:佚名 日期:2009年12月08日 来源:本站原创  字体:
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核心提示:
  外墙外保温体系仅仅用粘胶粘贴在墙上是否可靠?是否使用锚栓才足够安全?到底在什么情况下应该使用锚栓?以上问题在行业内一直有些模糊不清,加上尚无行业标准对此作出权威性的规范,一些地方标准之间的规定不太统一,业主、监理面对实际工程常常在此问题上找不到方向。

  本文想就外墙外保温体系的性能、受力状况作一些分析,这样我们不难得到结论。
 
一、 外保温体系脱落因素分析
   使用锚栓无非是因为担心下列因素使外保温体系从墙体上脱落:
Ø 基面附着力不够,例如贴过瓷砖的或老化起粉的墙面
Ø 保温板板面附着力不够,例如XPS板
Ø 保温板自身抗拉强度低,例如岩棉板
Ø 某些城市风压较大,特别是台风区。
Ø 外保温体系自重大,例如面层需粘贴瓷砖的外保温体系,或保温板本身较重(岩棉板)
    总体来说,两大原因造成外保温体系的脱落:
   1. 垂直于墙面的负风压在外保温体系各材料、界面粘结抗拉强度不足时造成外保温体系的脱落,
   2. 外保温体系的自重在外保温体系各材料、界面抗剪切强度不足时造成脱落。
二、外保温体系安全性分析
 
   1.垂直于墙面的负风压与外保温体系各材料、界面粘结抗拉强度
   为了定量地分析第一种造成外保温体系脱落的因素,有必要先了解一下JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》及将要公布的《外墙外保温系统技术规程》等标准对EPS板类外保温体系组成材料及各材料界面粘结强度的最低要求:
序号
材料与界面
抗拉强度
Mpa  ≥
标准依据
考虑了实际粘贴面积后的抗拉强度
Mpa   ≥
1
基面附着力
0.3
JGJ×××-2003《外墙外保温系统技术规程》
0.3
2
粘结胶浆与基面间的粘结抗拉强度
0.6
JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》
0.24 (40%粘贴面积)
3
粘结胶浆与EPS板间的粘结抗拉强度
0.1
JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》
0.04 (40%粘贴面积)
4
EPS板垂直于板面的抗拉强度
0.1
JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》
0.1
5
抹面胶浆与EPS板间的粘结抗拉强度
0.1
JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》
0.1
6
瓷砖与抹面胶浆间的粘结抗拉强度
-
JGJ 110-97《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》*
0.4  (100%粘贴面积)
    *因国内外均没有瓷砖应用于外墙外保温体系的标准,此标准仅作为参考。关于瓷砖应用于外墙外保温体系的问题见笔者发表于《新型建筑材料》11/2003的文章“以瓷砖为饰面层的外墙外保温体系”。
 
   由上表可知,EPS板类外保温体系抗拉强度最薄弱的环节是粘胶与保温板之间的界面,强度为0.04Mpa。
   我们可以再来计算一下建筑物负风压。
   以上海地区为例。
   查GB50009-2001《建筑结构荷载规范》,上海地区100年一遇的基本风压为0.6KPa,重要高耸建筑调整系数取1.2,Wo=0.6×1.2=0.72 KPa。
    地面粗糙度按C类计算
    计算公式:Wk=1.5βgzμsμz Wo
    1.5:为考虑高楼林立所产生的风压增大系数(穿堂风)
    βgz:高度Z处的阵风系数  
    μs:风荷载体形系数    墙面为-1.0
                     墙角(阳角)为-1.8
    μz:风压高度变化系数 
    这样算得上海地区高层建筑负风压及抗负风压安全系数为:
建筑物高度(m)
Wk (-kpa)
(墙面)
Wk (-kpa)
(阳角)
抗风压安全系数
(墙面)
抗风压安全系数
(阳角)
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
 
   上海基本风压在全国范围内属于最高,而照上述计算,即使在150m高处的阳角部位,风压安全系数还有6.6倍!只要基面、粘胶及外保温各组成材料满足以上相关标准要求,对EPS板薄抹灰类外保温体系来说是不需要附加锚栓来固定聚苯板的。
  基面的附着力问题在今后旧房节能改造中是首先要遇到的问题。欧标ETAG 004及德国DIBt(德国建筑技术委员会)对粘贴法外保温体系的基面附着力要求是≥0.08Mpa(40%粘贴面积),否则必须附加锚栓或以其它机械固定方式(基面附着力≥0.05Mpa时,也可把粘贴面积提高至100%)。我国即将实行的行业标准JGJ×××-2003《外墙外保温系统技术规程》规定的基面附着力为≥0.3Mpa(40%粘贴面积),大大高于欧标或德国标准,这意味着我国使用锚栓的门槛较欧洲高,也可以说在此标准基础上根本没必要使用锚栓 (理由见前文分析)。同时也意味着旧房改造时必须采用一定的基面处理技术使基面达到如此高的要求,否则有必要另外制订一个标准,这样不至于把一些成熟的,粘贴法以外的外保温固定技术拦在门外。事实上,对于旧房改造,或者更准确地说,对于附着力差、平整度差、有结构裂缝等所谓有问题的基面,欧洲的锚栓、型材固定技术都比较成熟,且在ETAG 004中都有相关的规定。德国Sto公司是型材固定技术的首创者,早于1972年首推市场,目前上海申得欧有限公司已从德国母公司Sto AG引进这项技术,并已在国内申请专利。针对不同问题的基面,上海申得欧有限公司更有成熟的基面处理方案和相关产品,相信会在旧房改造市场上一展身手。
 
    关于板面附着力的问题,也是影响与粘胶或抹面胶浆粘结强度的一个因素,EPS板的板面附着力不存在问题。不过目前在外墙外保温市场上有较多厂家使用XPS板作为保温板,这类板材因为表皮非常光滑致密,与粘胶和抹面胶浆的附着力很差。经测试,即使去掉表皮,也不能得到很好改善,远远达不到JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》所规定的0.1Mpa,XPS板用于墙体保温,锚栓看来是必不可少。据说在涂刷一层界面剂后可以解决XPS板面的附着力问题,但观察所有的XPS板类外保温体系工程,无不使用锚栓作附加固定。问题在于锚栓在安装时,其锚盘在压入板面过程中常常使XPS板沿锚盘一周出现脆裂,甚至裂得与整板分离,锚栓所起作用值得怀疑;同时锚栓在打入时使刚性的XPS板材起拱,反而影响板材与墙面之间的粘结状态。因此锚栓对XPS类外保温体系能否真正起到附加安全作用,笔者存有疑虑,特别是饰面层采用瓷砖的情况下。不可否认XPS板是一种性能优越的保温材料,在屋顶、地坪保温领域充分显示其优越性与可靠性,但在墙体保温领域的应用性如何?为何在欧美墙体保温市场及相关标准中没有XPS板的身影?总还是有一定的原因。
 
    如果以锚栓的拉拔力来验算风压,锚栓的用量为多少呢?
    仍以上海地区来进行计算:
    按JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》对锚栓拉拔力的规定,为0.3KN/个,以3倍风压安全系数计算,锚钉的数量=3*风压计算值/0.3,这样计算结果见下表:
建筑物高度
(m)
锚栓个数/m2
(墙面)
锚栓个数/m2
(阳角)
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高处的墙面,锚栓的用量需17个/m2,而在100m高处,竟达29个/m2
    我们还可以计算一下使用多少个锚栓相当于达到0.1Mpa的粘胶抗拉强度:
锚栓个数/M2=0.1Mpa*1000/0.3KN=333!
    如此高密度的锚栓显然是不可能的。这也从另一方面说明,抗风压真正的途径还是只能是粘胶。
 
2.外保温体系的自重与外保温体系各材料、界面的抗剪切强度
    关于自重的影响,EPS板薄抹灰类涂料饰面的外保温体系的自重(不含粘胶)通常在5-8kg/m2之间,可以忽略不计,故在欧标ETAG 004《砂浆面外墙外保温系统》及我国行业标准JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》中,对各材料及界面的抗剪切强度都不作规定。
    但如果面层粘贴瓷砖,自重则会增加至40-50 kg/m2甚至更高;再如岩棉板作为保温材料时,其自重是EPS板的10倍左右,这类体系的自重也可高达25 kg/m2或以上。这两种由自重引起的剪切安全性问题,是必须考虑的,但目前国内外都无类似风压的安全系数计算与设计规定,在德国,规定自重大于10kg/m2的体系必须在粘贴的同时附加锚栓(DIBt 4/1990)。同时明确写明:“对于轻质的,自重小于10kg/m2的EPS板薄抹灰类外墙外保温体系不需使用锚栓”。
    瓷砖面外保温体系因为瓷砖的重量在外保温的最外层,锚栓应锚固在玻纤网格布增强层上,而不是锚固在保温板板面上。
瓷砖的重力Q与锚栓的拉力Z形成一个斜向的压力D,这个力由保温板通过粘胶传递至墙面,从而由墙体来承受瓷砖的自重,锚栓等于是为外保温体系提供了一个斜支撑的作用。然而,粘胶与墙面之间的粘结力和摩擦力是D能传递至墙面的基础,如果没有粘胶的作用,锚栓是不能完成这个支撑作用的。
 
    以上我们可以得出结论:对EPS板薄抹灰类涂料饰面的外保温体系来说,粘胶足以解决外保温的安全性问题。而在瓷砖面外保温体系(或自重大于10kg/m2的外保温体系),需在粘贴的同时附加锚栓。
 
    一些地方标准规定了20m以上外保温体系应附加锚栓来固定EPS板,笔者不知“20m”的出处或依据在哪里,猜测是套用了德国或欧洲、其它国家的标准?德国规定20m以上为高层建筑,而他们对高层建筑的防火要求高于我国,要求为不燃,故在德国20m以上建筑的保温板均使用不燃的岩棉板(EPS板为阻燃),岩棉板因其自重较大和抗拉强度较低,是必须辅以锚栓固定的,我想“20m以上建筑宜附加锚栓”的地方标准规定应该是由此而来。
 
    当然,0.1Mpa的粘胶与EPS板的界面强度是实验室检测强度,实际施工中,工人操作手势、双组分类粘胶的现场配合比控制、实际粘贴面积的控制、风雨等不测气候因素,乃至一些未充分陈化的EPS板上墙后的变形,都会对工程实际强度产生影响。特别是高层建筑在施工中难免受到风的影响,在北京、新疆等地相继发生过贴板过程中整面墙体的EPS板一起脱落的情况,令用户心存疑虑。除了厂家应保证粘胶的质量与现场配合比控制之外,施工必须保证在正常的气候下进行,不得在大风时施工,否则应有应对措施,例如贴板的同时附加锚栓,以防粘胶在未达到一定强度之前保温板受风压影响与墙面脱离。
 
三、锚栓对外保温体系的负面影响
    一方面锚栓对外保温体系的安全性并不起到关键作用,另一方面,对外保温体系面层的抗开裂性来讲还有着负面作用。
    防护面层在温湿应力作用下的柔性变形在受到相对较硬的锚栓盘的限制时,锚栓盘周边较易开裂。
    而如下图所示,外保温在负风压作用下,锚栓是一个刚性支点,而两个刚性支点间的聚苯板会向外产生变形,使得沿锚固盘一周的外保温面层产生拉压应力交变区而增加开裂倾向。同时,在负风压作用时,锚栓这个刚性支点限制了外保温体系而使两个锚栓之间的外保温体系出现弯曲变形,使其中央部位弯曲变形最大,也较易开裂。
    在可能的情况下,建议尽量避免使用锚栓。
    使用锚栓还存在一个热桥问题,国内多数钢钉的顶部都没有塑料头防热桥处理,热桥部位会造成水蒸气冷凝而使钢钉锈蚀,在外保温表面常可见锚栓部位发黑、局部剥落,直至影响整个外保温体系的质量。
五、结论
    1.对于负风压来说,只要基面、粘结剂、保温板等外保温各组成材料符合JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》等外保温行业标准,粘胶是解决外墙外保温体系安全问题的根本途径,锚栓只是作为一个附加的安全措施,更多的是解决施工期间因气候、工人操作因素所带来的一些问题。
    2. 对于旧房改造中遇到的诸如墙面老化起粉、光滑的瓷砖面等基面附着力不够的情况时,如没有条件对基面作处理(如去除瓷砖等),外保温附加锚栓是必要的。但按照现行行业标准,只能通过对基面作适当处理使其符合粘贴要求。
    3.外保温体系的自重(不含粘胶)≥10kg/m2时,需在粘贴的同时附加锚栓。
    4.在使用瓷砖饰面时,必须在粘贴的同时附加锚栓,且锚栓必须锚固在防护面层上。
    5.锚栓对外保温体系的抗开裂性来说是一个不利因素,在可能的情况下应尽量避免使用锚栓。
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