上海地区三种薄抹灰外墙外保温系统的比较

—1—上海地区三种薄抹灰外墙外保温系统的比较一、三种薄抹灰外保温系统外墙外保温是我国一项重要而且是主导性的外墙节能技术。在上海地区，主要应用的是三种薄抹灰系统，它们是：膨胀聚苯板系统、胶粉聚苯颗粒系统和挤塑聚苯板系统。1、膨胀聚苯板系统（以下简称EPS系统）是我国九十年代初从国外引进后在国内和上海大量开发，应用最早最多且最为普遍的一种常规系统，1999年已编制有该系统的国家建筑标准设计图集，2003年发布有该系统产品的建筑工业行业标准JG149，是一种膨胀聚苯板（EPS板）的粘贴做法，饰面层采用涂料。2、胶粉聚苯颗粒系统（以下简称胶粉颗粒系统）：1999年由北京首先开发的一种以胶粉聚苯颗粒保温浆料为保温层材料的整体抹灰系统，2002年进入上海后生产企业众多，并且纳入国家建筑标准设计图集（02J121-1），2004年发布有该产品的建筑工业行业标准（JG158）。饰面层可采用涂料，也可粘粘面砖。3、挤塑聚苯板系统（以下简称XPS系统）：一种在EPS系统基础上开发的以挤塑聚苯板（XPS板）为保温层材料的新型系统，因采用专用的XPS板而使系统的性能提高，因完善构造措施而使系统的使用更为可靠，饰面层可采用涂料或面砖。上海地区的XPS系统四年来已在上海地区众多的高层建筑中（包括一些国内工程）应用，且以外贴面砖为主。2005年上海市工程建设标准化办公室发布有该系统的上海市建筑产品推荐性应用图集（2005沪J/T-121）。以下为对上述三种系统在组成材料和“系统”性能、构造技术与施工影响因素等方面所作的比较与分析。二、组成材料的性能比较与分析—2—（一）保温层材料1、三种系统所采用的保温层材料分别为EPS板、胶粉颗粒保温浆料以及不带表皮的毛面XPS板。XPS板的特点是表观密度大（相对于EPS板），抗压、拉伸和抗剪强度大，导热系数和吸水率小，更有优越的抗冲击（制品硬度较大）、抗湿（具有全闭孔的蜂窝状结构）和耐候特性，在长期高湿或浸水环境下仍能保持优良的保温性能（热阻保留率高）。这是EPS板及胶粉颗粒保温浆料难以达到的。表1为三种保温层材料在密度、导热系数、强度和吸水率等多项性能的比较；图1为XPS板、EPS板等保温材料在70%相对湿度下长达两年的热阻保留率曲线。表1三种系统保温层材料的性能比较试验项目EPS板胶粉颗粒保温浆料XPS板（陶氏LB型）表观密度，kg/m318.0~22.0180~25030导热系数，W/(m•K)≤0.041≤0.060≤0.027强度MPa抗压强度≥0.10≥0.200.30拉伸强度≥0.10≥0.100.50剪切强度--0.25压剪粘结强度-≥0.05-体积吸水率，%4.0-0.50尺寸稳定性（或尺寸变化率），%≤0.30≤0.30（线性收缩率）0.07mm/(m•K)（线膨胀系数）水蒸气透过系数，ng/(Pa.m.s)4.5-3.0软化系数-≥0.50-注：胶粉颗粒保温浆料强度试验时试件的养护期为56天。—3—图1XPS、EPS等保温材料的热阻保留率曲线2、三种系统保温层材料的性能分析①由表1可见，EPS板表观密度很小，强度低，是一种比较松软的材料；胶粉颗粒保温浆料的胶粉料由粉煤灰、硅灰、石灰等无机材料组成，密度较高，但保温浆料中掺入体积80%以上的废聚苯颗粒，其压剪粘结强度仅0.05MPa（如为拉伸粘结强度则更低），故粘结性能差，抗拉强度虽可达到EPS板水平（0.1MPa），但其软化系数低（仅0.50），故吸水后强度将明显下降，即该保温层的整体性并不因密度增大而有所提高。只有XPS板的强度因其密度增大而有显著提高。因此，XPS系统有一个密实度高、能承受较大压力、拉力和剪切力的整体性好的保温层。②保温层的结构紧密、抗压强度高，有利于提高系统抗冲击和抵御各种外力作用的能力；抗拉伸强度高，则保温层本身的整体性好，能提高抗负风压的能力（不易被拉开）；抗剪切强度高，可承受较大的面层重力，而有利于外侧的面砖粘贴。这是XPS系统的很大优势与特点。③XPS板的导热系数很小，是EPS板的1/1.5，是胶粉颗粒保温浆料的1/2.2。上海地区EPS板用于外保温的厚度为30mm，XPS板仅需20mm；如建筑物外窗的保温不够，可将XPS板加厚到25mm。—4—在北方或节能65%地区应用，其减薄外墙保温厚度的优越性将更突出。④XPS板因吸水率和水蒸气透过系数小，可使制品的保温性能持久稳定。应该说，水蒸气透过系数小对外保温并非优点。但真正衡量水蒸气透过能力的应是水蒸气渗透阻。XPS板的水蒸气透过系数是EPS板的1/1.5（根据国标GB/T10801.1和GB/T10801.2），当XPS板在保温层中的应用厚度也是EPS的1/1.5时，则其对水蒸气渗透的阻力是相同的。因此，XPS系统的使用并不会存在水蒸气透过困难的问题。3、XPS板有带表皮和不带表皮两种。不带表皮的毛面板，与一般带表皮的制品相比，还具有下列优点：①无硬结、平滑表皮的XPS板是一种匀质材料，不存在表皮层与内层线膨胀率差异。当一侧受热时，制品不会产生弯曲或起翘，外墙表面平整度易于控制，敲入尼龙锚栓，表面也不会因有表皮而开裂；②因为是毛面板，能显著改善与界面剂或与聚合物水泥砂浆的粘结性，从而有利于提高系统自身的整体性以及与基层墙体连接的可靠性；③XPS板的线膨胀系数较小，仅0.07mm/(m•K)，在常温条件下温升30℃或温降30℃，其每米的胀、缩值仅为0.07mm/(m•K)×30K=2.1mm，可优于JG149标准对EPS保温层尺寸稳定性不大于0.30%的要求；④XPS板的强度和硬度较高，但好的XPS板的弹性模量也较小（见表2），表明制品仍具有较大的弹性变形能力，仍有较好的柔韧性。即该制品并不是一种硬脆性的材料，对防止界面裂缝十分—5—有利。表2三种保温层材料的弹性模量试验项目EPS板胶粉颗粒保温砂浆XPS板表观密度，kg/m318.0~22.0180~25030抗压强度，MPa≥0.10≥0.200.30抗压模量，MPa3.4~7.010612~20拉伸模量，MPa--12~20剪切模量，MPa--8（二）粘结和抹面材料1、在三种薄抹灰系统中，保温层材料与外墙基层的连接主要依靠粘结（有机械锚固时尚有锚固件的辅助），粘结材料的粘结性能及其粘结面积关系到整个外保温系统与外墙基层（主体结构）的整体性以及系统应用（承受负风压作用等）的可靠性。对于EPS和XPS系统，粘结层采用胶粘剂（粘结胶浆），并在内部留有部分空腔；胶粉颗粒系统则完全依赖保温浆料本身的粘结性（外墙基层表面先涂刷界面砂浆），粘结界面无空腔。2、涂抹在保温层材料外侧的薄抹面层是外保温系统的保护层，需要有良好的粘结力和抗裂性（与耐碱玻纤网布共同作用），良好的防水和水蒸气渗透性以及较强的耐候性。在EPS和XPS系统中，抹面砂浆材料与胶粘剂基本相同，在胶粉颗粒系统中，抹面砂浆采用掺有抗裂剂的水泥抗裂砂浆，也具有一定的柔韧性。3、外墙外保温系统相关标准（或图集）对三种系统用于粘结和抹面材料的性能要求如表3，由表3可见：—6—表3三种系统对粘结和抹面材料的性能指标材料试验项目EPS系统胶粉颗粒系统XPS系统胶粘剂拉伸粘结强度（与水泥砂浆）MPa原强度≥0.60-≥0.80耐水≥0.40-≥0.60拉伸粘结强度（与聚苯板）MPa原强度≥0.10破坏界面在EPS板上≥0.05（压剪）（与保温浆料）≥0.30或破坏在XPS板上耐水≥0.10破坏界面在EPS板上-≥0.30或破坏在XPS板上抹面砂浆拉伸粘结强度（与聚苯板）MPa原强度≥0.10破坏界面在EPS板上≥0.70（与水泥砂浆）≥0.30或破坏在XPS板上耐水≥0.10破坏界面在EPS板上≥0.50（与水泥砂浆）≥0.30或破坏在XPS板上耐冻融≥0.10破坏界面在EPS板上-≥0.30或破坏在XPS板上柔韧性（压折比）≤3.0≤3.0≤3.0注：XPS系统指标根据上海市建筑产品推荐性应用图集《福卡—挤塑聚苯板（XPS）外墙外保温系统构造》（图集号2005沪J/T-121）。①在保温层材料抗拉强度较低的情况下，胶粘剂和抹面砂浆与保温层材料的粘结强度取决于保温层材料本身的抗拉强度（其破坏界面在保温层材料中）。由于EPS板本身的抗拉强度不高（≥0.10MPa），故在EPS系统中，系统本身的整体性将受到EPS板抗拉强度的局限而停留在一般的水平上。②胶粉颗粒系统因不用胶粘剂，其与基层墙体的粘结力完全取决于保温浆料本身的粘结强度以及基层的表面状况。根据JG158-2004标准对该系统保温浆料明确的粘结强度指标（压剪粘结强度≥0.05MPa），以及“系统”的抗拉强度指标（≥0.10MPa），该系统在构造层之间以及与基层墙体之间的结合力甚至可能低于EPS系统。③XPS系统选用抗拉强度很高（0.50MPa）的XPS板为保温层材料，使保温层与基层墙体之间以及各构造层之间粘结强度的提升成为可能。该系统的胶粘剂和抹面砂浆由可再分散性胶粉料配制的干混—7—砂浆在现场加水搅拌制得，是一种胶粉含量高、外掺料性能好的XPS系统专用砂浆，与XPS板粘结的强度指标达到EPS系统的3倍（≥0.30MPa，或破坏界面在XPS板上），若以粘结面积50%计，每平米XPS板与基层的粘结力即可高达15吨。与上述两种系统相比大幅度提高了系统以及系统与基层墙体之间的整体性。而在实际工程应用中，两种材料的粘结强度比规定指标更高。表4为2003年12月总包单位（江苏苏中建设股份有限公司）在上海“盛世年华”工地取样（聚合物改性粘结剂和抹面砂浆）的送检结果。表4XPS系统两种聚合物砂浆材料的粘结强度检测结果材料试验项目性能指标（MPa）检验结果（MPa）比指标提高（%）聚合物改性粘结剂拉伸粘结强度（与水泥砂浆）原强度0.801.4378.8耐水0.601.0371.7拉伸粘结强度（与XPS板）原强度0.300.5170.0耐水0.300.5376.7聚合物改性抹面砂浆拉伸粘结强度（与XPS板）原强度0.300.5480.0耐水0.300.4653.3注：与XPS粘合的试件，其破坏界面均在XPS板上。（三）耐碱玻纤网格布1、玻纤网布是护面层中的增强材料，其单位面积质量和耐碱性特别重要。EPS系统根据JG149标准要求，采用由表面涂覆耐碱防水材料的中碱玻纤网布制成，单位面积质量≥130g/m2，耐碱断裂强力保留率50%；胶粉颗粒系统按照JG158标准要求应采用ZrO2和TiO2满足规定要求的耐碱玻纤网布再涂覆高分子耐碱涂层（俗称双保险），其耐碱断裂强力保留率高达90%，但上海地区生产该系统产品的企业均未在工程中应用双保险的网布（目前能供应这种网布的厂商较少，—8—且价贵），故实际质量也属一般。2、XPS系统应采用单位面积质量更高的双保险网布（性能指标见表5），特别是用于面砖饰面的工程，其耐碱断裂强力不少于1300N/50mm，达到了欧洲标准的指标，充分保证了护面层长期的抗裂性。对建筑物首层等加强部位则用双层网布取代加强网布，以确保加强部位的网布也有可靠的搭接（加强网布不能搭接）。表5三种系统耐碱玻纤网布性能指标试验项目EPS系统胶粉颗粒系统XPS系统单位面积质量（经、纬向），g/m2普通型≥130≥160≥180加强型-≥500双层普通型耐碱断裂强力（经、纬向），N/m2普通型≥750≥1250≥1300加强型-≥3000-耐碱断裂强力保留率（经、纬向），%≥50≥90≥90断裂应变（经、纬向），%≤5.0≤5.0≤5.0涂塑量（经、纬向），g/m2-≥20≥20玻璃成分，%-ZrO214.5±0.8,TiO26±0.5ZrO214.5±0.8,TiO26±0.5三、“系统”的性能比较1、“系统”是指设置于建筑物外墙外侧的包括粘结（或界面层），必要时使用的锚栓、保温、护面以及饰面等各构造层的总和，按一定构造层次和构造方法组成的配套产品。在外墙外保温系统的标准中，除对各组成材料有一定的性能指标外，对构成的“系统”也规定有应满足的使用性能要求，见表6。—9—表6三种系统对“系统”的性能指标试验项目EPS系统胶粉颗粒系统XP