既有建筑外保温免拆修复技术的研究

既有建筑外保温免拆修复技术的研究

刘蓉蓉1，路茂1，曾庆磊2，曹力强3，张珈宁1，4，张述刚 1，4

（1.建筑材料工业技术情报研究所，北京市 1000241 ；2.  中国环境科学研究院，北京市

100023；3.中国建筑科学研究院有限公司，北京100013；4.新疆真石高科绿建新能科技股

份有限公司，新疆昌吉市831100）

摘要：随着外墙保温技术的推广应用，由于材料、技术、工艺、管理等原因，造成了保温层 脱落、防火等级不达标、保温效能下降、装饰层老化等问题。目前很多政府监管部门已经意 识到粘锚结合方式的外保温技术存在巨大隐患，并且采取措施禁止在外保温设计施工中采用 粘锚结合方式安装外墙保温材料，但是既有建筑由于安装方式及材料、技术本身的局限，都 遗留下大量问题，如若拆除重建必然会造成大量建筑垃圾、环境污染和资源浪费，局部的拆 补无法从根本上解决整体建筑外保温存在的隐患，而且修补后的色差也影响建筑的美观，本 文通过对既有建筑外保温工程存在问题的分析，提出了一种综合解决脱落治理、防火措施、保温能效、立面美观的免拆修复方法。

关键词：外墙保温；脱落；防火等级不达标；保温效能下降；装饰层老化；粘锚结合；免拆修复

自建设部76号令颁布后，我国的建筑节能事业开始高速发展，特别是以建 筑外墙外保温技术为代表的技术体系更是一枝独秀，各种新材料、新技术大量涌 现，各种标准、规范层出不穷，这些新材料、新技术为我国的建筑节能的发展做 出了巨大贡献，建筑外墙外保温技术在建筑节能领域发挥着最重要的作用。但是，随着这一技术的推广应用，由于材料、技术、工艺、管理等原因，造成了保温层 脱落、防火等级不够、保温效能下降、装饰层老化等问题或隐患，给国家和人民 群众的生命财产安全带来了重大损失，并且随着外保温使用年限的延长，这一问 题会更加严重，如若拆除重建又会造成大量建筑垃圾，环境污染和资金浪费，局  部修补无法从根本上解决脱落事故的发生，同时，既有建筑外保温的防火问题、保温效能问题和饰面层开裂老化问题也无法同步解决，因此有必要对既有建筑外 保温免拆修复技术进行研究，找到根治的技术路线和方法。

1外保温存在的问题

第1作者简介（女、1990年2月出生、建筑材料工业技术情报研究所建筑技术应用研 究室主任、北京市朝阳区管庄东里甲1号、13381285677）

1.1保温材料问题

外保温材料经过20多年的发展，岩棉、酚醛板、EPS板、XPS板、PU板这几 种保温材料应用最广泛，但是这几种保温材料在发展的过程中，因为技术的局限 性，都存在很多问题，比如岩棉刚开始直接使用横丝岩棉板做外保温材料，后来 发现抗拉强度低且很不稳定[1]才逐步改为竖丝岩棉条作为外保温材料，而且岩棉 和矿渣棉在一定时期很难区分，标准中也没有酸度系数指标，导致大量矿渣棉作 为外保温材料流入市场，形成安全隐患。比如酚醛板在刚出现时，大家只看到了 其良好的阻燃防火性能，却忽视了其和砂浆间的粘结性不好、性脆、易粉化等缺 点，在出现大量问题后逐步退出了市场，再比如EPS板保温性能好、和砂浆的粘 接力强、施工简单，但防火性能很差，且在燃烧时排放大量有毒气体。保温材料 在发展过程中存在的问题都会给既有建筑外保温工程造成威胁和安全隐患。

1.2粘结砂浆问题

外保温用粘结干混砂浆由胶凝材料、集料、矿物细掺料、纤维素醚、可再分 散性胶粉、其他改性材料等十几种材料组成，这些材料根据砂浆所要达到的拉伸 粘接强度、和易性、保水性、可塑性、开放时间、抗流挂性、防水抗渗性等性能 按照一定的比例混合而成，以上这些性能对于外保温粘贴质量至关重要，能真正 满足上述性能的干混砂浆成本都在1000元/T以上，而目前市场上销售的外保温 砂浆价格很多都在成本线以下，这样的砂浆用于外保温工程会留下脱落的隐患。

1.3施工质量问题

外保温施工的操作工人大多来源于农村，这些工人的技术绝大多数都是在工地跟着其他人现学现干练出来的，对外保温施工的工艺技术要求没有经过系统学 习，难免在具体操作时出现问题，再者这些工人流动性很强，哪里有活就到哪里 干，干完了结账走人，对出现问题的工程不承担责任，再加上粘锚结合的技术体 系，施工现场需要控制的工艺节点为5项，分别为：粘结砂浆调配拌合技术、粘 结面基层界面处理工艺，粘结砂浆布置工法、有效粘接面积控制、锚固件安装质 量，均属于隐性项目，监理和管理人员实际很难控制，成为造成脱落的主要因素。最后，现在外保温工程施工均采用计件工资制，按完成的平方米计算工资，这就 导致施工质量和日产量之间产生竞合关系，完全按照工艺要求施工必然会影响个 人收入，工人如何在质量和效益之间平衡只有靠良心了，以上施工环节的问题最

终都会表现为脱落、开裂等外保温问题。

2现有修复技术

现有外保温修复技术主要有以下三种模式：

2.1拆除出现开裂或脱落的外保温部位，按照粘锚结合的工艺标准重新施工

的模式[2][3][4]，这种模式属于小修小补，哪坏修哪，修复成本低，修复时间短， 但一个外保温工程存在的隐患不可能在同一时间暴漏，需要不断修复存在隐患的 外保温，同时，修复后的外立面色差也很大。

2.2不拆除出现问题的外保温工程，利用单组份发泡聚氨酯胶的黏接性，在 待修复的外保温部位打孔，将单组份发泡聚氨酯胶注入外保温材料和基层墙体之 间，利用单组份发泡聚氨酯胶的发泡和黏接性将保温材料和基层墙体粘结在一起

[5]，这种模式造价低廉，方便施工，但是基层墙体有灰尘或潮湿时，效果无法保 证。

2.3不拆除出现问题的外保温工程，利用敲击式锚栓进行单纯的机械固定来 修复存在脱落隐患的外保温工程[6]，该模式可以对存在隐患尚未脱落的外保温工 程进行加固修复，但敲击式锚栓属于膨胀锚固型锚栓，加气混凝土砌块的特点是 保温性能好，重量轻，结构呈扩孔状，质地疏松，敲击式锚栓的静力试验不能代 表敲击式锚栓在加气混凝土砌块中的实际工作状态，在长期交变外力作用下的拉 伸强度没有实验报告支持，存在脱落的风险。

3免拆修复技术

本技术基于外墙保温材料普遍良好和稳定的抗压强度，利用灌浆锚栓、外保温压板、建筑主体及既有建筑外保温层之间的相互作用力，将需修复的既有建筑 外保温层固定在建筑主体上，再利用饰面层刚性连接技术在其外面干挂一层保温 装饰板，以实现在修复既有建筑外保温层的同时，提高建筑的防火性能和节能效 果、提升围护结构的防护能力和装饰档次。

3.1外保温材料的抗压强度

外保温材料目前应用最为广泛的是岩棉板、EPS板、XPS板、PU板这四种材 料，国家标准[7][8][9][10]规定的抗压强度见表1。

国家标准规定的抗压强度      表1

上述保温材料在外保温体系中，所处的环境温度、湿度相对稳定，既有建筑 外保温存在的安全隐患对其固有的压缩强度影响不大。

3.2灌浆锚栓的抗拉强度

灌浆锚栓是无机化学锚栓的一种，无机化学锚栓[11]由不锈钢或镀锌螺杆、无 机化学锚固剂和弹簧垫圈及螺母组成，与传统的有机化学锚栓的区别就是锚固材 料是由无机化学材料组成，相对于有机化学锚栓，无机化学锚栓有着更优异的性 能。灌浆锚栓是为在加气混凝土砌块、烧结砖等墙体上使锚栓锚杆生根而开发的 一种新型无机化学锚栓。

加气混凝土砌块重量轻、质地疏松、吸水率高，钻孔后的粉尘难以清除干净，

灌浆锚栓的锚固剂是一种聚合物改性的水泥基胶黏剂，具备很好的拉伸粘接强度、 保水性、微膨胀、防水抗渗性及足够高的早期后期强度，锚固剂进入孔洞后，能  迅速湿润孔洞中的粉尘并在锚杆的挤压下将粉尘变成锚固剂的组分并向孔洞四  周渗透形成机械锚固力。经检测，直径10mm×120mm的锚杆在A3.5加气混凝土  砌块上的最低拉拔力为3.97KN,且该拉拔力随锚杆直径、锚固深度、加气混凝土  砌块干密度等级增加而增大，如在钢筋混凝土结构上，拉拔力可达30KN[12]。

3.3外保温压板抗折强度

外保温压板是规格为150mm×150mm×10mm的高密度硅酸钙板，其作用是将 灌浆锚栓锚杆上螺母的扭矩压力分散到既有建筑外保温材料上，从而使灌浆锚栓 的拉拔力和外保温材料对外保温压板的抵抗力达到稳定的平衡。高密度硅酸钙板 的抗折强度见表2[13]。

抗折强度                                 表2

3.4灌浆锚栓能提供给干挂保温装饰板的拉拔力

10mm直径的灌浆锚栓在A3.5加气混凝土砌块上的拉拔力为3.97KN，如果 以外保温压板的抗折强度作为固定既有建筑外保温材料的力P，其计算公式为 式（1）[14]。

(1)式中 P--固定既有建筑外保温材料的力（板的破坏荷载），单位为牛顿（N）

R—抗折强度，单位为兆帕（MPa）L—支距，单位为毫米（mm）

b—板断面宽度，单位为毫米（mm）e—板断面厚度，单位为毫米（mm）

将各项数据代入式（1）得P=1066.7N≈1.1KN

灌浆锚栓能提供给干挂保温装饰板的拉拔力M的计算公式为式（2）。

M=H-P(2)式中M--灌浆锚栓能提供给干挂保温装饰板的拉拔力，单位为千牛（KN）

H—灌浆锚栓在加气混凝土砌块上的拉拔力，单位为千牛（KN）P--固定既有建筑外保温材料的力，单位为千牛（KN）

将各项数据代入式（2）得M=2.87KN

3.5饰面层刚性连接承载力

干挂保温装饰板的核心技术是饰面层和干挂件之间的可靠连接技术，工程实践证实，可靠连接首先必须是机械连接，其次能很好的解决线性膨胀和应力集中 问题的机械连接才是刚性连接，是干挂保温装饰板技术的基础。

（1）楔形铝合金干挂件

楔形铝合金干挂件式样见图1

图1    楔形铝合金干挂件和饰面层刚性连接示意图

楔形铝合金干挂件的两个棘爪插入饰面层的楔形安装槽中5mm，楔形铝合金干挂件的 两个棘爪和饰面层的楔形安装槽之间的配合间隙0.3mm，用聚氨酯胶固定。

（2）楔形铝合金干挂件和饰面层之间的垂直抗拉承载力

经检测，楔形铝合金干挂件和饰面层之间的垂直抗拉承载力最低值为3.5KN

（3）  饰面层刚性连接承载力

外保温免拆修复系统各部分连接式方法见图2

图2    外保温免拆修复系统示意图

在既有建筑外保温免拆修复外立面排版板缝处打孔，孔深为穿过既有建筑外 保温层后深入既有建筑墙体150mm以上，用专用胶枪把灌浆锚栓锚固剂注入既有 建筑墙体的孔中并注满，然后插入灌浆锚栓锚杆静置24h，把外保温压板通过板 中间的安装孔安装在灌浆锚栓锚杆上，然后安装不锈钢角码，弹簧垫圈及螺母， 扭紧螺母至弹簧垫圈压平，然后安装铝合金双向调节连接件，然后将在工厂预制 好楔形铝合金干挂件和保温岩棉的保温装饰板挂装在铝合金双向调节连接件上 并通过上下调节件调整平整度，用硅酮密封胶和泡沫棒对板缝进行密封。

3.6免拆修复系统安全性分析

既有建筑外保温免拆修复系统主要分析风荷载对其安全性的影响，以乌鲁木 齐地区为例，风荷载标准值计算公式[15]为式（3）

wk=βgΖusluzw0（3）

式中wκ—风荷载标准值，单位为（KN/m2）

βgz—高度z处的阵风系数，数值取2.01 usl—风荷载局部形体系数，数值为取1

uz—风压高度变化系数，按90米离地高度，数值取2.91

w0—基本风压，单位为（KN/m2），按乌鲁木齐地区，数值取0.6 建筑高度按90m计算的风荷载标准值为3.5KN/m2

既有建筑外保温免拆修复外立面排版平均规格按每块板面积0.5m2计算，每 平方米饰面层灌浆锚栓数量约为4个，共可提供的抗拉承载力为11.48KN/m2，是 风荷载标准值的3.28倍，既有建筑外保温免拆修复系统完全可以用于乌鲁木齐 地区100m以下高层建筑的外保温修复工程。

既有建筑外保温免拆修复系统经国家建筑工程质量检验检测中心按建筑幕墙标准检测[16]，气密性为4级、水密性为5级、抗风压性能为9级、经中国建筑 科学院有限公司建筑材料研究所拟静力抗震性能试验检验[17]，抗震性能可达到大震不坏。

4结语

综上所述，既有建筑外保温免拆修复技术运用灌浆锚栓技术和饰面层刚性连接技术，不仅能有效的加固存在问题的外保温，而且可以在原有外保温的基础上 再增加一层新的外保温，通过修复工程进一步提高既有建筑的保温效果，提高既 有建筑外保温的防火性能，提升既有建筑外立面的装修效果，对既有建筑外保温 修复具有重要意义。

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[14]GB∕T 7019-2014  纤维水泥制品试验方法[S]

[15] GB 50009-2012,  建筑结构荷载规范[S]

[16]GB/T 21086-2007,  建筑幕墙[S]

[17]JGJ101-96,  建筑抗震实验方法规程[S]