保温系统后置锚固件锚固力现场检测方法研究

王栋，孟庆博，孙元元

（山东省建筑科学研究院，山东 济南 250031）

根据GB 50411—2007《建筑节能工程施工质量验收规范》的规定，当墙体节能工程的保温层采用预埋或后置锚固件固定时，锚固件数量、位置、锚固深度和拉拔力应符合设计要求，后置锚固件应进行锚固承载力现场检测。因此，外墙外保温系统用后置锚固件锚固力现场检测工作日益得到人们的关注。

1 外墙外保温系统后置锚固件的类型

目前国内常用的外墙外保温后置锚固件大多由螺钉（塑料钉或具有防腐性能的金属钉）和带圆盘的塑料膨胀套管组成，根据结构差异大致分可为以下几种。

（1）普通塑料膨胀锚栓。这是最基本、最常见的锚固件类型。这类锚栓的塑料圆盘和膨胀套筒连为一体，构造简单、价格低廉，是目前外墙外保温工程中使用数量最多、适用范围最广的锚固件类型。规格主要有Φ6×80 mm、Φ8×100 mm、Φ8×120 mm、Φ8×140 mm、Φ10×140 mm、Φ10×160 mm 等，圆盘直径为50 mm左右。一般用于EPS、XPS、PU、岩棉板等薄抹灰外墙外保温系统。通常在C25混凝土中的抗拉承载力标准值为0.6～0.8 kN，单个锚栓的破坏荷载为0.6～1.0 kN；在加气混凝土砌块中的破坏荷载为0.3～0.6 kN。破坏状态有锚栓拔出和塑料圆盘变形。

（2）分离式塑料膨胀锚栓。这类锚栓的塑料圆盘和膨胀套筒为分离型，使用时将套筒穿过圆盘中心后固定。规格主要有Φ8×140 mm、Φ10×160 mm、Φ10×200 mm 等，圆盘直径为 80 mm左右。一般用于保温层较厚的外墙外保温系统。通常在C25混凝土中的破坏荷载为0.7～1.2 kN。破坏状态有锚栓拔出、塑料圆盘脱落和塑料圆盘变形。

（3）复合式塑料膨胀锚栓。这类锚栓是在普通膨胀锚栓的基础上再加入一个大面积塑料圆盘，将普通塑料膨胀锚栓穿过圆盘中心后固定。这类锚栓使用较少、一般用于保温材料质地较软的外墙外保温系统中。

（4）托架锚栓。这类锚栓是在普通塑料膨胀锚栓的基础上再加入一个金属托架，用于支撑和固定自重较重的复合保温板，主要用于保温装饰一体化外墙外保温系统。其抗拉承载力标准值和破坏荷载与普通塑料膨胀锚栓类似。

2 相关现行标准中的规定

在我国，保温系统后置锚固件锚固力的现场检测目前还没有完全适合的国家或行业标准。与之相关的标准有JGJ 145—2013《混凝土结构后锚固技术规程》、JG 149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》和JG/T 366—2012《外墙保温用锚栓》。

2.1 JGJ 145—2013中的相关规定

该标准适用于混凝土结构后锚固工程质量的现场检验，后锚固件应进行抗拔承载力现场非破损检验。对非生命线工程的非结构构件，应取每一检验批锚固件总数的0.1%且不少于5件进行检验。根据实际条件一般选择连续加载方式。其中规定：非破损检验用连续加载方式时，应以均匀速率在2～3 min内加载至设定的检验荷载，并持荷2 min。荷载检验值应取0.9 fykAs和0.8 NRk，*的较小值。破坏性检验采用连续加载方式时，应以均匀速率在2～3 min内加荷至锚固件破坏。

非破损检验的评定应按下列规定进行：试样在持荷期间锚固件无滑移、基材混凝土无裂纹或无其它局部损坏迹象出现，且加载装置的荷载示值在2 min内无下降或下降幅度不超过5%的检验荷载时评定为合格；一个检验批所抽取的试样全部合格时，该检验批应评定为合格检验批；一个检验批中不合格的试样不超过5%时，应另抽3件试样进行破坏性检验，若检验结果全部合格，该检验批评定为合格；一个检验批中不合格试样超过5%时，该检验批评定为不合格，且不应重做检验。

锚栓破坏性检验发生混凝土破坏，检验结果满足式（1）、式（2）要求时，其锚固质量应评定为合格。

锚栓破坏性检验发生钢材破坏，检验结果满足式（3）要求时，其锚固质量应评定为合格。

式中：NRk，s——锚栓钢材破坏受拉承载力标准值，N；

fstk——锚栓极限抗拉强度标准值，N/mm2；

fyk——锚栓屈服强度标准值，N/mm2。

2.2 JG 149—2003中的相关规定

该标准适用于工业与民用建筑中膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统。单个锚栓抗拉承载力标准值应≥0.30 kN。

试验方法：准备C25混凝土试块，尺寸根据锚栓规格确定。锚栓边距间距均不小于100 mm，锚栓试样10件。在C25混凝土上安装锚栓，加好夹具，安装拉拔仪，拉拔仪支脚中心轴线与锚栓中心轴线间距不小于有效锚固深度的2倍；均匀稳定加荷，且荷载方向垂直于混凝土试块表面，加载至出现锚栓破坏，记录破坏荷载值、破坏状态。根据试验数据按式（4）计算锚栓抗拉承载力标准值F5%。

式中：F5%——单个锚栓抗拉承载力标准值，kN；

F平均——抗拉承载力平均值，kN；

ks——系数，n=10（试件数）时，ks=2.568；

υ——变异系数（试验数据的标准偏差与算术平均值的绝对值之比）。

锚栓在其它种类的基层墙体中的抗拉承载力应通过现场试验确定。

2.3 JG/T 366—2012中的相关规定

该标准适用于固定在混凝土、砌体基层墙体上，以粘贴为主、机械锚固为辅的外墙保温系统中附加锚固所用的锚栓。锚栓可用于下列类别的基层墙体：

普通混凝土基层墙体（A类）；实心砌体基层墙体（B类），包括烧结普通砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体以及轻骨料混凝土墙体；多孔砖砌体基层墙体（C类），包括烧结多孔砖、蒸压灰砂多孔砖砌体墙体；空心砌块基层墙体（D类），包括普通混凝土小型空心砌块、轻集料混凝土小型空心砌块墙体；蒸压加气混凝土基层墙体（E类）。

标准试验条件下，锚栓的抗拉承载力标准值应符合以下要求：A类基层墙体≥0.60 kN；B类基层墙体≥0.50 kN；C类基层墙体≥0.40 kN；D类、E类基层墙体≥0.30 kN。各类基层墙体中锚栓的抗拉承载力试验用基层墙体试块强度等级要求见表1。

表1 基层墙体试块强度等级要求

在基层墙体试块上按生产商提供的安装方法进行安装，试件数量10个。试验过程与JG 149—2003中的规定一致。

当实际工程中的基层墙体在材料类型、强度等级等方面与上述规定的试验用基层墙体试块不同或者无法明确判定时，应通过在工程实际使用的墙体材料上进行拉拔试验，确定锚栓的抗拉承载力标准值，方法如下：

在实际工程现场的基层墙体上，应进行不少于15次拉拔试验来确定锚栓的实际抗拉承载力标准值。也可在试验室中同样材料的基层墙体试块上进行。试验时，锚栓的安装（入钻孔的准备、使用的钻机、钻头）和分布（如锚栓的边距、间距等），应与实际工程的使用情况相同。钻孔宜采用新钻头。采用连续平稳加载的拉拔仪，荷载应垂直于基层墙体表面。反作用力应在距锚栓不少于150 mm处传递给基层墙体。连续平稳加载，约1 min后达到破坏荷载N1并记录。锚栓现场测试抗拉承载力标准值NRK1应按式（5）计算：

式中：N1——破坏荷载中5个最小测量值的平均值，kN；

NRK1——超过1.5 kN的值按1.5 kN取值。

3 存在问题及分析

从上述3个相关标准的对比分析可以发现：

（1）从标准适用范围方面，JG/T 366—2012所涵盖的基层墙体类型基本能满足现场检测所需要，而JGJ 145—2013和JG 149—2003都存在一定的局限性。

（2）从检测方法可以看出，JG 149—2003和JG/T 366—2012的检测方法所针对的是外墙外保温系统用锚固件产品的实验室性能检测，而不是现场实体检测。其中JG/T 366—2012更是对于基层墙体类型的强度等级、钻孔大小、钻头的新旧程度、锚栓安装的分布等有明确要求。JGJ 145—2013所使用的虽然是现场检测方法，但其所涉及到的锚固件类型大都是金属锚固件，而外墙保温系统采用的后置锚固件却大多是由螺钉（塑料钉或具有防腐性能的金属钉）和带圆盘的塑料膨胀套管组成的。这2种锚固件的工作原理虽然类似但性能差异较大，比如金属锚固件多数有明显的屈服强度、极限强度等物理参数，但塑料锚固件却没有类似的参数；金属锚固件破坏模式有钢材破坏、混凝土破坏、混合型破坏、拔出破坏、穿出破坏及界面破坏等，但塑料锚固件的破坏模式一般只有塑料膨胀套筒变形破坏及拔出破坏等。

（3）从性能指标和判定方法看，JG 149—2003和 JG/T 366—2012明确给出了相关锚栓抗拉承载力标准值的技术要求。而JGJ 145—2013所给出的技术要求中破坏性检验的判定方法所涉及的参数不适合外墙外保温系统用后置锚固件；非破坏性检验的判定方法中要求加荷至检验荷载，并且加载装置的荷载示值在2 min内无下降或下降幅度不超过5%的检验荷载时，应评定为合格。但在实际检测中，外墙保温系统用锚固件的检验荷载无法确定，且由于多数塑料膨胀套筒及支撑拉拔仪的保温板材质地较软且容易变形，所以在持荷期间荷载示值下降幅度较大，无法满足标准要求。

（4）由于相关标准中没有给出保温系统后置锚固件锚固力现场检测所应使用的卡具类型。卡具造型的不合理会使塑料圆盘在达到一定荷载后对折变形，然后从卡具中脱出，无法检测到塑料锚栓真实的破坏荷载。

4 建议

（1）修编相关标准。建议有关部门修订、编写相关标准时加入适用于外墙外保温系统用后置锚固件锚固力现场检测的相关内容，使该项检测能够有据可依，有章可循。同时也能对检测结果进行正确的判定，从而对工程质量有更直观的了解。

（2）扩大适用范围。标准适用范围应涵盖所有现有建筑基层墙体类型。可以借鉴JG/T 366—2012中对于基层墙体类型的分类，同时增加近年来出现的新型墙体材料。

（3）确定抽样原则。抽样原则可参考JGJ 145—2013中每一检验批的0.1%，且不少于5根试样的抽样原则。同时应对具体的抽样部位做出详细规定，要兼顾不同楼层和不同朝向。

（4）锚固抗拉承载力标准值及破坏状态的确定。结合实际给出不同类型锚栓在各种基层墙体上的锚固抗拉承载力标准值及破坏状态的描述。由于锚栓结构、规格与所使用处的基层墙体类型都与锚固抗拔承载力标准值有很大关系，所以技术指标应当尽可能的详细。

（5）试验方法的确定。给出明确的外墙外保温系统后置锚固件锚固力现场检测的试验方法。建议进行非破损检验并采用连续加载方式，以均匀速率在2～3 min内加载至设定的检验荷载。检验荷载可根据相应的锚固抗拉承载力标准值来确定。

（6）结果判定及不合格处理。由于JG 149—2003和JG/T 366—2012的结果判定是针对产品本身而不是保温工程现场实体检测，所以建议对JGJ 145—2013中的判定方法加以修改来进行结果判定。即：①试样在加载至设定的检验荷载期间锚固件无滑移、塑料圆盘无变形、破坏，应评定为合格；②一个检验批所抽取的试样全部合格时，该检验批应评定为合格；③一个检验批中不合格的试样不超过5%时，应另抽3根试样进行破坏性检验，若检测结果全部不小于1.2倍检验荷载（抗拉承载力的标准值），该检验批应评定为合格；④一个检验批中不合格试样超过5%时，该检验批应评定为不合格，且不应重复检验。

（7）针对现场检测给出合理的卡具类型。