我国外墙外保温系统热应力研究现状与展望

华雪 王伟 马源良 张国娟

摘 要：我国严寒及寒冷地区普遍采用外墙外保温系统，然而热应力是造成围护结构产生破裂不可缺少的因素之一。本文从热应力的研究意义入手，分析我国近年来对外墙外保温系统热应力的研究近况，同时通过论文进行总结，对外保温系统热湿应力的研究趋势进行了展望。

关键词：热应力；外保温；试验

随着国家对节约能源越来越重视，为了减少建筑在投入使用中的能耗，围护结构保温系统已成为建筑不可或缺的一部分。但是，在当前项目中，建筑外围护结构起鼓、开裂甚至保温层脱落的问题屡见不鲜，极少有保温层能在25年的规定使用年限中完整的完成使命。文章在探讨研究意义的基础上，对国内的研究进展进行总结。

一、研究意义

在建筑的节能工程中，降低建筑物使用过程中的总能耗可以有效达到节能的目的。但是，当前很多外墙外保温系统在抹面层甚至保温层裂缝、保温材料脱落的问题。国内外很学者以外墙保温体系的耐候性等作为课题已经有了一定的研究成果，但是仍有不足之处。随着技术的更新，越来越多的新形式的外墙外保温系统出现在市场上，这些新的保温技术能否过关，仍然存在着探究的科研价值。

保温层置于外部环境之中，要受到保温层自重和热应力、风压等外界作用力，因此对施工过程和施工工艺要求很高。目前的情况看来，并没有一个真正具体的措施来减小此类状况的发生，多数学者对围护结构热应力的研究停留在理论、模拟与试验阶段。因此，有必要对外墙外保温系统的热应力问题进行探讨，以早日解决此类问题的发生，力争达到建筑原材料上、建筑使用中的真正节能。

二、热应力的研究进展

保温系统在建筑物日常使用中起到了减缓室内外温度传递的效果，但是由于建筑墙体结构复杂，不同种类的材料有着不同的热膨胀系数，在受热变形时会相互制约，这时，外围护结构的破坏基础就出现了。

首先是模拟方面进展，霍英涛等人[1]利用ANSYS进行了以玻化微珠保温砂浆为外墙外保温结构的围护结构模拟，进行了存在空气对流与夏季太阳辐射的热耦合分析，发现由于玻化微珠保温砂浆材料的弹性模量较小，因此不同朝向的墙体表面温度应力相差不大。

庙诗祥[2]分析了四种常见保温材料组成的系统构造及存在问题，进而对外保温系统进行模拟，选择最适合合肥地区的保温形式，再利用生命周期成本，对外保温系统的保温层最优厚度进行了探讨。

张君等人[3]同样建立太阳辐射模型，分析了墙体各节点处的温度场方程，提出了多层复合墙板的温度应力模型，并编制一套计算软件，对胶粉聚苯颗粒涂料饰面外保温结构进行了温度应力的模拟。

张林峰[4]剖析粘结剂的主要成分，分析了粘结原理，以及胶层厚度对剪切及拉伸强度的影响，从而对外保温系统进行了温度场上的受力分析，发现粘贴的方式对保温板的变形起到了较大影响。

胡欣[5]对五种常见保温系统展开模拟，分析了五种结构冬夏两季的最大应力，并进行了抹面层的柔性试验，采用加拿大的材料提出了一种新型墙体，提高了耐久性及耐候性。

模拟终归是趋近于真实，却代表不了真实，往往还需要对外围护结构进行试验，以获得更加真实的数据。

项道阳[6]使用了EPS墙与XPS试验墙的对比分析，进行了雨热试验与冷热试验，共四组对比试验，发现薄弱部位一般出现在窗户四周、苯板接缝处和锚栓固定处，且抹面砂浆的应力变化较大。

于宗民[7]对泡沫玻璃作为保温材料的外保温系统进行了耐候性试验，发现外墙饰面层产生气泡，窗口部位发生渗水现象，得知应力最容易集中部位为窗洞四周。

孔方昀[8]进行了耐候性试验，从外墙的外表面变化及保温材料的性能变化上研究了保温系统的耐久性，热传递及湿传递对材料的膨胀应力存在规律性变化。

杨少龙[9]采用了XPS板进行了抗剪抗拉试验，发现粘结面积与拉伸粘结强度之间没有明显的影响规律，且粘结面积对抗剪粘结强度无影响；同时该人进行了冻融循环试验，找到粘贴强度的退化机理。

任玲玲[10]以EPS板薄抹灰外墙为研究对象，对冬季和夏季施加极端荷载，对温度场、应力分布及变形规律进行分析，发现墙体的弯曲应力及扭应力为主要应力，因此引起裂缝的几率较大。

许景欣[11]通过抗剪试验分析材料与结构层之间的剪切粘结强度与冻融循环次数之间的关系，求出剪切粘结强度与诸多变量之间的定量关系，并推导出逐步退化的数学模型。

三、结语与展望

目前我国的外墙外保温系统关于热湿应力方面的研究多集中在常用的保温建材上，而新材料的出现使社会对试验研究的需求不仅仅集中于常用的保温材料上，学者在未来的研究中，应适当对新型材料进行分析研究，找到最适合于新型材料的围护结构搭建方案，使节能环保的新型材料能尽早的适应中国的气候环境，在科学理论的分析后能应用于未来的建筑中。

参考文献：

[1]霍英涛，李珠，季海峰.基于ANSYS的保温砂浆外保温系统有限元分析[J].混凝土，2016，（08）：118121.

[2]庙诗祥.合肥地区典型外墙外保温系统在建筑节能工程中应用研究[D].安徽建筑大学，2013.

[3]张君，高原，黄振利.内外保温墙体温度应力对比分析[J].哈尔滨工程大学学报，2011，（07）：895905.

[4]张林峰.外保温外墙保温层的粘结分析[D].天津大学，2004.

[5]胡欣.夏热冬冷地区外墙外保温系统温度效应研究[D].宁波大学，2012.

[6]项道阳.薄抹灰外墙外保温系统耐候性试验研究[D].北京工业大学，2008.

[7]于宗民.泡沫玻璃外墙外保温系统温度场耐候性试验研究[D].太原理工大学，2011.

[8]孔方昀.温湿效应作用下外墙保温系统数值模拟与试验研究[D].沈陽工业大学，2014.

[9]杨少龙.XPS保温板与结构层粘结性能试验研究[D].武汉理工大学，2011.

[10]任玲玲.EPS板保温系统裂缝问题的数值分析[D].郑州大学，2010.

[11]许景欣.冻融循环作用下外墙外保温系统粘结效果的研究[D].沈阳工业大学，2014.

作者简介：华雪（1993），女，沈阳建筑大学硕士在读，主要方向为外墙外保温系统热湿应力。