河南省住宅建筑外墙保温技术发展趋势分析

杜书廷，杨毅哲，郭 鹏

(1.许昌学院 土木工程学院，河南 许昌 461000；2.华北水利水电大学 土木与交通学院，河南 郑州 450045)

随着我国建筑节能工作的持续推进，北方寒冷地区的采暖住宅建筑外墙保温技术得到了长足发展，河南省逐步形成了以粘钉EPS、XPS、岩棉等保温板为主的外墙外保温构造，但经过二十余年的工程应用证明，这些保温技术虽然节能效果良好，但也存在脱落、防火性差、寿命短等许多不足[1]. “十三五”时期以来，随着我国经济的转型升级，建筑业进入了新的时期，发展装配式建筑和绿色建筑等成为重要内容，建筑材料技术发展迅速，国家对建筑节能提出了更高的要求，农村住宅节能得到重视.装配式建筑要求外墙保温追求建筑、结构、装饰一体化设计和装配式施工，居住建筑节能设计标准由65%提供到75%，意味着对外墙保温的节能要求大幅度提高，大量高层住宅对外墙保温的安全性、防火性、耐久性、经济性等综合性能要求更高. 这些新形势、高要求对传统外墙保温技术提出了严峻的挑战，因此，了解住宅建筑外墙保温的使用现状，分析外墙保温技术如何改进与发展非常必要.

1 河南省外墙保温现状调查

1.1 调查方式及内容

本次调查采用典型调查方式进行，即随机抽取一定数量的住宅建筑为对象，采取逐个住区、逐栋楼、逐个项目问卷、观测、走访、统计等方法，共发放调查问卷150份，收回调查问卷144份，有效问卷142份，有效样本量占总样本量的94.6%.调查内容主要包括建筑基本情况、外墙外窗构造、外墙保温做法等，其中基本情况包括建造时间、结构类型、建筑高度等，外墙外窗构造包括外墙构造、外墙饰面、外窗构造等，外墙保温做法包括保温材料、保温方式、保温体系、质量问题等.

1.2 调查对象

调查对象为许昌、郑州、周口、安阳等地市的部分城镇住宅建筑，对象的选取考虑了建筑结构类型、建造年代、建筑高度、面积大小、所在区位、已建或在建等因素，具有一定的代表性. 就建造年代而言，在建工程项目为46个，所占比例为32.4%，2011年以后新建的有45栋，占总调查数量的31.7%，2000年到2010年之间建造的为46栋，所占比例也为32.4%. 就结构类型而言，在调查的142栋建筑中，以框架剪力墙结构和砖混结构为主，其中框架剪力墙结构为59栋、比例为41.5%，砖混结构为43栋、比例为30.3%，还有少量的剪力墙结构和框架结构. 就建筑高度而言，其中高度为10-20 m的所占比例为27.5%，40-80 m的高层住宅居多，数量为68栋，所占比例高达47.9%. 就区位分布而言，许昌市、郑州市、安阳市较多，分别为46、31、27栋，新老城区的数量分别为88和54栋.

1.3 外墙外窗构造

就外墙主体构造而言，由钢筋混凝土剪力墙、加气混凝土砌块组合墙的最多，数量为59栋，所占比例为41.5%；采用粘土砖或灰砂砖的有43栋，比例为30.3%；全部为钢筋混凝土剪力墙的比例为16.2%；全部采用加气混凝土砌块的建筑比例为12%. 就外墙饰面做法而言，由轻质非金属装饰板饰面的高达43栋、比例30.3%，采用防水涂料饰面的有35栋、比例为24.6%，采用墙砖饰面也有25栋建筑，比例为17.6%，有23栋建筑下部楼层采用石材饰面，上部楼层采用涂料饰面，比例为16.2%，还有16栋建筑采用轻金属板材饰面，比例为11.3%. 就外窗构造而言，采用塑钢推拉窗的建筑最多，数量高达84栋，比例为59.2%；其次是采用断桥式铝塑复合窗，数量为37栋、比例为26.1%；还有少量建筑采用了铝合金窗或钢窗，比例分别为9.2%和5.6%.

1.4 外墙保温构造

从外墙保温材料选用情况来看，有88栋建筑外墙保温材料采用了聚苯乙烯泡沫塑料(简称聚苯，分EPS、XPS两种型号)，比例高达62.0%，其中绝大多数采用的是EPS板，部分是EPS或XPS做芯材的保温装饰板；采用酚醛泡沫塑料(PF)的建筑比例为12.7%，采用聚氨酯泡沫塑料(PU)的比例为10.6%，采用岩棉板或岩棉芯材保温装饰板的比例为8.5%，还有6.3%的建筑采用了保温砖或保温砌块.

从外墙保温体系选用情况来看，有46栋建筑采用聚苯板(EPS或XPS)薄抹灰外保温系统，比例为32.4%，其中绝大多数外饰面为防水涂料，少量的外墙饰面为墙砖；有41栋建筑采用保温装饰一体化系统，保温材料采用聚苯、岩棉、聚氨酯、酚醛等为芯材的保温装饰板，所占比例为28.9%；有30栋建筑采用聚苯板(EPS或XPS)现浇钢筋混凝土外保温系统，其中多数为无网体系，比例为21.1%；有11栋建筑采用了采用酚醛板(PF)薄抹灰外保温系统，所占比例为7.7%；还有6.3%的建筑采用了墙体自保温系统.

2 河南省外墙保温技术分析

2.1 外墙保温技术发展

河南省地跨寒冷和夏热冬冷两个热工分区，但绝大多数城市属于寒冷地区，外墙保温构造做法基本依据寒冷地区的气候特点和节能标准要求设计. 就保温方式而言，93.7%的建筑采用了外保温，极少量建筑采用了墙体自保温，内保温、夹心保温无一采用. 就保温材料而言，高达85.2%的建筑采用了有机保温材料，其中以聚苯乙烯泡沫塑料板使用最多，无机保温材料使用很少. 就保温构造体系而言，低层和多层住宅多用聚苯板薄抹灰系统，其中以膨胀型聚苯板(EPS)为主，少量建筑采用酚醛板薄抹灰系统，高层住宅主要采用EPS板(无网)现浇混凝土体系和聚苯芯材保温装饰板保温系统，但随着2009年国家对外墙保温防火要求提高，聚苯板不宜使用于高层建筑，2010年以后的高层住宅建筑逐步开始采用以防火性较好的岩棉、酚醛为芯材的保温装饰板. 就连接构造而言，保温板薄抹灰系统一般采用专用粘结砂浆粘贴加上断桥式锚栓固定相结合，保温板外层涂抹聚合物抗裂砂浆并压入玻璃纤维网格布，保温装饰板则采用贴面或干挂两种形式，EPS板现浇混凝土体系采用开槽的EPS板置于外模板内侧，安装锚栓后浇注混凝土，使钢筋混凝土墙体与EPS板结合为一体. 由上述分析可知，河南省外墙保温技术基本上采用的是传统的保温体系，CL建筑结构体系、保温砌块自保温、无机轻集料砂浆保温系统等新型保温技术应用较少.

2.2 外墙保温存在的问题

2.2.1 安全性不足

目前外墙保温以外贴(或钉、挂)EPS、XPS岩棉等保温板为主，通过大量的工程应用证明，这些保温系统安全性不能完全保证，大量出现粉刷层空鼓、面层开裂、面砖脱落等现象，甚至出现保温板同饰面层一起大面积脱落，不仅影响外墙保温效果，而且造成严重的安全隐患. 分析上述问题产生的原因，主要有三方面：一是构造设计不科学，专用粘结砂浆、保温板、聚合物抗裂砂浆、水泥砂浆、墙砖、钢丝网、玻纤网等材料线性膨胀系数差距过大，在温度应力作用下的变形不同步，无法做到柔性释放内应力[2]；二是施工质量控制不严，基层处理不到位、粘结砂浆涂抹面积不足、锚栓数量不足或锚固深度不够、抗裂砂浆过厚、饰面抹灰质量低下等，都会造成外墙保温出现裂缝、脱落等；三是材料质量不合格，部分工程采用廉价的不合格保温材料，其机械强度、平整度、粘接强度、容重等基本性能很难满足工程要求，绝大多数工程使用陈化不足的保温板，使得收缩率过高[3]，粘结砂浆强度不足不能完全满足承载要求，特别是外墙为面砖饰面时更难满足.

2.2.2 防火性不足

近年来，因外墙保温材料而引发的火灾事故屡次发生，代表性的有上海静安区教师公寓楼火灾、南京中环国际广场火灾、北京央视火灾等，郑州市近期先后有九龙国际、绿地原胜国际因外保温发生火灾事故，这些事故造成了严重人员伤亡和财产损失，外墙保温材料的防火性能得到了业内的高度重视，国家也加大了对外墙保温的防火要求. 自2009年以来，国务院、住建部、公安部等先后发布了公安部和住建部46号、公安部消防局65号、国务院46号等文件，分别对建筑外墙保温的防火问题进行了严格要求，严格规定燃烧性能为B2级的保温材料不能使用于高层建筑外墙保温. 就本次居住建筑外保温调查来看，多数既有建筑采用的是燃烧性能为B2级的EPS、XPS、PUR等保温材料，同时很少设计防火梁或防火隔离带，其防火性能远不能满足相关要求，存在严重的火灾隐患.

2.2.3 耐久性不足

目前我国推行的聚苯板薄抹灰等几种外保温系统设计使用寿命一般为20-25年，加上可能存在材料质量不合格、施工质量控制不严等问题，常用外保温系统的抗老化性能远低于理论数值，实际寿命应该低于20年，而我国居住建筑设计使用年限一般不低于50年，这就意味着现行的保温系统无法与建筑主体结构同寿命，需要在使用20多年以后进行二次改造. 二次改造是在建筑物正常使用状态下，把原来的饰面构造、保温构造全部拆除，重新进行基层处理、粘贴锚固保温板、涂抹保护层、做外墙饰面，整个工作需要解决好改造费用来源、建筑垃圾处理、施工对居民生活的影响、拆除与施工对主体结构的破坏等问题，因此，二次改造将是一项消耗资源与财力、需要协调各方矛盾的巨大工程，必将是一个十分棘手的难题.

2.2.4 构造复杂

我国现行的外保温系统大多构造复杂、施工繁琐. 其中，应用最多的聚苯板薄抹灰保温系统构造最复杂，构造层次包括基层、粘结层、保温层、保护层、饰面层等，施工程序包括基层处理、裁切保温板、拌制并涂抹粘结砂浆、粘钉保温板、涂抹抗裂砂浆、压入玻纤网、做外墙饰面等众多环节；高层建筑中多用的保温装饰一体化板保温系统施工过程也很复杂，至少包括基层处理、弹放基准线、粘贴保温装饰板、专用扣件锚固、板缝填塞密封、清洁面板等程序；其他保温系统做法基本与上述两种基本相似，施工工艺比较复杂. 因施工难度相对较大，对工人技术要求较高，需要专业人员进行施工，施工成本增加，同时施工质量不易控制，容易出现质量问题，进而影响外墙保温安全性.

3 外墙保温技术的发展趋势

3.1 一体化保温系统成为主流

目前外墙主要的构造层次为墙体主体结构、保温层和饰面层，分别满足外墙围护、承重、保温和美观等方面的要求，但从众多外墙保温鼓泡、裂缝、脱落等质量事故来看，主要是没有解决好三个构造层次之间的安全连接、变形协调问题. 所以，在未来一段时期内，无论从提高保温系统的安全性方面，还是从装配式建筑技术发展需要方面，均需要进一步提高结构、保温、装饰三方面之间的一体化程度，尽量采用各种形式的一体化保温系统.

就结构与保温一体化而言，主要使用于现浇钢筋混凝土外墙：一是采用原有的EPS板现浇混凝土保温系统，但要提高其抗裂砂浆保护层的适应变形能力，减少出现裂缝的可能，同时尽量采用轻质的饰面材料；二是采用以CL建筑结构体系为代表的钢丝网架夹心板现浇混凝土保温，但要加强施工监控以保证施工质量，同时加强技术改进，降低钢筋用量和墙体厚度，完善局部热桥的构造处理. 就保温与装饰一体化而言，可以应用于钢筋混凝土、砌块非承重墙和承重砖墙，主要包括各类保温装饰一体化板保温系统，其芯材将以岩棉为主，但要改进面层防渗水性能，如果芯材选用聚苯板、聚氨酯、酚醛板等有机材料，一定要对其进行防火处理并选用封闭型构造，面板材料选用轻质金属或非金属板材，但要做好其防腐或抗老化处理. 就结构、保温、装饰三者一体化而言，主要应用于装配式建筑外墙，即各种类型的预制夹芯保温复合墙板，主要包括混凝土岩棉复合墙板、混凝土聚苯复合墙板、混凝土珍珠岩复合墙板、钢丝网水泥保温材料夹芯板等，用于非承重墙时尽量采用轻骨料混凝土.

3.2 发展墙体自保温体系

墙体自保温方式一直以来在工程实践中应用较少，主要因为粘土砖、灰砂砖、混凝土砌块、现浇混凝土等墙材在满足强度要求前提下，因导热系数较大很难再满足保温要求. 但未来几年中，城市新建住宅以框架剪力墙结构为主的高层建筑居多，农村住宅仍以1-3层的框架或砖混结构为主，外墙大多将是填充墙和对强度要求较低的承重墙，同时随着自保温墙体材料综合性能的改进，为墙体自保温体系的广泛应用提供了契机.

对于非承重的填充墙而言，可由蒸压加气混凝土、泡沫混凝土、陶粒加气混凝土、膨胀玻化微珠、EPS(或PU)复合混凝土等自保温砌块采用专用砂浆砌筑而成，也可以采用现浇泡沫混凝土墙体[4]. 对于农村低层住宅承重外墙而言，在研究讨论满足强度要求的基础上，可以采用蒸压加气混凝土砌块、页岩烧结空心砌块、淤泥烧结保温砖、EPS(或PU)复合混凝土空心砌块等砌筑而成. 墙体自保温需要注意两个关键问题：一是进一步改进自保温材料的微观结构、配合比、外加剂等，在保证原有强度的基础上降低其导热系数，以减少墙体厚度或扩大寒冷地区应用范围；二是科学进行钢筋混凝土梁柱板部位的热桥处理，建议采用保温砂浆或岩棉等无机保温材料，以保证其防火性和耐久性，同时处理好热桥部位与自保温墙体的接缝处理[5].

3.3 无机保温材料和复合型材料广泛应用

在常见的保温材料中，有机材料一般绝热性能优于无机材料，但其防火性和耐久性明显不如无机材料。北方严寒和寒冷地区因保温要求高多选用EPS、XPS、PU、PF等有机材料，但正如前文3.1和3.2部分所述，大量工程应用证明，有机保温材料火灾和安全隐患明显，同时耐久性不足. 依据现行的《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)要求，高度超100 m的住宅建筑外墙外保温材料燃烧性能为A级，高度超过27 m低于100 m的住宅建筑外墙保温材料不低于B1 级，只有高度在27 m以下的建筑才可使用B2级保温材料[6]，而过去常用的EPS、XPS、PU、PF等燃烧性能为B2级，肯定无法应用于高层建筑，对于未来以20层以上的城市住宅建筑而言，只能选用燃烧性能为A级或B1级的保温材料. 这样，以岩棉、轻骨料无机保温砂浆、玻璃棉、加气混凝土、淤泥保温砖、页岩空心砖等为主的无机保温材料将会大量应用，而传统有机保温材料将会与无机材料结合向复合型方向发展，比如泡沫混凝土、聚苯复合保温砌块、聚苯颗粒保温浆料、聚氨酯岩棉复合保温板、玻璃纤维增强水泥混凝土(GRC)等，这些材料兼具了无机材料不燃的性能和有机材料良好的保温性能，满足了外墙保温对安全防火与节能保温两方面的要求.

3.4 组合保温逐步应用

目前，外墙保温方式主要有外保温、内保温、自保温、夹心保温四种，但工程中主要以单一的外保温或内保温为主，同时采用两种及以上形式的组合保温很少. 通过5.3部分的分析可知，无机保温材料和复合型保温材料将更多应用，这类材料固然可以保证外墙保温的防火性、耐久性和安全性，但其绝热性能不足，如果仍采用单一的保温形式，很难完全满足寒冷地区外墙传热系数要求，而采用多种方式共同作用的组合保温却有可能满足要求，所以，过去单一的保温形式将会向组合保温方式逐步发展[7]. 实际上，近年来在江浙沪地区已出现了无机保温砂浆内外组合保温系统，通过改进保温砂浆的性能和合理的厚度组合，该保温方式将可能应用于北方寒冷地区，特别是对于地处寒冷区和夏热冬冷区边界的河南省而言，因对外墙热工性能要求较低而更可能广泛使用. 对于其他广大寒冷地区而言，可通过提高墙体自身的保温性能，构建墙体自保温、外保温、内保温共同作用的组合保温，完全可满足大部分寒冷地区住宅建筑外墙传热系数要求.

4 结语

通过对河南省住宅建筑现状进行调查与分析，发现现有外墙保温做法基本规范，但也存在安全性能、防火性不足、耐久性能等诸多不足，故对外保温技术进行改进提高非常必要. 结合新时期国家建筑业发展新形势、新要求以及河南省气候特点和地域特色，分析发现住宅建筑外墙保温将向以下几方面发展：第一，建筑、结构、保温、防火、装饰等方面做法一体化将成为主流，特别是结构与保温、保温与装饰两方面一体化将广泛应用；第二，由承载能力和保温效果均优良为墙体材料的自保温体系逐步增多，主要应用于非承重填充墙和低层承重外墙中；第三，保温方式将不再局限于单一形式，两种及以上保温形式共同解决保温问题逐步出现，内外组合、内中外组合等保温方式开始应用并逐步向北方地区发展；第四，岩棉、保温砂浆等无机保温材料将广泛应用，有机保温材料逐步向复合型发展.

参考文献：

[1] 杜书廷.复合轻质剪力墙保温体系的工程应用[J].工业建筑,2014,44(6):150-153.

[2] 张自国,魏德新,刘丽莘.外墙外保温系统保温板脱落的研究[J].长春工程学院学报：自然科学版,2018,18(2):62-64.

[3] 陶晓坤.墙体保温面层裂缝产生原因及防裂措施研究[D].秦皇岛：燕山大学,2015.

[4] 徐铨彪,干 钢,余祖国.夏热冬冷地区墙体自保温体系的调查研究[J].武汉大学学报：工学版,2015,48(4):57-61.

[5] 王海军,刘 琳,巴特尔.建筑外墙自保温体系应用分析[J].硅酸盐通报,2016,35(1):179-184.

[6] 中华人民共和国公安部.GB50016-2014 建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[7] 杜书廷.某外墙组合保温技术在新农村住宅中的应用[J].施工技术,2013,42(9):86-89.