外墙保温层不同板材剪切粘接强度测试研究

摘 要：为了保证建筑中设置的外墙保温层具有良好的保温效果，需要在外墙保温施工与应用之前，研究保温层的剪切粘接强度。设计一种建筑外墙保温层剪切粘接强度分析试验，准备试验原料和设备，制备岩棉板、聚氨酯板、挤塑板、聚苯板4种类型的保温层试件。按照设定的剪切力加载方案模拟外墙保温层的脱落过程，通过保温层表征的观测，得出数据，计算设置剪切粘接强度指标的具体取值。结果表明，岩棉板的剪切粘接强度更高、聚苯板的剪切粘接强度最差，而对于相同材质的外墙保温层而言，尺寸越大对应保温层的剪切粘接强度越大。

关键词：建筑；外墙保温层；剪切粘接强度；表征观测

中图分类号：TQ328

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2024）03-0096-04

Research on shear bonding strength testing of different panels for exterior wall insulation layer

YANG Dongdong

（Xi'an University of Architecture and Technology Huaqing College，Xian 710043，China

）

Abstract：In order to ensure that the external wall insulation layer installed in the building has a good insulation effect，it is necessary to study the shear bonding strength of the insulation layer before the construction and application of external wall insulation.A shear bonding strength analysis test of external wall insulation layer was designed，test materials and equipment were prepared，and four types of insulation layer specimen，including rock wool board，polyurethane board，extruded board，polystyrene board，were produced.According to the set shear loading scheme，the shedding process of the external wall insulation layer was simulated，the data was obtained through the observation of the insulation layer characterization，and the specific value of the shear bonding strength index was calculated.The test results showed that the shear bonding strength of rock wool board was higher，and the shear bonding strength of polystyrene board was the worst，and for the external wall insulation layer of the same material，the larger the size，the greater the shear bonding strength of the insulation layer.

Key words：buildings;external wall insulation layer;shear bond strength;characterization observation

外墻保温是将保温层粘贴到主体墙体的外面，在保温层外面涂上聚合剂砂浆、增强网格布及饰面层［1］。在外墙外设置隔热层，既可保护主体结构，又可延长建筑使用寿命，改善外墙受潮情况，节约供暖能源。在建筑中外墙保温层剪切粘接强度性能直接决定了建筑的外墙保温层质量，受到热应力、风压、地震力、火灾等因素的影响，建筑外墙保温层发生结构破坏，不仅影响建筑的保温效果，还可能导致保温层脱落，带来较大的安全隐患。为了保证建筑中设置的外墙保温层具有良好的保温效果，需要在外墙保温施工与应用之前，研究保温层的剪切粘接强度。

1 试验部分

为了研究不同类型的建筑外墙保温层剪切粘接强度，需要设计研究试验。目前建筑中使用较多的外墙保温材料主要为：膨胀聚苯板、挤塑板、硬质泡沫聚氨酯板和岩棉板，因此试验中选择由上述材料为主体的外墙保温层作为研究对象。根据剪切粘接强度的定义，选择负载施加与表面观测相结合的方式，研究外墙保温层的剪切粘接强度，通过相关数据统计与指标计算，得出剪切粘接强度的研究结果。

试验选择某高层住宅小区作为研究对象，总建筑面积约为136 600 m2，民居建筑采用钢筋混凝土剪力墙结构［2］。该小区在2022年5月对该建筑实现节能改装，该工程按节能标准65%执行，除外扩

电梯区域外，其余建筑外墙均需保温处理。

1.1 试验材料及指标设备

聚氨酯板作为一种常用的外墙保温材料，具有较好的保温性能和强度，因此以聚氨酯板为例进行说明。

聚醚多元醇（PS3152），工业级，

淄博瑞士诺化科技有限公司；

二氯一氟乙烷，工业级，

浙江三美化工股份有限公司；

4%氢氟酸凝胶，

浙江三美化工股份有限公司。

聚醚多元醇、聚苯乙烯树脂等均属于聚合物，在高温高压环境下容易发生分解反应，因此需要将部分原料放置在室温或低温环境下保存，同时试验中所有原料均需要在避光环境下保存，避免原料变质［3］。

综合考虑外墙保温层材料制备、应力加载以及表面观测3个方面，准备研究试验所需部分设备。

TLJ-2型电子搅拌器，

江苏姜堰市天力医疗器械有限公司；

BY-121A万能材料试验机，

北京普桑达仪器科技有限公司；

RSM-JC（C）加载仪，

实验室；

BEVS拉拔仪，

实验室；

稳态热传递性能试验机（WTRZ系列），

北京普桑达仪器科技有限公司；

CL-3000位移计，

实验室；

JSM-7500F型扫描电子显微镜，

日本电子。

根据设备的使用步骤，将其分别放置在各个工作区域中［4］。在试验开始之前，需要调试所有设备的运行状态，保证准备的试验设备能够正常运行指定步骤，并将调试后的设备初始化处理。

1.2 试件制备

通过原材料制备得到多个构成保溫层的板材，将板材铺设、胶粘与固定处理，完成外墙保温施工工作［5］。建筑外墙保温层施工流程如图1所示。

在膨胀聚苯乙烯泡沫板制备过程中，利用加热消泡方法处理废聚苯乙烯，添加一定量的液态改性剂、发泡剂、催化剂，上述材料的配比ε可以表示为：

εM=nMNIεb=nbNIεs=nsNI

（1）

式中：nM、nb和ns分别表示改性剂、发泡剂、稳定剂的摩尔量；NI表示保温层制备量。

通过模压成型［6］，得到带有微小封闭孔隙的硬聚苯乙烯泡沫板材。将发泡颗粒放入熟化仓，利用干燥设备，冷却处理发泡颗粒，并将其放入板材机中，通过加温加压将发泡颗粒生成的板材粘结在一起，形成膨胀聚苯乙烯泡沫板块，完成聚苯乙烯保温层材料的制备。

聚氨酯板采用一步发泡制备工艺，在恒温条件下将多元醇、催化剂、发泡剂、阻燃剂等原料放置在制备容器中，高速搅拌10 s，将初始原料混合均匀［7］。并加入二苯基甲烷二异氰酸酯继续搅拌，以此获得初始原料混合物。通过流水线设备处理，将初始原料的混合物放入料罐1中，保持着22 ℃的温度，将高压机混合发泡放入料罐2中，与料罐1温度保持一致，将两料罐中材料的发泡结果融合，在40 ℃环境中层压处理，得出聚氨酯板的制备结果。同理可以得出岩棉板和挤塑板的制备结果。

为了确保对剪切粘接强度展开充分的研究和评估，通过在外墙上固定多个保温板［8］，并在其之间施加剪切力，可以模拟实际的应力情况，从而准确地测量剪切粘接强度。因此，在制备外墙保温材料后，将其固定在建筑的外墙上，需要准备的保温板数量为：

nI=SbS0

（2）

式中：Sb和S0分别表示待施工的建筑外墙保温面积和单个保温板的面积。

保温板数量与保温层制备量之间存在一定的关系，保温板数量越多，相应的保温层制备量也会增加。通过计算两者之间的关系，能够更全面地评估保温层的剪切粘接强度。保温板数量nI与保温层制备量NI之间的关系可以表示为：

NI=nI·ρ·λ

（3）

式中：ρ和λ分别表示保温层材料密度及其物质的量系数。

外墙保温层的施工厚度与剪切粘接强度密切相关，不同厚度的保温层可能会对剪切粘接强度产生不同的影响。因此，在剪切粘接强度研究时，需要根据实际情况选择合适的保温层厚度，保温层的施工厚度设置为：

h=0.008CQγoop1/2

（4）

式中：设置导热系数为0.008 W/（m·K）；Q为建筑内供暖燃料的热值；C为供暖成本，γoop为能效比。

1.3 剪切力测试加载方案

在制备外墙保温材料与设置施工参数后，根据建筑外墙的实际应用情况，分别从正向和侧向2个角度上施加剪切力［9］，正向剪切力与保温层试件之间的角度为90°，侧向剪切力与保温层之间的角度为0°。外墙剪切力的施加方式如图2所示。

1.4 测试过程

在研究试验的最初阶段，根据设定的剪切力加载方案，采用加载仪向外墙保温层施加压力［10-12］，保温层前端压缩变形，其抗剪强度值会随着变形稳定增长，并且逐渐脱离外墙墙体，初期变形和抗剪强度都比较稳定，此阶段即为初始变形阶段。

持续施加剪切力，保温层相对外墙墙体的位移不断增加，保温层前端开始伸展，后半部分逐渐剪下，其抗剪强度不再增大，而是逐渐减小，直至保温层全部脱离外墙墙体，这个过程为破坏阶段［13-15］。

1.5 试验指标设置

为实现外墙保温层剪切粘接强度的研究，设置强度指标，强度指标ψ的计算公式如下：

ψ=1 000FlLI×WI

（5）

式中：Fl为外墙保温层脱落时施加在保温层上的剪切力，LI和WI分别为外墙保温层的长度和宽度。指标ψ取值越大，证明对应外墙保温层的剪切粘接强度越高。

1.6 测试数据处理

利用Analytics Plus 2.0软件作为建筑外墙保温层剪切粘接强度研究试验的数据处理工具，该工具能够自动将导入的数据转换成可视化图表，以此实现外墙保温层剪切粘接强度的研究。

2 结果与讨论

利用试验中准备的观测设备观测建筑外墙保温层的表征形态，01号岩棉板保温层试件在初始时刻和脱落时刻的表征观测结果如图3所示。

由图1可知，岩棉板保温层的长度和宽度分别为5 m和20 m，在试验第150 min时，01号岩棉板保温层出现脱落现象，此时施加在保温层上的剪切力为300 N。基于以上计算式，即可得出当前01号岩棉板保温层的剪切粘接强度值为3 000 Pa。同理研究其他材质和大小的剪切粘接强度，得出的研究数据如表1所示。

由表1可知，在相同长度、宽度的保温层试样中，岩棉板的剪切粘接强度更高，聚苯板的剪切粘接强度最差，而对于相同材质的外墙保温层而言，尺寸越大对应保温层的剪切粘接强度越大。

3 结语

通过对建筑外墙不同类型保温层材料的剪切粘接强度研究，从中可以看出，岩棉板的剪切粘接强度最好，但在实际施工过程中还需考虑材料成本，实现外墙保温工作性价比的最大化。然而在此次试验中只考虑了外墙保温层的材料、长度和宽度，但未考虑保温层厚度，针对这一问题还需要在今后的研究工作中进一步补充。

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收稿日期：2023-10-10；修回日期：2024-01-09

作者简介：杨东东（1984-），男，硕士，讲师，研究方向：建筑节能;E-mail：yangdongdong@sina.com。

引文格式：杨东东.外墙保温层不同板材剪切粘接强度测试研究

［J］.粘接，2024，51（3）：96-99.