外墻保溫層不同板材剪切粘接強度測試研究

摘 要：為了保證建筑中設置的外墻保溫層具有良好的保溫效果，需要在外墻保溫施工與應用之前，研究保溫層的剪切粘接強度。設計一種建筑外墻保溫層剪切粘接強度分析試驗，準備試驗原料和設備，制備巖棉板、聚氨酯板、擠塑板、聚苯板4種類型的保溫層試件。按照設定的剪切力加載方案模擬外墻保溫層的脫落過程，通過保溫層表征的觀測，得出數據，計算設置剪切粘接強度指標的具體取值。結果表明，巖棉板的剪切粘接強度更高、聚苯板的剪切粘接強度最差，而對于相同材質的外墻保溫層而言，尺寸越大對應保溫層的剪切粘接強度越大。

關鍵詞：建筑；外墻保溫層；剪切粘接強度；表征觀測

中圖分類號：TQ328

文獻標志碼：A文章編號：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

外墻保溫是將保溫層粘貼到主體墻體的外面，在保溫層外面涂上聚合劑砂漿、增強網格布及飾面層［1］。在外墻外設置隔熱層，既可保護主體結構，又可延長建筑使用壽命，改善外墻受潮情況，節約供暖能源。在建筑中外墻保溫層剪切粘接強度性能直接決定了建筑的外墻保溫層質量，受到熱應力、風壓、地震力、火災等因素的影響，建筑外墻保溫層發生結構破壞，不僅影響建筑的保溫效果，還可能導致保溫層脫落，帶來較大的安全隱患。為了保證建筑中設置的外墻保溫層具有良好的保溫效果，需要在外墻保溫施工與應用之前，研究保溫層的剪切粘接強度。

1 試驗部分

為了研究不同類型的建筑外墻保溫層剪切粘接強度，需要設計研究試驗。目前建筑中使用較多的外墻保溫材料主要為：膨脹聚苯板、擠塑板、硬質泡沫聚氨酯板和巖棉板，因此試驗中選擇由上述材料為主體的外墻保溫層作為研究對象。根據剪切粘接強度的定義，選擇負載施加與表面觀測相結合的方式，研究外墻保溫層的剪切粘接強度，通過相關數據統計與指標計算，得出剪切粘接強度的研究結果。

試驗選擇某高層住宅小區作為研究對象，總建筑面積約為136 600 m2，民居建筑采用鋼筋混凝土剪力墻結構［2］。該小區在2022年5月對該建筑實現節能改裝，該工程按節能標準65%執行，除外擴

電梯區域外，其余建筑外墻均需保溫處理。

1.1 試驗材料及指標設備

聚氨酯板作為一種常用的外墻保溫材料，具有較好的保溫性能和強度，因此以聚氨酯板為例進行說明。

聚醚多元醇（PS3152），工業級，

淄博瑞士諾化科技有限公司；

二氯一氟乙烷，工業級，

浙江三美化工股份有限公司；

4%氫氟酸凝膠，

浙江三美化工股份有限公司。

聚醚多元醇、聚苯乙烯樹脂等均屬于聚合物，在高溫高壓環境下容易發生分解反應，因此需要將部分原料放置在室溫或低溫環境下保存，同時試驗中所有原料均需要在避光環境下保存，避免原料變質［3］。

綜合考慮外墻保溫層材料制備、應力加載以及表面觀測3個方面，準備研究試驗所需部分設備。

TLJ-2型電子攪拌器，

江蘇姜堰市天力醫療器械有限公司；

BY-121A萬能材料試驗機，

北京普桑達儀器科技有限公司；

RSM-JC（C）加載儀，

實驗室；

BEVS拉拔儀，

實驗室；

穩態熱傳遞性能試驗機（WTRZ系列），

北京普桑達儀器科技有限公司；

CL-3000位移計，

實驗室；

JSM-7500F型掃描電子顯微鏡，

日本電子。

根據設備的使用步驟，將其分別放置在各個工作區域中［4］。在試驗開始之前，需要調試所有設備的運行狀態，保證準備的試驗設備能夠正常運行指定步驟，并將調試后的設備初始化處理。

1.2 試件制備

通過原材料制備得到多個構成保溫層的板材，將板材鋪設、膠粘與固定處理，完成外墻保溫施工工作［5］。建筑外墻保溫層施工流程如圖1所示。

在膨脹聚苯乙烯泡沫板制備過程中，利用加熱消泡方法處理廢聚苯乙烯，添加一定量的液態改性劑、發泡劑、催化劑，上述材料的配比ε可以表示為：

εM=nMNIεb=nbNIεs=nsNI

（1）

式中：nM、nb和ns分別表示改性劑、發泡劑、穩定劑的摩爾量；NI表示保溫層制備量。

通過模壓成型［6］，得到帶有微小封閉孔隙的硬聚苯乙烯泡沫板材。將發泡顆粒放入熟化倉，利用干燥設備，冷卻處理發泡顆粒，并將其放入板材機中，通過加溫加壓將發泡顆粒生成的板材粘結在一起，形成膨脹聚苯乙烯泡沫板塊，完成聚苯乙烯保溫層材料的制備。

聚氨酯板采用一步發泡制備工藝，在恒溫條件下將多元醇、催化劑、發泡劑、阻燃劑等原料放置在制備容器中，高速攪拌10 s，將初始原料混合均勻［7］。并加入二苯基甲烷二異氰酸酯繼續攪拌，以此獲得初始原料混合物。通過流水線設備處理，將初始原料的混合物放入料罐1中，保持著22 ℃的溫度，將高壓機混合發泡放入料罐2中，與料罐1溫度保持一致，將兩料罐中材料的發泡結果融合，在40 ℃環境中層壓處理，得出聚氨酯板的制備結果。同理可以得出巖棉板和擠塑板的制備結果。

為了確保對剪切粘接強度展開充分的研究和評估，通過在外墻上固定多個保溫板［8］，并在其之間施加剪切力，可以模擬實際的應力情況，從而準確地測量剪切粘接強度。因此，在制備外墻保溫材料后，將其固定在建筑的外墻上，需要準備的保溫板數量為：

nI=SbS0

（2）

式中：Sb和S0分別表示待施工的建筑外墻保溫面積和單個保溫板的面積。

保溫板數量與保溫層制備量之間存在一定的關系，保溫板數量越多，相應的保溫層制備量也會增加。通過計算兩者之間的關系，能夠更全面地評估保溫層的剪切粘接強度。保溫板數量nI與保溫層制備量NI之間的關系可以表示為：

NI=nI·ρ·λ

（3）

式中：ρ和λ分別表示保溫層材料密度及其物質的量系數。

外墻保溫層的施工厚度與剪切粘接強度密切相關，不同厚度的保溫層可能會對剪切粘接強度產生不同的影響。因此，在剪切粘接強度研究時，需要根據實際情況選擇合適的保溫層厚度，保溫層的施工厚度設置為：

h=0.008CQγoop1/2

（4）

式中：設置導熱系數為0.008 W/（m·K）；Q為建筑內供暖燃料的熱值；C為供暖成本，γoop為能效比。

1.3 剪切力測試加載方案

在制備外墻保溫材料與設置施工參數后，根據建筑外墻的實際應用情況，分別從正向和側向2個角度上施加剪切力［9］，正向剪切力與保溫層試件之間的角度為90°，側向剪切力與保溫層之間的角度為0°。外墻剪切力的施加方式如圖2所示。

1.4 測試過程

在研究試驗的最初階段，根據設定的剪切力加載方案，采用加載儀向外墻保溫層施加壓力［10-12］，保溫層前端壓縮變形，其抗剪強度值會隨著變形穩定增長，并且逐漸脫離外墻墻體，初期變形和抗剪強度都比較穩定，此階段即為初始變形階段。

持續施加剪切力，保溫層相對外墻墻體的位移不斷增加，保溫層前端開始伸展，后半部分逐漸剪下，其抗剪強度不再增大，而是逐漸減小，直至保溫層全部脫離外墻墻體，這個過程為破壞階段［13-15］。

1.5 試驗指標設置

為實現外墻保溫層剪切粘接強度的研究，設置強度指標，強度指標ψ的計算公式如下：

ψ=1 000FlLI×WI

（5）

式中：Fl為外墻保溫層脫落時施加在保溫層上的剪切力，LI和WI分別為外墻保溫層的長度和寬度。指標ψ取值越大，證明對應外墻保溫層的剪切粘接強度越高。

1.6 測試數據處理

利用Analytics Plus 2.0軟件作為建筑外墻保溫層剪切粘接強度研究試驗的數據處理工具，該工具能夠自動將導入的數據轉換成可視化圖表，以此實現外墻保溫層剪切粘接強度的研究。

2 結果與討論

利用試驗中準備的觀測設備觀測建筑外墻保溫層的表征形態，01號巖棉板保溫層試件在初始時刻和脫落時刻的表征觀測結果如圖3所示。

由圖1可知，巖棉板保溫層的長度和寬度分別為5 m和20 m，在試驗第150 min時，01號巖棉板保溫層出現脫落現象，此時施加在保溫層上的剪切力為300 N?；谝陨嫌嬎闶?，即可得出當前01號巖棉板保溫層的剪切粘接強度值為3 000 Pa。同理研究其他材質和大小的剪切粘接強度，得出的研究數據如表1所示。

由表1可知，在相同長度、寬度的保溫層試樣中，巖棉板的剪切粘接強度更高，聚苯板的剪切粘接強度最差，而對于相同材質的外墻保溫層而言，尺寸越大對應保溫層的剪切粘接強度越大。

3 結語

通過對建筑外墻不同類型保溫層材料的剪切粘接強度研究，從中可以看出，巖棉板的剪切粘接強度最好，但在實際施工過程中還需考慮材料成本，實現外墻保溫工作性價比的最大化。然而在此次試驗中只考慮了外墻保溫層的材料、長度和寬度，但未考慮保溫層厚度，針對這一問題還需要在今后的研究工作中進一步補充。

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收稿日期：2023-10-10；修回日期：2024-01-09

作者簡介：楊東東（1984-），男，碩士，講師，研究方向：建筑節能;E-mail：yangdongdong@sina.com。

引文格式：楊東東.外墻保溫層不同板材剪切粘接強度測試研究

［J］.粘接，2024，51（3）：96-99.