因此，本文主要研究xps挤塑板与结构层间的粘结强度情况,确定稳定耐久的综合粘结方式,以保证高层建筑外保温层在各种荷载的冲击作用下不脱落破坏,为外墙外保温工程的研究和实践提供参考。

1 试验设计

1.1 试验目的

基于xps挤塑板与基层墙体的粘结强度进行分析研究，找出不同粘结方式、不同粘结面积、不同粘结厚度以及辅以锚栓综合粘结情况下的粘结强度所能承受的大抗拉粘结强度和大抗剪切强度，确定稳定和稳定的外墙外保温综合粘结方式。

1.2 试验依据

本试验主要依据《外墙外保温工程技术规程》(JGJ144-2004)[9]中的拉伸粘结强度试验方法而设计的抗拉和剪切粘结强度试验。

1.3 试验材料

1.3.1 结构层材料

模拟建筑外墙结构层，参照混凝土配合比强度要求，把砂、石、水泥和水按29 kg∶68 kg∶25 kg∶13 kg的比例拌制出一批强度等级为C30的混凝土并振捣浇铸成型，墙体尺寸设置为300 mm×200 mm×50 mm,并按温度(10 ℃～28 ℃)和相对湿度[(50±10)]的环境进行28 d的标准保湿养护，使强度达到要求。

按照上述同样的方法制作一批尺寸为40 mm×40 mm×25 mm的小混凝土砂浆试块，测得保温板与试块间的拉伸粘结强度。

1.3.2 保温材料

市面上的保温板材料很多，常见的有:膨胀聚苯板、挤塑聚苯板、岩棉板等，相比其他保温材料xps挤塑板具有无可比拟的优越性，综合性能较好[10]。因此，本文以工程上使用较多的EPS板为试验对象，其具体性能指标如表1所示。

1.3.3 胶粘剂

外保温系统所用粘结材料一般有4种，本文选用其中常用的聚合物粘结砂浆来粘结基层与保温板,其具有粘结力强、固化时间快、性能稳定、价格便宜、防水防潮性好等诸多特性[11]。但由于市场上品种多，质量参差不齐，应选用质量合格且与保温板变形系数相一致的胶粘剂。外保温砂浆专用胶粘剂主要性能指标见表2。

1.3.4 其他辅助材料

本试验的实施除具备以上主要材料外，还需要大量的其他相关配套材料,如环氧树脂、垫块等。

1.3.5 试件的制作

①将养护好的大小混凝土试块摆放整体，检查表面的平整度，确保棱角完好无损，保证外表面平整、干净无尘，干燥无冻融破坏，做好粘接前的清理和各项准备工作。

②xps挤塑板按事先确定好的2个尺寸75 mm×75 mm×35 mm和200 mm×150 mm×50 mm裁割，数量为150个，应做到标准、规则,板面误差控制在±2 mm。

③拌制聚合物专用粘结砂浆。将聚合物砂浆和水按《外墙外保温工程技术规程》(JGJ144-2004)要求的比例5∶1搅拌均匀，静置2～3 min后再次搅拌即可使用，胶粘砂浆应随拌随用且须在2 h内用完。

④用粘结砂浆对小保温试块进行粘结，粘接厚度为2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm和10 mm，使用成型框控制厚度，全部采用满粘，轻压按紧压实及时清除多余的粘结剂，另外进行一部分的双面粘结，同时做好标记；对粘接成型的保温试块进行14 d的保湿养护。

⑤准备大小为40 mm×40 mm的铁块，拌制环氧树脂胶，使用时保持通风且防止烟火，把环氧树脂A、B组份胶按1∶1的比例拌制，若稠度较高可按2∶1或3∶1掺入稀释剂或用热水加热稀释，随拌随用，尽可能快速使用完毕防止凝固，图1为粘结好环氧树脂的小保温试块。

⑥将成型垫块放在混凝土板上, 把搅拌均匀的粘结砂浆倒入成型框内，均匀填满，用抹子抹平，移走成型框，然后将保温板放在粘结砂浆上，轻压，做好标记；按满粘、条粘、点粘、点框粘和十字粘结方式粘接保温板与结构层，粘结厚度为(4±1)mm,每种工况为一组每组5块，辅助做一批粘结厚度为2 mm、4 mm、6 mm、8 mm和10 mm的试块，粘结面积为40，进行28 d的标准保湿养护，图2为养护中的外保温试块。

2 外墙外保温拉伸粘结强度试验分析

小试块使用拉伸试验机，试验速度设为5 mm/min,荷载精度为±0.5以内。开始前要检测试验机设备，确定运转正常，安装试样，进行调试，启动按钮进行拉伸试验，直到保温板与粘结砂浆脱离破坏，观察整个过程中各项数据的变化情况，记录破坏时的拉力及破坏部位，观察破坏的过程，具体拉伸设备和构造如图3所示。

(a) 调试好的设备

(b) 试件安装在夹具上

2.1 粘结强度计算

依据JGJ144-2004《外墙外保温工程技术规程》对保温板试块进行拉伸粘结强度计算：

式中：σ为拉伸粘结强度，MPa；P为破坏荷载，N；A为粘结面积，mm2。

单个试件的拉伸粘结强度值应至 0.001 MPa，每组数据8个，去掉大和小的，取中间6个数据的算术平均值为结果。对于拉伸破坏不符合要求的，结果无效，不予采用，若试件不够需在每组做完后及时补充，但要养护一定的天数以保证强度符合要求，对照前后的数据情况，同时分析不符合要求的粘结情况，拉伸破坏后的外保温试块如图4。

2.2 试验结果及分析

综合上面分析，所得结果如下：

①外墙外保温系统中抗拉伸粘结强度薄弱的环节或容易断裂处是保温板与砂浆专用胶粘剂的粘结处，需加强；粘结时采用保温板与基体双面同时粘结比单面的粘结强度要高。

②对于40 mm×40 mm的试块，胶粘剂厚度为4 mm时，保温板与结构层间的拉伸粘结强度高,所有厚度中3～5 mm的粘结强度较好，10 mm时粘结强度低，实际施工过程中要严格把控保温板与结构层的粘结厚度,根据保温板的尺寸确定合理的粘结厚度。

3 外墙外保温剪切粘结强度试验分析

3.1 剪切强度计算

对自制剪切设备进行固定安装调试，将试块装在夹具上，拉伸速度设为5 mm/min,启动试验机进行拉伸直到发生粘结破坏，记录下破坏时的大荷载及破坏的部位，观察破坏的过程。抗剪切粘结强度按下列公式进行计算:

式中:τ为抗剪切粘结强度，MPa；F为施加荷载，N；A为粘结面积，mm。

根据《外墙外保温工程技术规程》(JGJ144-2004)标准，舍弃测得的大和小值，结果取6个试验数据的算术平均值，数值到0.001 MPa。

试验过程中发现，在基层墙体与保温板联接中，90以上是xps挤塑板与粘结砂浆的界面破坏，而基层墙体与粘结砂浆的粘结强度很高，在保温板脱落时依然牢固；保温板从开始破坏到达到大拉力，再到终破坏完成、脱落，需要一个持续的过程，大概需要60 s的时间。

3.2 试验结果及分析

对不同粘结方式、不同粘结面积、不同粘结厚度的试块进行抗剪切强度检测，测得结果如图5所示。

(a) 点框粘结方式

(b) 条粘粘结方式

根据图5分析知,对于200 mm×150 mm的试块，在相同粘结方式与粘结面积等情况下，分别对不同胶粘剂厚度的保温试块进行抗剪强度拉伸，发现粘结强度大的为4 mm，4～6 mm时粘结强度较好，如表4、表5所示。

①在相同粘结面积S=40和粘结厚度情况下，5种粘结方式中粘结强度为：点框粘>条粘>点粘>十字粘>满粘；另外对于5种粘结方式中，粘结面积不同其他条件相同时，粘结强度为：满粘>点框粘>条粘>十字粘>点粘，若从经济角度考虑，综合效益好的是点框粘结，其强度能达到满粘的90。

②同种施工条件下，粘结面积对粘结强度的影响较大，几种粘结方式中，强度高的是满粘，其粘结面积大，粘结面积小的是点粘，其粘结效果差。正常情况下，粘结面积与粘结强度正相关。另外发现施工的标准程度对粘结强度影响也较大。

4 辅以锚栓固定的粘结强度分析

随着高层建筑外墙外保温的大量应用，对整个系统的粘结质量提出了更高的要求，若单倚靠胶粘剂是不能保证粘结质量的，需求辅以锚栓来强化加固。外保温系统用的是膨胀型锚栓，使得被打入的套筒膨胀与基材孔壁周围产生挤压力并互相摩擦，产生向内的拉拔力，达到使锚固件紧固的效果[13]。锚栓的主要技术性能指标见表6。

4.1 锚栓的固定安装

保温锚栓的安装需要在保温板粘结牢固24 h后安装，按预先设计好的位置钻孔，孔径视锚栓直径而定，孔深不小于设计深度，然后塞入锚钉拧紧。要求锚栓构件的圆盘与保温板外表面平整。锚栓≥6个/m2，且间距要满足边距≥2H和间距≤4H(H为锚固深度)的要求[15]，以保证稳定。锚栓固定在网格布内外侧均可，外侧可以提高保温板的抗拉拔力；内侧设置需要锚栓布置合理，以防止边角部位或建筑中间部位的保温板凸出翘起。另外锚栓的质量要符合要求，生锈的禁止使用，具体不同高度处锚栓的排列布置见图。

4.2 锚栓的抗剪切粘结强度试验

从前面试验中，综合分析得出几种不同粘结方式中抗拉和抗剪切粘结效果好的点框粘结，然后对粘结好的试块进行钻孔，钻孔深度至少应比锚固深度大10 mm，拧入锚栓，分别加1个、2个、3个、4个、5个、6个和8个锚栓进行固定，每组3个，进行抗剪强度检测观察强度变化，对每增加一个锚栓粘结强度的提高情况做好记录，并观察破坏的持续过程，总结规律。测得的粘结强度情况见表8。

4.3 试验结果及分析

组合不同锚栓连接方式情况下粘结强度的变化如表8所示。

综合分析可知，对于200 mm×150 mm的保温板，辅以锚栓固定时粘结强度提高明显，单个锚栓强度较低，辅以4个或5个锚栓时粘结强度好，特别牢固，在砂浆胶粘剂破坏时仍能依靠锚栓的作用使得保温板与墙体的联接保持牢固，不会发生脱落影响稳定性和正常使用；锚栓使用较多时会使强度降低，局部保温板整体性破坏甚至粘结层发生松动。

5 结 论

本文通过对多种情况下的xps挤塑板在外墙外保温系统的拉伸和抗剪切强度试验及结果分析，得出主要结论如下：

①在保温板拉伸粘结强度试验中，胶粘剂厚度为4 mm时，保温板与结构层间的粘结强度高,所有厚度中3～5 mm的粘结强度较好，抗拉伸粘结强度易断裂处是保温板与砂浆胶粘剂的粘结处，需加强。试验过程中还发现，同等条件下，采用结构层和保温板双面粘结的强度高于一面粘结的情况。

②对保温板为200 mm×150 mm的试块进行剪切粘结强度试验，分析发现点粘、条粘等粘结方式中，在同种施工条件下，粘结面积一定时，粘结强度为: 点框粘>条粘>点粘>十字粘>满粘；面积不同时，满粘﹥点框粘﹥条粘﹥十字粘﹥点粘；若从经济角度考虑，综合效益好的是点框粘结，能达到满粘粘结的90。另外在其他条件一样时，粘结厚度为4 mm时，保温板与结构层的粘结强度高，4～6 mm范围内的粘结强度较高。

③在保温板与基体的破坏中有90以上是xps挤塑板与粘结砂浆界面的破坏，而基层墙体与粘结砂浆的强度高且稳定，保温板的脱落破坏需要一个持续的过程。但在实际施工过程中，其粘结厚度要根据板块的大小调整，1 200 mm×600 mm的粘结厚度达到了10 mm。

④对200 mm×150 mm粘结强度好的保温板试块辅以不同数量的锚栓，发现加1个锚栓的强度低， 5个时的粘结强度好，4个次之，在砂浆胶粘剂破坏时仍能依靠锚栓的作用使保温板与墙体的联接保持牢固，不会发生脱落影响稳定性。

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