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工艺流程图
高层建筑外保温饰面砖系统安全性分析
近年来，陶瓷面砖应用于外墙外保温节能工程的越来越多，然而，在轻质、柔性的外墙外保温体系上使用陶瓷面砖还存在着许多技术问题，目前这些技术问题并没有被国内外墙保温企业所重视，许多工程也出现面砖掉落的安全事故，必须引起高度重视。
一、陶瓷面砖作为外墙外保温体系饰面层的安全性问题
首先是自重的影响。
与涂料饰面层相比，陶瓷面砖作为饰面层的外墙外保温体系的安全性问题首先是自重。以涂料为饰面层的外墙外保温体系自重一般不会超过10千克/平方米（保温层、抗裂防护层、外饰面层），而陶瓷面砖饰面层的外墙外保温体系自重可达到40千克/平方米甚至70千克/平方米，为涂料体系的4~7倍！
其次是温湿剪切应力的影响。
由于陶瓷面砖的刚性远大于涂饰面，与体系防护面层所要求的柔性相抵触，较之于直接在刚性墙面上粘贴陶瓷面砖（刚－刚），或较之于涂饰面外墙外保温体系（柔－柔），这种柔性基底－刚性面层结构所造成的体系的变形更大，面砖与抗裂防护层、外饰面层之间产生更大的温湿剪切应力，影响面砖与抗裂防护层、外饰面层之间的附着安全性。
第三是冻融的影响。
常见的面砖掉落现象通常是成片发生，而且往往易发生在墙面边缘和顶层建筑女儿墙沿屋面板的底部，以及墙面中间大面积空鼓部位。这是因为系统受温度影响在发生胀缩时，产生的累加变形应力将边缘部分面层的面砖挤掉或中间部分挤成空鼓，特别是当面砖粘接砂浆为刚性不能有效释放温度应力时，这种现象发生更加普遍。检查有瓷砖剥落现象的外保温体系，会发现瓷砖总是与粘结剂一起掉下来，而外饰面总是处于饱水状态。高水蒸气阻力形成的瓷砖背面的冷凝水使这种体系较之于涂饰面外墙外保温体系发生冻融破坏的几率更大。二、技术影响因素分析
在高层建筑外墙外保温墙面上粘贴面砖，其安全性要求较高，一般情况下饰面粘贴面砖主要应考虑保温系统内各层材料的粘结强度是否满足国家规范标准规定值。但是，与重质墙体基层不同，外保温系统由于内置密度小、强度低的保温层，其形成的复合墙体往往呈现软质基底的特性。且由于外保温系统置于建筑结构的外层，热应力、火、水或水蒸汽、风压、地震等外界作用力直接作用于表面，需要采取相应的安全加固措施，使建筑物和保温系统本身保持必要的安定性，防止出现面层开裂、面砖起鼓、脱落等质量事故。
（一）粘贴面砖时需要考虑的关键技术
在外墙外保温墙面上粘贴面砖需要考虑的主要关键技术有：1.在保护保温层的前提下，要使外保温系统形成一个整体，转移面砖饰面层负荷，改善面砖粘贴基层的强度，达到标准规定要求；2.要考虑外保温材料的压折比、粘结强度、耐候稳定性等指标以及整个外保温系统材料变形量的匹配性，以释放和消纳热应力或其他应力；3.要考虑外保温材料的抗渗性以及保温系统的呼吸性和透汽性，避免冻融破坏而导致面砖掉落；4.要提高外保温系统的防火等级，避免火灾等意外事故出现后产生空腔，使外保温系统在面砖饰面的自重重力作用下出现大面积塌落；5.要提高外保温系统的抗震和抗风压能力，避免偶发事故出现后的水平方向作用力对外保温系统的破坏。
（二）外墙外保温墙面上粘贴面砖的技术路线
在满足系统粘结强度和机械稳定性的前提下，务必强调采用柔性释放应力来解决面砖开裂、脱落等难题。面砖专用粘结砂浆及面砖专用勾缝胶粉除要求满足粘结强度和抗冻融等性能达到标准规范要求外，还要强调其柔韧性即压折比≤3，以适应面砖在温度变形时形成的内应力；同时面砖层每16～18米（每六层）留有不小于20毫米伸缩缝，用硅酮胶嵌缝。抗裂砂浆、面砖粘结砂浆及勾缝胶的柔性变形指标的设定为：抗裂防护层为百分之五、面砖粘结砂浆为千分之五、勾缝胶为千分之一、面砖为万分之一点五。上述各层柔性变形指标相匹配，面砖粘结剂的可变形量小于抗裂砂浆而大于面砖的温差变形量，满足逐层渐变的柔性抗裂原则，从而确保了每块面砖象鱼鳞一样独立地释放应力，不会因外界效应作用而造成脱落。
三、外墙外保温面砖体系对材料的性能和工艺要求
（一）热镀锌钢丝网的性能和工艺要求
四角网在抗裂防护层的作用，不仅表现在受力时对周围水泥抗裂砂浆变形和压力抑制的有利效应，同时表现为在材料组合过程中对抗裂防护层的强化。一般情况下，当含钢量相同时，孔径越小，四角网的丝径就越小，单位面积的四角网的比表面积就越大，与水泥抗裂砂浆的接触面积就越大，握裹力就更强，增强作用就越显著。但是，同一含钢量的四角网孔径越小，四角网表面的平整度就越差，在铺设四角网时，施工难度就越大。因而，在选择四角网的规格时，应考虑到施工适应性等因素的影响。
（二）抗裂砂浆的性能和工艺要求
抗裂防护层是保温系统中的一个非常重要部分，发挥着承上启下的功效，它将密度小、强度低的保温层与面砖装饰层有机的结合起来，能将不适宜粘贴面砖的保温层基底过渡到具有一定强度、又具有一定柔韧性的防护层上。实验表明，抗裂砂浆层的施工厚度对保温层的保护作用和对系统的拉拔强度影响较大。当水泥抗裂砂浆厚度H<5毫米时，对保温层的隔离保护作用不能有效发挥，拉拔实验的破坏面集中在保温层上；当H≥5毫米时，特别是当H≥7毫米以上时，拉拔实验破坏面集中在抗裂防护层中，外应力不可能破坏到保温层，保温层被有效地保护起来；28d后的拉拔实验结果，体系拉拔强度≥0.4兆帕，破坏面在抗裂防护层中或粘结层中。因此，系统抗裂防护层的厚度应控制在6毫米±2毫米为宜。
另外，在外保温系统面层上粘贴面砖与在坚实的砼基层上粘贴面砖使用条件是不同的。由于面砖的热膨胀系数与胶粉聚苯颗粒保温材料的热膨胀系数有很大的差异，相应地，由温度变化引起的热应力变形差异也很大。在选择外保温面层面砖粘结砂浆时，除要考虑耐候性、耐水性、耐老化性好、常温施工等因素外，还必须考虑两种硬度、密度不同的材料在使用过程中由温度变化而引起的不同形变差异而造成的内应力。同时，还需要考虑面砖粘结材料的柔韧性指标。事实上，影响面砖粘结材料柔韧性的因素很多，但影响较大的因素当属聚灰比。不含聚合物的普通水泥粘结砂浆，强度高、变形量小，其压折比一般在5~8范围内，这种粘结砂浆用于外保温粘贴面砖时，在基层受到热应力作用发生形变时，粘结砂浆不能通过相应的变形来抵消这种作用，往往容易发生空鼓或脱落。因此，外保温面砖粘结砂浆应在确保其粘结强度的前提下，改善其柔韧性指标，以使面砖能够与保温体系整体统一，并消纳外界作用效应尤其是热应力带来的影响，满足外墙外保温饰面粘贴面砖的需要。
（三）面砖的性能和工艺要求
吸水率的大小是外墙面砖的一个十分重要的指标。吸水率越小，表明面砖的烧结程度越好，其弯曲程度、强度、耐磨性、耐急热急冷性、耐化学腐蚀等性能就越好，反之则差。另外，面砖的吸水率对面砖粘结砂浆的粘结性能也有很大影响，吸水率不同，粘结砂浆的粘结效果也不同，造成这种现象的主要原因在于粘结机理的不同。通常情况下，粘结砂浆与面砖的粘结有两种不同的机理。其一是物理机械锚固机理：在这种机理下，粘结砂浆对面砖的粘结力来自粘结砂浆对面砖表面的小孔及凹坑的渗透填充，从而形成一种“爪抓”作用。显然，多孔性材料或表面粗糙的材料，这种作用机理占主导地位，带有燕尾槽的面砖正是基于这种原理。其二是化学键作用机理：这种作用机理是粘结砂浆与面砖通过分子间的范德华力或可反应官能团之间的化学键形成粘结效果。
当面砖吸水率小、烧结程度好、空隙率低时，其物理机械锚固机理作用减弱，对于主要依靠物理机械锚固的纯水泥粘结砂浆来说，粘贴面砖的粘结强度是不高的。而对于聚合物改性的面砖粘结砂浆而言，由于聚合物分子链上的官能团与面砖表面材料分子之间形成的范德华力或部分官能团之间新的价键组合，就使得这种聚合物砂浆对即使是光洁的瓷砖表面也能形成牢固粘结。当面砖表面不浸水时，粘结强度均较相同养护条件下浸水后的面砖粘结强度高；当墙体作预处理时，墙体湿水比不湿水粘结强度高，进行养护比不进行养护粘结强度高。因此，在施工过程中，在面砖不浸水的情况下，体系设计的面砖粘结砂浆足可保证达到要求的粘结强度。特别是在面砖粘贴前，对基层墙体进行湿水处理很有必要，而且在粘贴施工完后24小时进行水养护也是提高粘结强度的一种有效手段。
（四）面砖勾缝胶粉的性能和工艺要求
为有效地释放面砖及粘结材料的热应力变形，避免饰面层面砖脱落，面砖勾缝胶粉的性能也要满足柔韧性的指标要求，同时还要具有良好的防水保护性。如果采用干拌砂浆的形式，以硅酸盐水泥为主要胶凝材料，通过掺加可再分散乳液粉末和其它助剂配制而成的，且压折比≤3.0，具有良好的施工性、防水性、防泛碱性的材料，效果要好得多。
从以上分析可以看出，即使用于刚性的外墙，陶瓷面砖的安全性和耐久性也有着众所共知的隐患，因此外墙外保温墙面上粘贴面砖的技术路线和要求更加重要；相比于涂饰面，以刚性的陶瓷面砖作为柔性的外墙外保温体系的饰面层在受力状态上不合理，只有通过材料的科学匹配来解决；即使在有近40年外保温发展历史的欧美，尚无该种饰面体系的标准，其间不乏失败的工程，因此，工程的现场管理尤为显得重要；陶瓷面砖饰面的外墙外保温体系必须采用钢网+钉结合的方式固定，且锚钉必须锚固在热扎镀锌钢丝网上；陶瓷面砖饰面的外墙外保温体系必须留伸缩缝；陶瓷面砖饰面的外墙外保温体系组成材料的性能应高于涂饰面外墙外保温体系。胶粉聚苯颗粒外饰面粘贴面砖外保温技术构造科学、材料指标设定合理、施工工艺成熟稳定，可以满足高层建筑外墙外保温饰面粘贴面砖的安全性需要，是一种安全、可靠的外墙外保温技术。尽管该体系仍有很多需要完善的地方，但在同行技术人员和专家的进一步的完善、丰富和发展下，胶粉聚苯颗粒面砖饰面的保温技术将在全国范围内得到更加广泛的应用。
一、陶瓷面砖作为外墙外保温体系饰面层的安全性问题
首先是自重的影响。
与涂料饰面层相比，陶瓷面砖作为饰面层的外墙外保温体系的安全性问题首先是自重。以涂料为饰面层的外墙外保温体系自重一般不会超过10千克/平方米（保温层、抗裂防护层、外饰面层），而陶瓷面砖饰面层的外墙外保温体系自重可达到40千克/平方米甚至70千克/平方米，为涂料体系的4~7倍！
其次是温湿剪切应力的影响。
由于陶瓷面砖的刚性远大于涂饰面，与体系防护面层所要求的柔性相抵触，较之于直接在刚性墙面上粘贴陶瓷面砖（刚－刚），或较之于涂饰面外墙外保温体系（柔－柔），这种柔性基底－刚性面层结构所造成的体系的变形更大，面砖与抗裂防护层、外饰面层之间产生更大的温湿剪切应力，影响面砖与抗裂防护层、外饰面层之间的附着安全性。
第三是冻融的影响。
常见的面砖掉落现象通常是成片发生，而且往往易发生在墙面边缘和顶层建筑女儿墙沿屋面板的底部，以及墙面中间大面积空鼓部位。这是因为系统受温度影响在发生胀缩时，产生的累加变形应力将边缘部分面层的面砖挤掉或中间部分挤成空鼓，特别是当面砖粘接砂浆为刚性不能有效释放温度应力时，这种现象发生更加普遍。检查有瓷砖剥落现象的外保温体系，会发现瓷砖总是与粘结剂一起掉下来，而外饰面总是处于饱水状态。高水蒸气阻力形成的瓷砖背面的冷凝水使这种体系较之于涂饰面外墙外保温体系发生冻融破坏的几率更大。二、技术影响因素分析
在高层建筑外墙外保温墙面上粘贴面砖，其安全性要求较高，一般情况下饰面粘贴面砖主要应考虑保温系统内各层材料的粘结强度是否满足国家规范标准规定值。但是，与重质墙体基层不同，外保温系统由于内置密度小、强度低的保温层，其形成的复合墙体往往呈现软质基底的特性。且由于外保温系统置于建筑结构的外层，热应力、火、水或水蒸汽、风压、地震等外界作用力直接作用于表面，需要采取相应的安全加固措施，使建筑物和保温系统本身保持必要的安定性，防止出现面层开裂、面砖起鼓、脱落等质量事故。
（一）粘贴面砖时需要考虑的关键技术
在外墙外保温墙面上粘贴面砖需要考虑的主要关键技术有：1.在保护保温层的前提下，要使外保温系统形成一个整体，转移面砖饰面层负荷，改善面砖粘贴基层的强度，达到标准规定要求；2.要考虑外保温材料的压折比、粘结强度、耐候稳定性等指标以及整个外保温系统材料变形量的匹配性，以释放和消纳热应力或其他应力；3.要考虑外保温材料的抗渗性以及保温系统的呼吸性和透汽性，避免冻融破坏而导致面砖掉落；4.要提高外保温系统的防火等级，避免火灾等意外事故出现后产生空腔，使外保温系统在面砖饰面的自重重力作用下出现大面积塌落；5.要提高外保温系统的抗震和抗风压能力，避免偶发事故出现后的水平方向作用力对外保温系统的破坏。
（二）外墙外保温墙面上粘贴面砖的技术路线
在满足系统粘结强度和机械稳定性的前提下，务必强调采用柔性释放应力来解决面砖开裂、脱落等难题。面砖专用粘结砂浆及面砖专用勾缝胶粉除要求满足粘结强度和抗冻融等性能达到标准规范要求外，还要强调其柔韧性即压折比≤3，以适应面砖在温度变形时形成的内应力；同时面砖层每16～18米（每六层）留有不小于20毫米伸缩缝，用硅酮胶嵌缝。抗裂砂浆、面砖粘结砂浆及勾缝胶的柔性变形指标的设定为：抗裂防护层为百分之五、面砖粘结砂浆为千分之五、勾缝胶为千分之一、面砖为万分之一点五。上述各层柔性变形指标相匹配，面砖粘结剂的可变形量小于抗裂砂浆而大于面砖的温差变形量，满足逐层渐变的柔性抗裂原则，从而确保了每块面砖象鱼鳞一样独立地释放应力，不会因外界效应作用而造成脱落。
三、外墙外保温面砖体系对材料的性能和工艺要求
（一）热镀锌钢丝网的性能和工艺要求
四角网在抗裂防护层的作用，不仅表现在受力时对周围水泥抗裂砂浆变形和压力抑制的有利效应，同时表现为在材料组合过程中对抗裂防护层的强化。一般情况下，当含钢量相同时，孔径越小，四角网的丝径就越小，单位面积的四角网的比表面积就越大，与水泥抗裂砂浆的接触面积就越大，握裹力就更强，增强作用就越显著。但是，同一含钢量的四角网孔径越小，四角网表面的平整度就越差，在铺设四角网时，施工难度就越大。因而，在选择四角网的规格时，应考虑到施工适应性等因素的影响。
（二）抗裂砂浆的性能和工艺要求
抗裂防护层是保温系统中的一个非常重要部分，发挥着承上启下的功效，它将密度小、强度低的保温层与面砖装饰层有机的结合起来，能将不适宜粘贴面砖的保温层基底过渡到具有一定强度、又具有一定柔韧性的防护层上。实验表明，抗裂砂浆层的施工厚度对保温层的保护作用和对系统的拉拔强度影响较大。当水泥抗裂砂浆厚度H<5毫米时，对保温层的隔离保护作用不能有效发挥，拉拔实验的破坏面集中在保温层上；当H≥5毫米时，特别是当H≥7毫米以上时，拉拔实验破坏面集中在抗裂防护层中，外应力不可能破坏到保温层，保温层被有效地保护起来；28d后的拉拔实验结果，体系拉拔强度≥0.4兆帕，破坏面在抗裂防护层中或粘结层中。因此，系统抗裂防护层的厚度应控制在6毫米±2毫米为宜。
另外，在外保温系统面层上粘贴面砖与在坚实的砼基层上粘贴面砖使用条件是不同的。由于面砖的热膨胀系数与胶粉聚苯颗粒保温材料的热膨胀系数有很大的差异，相应地，由温度变化引起的热应力变形差异也很大。在选择外保温面层面砖粘结砂浆时，除要考虑耐候性、耐水性、耐老化性好、常温施工等因素外，还必须考虑两种硬度、密度不同的材料在使用过程中由温度变化而引起的不同形变差异而造成的内应力。同时，还需要考虑面砖粘结材料的柔韧性指标。事实上，影响面砖粘结材料柔韧性的因素很多，但影响较大的因素当属聚灰比。不含聚合物的普通水泥粘结砂浆，强度高、变形量小，其压折比一般在5~8范围内，这种粘结砂浆用于外保温粘贴面砖时，在基层受到热应力作用发生形变时，粘结砂浆不能通过相应的变形来抵消这种作用，往往容易发生空鼓或脱落。因此，外保温面砖粘结砂浆应在确保其粘结强度的前提下，改善其柔韧性指标，以使面砖能够与保温体系整体统一，并消纳外界作用效应尤其是热应力带来的影响，满足外墙外保温饰面粘贴面砖的需要。
（三）面砖的性能和工艺要求
吸水率的大小是外墙面砖的一个十分重要的指标。吸水率越小，表明面砖的烧结程度越好，其弯曲程度、强度、耐磨性、耐急热急冷性、耐化学腐蚀等性能就越好，反之则差。另外，面砖的吸水率对面砖粘结砂浆的粘结性能也有很大影响，吸水率不同，粘结砂浆的粘结效果也不同，造成这种现象的主要原因在于粘结机理的不同。通常情况下，粘结砂浆与面砖的粘结有两种不同的机理。其一是物理机械锚固机理：在这种机理下，粘结砂浆对面砖的粘结力来自粘结砂浆对面砖表面的小孔及凹坑的渗透填充，从而形成一种“爪抓”作用。显然，多孔性材料或表面粗糙的材料，这种作用机理占主导地位，带有燕尾槽的面砖正是基于这种原理。其二是化学键作用机理：这种作用机理是粘结砂浆与面砖通过分子间的范德华力或可反应官能团之间的化学键形成粘结效果。
当面砖吸水率小、烧结程度好、空隙率低时，其物理机械锚固机理作用减弱，对于主要依靠物理机械锚固的纯水泥粘结砂浆来说，粘贴面砖的粘结强度是不高的。而对于聚合物改性的面砖粘结砂浆而言，由于聚合物分子链上的官能团与面砖表面材料分子之间形成的范德华力或部分官能团之间新的价键组合，就使得这种聚合物砂浆对即使是光洁的瓷砖表面也能形成牢固粘结。当面砖表面不浸水时，粘结强度均较相同养护条件下浸水后的面砖粘结强度高；当墙体作预处理时，墙体湿水比不湿水粘结强度高，进行养护比不进行养护粘结强度高。因此，在施工过程中，在面砖不浸水的情况下，体系设计的面砖粘结砂浆足可保证达到要求的粘结强度。特别是在面砖粘贴前，对基层墙体进行湿水处理很有必要，而且在粘贴施工完后24小时进行水养护也是提高粘结强度的一种有效手段。
（四）面砖勾缝胶粉的性能和工艺要求
为有效地释放面砖及粘结材料的热应力变形，避免饰面层面砖脱落，面砖勾缝胶粉的性能也要满足柔韧性的指标要求，同时还要具有良好的防水保护性。如果采用干拌砂浆的形式，以硅酸盐水泥为主要胶凝材料，通过掺加可再分散乳液粉末和其它助剂配制而成的，且压折比≤3.0，具有良好的施工性、防水性、防泛碱性的材料，效果要好得多。
从以上分析可以看出，即使用于刚性的外墙，陶瓷面砖的安全性和耐久性也有着众所共知的隐患，因此外墙外保温墙面上粘贴面砖的技术路线和要求更加重要；相比于涂饰面，以刚性的陶瓷面砖作为柔性的外墙外保温体系的饰面层在受力状态上不合理，只有通过材料的科学匹配来解决；即使在有近40年外保温发展历史的欧美，尚无该种饰面体系的标准，其间不乏失败的工程，因此，工程的现场管理尤为显得重要；陶瓷面砖饰面的外墙外保温体系必须采用钢网+钉结合的方式固定，且锚钉必须锚固在热扎镀锌钢丝网上；陶瓷面砖饰面的外墙外保温体系必须留伸缩缝；陶瓷面砖饰面的外墙外保温体系组成材料的性能应高于涂饰面外墙外保温体系。胶粉聚苯颗粒外饰面粘贴面砖外保温技术构造科学、材料指标设定合理、施工工艺成熟稳定，可以满足高层建筑外墙外保温饰面粘贴面砖的安全性需要，是一种安全、可靠的外墙外保温技术。尽管该体系仍有很多需要完善的地方，但在同行技术人员和专家的进一步的完善、丰富和发展下，胶粉聚苯颗粒面砖饰面的保温技术将在全国范围内得到更加广泛的应用。
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