1、1外墙砖饰面外墙外保温系统抗震试验及分析【摘要】外墙砖饰面外墙外保温系统使用安全性一直是工程界和理论界关注的焦点。自汶川地震以来，理论界对外墙砖饰面外墙外保温系统的抗震性能做了些研究。本文通过制作外墙面砖聚苯颗粒外墙外保温系统和外墙面砖聚苯 EPS 薄抹灰外墙外保温系统试件，在地震模拟试验台阵系统上进行试验，对外墙砖饰面外墙外保温系统的抗震性能进行研究。 【关键词】外墙外保温；外墙砖；抗震试验；耐候试验 中图分类号：TU767. 5 文献标识码：A 文章编号： Abstract: The safety of ceramic tile external thermal insulation sy
2、stem has always been foucs of the construction industry and academy. Since the Wenchuan earthquake,some studies have been done to investigate the anti-seismic performance of ceramic tile external thermal insulation system.In this paper, the anti-seismic performance of two types of ceramic tile exter
3、nal thermal insulation system had been studied. One is insulating mortar consisting of gelatinous powder and expanded polystyrene pellets and the other is made of polystyrene EPS with thin plastering .Experiment is designed as the research method of this study. Firstly,the test specimen 2of the two
4、types of ceramic tile had been produced. Then,earthquake simulation test bench array system was used to test the anti-seismic performance of the specimen. Keywords: external thermal insulation, ceramic tile, Anti-seismic experiment，Weather-resistant test 随着建筑节能工作在我国不断深入，建筑节能工作在全国范围内得以大力推进。作为建筑节能的主导技
5、术，外墙外保温系统得到长足发展并得以广泛运用。由于外墙砖具有质量稳定、耐久性强、且抗污染的能力比较强等优点，一直颇受工程界的亲睐，外墙砖外墙外保温系统也得到广泛应用。2011 年年底发布的全国瓷砖产能报告显示：全国共有各种陶瓷砖生产线上千条，全国陶瓷砖总产量 87.01 亿平方米，外墙砖产品占整个陶瓷产品比例的 16.13%。那么，2011 年我国外墙砖年产量高达 14 亿平方米。与此同时，有关外墙砖饰面从保温系统脱落发生的安全事故也时有报。有些省市也出台政策限制使用外墙面砖，外墙外保温系统能否使用外墙砖饰面意见不统一。外墙砖饰面外墙外保温系统的安全性一直是工程界和理论界关注的焦点，国内外对外
6、墙砖饰面外墙外保温的安全性做了广泛而深入的研究。自汶川地震以来，理论界对外墙砖饰面外墙外保温系统的抗震安全性外墙外保温系统的抗震性能也做了些研究，但研究还不够深入。 笔者在汶川大地震发生以后，深入地震灾区，对外墙外保温系统遭受地震灾害的破坏情况和破坏规律进行了调查，并重点对外墙面砖外墙外保温系统遭受地震力破坏的规律进行了研究。本文在此基础上，通过3制定具体的试验方案，在重庆交通科研设计院桥梁结构动力试验室的地震模拟试验台阵系统进行验证外墙外保温系统的抗震安全性，对饰面砖外墙外保温系统的抗震安全性做进一步检验。 一、抗震试验试件制作 按照 JGJ158-2004胶粉 EPS 聚苯颗粒外墙外保温系
7、统中的规定，进行抗震试验的试件尺寸至少为 1.0m1.0m，基层墙体可为混凝土墙或砖墙。我们制定了 4 个 1.0m1.0m 的混凝土试件，试件制作完毕养护 28天后，按照 JGJ144-2004外墙外保温技术规程 、JGJ158-2004胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统和 JGJ149-2003膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的相关要求，制作了外墙砖饰面的胶粉胶粉 EPS 聚苯颗粒和膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温抗震试件各 2 个，分别进行常温下和经过人工老化后的抗震试验。 1、外墙砖胶粉 EPS 聚苯颗粒外墙外保温系统试件的制作 试件制作工艺流程：混凝土墙体基层处理抹面砂浆分层抹总厚为 30 mm 胶
8、粉聚苯颗粒保温层（养护 5d）抹第一遍抗裂砂浆压入热镀锌电焊网及锚固件（养护 24h）抹第二遍抗裂砂浆（养护 5d）粘贴面砖（养护 2d）勾缝。 对混凝土墙体进行基层处理后，抹界面砂浆，并作拉毛处理。在界面砂浆快干又未干透的状态下，涂抹聚苯颗粒保温浆料。保温层厚度为30mm，涂抹时要注意压实。保温砂浆完工后，自然养护 5 天。经过养护保温浆料达到一定强度，抹第一遍抗裂砂浆，抗裂砂浆厚度控制在24mm。第一遍抗裂砂浆完工 ld 后，用塑料锚栓锚固钢丝网。锚栓密度4为每平米 5 个，呈梅花形分布。钢丝网锚固就绪后，抹抗裂砂浆约 10mm厚，抗裂砂浆应完全遮盖钢丝网和锚栓圆盘。等第二遍抗裂砂浆终凝后
9、，用面砖粘结砂浆粘贴面砖，并用面砖勾缝剂勾缝。 在试件制作之前，我们对重庆地区常用的外墙面砖单位面积的质量进行了统计。统计结果表明，市面上常用的外墙砖单位面积的质量主要集中在 13kg/m233kg/m2。此次试验的抗震试件制作时，我们选用单位面积质量为 26kg/m2 外墙面砖作为饰面层。并且按照胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统JG158-2004 的规定对各种组成材料的性能进行了检验，检验结果均符合要求。 2. 外墙砖 EPS 聚苯板薄抹灰外墙外保温系统试件的制作 试件制作工艺流程：基层墙体处理配制胶粘砂剂粘贴聚苯板聚苯板打磨找平清理分格槽配制聚合物抗裂砂浆抹第一遍抗裂砂浆铺钢丝网并用锚固件固定
10、（6 个/）抹第二遍抗裂砂浆贴外墙面砖勾缝。 混凝土基层进行清理后，将 40mm 厚密度为 22kg/m3 的聚苯板切割好。将按配合比配制好的专用胶粘剂，按“点-框粘法” ，在聚苯板板心呈梅花形均匀涂抹直径约为 100mm 的胶粘剂，粘贴面积为 50%，沿聚苯板四周涂抹 50m 宽的胶粘剂。抹完胶粘剂后，将聚苯板立起粘贴并轻柔、均匀挤压。静置两天后，将聚苯板外表面进行打磨找平，并清理分格槽。用搅拌机将聚合物抗裂砂浆搅拌均匀后，加入适量的水，配制稠度为6575mm 的抗裂砂浆。然后涂抹第一层抗裂砂浆，涂抹厚度为 4mm。铺镀锌钢丝网并加锚固件，钢丝网的搭接长度不小于 100mm，锚固件的数量 6
11、5个/，锚固件打入基层墙体的深度为 50mm。在第一遍抗裂砂浆快干又未干透时，图抹第二遍抗裂砂浆。第二遍抗裂砂浆涂抹厚度同样为 4mm。第二遍抗裂砂浆终凝后，用专用外墙砖胶粘剂贴单位面积质量为 26kg/m2的外墙面砖，并用面砖勾缝剂勾缝。并且按照聚苯 EPS 外墙外保温系统JG149-2003 的规定对各种组成材料的性能进行了检验，检验结果均符合要求。 二、试验设备及加载过程 1.试验设备 抗震试验在重庆交通科研设计院桥梁结构动力试验室的地震模拟试验台阵系统上完成。该系统是目前国内外唯一的由一个固定台和一个移动台组成台阵的大型高性能三轴向地震模拟试验台阵系统，见图 1。该系统的总体技术水平和
12、性能指标处于国际先进水平，台阵组合工作模式及台子轨道移动方式均属世界首创。采用了目前国际上最先进的数字控制系统和软件。配套数据采集、振动测试分析系统也是目前国际上最先进的。该系统由一个固定的台和一个可沿轨道移动的台组成，具有三种模式的地震模拟试验能力：a. 两台独立工作模式；b. 两台合成一体工作模式；c. 两台作关联运动的台阵工作模式。该系统的主要技术指标如表 1。 我们将养护 28 天后的抗震试件与地震台通过螺栓牢固的连接在一起，如图 2 所示，使地震台的作用可以传递到试件。 图 1 地震模拟试验台全景 图 2 试件固定在地震台上照片 6表 1 地震模拟试验台阵系统主要技术参数 2.地震加
13、载过程 在模拟地震的试验过程中，按照建筑抗震设计规范GB50011-2001 和胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统JG158-2004 相关规定，每个地震周期不少于 40s，每种工况重复 10 个周期，分别按照重庆地区的多遇地震、设防烈度地震和罕遇地震进行地震台试验，每种设防等级分别按照类、类、类和类场地进行天然地震波输入，其中 类场地地震波输入为美国 WHITTIER 地震波（1987 年，编号 USA03028） ；类场地地震波输入为美国 HELENA MONTANA 地震波（1935 年，编号 USA00073） ；类场地地震波输入为美国 WHITTIER 地震波（1987 年，编号 USA03
14、088） ；类场地地震波输入为美国 IMPERIAL 地震波（1979 年，编号 USA02587） 。每种工况下输入地震波的基本信息和波形图分别见表 2 和图 3图 6。 表 2 输入地震波基本信息 图 3 实际地震波波形图 图 4 多遇地震波形图 7图 5 设防烈度波形图 图 6 罕遇地震波形图 3.试验结果 在多遇地震等级作用下，试件的峰值加速度只有 0.18m/s2，两个试件只是轻微的晃动。经过 10 个地震作用周期后停止试验，两个试件都没有发现面砖和保温层脱落的现象发生。在设防烈度地震等级作用下，试件的峰值加速度达到 0.5m/s2，两个试件晃动较剧烈。经过 10 个地震作用周期后停
15、止试验，两个试件都没有发现面砖和保温层脱落的现象发生。在罕遇地震等级作用下，试件的峰值加速度达到 1.0m/s2，两个试件剧烈晃动，并且能够听到试件基层混凝土墙体与地震台之间的撞击声。但经过 10 个地震作用周期后，两个试件都没有发现面砖和保温层脱落的现象发生。经过试验后抗震试件照片如图 7 和图 8 所示。 图 7 试验后抗震试件照片图 8 试验后抗震试件照片 三、外保温系统经耐候性试验后的抗震试验 1耐候性试验 将制作完毕的试件经养护后，放入外墙外保温系统耐候性试验箱内，进行耐候性试验，试验过程为： （1）高温淋水循环共 80 次，每次 6h。升温 3h，使试件表面升温至 70，并恒温在(
16、70 士 5)，恒温时间为 1h；淋水 1h，向试件表面淋8水，水温为(15 士 5)，水量为 1.5L/(m2.min)，静置 2h。 (2) 高温淋水循环完毕后，状态调节 50h。 (3) 加热冷冻循环共 5 次，每次 24h。升温 8h，使试件表面升温至 50并恒温在(50 士 5)，恒温时间为 7h；降温 16h，使试件表面降温至-20并恒温在(-20 土 5)，恒温时间不小于 14h。 (4) 试验结束后状态调节 7 天。 2.抗震加载过程及试验结果 试件在经过耐候性试验静置 7 天以后，再按照以上加载过程，进行抗震试验。实验结果表明：在多遇地震等级作用下，试件的峰值加速度只有 0.
17、18m/s2，两组试件只是轻微的晃动。经过 10 个地震作用周期后停止试验，两组试件都没有发现面砖和保温层脱落的现象发生。在设防烈度地震等级作用下，试件的峰值加速度达到 0.5m/s2，两组试件晃动较剧烈。经过 10 个地震作用周期后停止试验，两组试件没有发现面砖和保温层脱落的现象发生。在罕遇地震等级作用下，试件的峰值加速度达到1.0m/s2，两组试件剧烈晃动，且能够听到试件基层混凝土墙体与地震台之间的撞击声。但经过 10 个地震作用周期后，两组试件没有发现面砖和保温层脱落的现象发生。 四、 结论 以上试验结果表明，单位质量为 26kg/m2 的外墙砖胶粉 EPS 外墙外保温系统和 EPS 聚苯板薄抹灰外墙外保温系统及其经过耐候性试验的外墙外保温系统，在多遇地震、设防烈度地震和罕遇地震力作用下是安全的。这个结果与作者在 2008 年对汶川地震灾区外墙外保温工程地震灾害9调研得出的“地震灾害主要体现在对主体结构和围护结构的破坏，外墙外保温系统的破坏大部分是次生破坏”的结论相一致。但是，该试验只对单位质量为 26kg/m2 的外墙砖外墙外保温系统的抗震性能进行了验证，对单位质量大于 26 kg/m2 外墙砖外墙外保温系统在地震力作用下是否安全，需要进一步研究。
