中国建筑科学研究院物理所钱美丽

[摘要]本文参照国内外资料，首先较详细地阐述了外保温墙体的优点及其主要技术问题，接着扼要介绍了三种外保温体系的做法，最后评述了以上三种外保温体系的优缺点并提了几点建议。

前言

节约能源是我国经济建设中的一项长期战略任务。改革传统的墙体提高其保温性能，是降低我国采暖建筑能耗的重要措施。为了较大幅度地提高外墙的保温性能，应坚决贯彻和实施“民用建筑节能设计标准”规定，很明显，采用粘土空心砖、各种混凝土空心砌块、加气混凝土砌块或条板等单一墙体材料已难满足节能50%的要求。大幅度地提高外墙保温性能的唯一途径是采用结构材料与高效保温材料结合而成的复合墙体。复合外墙的保温方式有三种，即内保温、中间夹芯保温及外保温。上世纪90年代以前，国内常用的保温方式为内保温及中间夹心保温。外保温与其他两种保温方式相比有许多突出的优点，因此，外保温复合结构墙体已成为墙体保温方式的发展方向，特别在寒冷与严寒地区应用更能显示其优越性，理应发展和大力推广。北欧各国外保温复合墙体早已普及，其他欧美国家紧随其后也已广为应用。我国研究与应用外保温墙体较晚，自90年代初，我国积极引进多种外保温体系，在北方大城市已得到推广应用，本文参照国内外资料及多年来的工作经验，试图对外保温墙体的优点、主要技术问题、三种外保温体系的特点等进行较全面的阐述。外保温不仅适用采暖民用建筑和空调建筑，也适用于工业建筑，外保温既可用于新建筑，也可用在旧建筑上，这种保温做法在低层、多层及高层建筑上都可应用，总之，外保温墙体适用面极广。因本人受专业及业务水平的限制，文中疏漏和不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。

一、外保温墙体优点

1、基本上可以消除热桥

采用外保温在避免出现“热桥”方面比内保温有利，如在内墙与外墙、外墙与楼板、外墙角以及门窗洞口等部位，内保温无法避免“热桥”，外保温既可防止“热桥”部位产生的冷凝水，又可消除“热桥”造成的额外热损失。

2、改善室内热环境质量和减少采暖热负荷

室内热环境质量受室内空气温度和围护结构内表面的影响。这就意味着，如果提高围护结构内表面温度，而适当降低室内空气温度，也能获得室内舒适的热环境。因此，旧房节能改造后，墙体外侧附加了保温层，其内表面温度必将提高，这就有可能在不降低室内热环境质量的前提下，适当降低室温就可以减少采暖负荷。

3、减少降温冷负荷

若在夜间引入室外冷空气则有利于蓄冷。另外，除外侧保温外，再增设通风空气层以预先减少太阳辐射热对冷负荷的影响。

4、热容量得到提高

采用外保温之后，结构层墙体部分的温度与室内温度相接近。这就意味着，室内空气温度上升或下降时，墙体能够吸收或释放能量，这有利于室温保持稳定。虽然墙体热容量高并不能降低热损失，但能充分利用从室外通过窗户投射进室内的太阳能。

5、墙体潮湿状况得到改善

采用外保温做法，无需设置隔气层，可确保保温材料不会受潮而降低其保温效果，还由于采取外保温措施后，包括结构层或旧墙体在内整个墙身温度会提高，从而降低其含湿量，故能进一步改善墙体的保温性能。

6、墙体气密性能得到提高

如果外保温用在气密性能差的墙体上，如加气混凝土、轻骨料混凝土、空心砌块、木结构等结构层，则可大大提高其气密性能，从而导致进一步节约能源的效果。

7、有利于保护基层墙体

如果基层墙体是混凝土，且为内侧保温，因受室外气候及日照的影响，使保温墙体的温度发生很大变化，并导致墙体的热胀冷缩。但是墙体同时又受到柱子和楼板的约束，墙体的伸缩将使受约束部分为中心处产生热应力，这种热应力可能是拉应力，也可能是压应力。因为混凝土的抗压能力强，而抗拉能力弱，故随温度变化而发生反复伸缩，容易导致混凝土墙体出现龟裂。如采用外侧保温，则混凝土墙体的温度变化大为减弱，往往可以避免龟裂现象的产生。

8、便于改造与经济性好

对于旧房节能改造，进行附加外保温施工时居民仍可留在家中，无需临时般迁，不影响住户的正常生活，且附加外保温可少占使用面积3%左右，还不会与住户引起不必要的纠纷。做外保温不影响室内装修，故深受居民欢迎。

对于旧建筑，如果外墙已有外装修，墙面已很平整，那么采用附加外保温是特别合适的。当外墙必须进行整修或抗震时，同时做附加外保温是合适的时机，也是最经济的方案。

二、主要技术问题

通常，外保温墙体是由功能分明的基层墙体、保温层、保护层及饰面层四部分组成。起承重作用的基层墙体主要有钢筋混凝土、混凝土空心砌块、粘土实心砖及粘土空心砖；保温材料通常选用矿棉、玻璃棉、聚苯乙烯板及超轻保温灰浆；保护层必须采用增强粉刷，常用多孔金属网、钢丝网、耐碱玻璃纤维以及钢纤维等作为粉刷保护层的增强措施；外饰面层除了美化建筑物外观外，还应具有防火、防水、抗冲击、抗日晒、抗冻、抗裂等优良性能；常用的外饰面材料有着色涂料、瓷砖及大理石等。如何使上述材料彼此牢固地结合在一起并与基层墙体相连接，还应确保耐候性能强和避免表面产生裂纹，这是外保温墙体的三个关键技术问题。

1、抹灰保温层与基层墙体连接

抹灰保温层是指保温材料及其增强抹灰保护层。作用在基层墙体上的这部分额外负荷从最轻的聚苯乙烯板外保温到较厚的水泥粉刷矿棉外保温，其重量约为10Kg/m2和50Kg/m2，几乎毫无例外，这部分额外负荷对基层墙体并没有多大影响，应而可忽略不计。但由保温材料及其增强抹灰保护层和饰面层所构成的矿棉外保温比较重，其自重必须考虑在内。

抹灰保温层与基层墙体主要有以下四种连接方法：

(1)连杆托架

连杆托架起到悬臂托架作用，用它来支承抹灰保温层的自重，这是一种钢性连接方式，如用于矿棉外保温体系。

(2)斜连杆托架

斜连杆托架也称摆式连杆托架，用它来支承抹灰保温层的自重这是一种柔性连接方式，可避免与减少抹灰层产生裂纹，适用于矿棉外保温墙体。

(3)长螺杆

采用长螺杆支承聚苯板的自重，并把聚苯板固定在基层墙体上。

(4)胶粘剂

采用胶粘剂把聚苯板贴在基层墙体上，抹在聚苯板上的粉刷，其弹性系数应较低，必须采用耐碱玻璃布增强，而聚苯板的钢度则较高。这种做法与灰浆抹在硬质材料的基底上很相似，两者结合的非常牢固。

(5)喷涂超轻保温灰浆

以厚厚的超轻灰浆作保温材料直接喷涂或抹在基层墙体的表面上，然后再喷涂外饰面，若需贴瓷砖则应设置钢丝网。

2、裂纹的产生与消除

(1)产生裂纹的原因

抹灰层产生裂纹原因比较复杂，其中最主要的有：因抹灰层自重引起的位移和应力。对于用泡抹塑料保温板上抹增强粉刷层的做法，因自重引起的位移很小。所以不应该产生任何问题，因抹灰层开始凝固变硬而产生收缩位移，这种现象并非周期性的，但很难避免。为了尽可能减少因收缩而引起的裂纹，最重要的是应采用抗裂砂浆，还应注意施工季节。如刚做完抹灰层后受大雨淋湿，抹灰层的含水量很快达到饱和状态，随后立即受到强烈的阳光照射，抹灰层会很快干燥而产生收缩裂纹，因室外综合温度造成的位移，在抹灰层内温度波动几乎完全取决于室外空气温度、垂直面上的太阳辐射强度、抹灰层外表面材料的太阳辐射吸收系数及其外表面换热系数。综合温度呈年和日变化，此值越高，抹灰层内产生的热应力位移越大，产生裂纹的可能性也越大。上述三方面是表面产生裂纹的主要原因。

(2)对裂纹的基本要求

彻底消除表面裂纹是不现实的，因此，解决裂纹问题实际上是限制裂纹的允许宽度问题。到目前为止，国内外对此尚无明确的有关允许裂纹宽度的规定。但在实践中应考虑到因裂纹所引起的影响因素：

----影响墙面观感；

----受大雨淋湿后，雨水渗入墙体内部；

----降低保温及气密性能。

(3)消除或减少裂纹产生的危险

细裂纹是难于完全避免的，因此任何消除在抹灰层内出现具有危险性的裂纹是主要问题，原则上，为了消除因拉伸应力而形成的裂纹，可采取如下措施：

----允许抹灰层同基层墙体能自由地移动；

----如果抹灰层具有足够的抗拉强度，若抹灰层内设置了耐碱玻璃纤维布或钢丝网，那么可以允许抹灰层内产生应力；

----适当地设置膨胀缝。

3、增强或加筋的作用

毫无例外，外保温墙体上的抹灰层必须增强，增强措施随其所采用的材料、形状和数量而不同。如以多孔金属网、钢丝网、钢纤维或耐碱玻纤网作为抹灰层的增强或加筋措施，可起如下作用：

----抹灰层投入使用的最初阶段，采取增强措施是防止产生裂纹的关键措施；

----增强钢丝网格可用来固定连杆和其它连接另件；

----增强措施可提高机械强度；

----增强措施可用来分散所出现的裂纹。

为此目的，必须增强充分，因此必须进行适当的设计。因为抹灰层的极限抗拉强度相当低，不大可能阻止因拉伸应力而产生的裂纹，但应使这种裂纹细小到没有危害的程度。

4、膨胀缝

对于宽和长的墙面，会产生较大的拉伸应力，必须分割抹灰层，设置膨胀缝来限制拉伸应力，阻止其裂纹的产生。即是开裂的危险不能完全避免，设置膨胀缝也起着重要作用，因为发生在裂纹内的最大位移是由接缝之间的距离决定的。

至于设置膨胀缝的需要和膨胀缝之间的距离问题一般说来很难答复，现在只能这么说，对于采用连杆托架、摆式斜连杆托架(柔性连接)、长螺杆三种连接方法的外保温体系，设置膨胀缝是有好处的，但对于采用粘结剂及喷涂超轻保温灰浆的两种外保温体系，只可能产生小的位移，所以不必设置膨胀缝。

5、应力集中

通常墙面被窗户之间的垂直和水平线条所分割，从而产生应力集中，在窗户四周尤为明显。裂纹首先在应力集中的部位产生，最早出现的这种裂纹，其宽度和长度会逐渐增大和延伸，直到应力消失才终止。如果抹灰层中的增强措施还能起分散裂纹的作用，那么新的裂纹将在比较靠近最先出现裂纹的地方发生，依此类推。加筋或增强措施的分散裂纹功能描述如下：

----如果不设置裂纹分散筋，那么出现的单条裂纹，其宽度可大到2mm或3mm，这种裂纹当然是有害的。

----设置裂纹分散筋不仅仅是为了防止产生裂纹，而且有可能以细裂纹替代有害的宽裂纹。

需要加强增筋的主要有如下部分：

----窗户四角应力集中的部位应设置加强网加强。

----外墙角底部应用增强网加强

6、雨水冲刷

倾盆大雨会把墙面淋湿与侵透，大量雨水被保温材料所吸收，造成多种有害的结果。在恶劣的条件下，吸入的水分要经过若干年才能排出。为此，理所当然对抹灰层提出了很高的抗冻要求，显然，墙体外表面出现宽裂纹是不能接受的，尤其是暴露在倾盆大雨之中的墙表面，限制宽裂纹尤为重要。

7、防火

外保温墙体的各种组成材料都要有不同程度的防火能力。

----墙体内不采用易燃材料，因而火势不会蔓延。但遭遇到火灾时有大块粉刷脱离的危险，务必加以考虑，以防伤人。

----墙内采用易燃材料能促使火焰蔓延，发生火灾时有大块粉刷脱离，十分危险。

针对层数不高而需要做附加外保温的建筑物，防火规范随着层数的增加变得越来越严格了。以四层和八层作为防火等级要求的分界线。

8、表面性能

饰面层做在保温层之上意味着饰面材料铺在易变形和压缩的基层上面。饰面层应能承受住冲击和碰撞，其稳定性取决于基底材料的种类、饰面层的厚度及其加筋的种类。此外，小五金之类的固定方法，如天沟、落水管及标牌等均应细致地处理妥当。

9、自重引起的位移和应力

采用粘结剂把薄薄的抹面胶浆涂抹在聚苯板上的体系不应该发生任何问题，因自重引起的位移很小。

采用连杆把较厚抹灰层的支撑件固定于基层墙体之上，这种体系通常是基于其工作原理，这意味着应特别注意因自重所引起的位移和应力问题。

下面叙述各种不同类型的连杆工作方法：

----刚性托架支承抹灰层并固定于建筑物的勒脚底座上面。抹灰层的自重由埋在抹灰层中的直线条浇注件承受并悬垂于托架之上，这种设计方案可因勒脚承担自重造成的位移变得很小。不过，由抹灰层早期的塑性变形还可能会出现一些位移，这种位移因抹灰层加筋而受到限制。

----把连杆作为支撑托架来承载抹灰层。由抹灰层自重引起的位移，其结果是坚硬的固定连杆发生向下的弹性变形。由于每个连杆支撑的抹灰总量不大，因此由自重所引起的向下位移也不大。

----允许向下小量位移的自重支承系统会导致在连杆中产生拉力在保温材料内产生压力，涉及到的各种因素若能调节适当，就能保持其位移被控制在允许范围之内，这些因素是：

----抹灰层的自重，

----每平方米的连杆数量，

----连杆的固有角度，

----保温材料的压缩模量。

除了以上三种连杆工作原理外，还有抹灰层通过木支柱锚接的，由抹灰层自重所引起的位移应该很小。

10、耐候性

我国幅员辽阔，地型复杂，各地气候差异悬殊。为了抵御不同气候条件下的各种气象因素对外墙外保温体系的危害，应满足耐候性要求。耐候性是指各种外墙外保温墙体抵御不同气象因素作用的性能。这里的气象因素主要有室外温度、日照、风沙及雨水等。

外保温体系在实际使用中会受到相当大的热作用，其中室外空气温度、日照及风速是决定性因素。在保温材料外侧抹灰，保护层内温度变化十分激烈，其程度比以导热材料为基底的保护层温度要大的多。由于聚苯板或矿棉板保温性能特别好，其保护层温度在夏季可高达80℃。夏季持续晴天后突降暴雨所造成的表面温度变化以及阳光照射部位和阴影部位之间的温差可达50℃之多。夏季高温与日照还会加速保护层老化。保护层中的某些材料受紫外线辐射、空气中的氧气和水分作用而失效。

外保温体系保护层材料的性能主要涉及聚合物水泥砂浆的抗裂性、与聚苯板的粘结强度、耐老化性能以及玻纤网的抗拉强度、拉伸伸长量和耐碱性。

外保温体系的施工质量问题主要有聚苯板拼接缝不严密、聚苯板打磨不平整、玻纤网增强聚合物水泥砂浆层太厚或不均匀以及玻纤网在砂浆中位置安排不当等。

外保温体系的设计问题主要涉及分割缝的设置、保护层门窗洞口与阳角部位以及与不同构造的结合等的处理是否妥当。

外保温墙体的耐候性能应按国家行业标准”JG149-2003”《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》附录C的试验方法严格测定，并以被测墙体表面有无裂纹、空鼓、剥落等现象为依据作出科学的评价结论。

三、外墙外保温体系实例

1、矿物棉外保温

矿物棉外保温可用于低层、多层或高层民用建筑，既可用于现有建筑节能改造，也适用新建筑。

(1)矿物棉外保温墙体特点

a、本体系采用特制的柔性防锈金属连接件把矿棉板固定在基层墙体上，然后用镀锌点焊钢丝网与特种砂浆组成改性钢丝网水泥作为保护层，最后喷涂或人工涂抹着色涂料饰面或贴面砖。保护层及其饰面层相对基层墙体是可以移动的，从而阻止了因水分和温度作用引起在保温层内产生拉伸应力，导致裂纹的产生。

b、本体系有质地坚硬、色彩丰富的饰面层，并具有抗冲击力、抗冻、防风及向室外扩散水分的能力。

c、本体系防火性能优良，不会燃烧，火焰不会蔓延。

d、本体系具有优异的保温性能，还可降低噪声，促使住宅区安静舒适。

e、本体系适用于各种建筑墙体，如混凝土结构、砖混结构、加气混凝土结构及木结构等。

(2)墙体构造

a、基底墙面本外保温体系适用于各种结构的外墙，无论是新建筑还是旧建筑，基底无需进行任何处理，可以直接施工。

b、连接件本外保温体系采用特制的防锈金属柔性连接件，用射钉枪将其固定在墙面上，该连接件有较大的抗风能力并可承自重。

c、矿棉板容重100Kg/m3，导热系数0.045w/m.K,其厚度根据建筑节能标准要求确定。

d、钢丝网采用镀锌点焊钢丝网，与特种砂浆组成改性钢丝网灰浆。

e、保护层以水泥、石灰、集料及外加剂按一定比例配合，厚度为10mm~15mm。

f、外饰面可喷涂料或其它饰面材料。

(3)基本质量要求

a、必须把连接件牢固地固定在基墙上，应能承受自重与风荷载，每1m2墙面积不少于3个连接件。

b、本体系对墙表面的平整度要求不高，但要把矿棉保温填严实。

c、尽量避免保护层表面出现裂纹，实际上，完全消除裂纹是不现实的，问题是应消除有害的宽裂纹，对此应考虑美观要求、墙面与受暴雨袭击、气密性与保温性能下降的不利影响。

2、聚苯乙烯外保温

近年来，聚苯乙烯外保温墙体在我国得到较大的发展与应用，这种外保温体系的技术最早是从国外引进的，美国、德国及法国的同类技术大同小异，其设计原理及构造做法基本相同。

(1)聚苯乙烯外保温墙体特点

a、聚苯乙烯外保温墙体是由基层墙体、粘结胶浆、聚苯乙烯泡沫塑料板、玻璃纤维网格布、抹面胶浆、面层涂料组成。其中粘结胶浆(同抹面胶浆)是一种液体聚合物材料，用于基层墙体上粘结聚苯板和用在聚苯板上粘结网格布以及找平外墙面，具有良好的粘结力。所采用的粘结胶浆较薄且具有较低的弹性模量。

b、本体系具有良好的保温、防水和水蒸气渗透性能，以及合适的装饰效果，若喷涂罩面层，还可以增强系统的抗粉尘能力

c、由于本体系中含有易燃材料，在瑞典对于这种体系是有规定的，比如建筑物使用高度有限制，医院及疗养院等建筑不论层高多少一律不准采用。

d、本体系使用粘结胶浆来粘结保温材料及增强网格布等，无需金属固定件，所以不存在热桥。

e、本体系的突出优点是施工简便、省工又省料，能大大缩短工期。

(2)基本质量要求

a、本体系所采用的材料如粘结剂、聚苯板、网格布、面层涂料应列出其主要技术性能指标要求。可根据国家行业标准“JG149-2003”的规定，对有关项目进行检测。

b、基层墙体表面必须清理干净并填实补平和清除凸起部位，以利于保质保量地把聚苯板贴牢。

3、特种保温灰浆外保温

本体系是在基层墙体表面喷或抹一层厚的特种保温灰浆。这种容重很低的保温灰浆是由聚合物胶、水泥及聚苯乙烯颗粒为集料按一定比例配制而成。

(1)特种保温灰浆外保温的特点

a、自重轻

保温灰浆的自重及其它的作用力被粘结力所吸收，因此，本外保温体系重量轻是一个重要特点，厚度为80mm的保温灰浆大约相当于15mm厚的普通石灰水泥粉刷。此外，还有一层厚5~8mm的石灰水泥表面饰面层，总重量大约相当于20~23mm的普通石灰水泥粉刷。

b、附着力

保温灰浆层与基层墙体之间的附着力是靠打底灰浆和增强网来保证的。

c、防火

保温灰浆层为难燃材料，表面饰面层达一级防火标准。

d、保温灰浆

保温灰浆以膨胀聚苯乙烯颗粒为集料，其最大粒径为2mm，密度约300Kg/m3,导热系数为0.080w/m.K左右，比矿棉高一些。

(2)墙体构造

本外保温体系构造比较简单，有基层墙体、涂抹底层材料做基层打底、保温灰浆层、网格布及外粉刷。

(3)基本质量要求

基层墙体的外表面应清除干净，对于旧房节能改造工程，可保留旧的粉刷，但必须除去已松散的粉刷层，以促进附着力的产生。

本外保温体系对基层墙体外表面的平整度无特别要求。

上述三种外保温是目前国内外常见的体系，采用了不同的保温材料、不同构造方法及不同的设计原则，且有一定的代表性，它们都能满足安全、耐久、美观与适用的基本要求。

四、结语与建议

1、结语

矿棉(岩棉)外保温体系，瑞典是该体系的发源地，已有三十多年的使用历史，技术上已很成熟，能满足安全、防火、耐久、美观与适用的基本要求。

聚苯板保温体系，美国在技术上处于领先地位，也有三十多年的使用历史，能满足安全、耐久、美观等要求，但防火性能较矿棉外保温体系差，胶粘剂的耐久性有待长期考察。本外保温体系施工快而简便，这是本体系的突出优点。

特种保温灰浆外保温体系，具有较良好的保温性能与防火性能，其构造简单施工方便，成本低于上述二种体系。

2、建议

(1)因地制宜、就地取材选择外保温体系。根据当地气候条件、节能要求、建筑材料，特别是保温材料的资源与供需状况及施工力量等因素选择应采用何种外保温墙体。

(2)除了技术上是切实可行之外，还必须进行深入细致的经济分析。

(3)根据我们的耐候性试验结果，本人不建议在簿抹灰外墙外保温系统上应用较重的饰面材料。以避免重蹈覆辙，造成严重后果。

(4)应高度重视防火问题，尤其是采用聚苯板外保温体系。

参考资料

BengtElmarssonD23：1980，Sweden

Plasteringontopofadditionalinsulation