外墙外保温装饰系统(EIFS,Exterior Insulation and Finish System)是多层外墙体系,国内也称薄抹灰外墙外保温系统,它能阻止潮气侵入内墙,可用于商业建筑和民用住宅。在欧洲,人们也将这一系统称为外墙保温复合系统(ETICS,即Exterior Thermal Insulation Composite System)。为方便起见,本文以下均用EIFS作为外墙保温装饰系统的缩写。EIFS是集节能、保温、隔音、装饰效果为一体的轻质、环保型非承重外围护建筑墙体系统。
本文根据收集到的国内外有关外墙保温技术方面的资料以及我公司的一些研究成果,对EIFS技术的现状和发展趋势进行综述。
开发现代外墙外保温系统的主要问题是材料技术问题,第二次世界大战期间和之后获得了突破性的进展。1947年,德国开发了膨胀聚苯板(EPS)。这种轻质材料与水泥砂浆具有优异的匹配性,用这种材料开发的外墙外保温系统可以迅速和容易地应用于被战争破坏了的建筑物和未进行隔热处理的砌筑物。60年代初期,EIFS产品和市场在欧洲获得了较快发展,不久便传入美国建筑市场。70年代,由于石油危机引起的能源短缺,外墙外保温系统用量开始增加。80年代中期,德国和瑞士约40%的建筑采用了EIFS,其中约80%是翻新工程。90年代,EIFS系统的用量同80年代相比增长了近4倍,在德国大量用于统一后对原东德住房进行的改造。
60年代后期EIFS从欧洲引入北美时,并没有对该系统在较欧洲严酷得多的北美气候条件下的性能进行深入研究,也没有考虑到美国建筑墙体多为对水非常敏感的木结构体系,而不是像欧洲那样的砌筑结构和混凝土结构。70年代,Dryvit(专威特)进入美国市场。80年代后期到90年代初期,EIFS得到了快速发展,美国成立了EIFS工业生产商协会(EIMA)。但90年代中期,一些地区出现“阻水型”EIFS木结构墙体渗水腐蚀现象,于是在90年代后期开发了“可排水”的改进EIFS产品,在一些建筑规范中对“阻水型”EIFS的使用做出了限制,要求使用第二防潮层/排水系统。2000年后,“新一代”EIFS产品使用了排水体系,并进一步改进细节。美国一些地区的技术规范中明确规定使用排水型EIFS。在北美,除了一些重工业建筑如精炼厂和钢厂,EIFS几乎用于所有类型的建筑物。EIFS主要用于商业建筑,但在民用建筑上的应用增长非常迅速;EIFS建筑可达40、50层;EIFS几乎在所有的气候带下均可使用,但需要根据具体的气候条件做出适当的设计才能保证良好的性能。通常使用三种保温材料:膨胀聚苯板(EPS)、挤塑聚苯板(XPS)和聚氨酯。目前,EIFS在美国商业建筑外墙市场中占有17%的份额,在住宅墙体市场中约占3.5%的市场份额。从发展趋势上看,EIFS在商业和民用建筑两方面的增长均十分强劲,特别是民用住宅,销售额以每年12~18%的速度递增。2004年,北美大约使用了2300万m2的EIFS。
近10多年来,中国建筑节能工作不断推进,在学习和引进国外先进技术的基础上,国内加强了外墙外保温技术的研究开发工作,涌现了采用不同材料、不同做法的多种外墙外保温技术。与此同时,国外先进的外墙外保温体系也开始传播到国内,外墙外保温正成为我国的一项重要的建筑节能技术。2002年,建设部根据国内墙体保温的几种做法,制定了EPS板外墙外保温体系、EPS颗粒保温浆料外墙外保温体系、EPS板现浇混凝土外墙外保温体系等相关的标准和图集,为规范和引导市场起到了重要作用。
2002年EIFS在世界范围内的总使用面积达8500万m2,其中欧洲用量最大见图1。
目前,欧洲开始建造最低限度耗能住宅,即将住宅的能量损失控制在最低程度。墙体保温是降低能耗的关键。为了实现低能耗,保温板的厚度不断增加,如德国建筑保温板的厚度由1995年的约6.8cm提高到2003年的约9cm。为了实现最低能耗建筑燃油消耗每年每平米低于2L,采用20cm甚至更厚的EPS板。在各种保温材料中,膨胀型聚苯板(EPS)占据了80%以上的市场份额(见图2)。挤塑型聚苯板(XPS)主要用于建筑物底层,以增加其抗冲击性能。高度超过20m的建筑物采用岩棉作保温层,由于EPS板不防火所以禁止使用。
目前由于石油价格的提升,使得EIFS比以往显得更为重要。德国3/4的房子采用1977年的第一代节能规范建造,许多还没有进行节能改造,EFIS发展潜力仍然很大。旧房改造在EIFS市场中占据50%以上。为了规范外墙外保温市场,欧洲技术认可组织(EOTA)制订了ETAG 004《外墙外保温复合系统(外抹灰)的欧洲技术验收准则》,于2003年3月发布,2004年1月开始实施。在新的欧洲系统标准CE中规定,供应商只能销售整个系统,而不能销售单一的部分;系统按ETAG004进行测试;其他个别试验按下述方法进行:pr EN13499———采用EPS的EFIS欧洲标准草稿;pr EN13500——采用岩棉的EFIS欧洲标准草稿。
典型的EIFS的基本构造如图3所示。
该系统是将保温隔热板材粘结在基层上,然后在表面覆盖嵌有玻璃纤维网的砂浆保护层,最后做装饰面层。这一系统既可用于新建建筑墙体,也可用于既有建筑外墙的改造。用于既有建筑改造时应采用销钉进行固定,以提高结构的安全性,如图4所示。
由于该系统从墙体外侧保温,其构造必须满足水密性、抗风压以及温湿度变化的要求,防止裂缝产生,并可抵抗外界可能产生的碰撞作用。另外,与相邻部位(如门窗洞口、穿墙管道等)之间以及在边角处、面层装饰等方面也应进行适当的处理。必须注意的是,外保温层的功能仅限于增加外墙保温效能以及必须满足的相关要求,而不应期望这层保温构造对主体墙的稳定性起到作用。建筑物的主体墙即外保温层基底,必须满足建筑物力学稳定性的要求,能承受垂直荷载和风荷载,经得起撞击,并能使覆盖的保温层和装修层牢牢固定在其表面。
保温层的选择及其固定和保护在EIFS中十分重要,关系到系统的保温隔热性能和安全性。应采用热阻值高即导热系数小的高效保温材料,其导热系数一般小于0.05W/(m·K)。不同材料的保温效果比较如图5所示。对保温层的基本要求:吸湿率低、粘结性能好、收缩率小和外形尺寸稳定性好(减少粘结剂本身及其表层的应力)。目前采用的保温材料有膨胀型聚苯乙烯板、挤塑型聚苯乙烯板、岩棉板、玻璃棉毡以及超轻保温浆料等,其中以阻燃级膨胀型聚苯乙烯板的应用最为普遍。保温层的厚度应根据设计计算确定,以满足节能标准对该地区墙体的保温要求。
德国保温协会(WDVS)对14栋使用EIFS的建筑物进行了耐久性考察,这些建筑物的使用年限从13年到25年不等。检测结果表1所示。
除了1栋建筑物外,其他都进行过翻新,大部分情况下是在检测期内对表面重新进行了涂装。以前施工中出现的问题在翻新时得到了纠正。根据上述检验结果得出结论:检测结束时,系统状况良好,系统的使用寿命为15~25年。
高质量的现代建筑材料和施工方法需要聚合物改性砂浆,例如EIFS聚苯板的安装。这一系统目前在中国较为普遍使用干粉砂浆。因此,建筑化学工业的一个重要进展就是使用添加剂和聚合物胶凝材料来改善砂浆的某些特性。
对于许多用途而言,未采用聚合物改性的砂浆无法满足目前严格的技术要求。许多水泥基砂浆通过添加纤维素醚来改善保水性和可工作性,但单纯使用纤维素醚的砂浆对于用于现代建筑工业的许多材料(如聚苯板、纤维板、木板以及封闭和不吸收的基层如旧瓷砖或全玻化砖等)粘结性很差或根本无法粘结。此外,水泥基砂浆是一种十分坚硬、高脆性和不可弯曲的材料,应用中则更多是需要具有柔性和能够吸收变形的水泥基砂浆。在干拌砂浆中,两种胶凝材料系统即水泥和可再分散聚合物粉末是理想的匹配,二者在干拌砂浆中的结合获得了显著的协同效应以及单独使用任何一种胶凝材料都无法达到的特性。Elotex易来泰可再分散胶粉可以用于许多用途,如外墙保温饰面系统、瓷砖胶和勾缝剂、自流平砂浆、矿物抹灰和批荡砂浆、修补砂浆和防水砂浆等,聚合物粉末改善了砂浆的粘结性、内聚性、柔性和抗折强度,以及可工作性。
聚合物粉末典型的指标为容重、灰分、p H和残余水分。这些质量控制指标与生产中不同工艺步骤过程中的许多附加的内部质量控制措施一同保证产品具有稳定的质量和性能。可再分散胶粉的附加性能对于最终产品的品质能够满足不同的用途至关重要。在水中快速再分散是使聚合物的作用得以最大程度发挥的一个关键性能。分散后的初始颗粒尺寸可以达到1μm,甚至更低,因此只有通过特殊的激光散射分析方法才能进行测试。与水搅拌后进行目测的简单方法不足以评价可再分散性能的好坏。耐水性是胶粉在高碱性环境的水泥基干拌砂浆产品中应用的另外一个关键性能。例如,醋酸乙烯均聚物的耐水性很差,因此不适用于水泥基干拌砂浆产品。
针对不同的用途,应该选择具有不同单体类型和比例以及精心选择了保护胶体和其它添加剂的胶粉。具有高乙烯含量并由此带来低Tg(玻璃化温度)值的乙烯-醋酸乙烯共聚物一直在外墙保温饰面系统粘结和抹面砂浆的配方中占据主导地位,在中国和世界其他国家均如此。Elotex易来泰高乙烯含量的EVA胶粉如FX2350和10211,成膜后具有优异的柔韧性,这是抹面砂浆获得所要求的高抗冲击强度的关键性能。其产品在干燥、潮湿和冻融条件下均可为用于安装膨胀型聚苯保温板的砂浆提供极佳的粘结性能。高乙烯含量的EVA胶粉从经济上讲是最有效的选择,因为其在较低的掺量下可以表现出良好的性能。另外,轻质保温抹灰砂浆(如胶粉聚苯颗粒保温浆料)在我国夏热冬冷地区也得到了越来越多的应用,Elotex易来泰可再分散胶粉同样可以显著提高砂浆的粘结性能和内聚性。
国民淀粉化学有限公司Elotex易来泰不断带来新技术,如硅烷基粉末憎水剂SEAL80。独特的Elotex SEAL80憎水添加剂在对砂浆有憎水性和低吸水率要求时是第一选择,它可以迅速且容易地进行拌和并与水泥基体形成持久的化学结合,还可以非常容易地与可再分散胶粉搭配使用。保温系统的抹面砂浆是充分利用两种不同添加剂的功能而获得高性能最终产品的极好例子。采用Elotex易来泰高乙烯含量的低Tg可再分散胶粉与SEAL80配合使用制备的抹面砂浆已被许多中国客户成功用于外墙外保温系统,获得了良好的经济和社会效益。
目前在世界范围内对节约能源与保护环境的需求不断提高,建筑围护结构的保温也在日益加强,其中又以外墙外保温的发展最为迅速。由于EIFS具有成本低、节能轻质、防水防震能力强以及外观造型上的优点,具有广泛的市场。中国建筑规模宏大,而且建筑主体结构以厚重结构为主,在建筑节能跨越式发展的条件下,中国的外墙外保温市场有可能会成为世界上最广大最有活力的外保温市场。国民淀粉化学有限公司Elotex易来泰将会与中国的技术人员一起共同发展中国的外保温市场,探讨和解决实际应用中出现的问题,为中国外墙保温技术的发展做出努力。
摘要：介绍了外墙外保温装饰系统(EIFS)的发展概况、系统的基本构造及其优越的性能,并着重分析聚合物改性砂浆对该系统的重要性以及可再分散胶粉对于配置高性能砂浆的重要性。
关键词：外墙外保温装饰系统(EIFS),耐久性,聚合物改性砂浆,可再分散胶粉
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