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外墙外保温系统对饰面涂层的要求分析
随着我国经济持续快速发展,对能源的依赖性日益增加,能源战略已经被我国政府提升为一个新的高度。建筑能耗约占我国社会总能的耗的30%,因此建筑节能作为节约社会总能源的重要组成部分也日益得到建设部及各地建委的重视。外墙外温技术通过高效的保温材料,采用适当的连接方式(聚合物砂浆粘结或机械固定或粘结辅助机械固定)与建筑外墙主体复合连接一体,提高墙体热阻降低外墙平均传热系数,实现保温隔热效果,最后达到降低建筑能耗的目的。这一有效的建筑节能技术在国外发达国家有三十多年大面积应用历史,取得了较好的经济效益和社会效益。近年来外墙外保温技术在我国不同地区也得到了大力推广和应用。在我国现有行业标准JGJ144-2004《外墙外保温技术规程》中规定了五种外墙外保温体系,其中应用较多的是膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统,该系统的饰面层有明确规定的是采用涂料饰面。

  在实际工程操作中,有相当一部分外墙外保温工程与涂料装饰工程分别由不同的厂家施工。由于并非所有的保温施工企业对涂料的应用非常熟悉,因此,在保温施工完后没有给建设方及时提出饰面涂层应具有的性能要求;加上部分涂料生产施工企业对保温基层的特征没有充分了解,仍按照传统的材料和施工方式在保温基层上施工,最后导致外保温工程涂层饰面出现开裂、空鼓、剥落等不良现象,责任又相互推诿扯皮,给各方带来很大麻烦。富思特制漆(北京)有限公司是一个有十余年建筑涂料和六年外墙外保温系统及配套产品研发、生产、施工于一体的高科技企业,在外墙外保温与涂料一体化施工方面积累了丰富经验。本文重点对保温基层上施工涂料的要求做了详细分析。

  1. 有外墙外保温的基层与传统水泥砂浆基层的区别分析

  外墙外保温系统的面层虽然也多是聚合物水泥砂浆材料,但因其依附在轻质保温隔热层上,这与传统的水泥砂浆抹涂于混凝土及各种砌墙体工程上存在着很大区别,主要体现在以下几方面:

  (1).外墙外保温系统组成材料之间性能参数差别较大,而传统水泥砂浆基层与被抹涂的主体墙材性能参数差别较小。由于保温系统首先要满足建筑节能设计要求,因此,选用的保温隔热材料多具有强度低、密度低、含气量高、导热系数小、允许变形量大的特点。以膨胀聚苯板为例,其导热系数为0.04W/(m·K)左右,而以水泥砂浆为主体材料加有机弹性高分子形成的聚合物砂浆导热系数为0.93 W/(m·K)左右,两材料的导热系数相差22倍,混凝土的导热系数为1.74 W/(m·K),与水泥砂浆的导热系数相差较小。

  保温系统在受太阳直射时,由于聚苯板的热阻性好,使抗裂砂浆防护层的热量不易通过传导扩散,其表面平衡温度在夏季可达60-75℃,部分地区甚至达80℃;而在传统的砖墙、混凝土墙上抹涂的水泥砂浆,由于导热系数与主体墙差别较小,其热量可以得到很好的传导扩散。因此,夏季最高温时,其表面温度一般在50-60℃,比保温体系的抗裂砂浆层表面温度低10-15℃。根据材料热胀冷缩的普遍规律可知,保温系统的基层变形量远大于普通水泥砂浆基层的变形量。因此,对有外保温系统的基层上施工腻子及涂料的要求,相应也比在传统水泥砂浆基层上的要求高的多。

  (2)外墙外保温系统中的保温板为发泡聚苯乙烯材料时,该材料易受强溶剂的影响;而传统的水泥砂浆基层对强有机溶剂不敏感。因此在选择腻子或涂料时,不能完全照搬传统的施工经验,溶剂型涂料在保温基层上的应用必须提前试验或采取适当措施处理。

  (3)外墙外保温薄抹灰系统中的面层砂浆多为聚合物改性后的砂浆,具有较好的柔性(压折比≤3.0),而传统水泥砂浆的压折比一般在6-7之间,为脆性材料。为了满足面层装饰材料与底材相匹配的基本要求,能用于传统水泥砂浆基层上的腻子或涂料,并不一定能适用于有外保温系统的新型墙体基层。

  2. 外墙外保温基层对腻子要求分析

  (1)腻子施工后固化干燥形成的腻子层,其柔韧性应大于保温体系抗裂砂浆的柔韧性,即保温体系基层上施工必须采用柔性适当的腻子才能保证腻子层不因基层变形而开裂。

  根据经验,对于薄抹抗裂砂浆(小于5mm)测试其柔韧性的直观方法可以采用弯曲样板法。试件的制备及测试过程描述如下:首先取一块150×400×20mm的EPS板(18-20Kg/m3),把配好的抗裂砂浆抹涂在EPS板上,约2-3mm厚,然后把事先裁好的玻纤网格布用抹子压入抗裂砂浆中刮平,把样板在常温下养护3天厚即可测试。测试时双手各把一端缓慢弯曲(抗裂层背面方向),当测试样板的两端基本达到平行时,观察抗裂层有无裂纹出现。对于柔性较好的抗裂砂浆,其变形量一般通过上述测试不出现裂纹,实际工程应用中保温基层出现大面积开裂的机会较低。

  同样方法测试腻子的柔性,也非常直观易操作。方法是:在上述抗裂砂浆弯曲样板的基础上用纸胶带预先粘盖一半,然后间隔刮涂二遍腻子,养护3天,把纸胶带揭去,在用同样弯曲度测试。如果腻子层无裂纹,即可判断被测腻子的柔性与保温体系是可以配套的,使用时不会出现抗裂层不裂而腻子层开裂的现象,如果抗裂层有细小裂纹而腻子层无裂纹,说明腻子的柔韧性高于抗裂层,使用该腻子更安全。如果抗裂层不裂而腻子层出现裂纹,说明腻子的柔性小于抗裂层的柔性,使用该腻子存在开裂的危险。

经过大量试验和工程实践证明,在外墙外保温这种新型柔性、动态性强的基层上刮涂传统的水泥加建筑胶(107、801、701胶等)调配的水泥腻子是绝对不可取的,因为水泥加普通建筑胶调配的腻子是脆性材料,不具有随基层变形而不开裂的性能要求。测试腻子柔性方法在标准JG/157-2004《建筑用外墙腻子》中采用动态抗开裂性试验方法,该方法由于底板的差异性较大检测结果的离散性较大。

  动态抗开裂性测试仪示意图

  (2)腻子的耐水、耐碱性要好

  腻子的耐水性好是指在相对长时间的潮湿、淋雨环境中能保持不粉化、不起泛、不剥落的性能,这一点也是保持涂层装饰质量的条件。耐水性一般要求是应能达到浸水96小时无异常的标准。对腻子耐碱性要求的主要原因是保温体系的抗裂砂浆也多以水泥基为主,其碱性与普通水泥砂浆相近。由于工期普遍较紧,刮涂腻子时保温体系抗裂层的碱性一般还很高,这就要求腻子的耐碱性也要好。一般测试要求为耐碱48小时无异常。

  (3)腻子的双向粘结性要好

  腻子的粘结性,也即粘结强度,首先腻子层应与抗裂层有很好的粘结力,这样才能保证腻子层不空鼓、不爆皮、不剥落;其次,腻子层还要与涂料层保持很好的粘结力,以保证面层涂料不剥落。腻子的粘结力一般应达到:标准态≥0.6MPa,浸水后≥0.4MPa的要求。

  (4)施工性要好

  施工性是保证涂饰工程质量的重要因素之一,也是评价产品质量的指标之一。施工性应满足两方面要求:一方面,作为基层找平材料,腻子一般刮涂施工性要好,即配好的腻子应具有刮涂轻松、滑爽、回刀容易、不起卷、不起毛、易于收平等特点。刮涂施工性好也可以减少打磨的工作量,节省腻子。另一方面,腻子干燥后需要打磨,腻子的可打磨性也要合适。可打磨性与腻子的柔性是一对矛盾的指标。一般而言,打磨性越好,腻子层越脆,乳液含量越低,柔性也就越差。相反,腻子层的柔性越好,所需要的弹性乳液量越高,而腻子层的可打磨性也越差。不同厂家的产品,配方设计要取得一个合适的平衡点。根据经验,腻子的动态抗裂性在0.10-0.20mm之间是比较合适的平衡点范围。动态抗开裂性过小,不能适应保温基层的变形要求;动态抗开裂过大,一方面腻子成本增加,同时也很难打磨,不利于施工应用。

  3. 外墙外保温对封闭底漆的要求分析

  由于有机类保温板极易受强溶剂溶蚀,因此,对粘贴EPS板薄抹抗裂砂浆防护层的做法(一般3mm左右),不应采用油性封闭底漆。因为油性封闭底漆中含有大量的有机溶剂,辊涂油性封底时,局部过量的溶剂会渗透过薄抹抗裂防护层溶蚀EPS板,最后导致抗裂层与保温板之间形成隔离层,严重的还可能发生EPS板不均匀凹陷,从而发生空鼓、脱落等质量事故。因此,在EPS板面薄抹灰的保温系统中应采用水性封闭底漆。另一个不建议使用油性封底的原因是,油性封底的采用树脂玻化温度一般较高,涂膜的柔韧性差,在保温体系上应用易导致漆膜开裂,不能保证漆膜的连续性,其封闭效果也会受到影响。

  在保温体系上应用水性封闭底漆也应符合以下要求:

  (1)避免采用玻璃化温度过高的封闭底漆,保证封闭底漆有适当的柔韧性,尤其在寒冷地区,以使封闭底漆与整个体系的变形量相匹配。

  (2)封闭底漆的呼吸性强,使保温系统有良好的透气性,避免结露现象。

  (3)抗碱性好。保温面层的聚合物砂浆层多是水泥基为主,呈碱性,封闭底漆应对聚合物砂浆水化产生的游离钙有良好的封闭作用,减轻和避免面层涂料的泛碱现象发生。

  4. 外墙外保温基层对面层装饰涂料的要求

  由于外墙外保温技术的应用,建筑物墙体结构与传统结构相比发生了深刻变化。原适用于高强度、高密度、变形量小的刚性硬质基层的传统涂料,也遇到了前所未有的挑战。换言之,将传统涂料涂于受环境影响而产生较大变形的轻质保温体系基层上,极易发生面层涂料的开裂、脱落,不但影响到涂料的装饰效果,严重时,由于涂膜的破坏导致雨、雪水向保温体系墙体内渗透,进而危害到整个保温体系的安全性、稳定性和耐久性。因此,保温体系上施工涂料要求更加严格,应满足以下几个方面:

  (1)要有很好的延展性、柔韧性,不能使用涂膜坚硬的无机类涂料。

  面层涂料的变形能力只有大于保温体系随环境产生的变形能力时,才能保证涂料不开裂。这一点前述已做过分析。无机类涂料一般选用硅酸钠(钾)水玻璃、硅溶胶为主要粘结剂制备的涂料,该类涂料因以无机胶粘剂为主,所形成的涂层具有无机材料的固有特点:脆而硬

因此,无机类涂料的抗基层变形能力差,自身变形系数小,不能满足随保温基层变形而不开裂的要求,不宜应用于保温体系上。所以,为稳妥起见,在目前的规程、规范里首先推荐使用弹性涂料,除满足变形要求外,还能对基层的细小裂纹起覆盖作用,保持整体外观效果的美观。

  (2)面层涂料耐老化,耐候性好,不能采用高PVC的外墙涂料。

  这一点是对所有外墙涂料的基本要求,但因保温基层夏季的温度比普通基层高出10-15℃,对面层涂料的老化速度更快,因此保温基层上的涂料,耐老化性应比普通基层上要求更高。因此,应选用以纯丙烯酸酯或有机硅改性丙烯酸树脂乳液为基料,以耐久性、热稳定性高的无机颜料配制的高性能涂料为主,且配方设计时涂料的PVC值应大于CPVC值。

  (3)面层涂料应具有很好的防水性和透气性,应优先选用有适度延伸率的有机硅树脂改性涂料。

  良好的防水性可以避免液态水渗进保温体系,进而减少冰冻、潮湿对保温体系的破坏,延长外墙外保温体系的使用寿命。良好的透气性可以使保温体系具有一定的呼吸功能,使结构墙体或室内的潮气能向外界扩散,避免保温体系与主体墙之间形成结露。从这一点分析,外保温系统并不一定要推荐用成膜性和弹性延伸率均较高的弹性涂料。不同地区应用环境有很大差异性,因为弹性涂料的成膜致密的特点影响了保温系统的呼吸性,特别在我国南方高温多雨地区应用弹性涂料经常因为施工时基层含水率较高,施工后弹性漆膜出现起泡现象。而具有适当柔性能满足保温基层变形要求的有机硅改性涂料,因其透气性好,表面增水性强更适合这些地区。

  (4)慎重选用溶剂型涂料,如果必须选用则应采取特殊措施。

  溶剂型涂料应用于保温基层上可能带来如下问题:

  a、油性涂料中溶剂的渗透会导致保温板被溶蚀,使抗裂砂浆与保温层形成两张皮。这在前面已经提及。

  b、溶剂性涂料由于树脂玻璃化温度一般较高,因此,常温下的漆膜延伸性差,抗变形性差,涂膜较硬,当保温体系变形较大时,涂料层易开裂。

  c、溶剂性涂料涂膜致密、透气性差,不利于保温体系内潮气的外扩散,易导致保温系统内部形成结露现象,进而影响保温系统的耐久性和长期安全性。

  基于上述分析,在保温体系上应慎重选择溶剂型涂料,优先采用水性建筑涂料。但由于水性涂料的性能尚达不到溶剂性涂料的使用效果,或者为满足低温天气施工的需要等因素,市场中对溶剂性涂料实际需求尚占据一定份额。因此,根据我公司多年的研究应用经验认为,在以粘贴聚苯板薄抹灰为代表的保温基层上施工油性面漆(或氟碳金属漆等)应采取以下措施:

  首先,使用前必须做小面积相容性试验试验,不能轻易大面积施工。涂完3天后观察检查,采用机械方式剥开抗裂层,看抗裂层与保温层粘结力是否与未涂部位有明显区别。

  其次,尽可能采用机械喷涂工艺,也很大程度避免溶剂局部过浓的现象产生。

  第三,抗裂砂浆层的厚度应比一般水性涂料施工时增加1-2mm,即总体厚度宜控制在4-5mm。

  第四,通过多年工程实践,我们研发了一种有效防止油性面漆中的溶剂渗透过抗裂层的水性界面隔离剂产品。在抗裂砂浆层上直接涂刷,干燥后刮涂柔性腻子,之后在进行油性封闭底漆和油性面漆等工序施工。采用特殊树脂聚合物制备的水性界面隔离剂可以很好地解决溶剂的渗透问题,该方法比较切实有效。

  (5)涂料与找平腻子之间的附着力强。附着力强可以避免起皮、剥落等现象。

  5 墙体保温体系对涂层装饰的外观的要求

  (1)不宜采用平途工艺,宜选用凹凸花纹的浮雕工艺。

  因平涂工艺时,材料的收缩方向为一条线,涂料收缩时易把涂膜拉裂,而凹凸浮雕涂料的变形方向具有多向性,避免了涂膜开裂现象。另外,平涂工艺对刮涂腻子的要求较高,而外保温基层因为必须选用柔性腻子,可打磨性不如传统的水泥腻子好磨,磨平的难度稍大,施工的平整度效果也相应会差些。如果确需要平涂,则应选用桔皮状涂料,其性能应满足与腻子层的亲和性、柔韧性、自清洁等方面的要求。

  保温体系上施涂弹性桔皮涂料时,总的干膜厚度不应低于100μ,建议做到150μ以上,以保证对基层的足够适应能力,同时对基层的细小裂纹及动态性裂纹具有良好的遮盖作用。

  (2)不宜选用较深颜色的面漆。

  由于较深的面漆比较浅颜色面漆更容易吸收热量,加上保温层良好的隔热性,使热量积聚在保温层表面难于扩散,从而导致深颜色的保温体系基层的表面温度更高,这对于涂料、腻子、抗裂砂浆的老化破坏作用程度比浅颜色基层要严重一些。因此,保温面层除选择以丙烯酸酯、硅丙树脂等为基料生产的耐候性涂料以外,还应优先选用浅颜色的外观效果。

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