外墙外保温系统中保温层与粘结层的性能研究

作     者：王亚群 

作者单位：安徽建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱绍峰

授予年度：2021年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：外墙外保温系统 强度 粘结强度 界面应变 ANSYS 温度场 应力场 

摘      要：外墙外保温系统是夏热冬冷地区建筑节能工程常用的技术之一。随着外墙外保温技术的不断完善和新技术的应用,建筑能效得到提高。但在实际使用时却存在开裂、脱落等诸多问题,造成该现象原因很多,如保温材料性能变化、粘结强度、界面产生变形等因素。根据以上现象,本文主要对外墙外保温系统失效进行研究,试验工作和结论有:(1)研究不同温度下,匀质保温板、聚苯板和石墨聚苯板的强度变化。常温下,匀质保温板、聚苯板和石墨聚苯板的强度最大;升高温度或降低温度,匀质保温板、聚苯板和石墨聚苯板的强度都减小。匀质保温板中含有水泥等无机材料,温度升高,水泥基体失去了孔隙中的毛细孔水和水化产物中的结合水,水泥产生了收缩,降低了匀质保温板的抗压强度。聚苯乙烯作为典型的无定型聚合物,侧苯基有很大空间位阻,使聚苯乙烯呈现刚性和脆性,温度升高时,分子间作用力变小,聚苯板和石墨聚苯板的压缩强度变小。匀质保温板中水泥基体孔隙含有水分,冷冻时水结冰膨胀产生了应力,使得水泥基体性能裂化,从而降低了匀质保温板的抗压强度。聚苯板和石墨聚苯板的压缩强度主要由聚苯乙烯颗粒和颗粒内部气室承担,冷冻时聚苯乙烯颗粒内部气室局部断裂,相邻的颗粒骨架损坏,降低了对外力的抵抗能力。(2)研究冻融循环下,外墙外保温系统中保温层与粘结砂浆的拉伸粘结强度变化和破坏断裂机理。保温层与粘结砂浆的拉伸粘结强度随冻融循环次数增加而减小。石墨聚苯板样品与聚苯板样品的破坏主要发生在砂浆粘结界面,匀质保温板样品的破坏在保温材料内部和砂浆粘结界面均有发生。主要受冻融的影响,粘结砂浆在硬化收缩时会出现微小的孔隙和裂纹,冻融循环时水汽会进入孔隙,低温状态下水汽凝结膨胀,在保温板和粘结处产生应力,反复累积后微小的裂纹变大,孔隙变大,降低了保温板与粘结砂浆界面处粘结强度。(3)研究热交变环境下,外墙外保温系统界面处的应变变化规律。随着热交变循环次数的增加,试验所选择保温材料组成的样品界面处应变量都增加。经过30次的热交变循环试验,由匀质保温板组成的样品界面应变总量最大,石墨聚苯板组成的样品界面应变总量最小。在连续循环波动下,界面随温度变化,应变片的应变不断进行积聚和释放,而一个循环结束时还没释放完全的应变会带到下一个循环,变形量在逐步的累积使得应变片的应变值逐循环上升。(4)利用ANSYS软件模拟温度变化幅度大和温度变化幅度小两种温度工况下,保温层和粘结层的温度场/应力场变化。两种工况条件下,降温阶段保温层的温度差值最大;降温和低温阶段,粘结层温度最高;升温和恒温阶段,粘结层温度最低。根据应力云图,保温层与粘结层之间界面应力集中,应力最大。温度直接作用在保温层时,保温层有保温隔热作用,保温层外侧直接受环境温度影响,内侧温度变化很慢,形成了温度梯度。粘结砂浆的弹性模量与保温层的弹性模量不同,温差作用下,保温层和粘结层变形量不同,界面处产生了应力集中。图[57]表[6]参[80]