挤塑聚苯板XPS板外墙外保温系统研究报告.docx

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挤塑聚苯板XPS板外墙外保温系统研究报告

鉴定材料之三

GS挤塑聚苯板薄抹灰

外墙外保温系统

项目研究报告

苏州市建筑科学研究院有限公司

二○○七年十二月

GS挤塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统

开发研究报告

早在《建筑节能“九五”计划和2010年规划》中已经指出节能发展的三个阶段目标：

第一阶段为1996年以前新建采暖居住建筑在1980-1981年当地通用设计能耗水平基础上普遍降低30％；第二阶段为1996年起在达到第一阶段要求的基础上节能30％；第三阶段为2005年起在达到第二阶段要求的基础上再节能30％。

目前市场上应用最广泛的外墙外保温技术有胶粉EPS颗粒外墙外保温系统、EPS板外墙外保温系统。

胶粉EPS颗粒外墙外保温系统以矿物胶凝材料和EPS颗粒组成的保温浆料为保温材料并以现场抹灰方式固定在基层上，以抗裂砂浆玻纤网增强抹面层和饰面层为保护层的外墙外保温系统，具有施工方便、造价低廉、对基层墙体处理要求低的优点，但也有导热系数较高、容重大、吸水率大、施工厚度难以控制等缺点；EPS聚苯板外墙外保温系统以EPS聚苯板为保温材料，玻纤网增强聚合物砂浆抹面层和饰面涂层为保护层，采用粘结方式固定，抹面层厚度3mm左右的外墙外保温系统，相比胶粉EPS颗粒外墙外保温体系其具有导热系数低、容重小、保温层厚度一致的优点。

随着外保温的应用越来越广泛，以及对节能要求的提高；发展外墙外保温高效技术，不仅可使居住建筑的热环境得到明显改善，而且可以使建筑空调和采暖能耗明显降低，保证在人民居住舒适水平提高的基础上，建筑能耗不进一步提高。

为建筑节能实现跨越式发展创造条件。

为了进一步贯彻国家“十一五”规划，做到三步节能达到65%的要求，苏州市建筑科学研究院有限公司于二00六年五月开始着手研制开发高保温效果的XPS挤塑板外墙外保温系统，本系统采用优质XPS板、高性能胶粘剂、高分子聚合物砂浆、耐碱网格布或热镀锌钢丝网等优质材料组成，它具有导热系数低，强度高的优点。

经过课题组一年多的共同努力，成功研制了XPS挤塑板外墙外保温体系。

挤塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统

挤塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统（简称XPS板外保温系统）设置在建筑物外侧，由粘结层、XPS板保温层（正反面涂刷界面剂）、抹面胶浆、耐碱网布防护层和饰面层构成，起保温隔热、防护和装饰作用的构造系统。

不占用室内空间，保温效果好，具有良好的防水透气性，可以实现建筑节能冬暖夏凉的室内环境。

胶粘剂、抹面胶浆作为XPS板外墙外保温体系中最重要的组成部分，是XPS板外墙外保温体系施工技术的关键。

胶粘剂、抹面胶浆用于XPS板的粘结及抹面，不但需要好的粘结性，同时更需要好的柔韧性和抗开裂性。

我们的开发研制工作，是以XPS板界面剂、胶粘剂与抹面胶浆的研制为关键攻关步骤。

该胶粘剂与抹面胶浆是一种聚合物增强的水泥基预配制干混单组分柔性聚合物砂浆。

以水泥作为胶凝材料、以可再分散乳胶粉改性，再添加各种无机材料、以及多种添加剂均混而成；以水泥作为矿物粘结剂、可再分散乳胶粉作为聚合物粘结剂构成双粘结体系，刚性材料与柔性材料结合，达到刚柔互补的效果，具有高性能的聚合物砂浆；与水（胶粘剂：

水=5：

1、抹面胶浆：

水=4.5：

1）混合搅拌均匀即可使用。

用于外墙外保温系统XPS板的粘结、抹面以及找平，具有优良的柔韧性和粘结性能以及良好的抗下垂性、保水性、耐水性。

，提高基材与聚苯板之间的粘结强度，防止空鼓、开裂及脱落。

基层可以是钢筋混凝土、混凝土空心砌块、粘土多孔砖、粘土砖墙。

一、XPS板界面剂的研制

XPS挤塑板是以聚苯乙烯树脂加上其他的原辅料和聚合物，通过加热混合同时注入催化剂，然后挤塑压出成型的硬质泡沫塑料板，表面光滑不易与砂浆粘结；为了提高XPS挤塑板与砂浆的粘结强度，使其拉伸粘结强度达到0.1MPa以上，或破坏界面不在粘结界面上，必须对XPS挤塑板表面进行界面处理。

1.XPS板界面剂的材料组成

1.1乳液

界面剂作为XPS板和聚合物砂浆的偶联部分，既要和XPS板有良好的亲和力，也要与聚合物砂浆粘结牢固，基于两方面考虑，选择一种亲水性的有机聚合物是可行的方案。

常用的乳液有：

丙烯酸乳液、苯丙乳液、乙烯-醋酸乙烯乳液，丙烯酸乳液成膜后与XPS板粘结牢固，而苯丙乳液与XPS板亲和力好，故而将两种乳液复配，来满足界面剂的性能。

1.2增稠剂

要与XPS板均匀的粘结在一起，需要界面剂与XPS板有良好的亲和力，界面剂在XPS板上成一层液态的薄膜，形成液滴是非常有害的。

乳液涂刷在XPS板上会出现液态薄膜收缩成一个个液滴的现象，通过提高界面剂的稠度和粘度可以使界面剂更好的在XPS板成膜。

1.3防腐剂、憎水剂

保温系统在房屋外立面，长期受到日晒雨淋的影响，界面剂的耐水性是很重要的指标，加入适量的憎水剂是必要的。

为了提高界面剂的贮存时间，加入防腐剂。

2.基础材料配方

GS挤塑聚苯板界面剂基础配方设计如下：

乳液60%～75%

增稠剂0.2%～0.5%

防腐剂0.2%

憎水剂0.5%～1%

水20%～30%

测试参考JC149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》规定进行。

GS挤塑聚苯板界面剂的性能测试结果见表1。

表1XPS板界面剂性能

试验项目

性能指标

容器中状态

搅拌后无结块，呈均匀状态

施工性

涂刷无困难

拉伸粘结强度，MPa（与XPS挤塑板）

原强度

≥0.10

耐水

≥0.10

二、胶粘剂的研制

1.胶粘剂的材料组成

1.1水泥

水泥作为胶凝材料，赋予材料主要强度，水泥用量是影响体系总体性能最重要的因素，水泥的用量大，其粘结强度相对高，但同时材料的刚性会随着增大。

常用普通硅酸盐水泥的等级有32.5级和42.5级，水泥强度等级高，聚合物砂浆粘结强度随着增高，但是外墙外保温体系聚合物砂浆需要粘结性与柔韧性相结合，强度太高不但会造成富余，同时也会导致塑性降低。

P.O32.5级水泥的抗压强度与抗折强度比低于P.O42.5级水泥的抗压强度与抗折强度比；压折比低，相对来说塑性好，柔韧性好；而P.O32.5级水泥的强度也足以满足粘结砂浆体系的要求。

因此为了追求好的柔韧性，选用P.O32.5级水泥可以相对降低聚合物可再分散乳胶粉的用量。

水泥用量对聚合物砂浆性能的影响：

随着水泥用量的增加,聚合物砂浆与水泥砂浆的拉伸粘结强度也随之增加,且随着可再分散乳胶粉的含量增大而增加；随着水泥用量的增加,聚合物砂浆自身抗压强度及抗折强度随之增加,但是聚合物砂浆自身压折比也随之增加,提高了聚合物砂浆的刚性，降低了聚合物砂浆的柔韧性。

水泥在聚合物砂浆中的用量在25%～35%之间比较适宜。

水泥用量对聚合物砂浆性能的影响见图1、图2。

1.2可再分散乳胶粉

由于水泥是刚性材料，水化后形成的凝胶体硬而脆，易受温度及湿度变化的影响引起收缩、开裂，严重的导致大面积脱落。

此外，XPS板吸水率低水泥砂浆在表面不能充分粘结，并且形成的水泥凝胶体因温度变化很容易出现整体收缩，产生界面应力，与XPS板的收缩变形不一致，容易出现开裂、空鼓及整体脱落的现象。

聚合物乳胶粉为加水可再分散类有材料，这类材料添加到水泥砂浆中充分溶解后，一方面可以有效提高水泥砂浆与基材如混凝土等的润湿性能，增加粘结强度。

另一方面，交联后的聚合物在水泥砂浆层中形成一个整体柔性的缓冲体，充分缓解了砂浆层与XPS板之间因热胀冷缩产生的应力，增加粘结层或抹面层与XPS板界面的粘结强度，同时聚合物乳胶粉的柔性有利于缓解粘结层和抹面层内部因收缩开裂产生的裂纹，保持了装饰的完整性。

我们选用乙烯-醋酸乙烯共聚乳胶粉VAE进行试验，乙烯-醋酸乙烯共聚乳胶粉VAE具有优异的柔韧性、良好的抗水性和与水泥有较好相容性。

 可再分散乳胶粉掺量对聚合物砂浆性能的影响：

随着可再分散乳胶粉含量的增加,聚合物砂浆与水泥砂浆的拉伸粘结强度随之增加,且随着水泥的用量增大而增加；随着可再分散乳胶粉含量的增加,聚合物砂浆自身压折比随之减少,可提高砂浆的柔韧性和抗开裂性。

在聚合物砂浆中，可再分散乳胶粉的含量直接影响砂浆的性能,可再分散乳胶粉掺量对聚合物砂浆性能的影响见图3、图4。

试验表明，在中添加了VAE乳胶粉后，聚合物水泥砂浆层的粘结强度都有一定量的提高，添加了聚合物乳胶粉后的水泥砂浆，混凝土界面及XPS板界面的拉伸破坏形式有很大程度的改观。

在未添加VAE乳胶粉时，破坏形式主要以界面粘结破坏为主，而且粘结力非常低，是因为XPS板表面的不亲和性以及吸水率低，水泥浆体不容易在表层上润湿造成的。

此外，未添加乳胶粉的水泥浆体硬而脆，受湿度及温度变化影响大，在水分挥发过程中，水泥砂浆层整体收缩，加速应力集中作用，水泥砂浆在XPS板界面产生不均匀的粘结，在受力情况下，砂浆层与XPS板界面容易出现应力集中，产生界面层破坏。

添加聚合物乳胶粉后，破坏形式主要出现在XPS板上，聚合物乳胶粉的加入，改性了砂浆对XPS板的亲和性，增加了水泥砂浆与XPS板的粘结强度。

另外，乳胶粉的添加可以缓解水泥砂浆层与XPS板界面因温度及湿度变化引起的收缩开裂性能，缓解了界面层因应力集中出现的整体脱落现象。

1.3保水剂

加入保水剂是为了使聚合物砂浆具有一定的保水性能、增加砂浆的粘聚性以及可操作性。

我们采用了吸水性纤维素醚类产品，纤维素醚类产品可以吸水溶涨，形成相互交错的网络结构，将水、水泥颗粒和砂等包裹在网格中，大大降低了砂浆中水分的挥发速度，提高保水性，减少泌水，具有增稠塑化功能，提高了砂浆整体的粘聚性，使砂浆保持相当的稠度，保持好的施工性能；有利于砂浆的养护，提高强度，避免砌体与砂浆分层，可减少抹灰时的落地灰，降低因墙体干燥，砂浆失水过快和水化不充分导致的强度不够引起XPS板脱落。

1.4增粘剂、稠化剂

适量的加入淀粉醚和水性高分子树脂作为增粘剂、稠化剂来进一步提高砂浆的稳定性，增加粘聚性，以及提高砂浆的保水效果，改善砂浆的施工性和抗流挂性，增加砂浆与基底的粘结力。

1.5高效减水剂

高效减水剂是一种阴离子表面活性剂，溶于水后能离解成有机阴离子和钠、钙等阳离子，其有机阴离子吸附于水泥颗粒表面降低其表面能，并且使水泥粒子带有负电荷，在电性斥力的作用下，使水泥-水体系处于相对稳定的悬浮状态；在水泥粒子上形成吸附层，促使水泥加水初期形成的絮凝结构分散解体，释放出游离水，从而提高砂浆的流动性；同时可在水泥表面形成一层稳定的溶剂化水膜，阻止水泥颗粒间的直接接触，起到润滑作用，并使水泥颗粒更好地被水润湿起到润滑分散作用，提高聚合物砂浆的稳定性和均匀性，减少用水量，提高水泥石的密实度，以及提高聚合物砂浆的抗渗性、抗压强度、抗碳化及耐久性性能。

1.6无机材料

石英砂和细粉料是体系中不可少的组份；可提高聚合物砂浆的强度和施工性以及抗裂性。

选用一定范围级配的骨料，可在提高强度的同时，相对降低一点砂浆的压折比和赋予良好的施工性。

1.7改性剂

由于聚合物砂浆加入水后，其中的乙烯-醋酸乙烯酯聚合物乳胶粉会溶于水形成乳液。

而乳液存在使砂浆容易发干，影响其可操作时间。

添加适量的改性剂主要用于改善提高砂浆的可操作时间，提高砂浆的整体性能。

2.基础配方设计

GS胶粘剂基础配方设计如下：

水泥25%～35%

石英砂50%～60%

无机填料2%～10%

可再分散乳胶粉3%～5%

纤维素醚0.1%～0.4%

增粘稠化剂0.03%～0.1%

改性剂0.1%～0.3%

高效减水剂0.1%～0.3%

根据JC149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》规定进行测试。

GS胶粘剂的性能测试结果见表2。

表2胶粘剂的性能

项目

单位

指标

测试结果

拉伸

粘接

强度

与水泥砂浆试块

原强度

MPa

≥0.60

1.12

耐水

MPa

≥0.40

0.97

与XPS板试块

原强度

MPa

≥0.10

0.15

耐水

MPa

柔韧性（压折比）

-

-

2.89

可操作时问

h

1.5～4.0

2.0

3.粘贴XPS板的施工方法

在XPS板粘结面均匀的涂刷XPS板界面剂，放置凉干备用。

采用点框法时，用不锈钢抹子在XPS板四周抹一圈GS胶粘剂，其宽度为50mm，厚度为10mm；板中间均匀布置8点，每点直径为130mm，厚10mm，中心距200mm。

聚合物砂浆粘贴面积与XPS板的面积不得小于40%。

XPS板抹完聚合物砂浆后，立即将板平贴在基层墙体上滑动就位，轻柔均匀地按压板面使之粘结牢固，随时用2m靠尺检查平整度和垂直度。

采用条粘法时（此方法一般用于平整度高的墙面）：

先用齿状镘刀将搅拌好的粘结砂浆均匀地涂抹在XPS板上，然后用齿状抹子在粘结砂浆上面梳理出条状纹，宽度为10mm，厚度为13mm，中心距48mm。

XPS板抹完粘贴砂浆后，应立即将XPS板平贴在基层墙体上滑动就位。

轻柔均匀地按压板面使之粘结牢固，随时用2m靠尺检查平整度和垂直度。

XPS板施工应自下而上，沿水平方向横向铺贴，每排板错缝1/2板长。

粘板时注意清除板边溢出的砂浆，使板与板之间无碰头灰。

板缝宽超出2mm时用相应厚度的XPS条填塞，严禁用砂浆填充。

拼缝高差不大于1.5mm，否则应用砂纸或专用打磨机具打磨平整。

三、抹面胶浆的研制

1、抹面胶浆的材料组成

抹面胶浆的材料组成与胶粘剂的材料大致一样，但是由于抹面胶浆是作为XPS板保温层的防护层，抹灰于XPS板保温层上，温差引起的应力大，需要比胶粘剂更好的柔韧性和抗裂性以及耐水性。

水泥基材料通常容易出现开裂现象，在抹面胶浆体系中加入不同规格、不同弹性模量、不同长度的耐碱性纤维可以提高体系的抗折、抗拉强度；纤维的三维网状结构和乱向分布，可以阻挡裂缝产生和发展，同时均匀分布在体系的纤维可以降低表面析水和骨料的沉降、抑制分层，使体系成为一个匀质的整体。

2.基础配方设计

抹面胶浆的材料组成是在胶粘剂的基础上调整优化配方。

GS抹面胶浆基础配方设计如下：

水泥25%～30%

石英砂40%～60%

无机填料5%～15%

可再分散乳胶粉5%～8%

憎水剂0.1%～0.3%

纤维素醚0.1%～0.3%

淀粉醚0.03%～0.05%

改性剂0.1%～0.3%

抗裂纤维0.1%～0.5%

根据JC149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》规定进行测试。

GS抹面胶浆的性能测试结果见表2

表2抹面胶浆的性能

项目

单位

指标

测试结果

拉伸

粘接

强度

与水泥砂浆试块

原强度

MPa

≥0.60

1.05

耐水

MPa

≥0.40

0.93

与XPS苯板试块

原强度

MPa

≥0.10

0.15

耐水

MPa

耐冻融

MPa

柔韧性（压折比）

-

≤3.0

2.53

可操作时问

h

1.5～4.0

2

3.在XPS板外墙外保温体系中的应用

先在XPS板表面均匀涂刷XPS界面剂，待干燥后开始表层抹面施工。

在XPS板面上抹一层GS抹面胶浆，厚度为2～3mm，然后将耐碱网格布绷紧后贴于砂浆上，用抹子由中间向四周把网格布压入砂浆的表层；在底层砂浆凝固前再抹一层GS抹面胶浆用于找平，厚度1～2mm，仅以覆盖网格布为宜。

面层砂浆不宜反复揉搓，以免形成空鼓。

聚合物砂浆总厚度宜为3～5mm。

三、耐碱网格布

耐碱网格布是玻纤网纺织成型后在外层浸有一层保护膜，可以防止玻璃纤维在较强碱性下受到损害，玻璃纤维的抗拉强度大幅度降低。

耐碱网格布在整个体系占有很重要的位置。

耐碱网格布具有一定的延伸，复合在抹面胶浆中，当受到外界应力时，耐碱网格布可以缓冲和化解体系应力，进一步提高防护层的抗裂性和抗冲击性能。

在外墙外保温体系中应采用耐碱强力大于1500N/50mm，耐碱保持率不小于50%的耐碱网格布。

GS挤塑聚苯板薄抹灰系统采用的耐碱网格布规格如表4。

表4GS耐碱网布的主要性能指标

项目

单位

指标

测试结果

单位面积重量

g／m

≥160

169.2

耐碱断裂强力

经向

N／50mm

≥1500

1575

纬向

1611

耐碱强力保留率

经向

％

≥50

91.6

纬向

94.1

断裂延伸率

经向

％

≤5.0

4.2

纬向

3.2

四、XPS板

GS挤塑聚苯板薄抹灰系统中XPS板是属于自熄型挤塑聚苯板，其密度在30kg/m3左右，氧指数大于30%，体积吸水率不大于1.0%。

规格如表5

挤塑聚苯板板必须经过陈化期后才能使用，以免上墙后继续收缩。

应选用1200×600mm的规格标准板粘贴。

表5XPS板主要性能指标

项目

单位

指标

测试结果

表观密度

kg／m

25.0～35.0

33.4

导热系数

W／（m·K）

≤0.030

0.030

抗拉强度

MPa

≥0.25

0.44

尺寸稳定性

％

≤0.30

0.22

五、饰面层

为保证保温层饰面美观效果，在抹面胶浆表面应选用弹性外墙乳胶漆，可以达到装饰的美观和耐久性。

六、系统性能研究

GS挤塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统是一套综合的保温装饰系统，我们对其组成材料进行了综合的系统适应试验，同时对其施工流程和工艺进行了全面的研究。

同时将产品送到苏州建筑工程质量检测中心进行大型耐候性试验和抗风压试验，以确保材料的安全性和耐久性。

研制出的XPS板薄抹灰外墙外保温系统经过苏州市建筑工程质量检测中心的系统性能检测，性能指标完全达到了国家工业行业标准JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》的要求。

表25GS挤塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统性能

试验项目

性能指标

测试结果

耐候性

经80次高温（70℃）淋雨（15℃）循环和20次加热（50℃）冷冻（-20℃）循环后不得出现开裂、空鼓或脱落。

抗裂防护层与保温层的拉伸粘结强度不应小于：

0.1MPa，破坏界面应位于保温层。

合格

吸水量，g／m2浸水1h

≤500

342

抗冲击强度

C型

普通型（单网）

3J冲击合格

合格

加强型（双网）

10J冲击合格

--

抗风压值/kPa

不小于工程项目的风荷载设计值

3348.9

耐冻融

夏热冬冷地区10次循环表面无裂纹、

空鼓、起泡、剥离现象

合格

水蒸气湿流密度，g／（m2·h）

≥0.85

1.81

不透水性

试样防护层内侧无水渗透

合格

产品推出后，在扬子精梳毛条有限公司厂房、常熟市韩星造纸机械有限公司办公楼外墙进行了使用，效果良好，获得了施工方和建设方的一致好评。