2 保温层面层粘贴瓷砖构造设计和依据
2．1 设计依据
目前，市场上流行的瓷砖尺寸多样，我们对外墙饰面上应用比较广泛的几种类型瓷砖的质量进行了统计，结果如下：145mm× 45mm瓷砖的质量为88g／块，每平方米用量为130块共11．44kg；200mm×60mm瓷砖的质量为，172g／块，每平方米用量为75块共12．9kg；255mm×ll2mm瓷砖质量为420g／块，每平方米用量为28块共11．76kg；400mm×250mm瓷砖质量为1．650g／块，每平方米用量为10块共16．5kgo每平方米所用ZL瓷砖胶粘剂为16～23kg。因此，每平方米瓷砖加瓷砖胶粘剂总质量为28～40kg。
根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)对非结构构件采用等效侧力法计算水平地震作用值时，可按下式计算：式中
F＝γηε1ε2αmaxG
F——沿最不利方向施加于非结构构件重心处的水平地震作用标准值；
γ——非结构构件功能系数，这里取1．4；
η—非结构构件类别系数，这里取0．9；
ε1——连接状态系数，这里取2．0；
ε2——位置系数，建筑的顶点宜取2．0，底部宜取1．0，沿高度线性分布；
αmax——地震影响系数最大值，按罕遇地震取0．90；
G——非结构构件的重力。通过(1)式计算得出，地震作用最大值Fmax＝4．536G，即每平方米作用在粘贴的瓷砖上的地震作用力为1．27～1．81kN。因此，在高层建筑l00m高度处粘贴瓷砖时8级地震作用力为1．27～1．81kN／m2。
2.2 构造设计
保温层材料选择了目前应用最广的胶粉聚苯颗粒保温材料、单片钢丝网架聚苯板、无网聚苯板三种类型。考虑到这三种保温材料的强度和稳定性，对胶粉聚苯颗粒保温材料面层粘贴三种不同尺寸型号的瓷砖进行试验；对单片钢丝网架聚苯板面层粘贴重量比较小的特小号瓷砖进行试验，同时对比在聚苯板表面用普通水泥砂浆和用胶粉聚苯颗粒保温材料进行找平时抗震性能方面的差异；对无网聚苯板面层只进行涂料饰面的抗震试验。
在抗裂防护层中，用四角镀锌铅丝网代替耐碱涂塑玻纤网格布复合抗裂砂浆为抗裂层，并用结构墙体上射钉尾孔上的镀锌铅丝将镀锌铅丝网绑紧，提高面层、保温层与结构层的结合牢度，提高整个构造的安全可靠性。具体做法如图l。
瓷砖粘结剂选用变形量大于瓷砖温度变形量一个数量级的胶粘剂，其粘结强度和抗冻融性能达到相关标准规范的要求，压折比小于3，具有合理的柔性。
加固用射钉长42mm，4根／m2。根据测试，每根射钉破坏拉力为7kN，4根为28kN，绑扎用铅丝的拉断力为2kN，因此，每平方米设计4个机械固定点后的总抗拉能力为8kN，大于高层建筑100m高度处8级地震作用力的4～5倍。
3 试验设计
3．1 模型的设计与制作
为验证保温材料与主体结构的附着性能，验证瓷砖胶粘剂的粘结能力，分三个试件6种状况进行试验。试验前，与中国建筑科学研究院工程抗震所以及铁道部科学研究院铁建所按《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)进行了试验方案的设计，选用建筑物结构类型为国内较多采用的全现浇高层混凝土结构，按要求成型宽度1．3m、高度1．2m、厚度0．16m、带有孔固定钢角的，强度为C30的混凝土试件3块，分别在三块试件的6个面对6种不同类型的保温构造进行抗震测试。
各试件的材料构成见表模型试件材料构成 表1
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材 料 层 |
l |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
表中字母所代表意思 | |
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试件一 |
A面 |
a |
b |
e |
g |
k |
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a．钢筋混凝土墙体；b．基层界面砂浆；c．50mm厚单片钢丝网架聚苯板；d．50mm厚无网聚苯板；e．45mm厚胶粉聚苯颗粒；厂喷砂界面剂；g．3mm厚抗裂砂浆压四角钢丝网；h．3mm厚抗裂砂浆压耐碱玻纤网格i. 10mm厚水泥砂浆布；；j．抗裂柔性耐水腻子；k．大号瓷砖(400×250)mm；l．中号瓷砖(255× 112)mm；m．小号瓷砖(200× 60)mm；o．外墙涂料；n．特小号瓷砖(145×45)mm |
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B面 |
a |
b |
e |
g |
l |
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试件二 |
C面 |
a+c |
b |
i |
n |
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D面 |
a |
b |
e |
g |
m |
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试件三 |
E面 |
a+c |
f |
e |
g |
n |
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F面 |
a+d |
f |
e |
h |
j |
o | ||
3．2 加载及测试方案
三个试件分两次进行试验。试验从北京8度设防烈度地震影响系数最大值0．2g开始分级进行，每级增加0．1g，共5级，即0．2g(1倍)、0．3g(1．5倍)、0．4g(2倍)、0．5g(2．5倍)、0．6g(3倍)。同时考虑垂直于建筑物表面的水平地震波对非结构承重材料破坏性最大，选择水平正弦拍波(图3)，每次振动大于20s且大于5个拍波。本试验考虑不同地区以及建筑物的不同位置地震反应谱不同的情况，参考《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)5．1．4地震影响系数曲线分频段进行。试验频率按l／3倍频程分级，即: 0．99、1．25、1．58、2．00、2．50、3．13、4．00、5．00、6．30、8．00、10．0、12．5、16．0、20．0、32．0Hz。
4 试验结果及分析
4．1 试验结果
试件一经过了10h两个周期的振动试验。在第一个周期当加速度达到0．5g时，钢筋混凝土母体材料有部分脱落及裂缝产生。A、B面上的保温材料及装饰层材料均无开裂、无损坏、无脱落，粘贴的大号瓷砖、中号瓷砖均无脱落松动现象。
试件二在经过5h一个周期振动试验，到0．5g时，钢筋混凝土母体材料有部分脱落及裂缝，底盘架连接处略有开焊，到0．6g时，试件二底盘架连接处开焊。C面在0．5～0．6g下出现钢丝网架切割聚苯板的声音，试验后剖开试件发现聚苯板产生了一定量的破坏，组合浇筑聚苯板边角出现开裂，粘贴在单片钢丝网架聚苯板面层上的特小号瓷砖无脱落松动现象，但面层出现了少许裂纹。D面上的保温材料及装饰层材料均无开裂、无损坏、无脱落，粘贴的小号瓷砖无脱落松动现象。
试件三在经过5h一个周期振动试验，到0．5g时，钢筋混凝土母体材料有部分脱落及裂缝产生。正面在振动到0.5g时，出现了钢丝网架切割聚苯板的声音，聚苯板产生了一定的破坏，振动到0.6g时，这种现象更加明显，单片钢丝网架聚苯板面层上的特小号瓷砖未出现脱落松动现象，面层也未出现裂纹。振动试验后，F面的无网聚苯板面层所抹胶粉聚苯颗粒找平材料及所刷涂料均无开裂、无损坏、无脱落，面层未出现破坏现象。
对抗震试验后的试件上的瓷砖进行拉拔试验，测得瓷砖胶粘剂的粘结强度为0．73MPa，完全可以满足粘贴瓷砖的要求。
4．2 结果分析
在外保温面层上进行粘贴瓷砖与在坚实的混凝土基层上粘贴瓷砖使用条件是不同的。在外保温面层粘贴瓷砖必须考虑保温材料面层的荷载能力、瓷砖胶粘剂的粘结能力以及在地震作用下的抵抗剧烈 运动的柔性变形能力。由于外保温中基层墙体与饰面层瓷砖是通过保温材料进行柔性连接的，因而在受力时基层墙体与饰面层瓷砖不能看成一个整体，它们的受力状态是不同的，所以在选择瓷砖胶粘剂时，也要选用与保温材料相适应的具有一定柔性的瓷砖胶粘剂，从而形成一个柔性渐变的体系。在这次抗震试验中选用的ZL瓷砖胶粘剂粘贴瓷砖后的粘结强度为0．40～0．80MPa，压折比小于3．0，弹性模量小于6600MPa，具有适当的柔韧性，符合柔性渐变、逐层释放应力的技术要求。
从各构造层看，保温体系的抗裂防护层和瓷砖通过瓷砖胶粘剂进行粘结，各构造层的变形指标为：抗裂防护层5％，瓷砖胶粘剂5‰，瓷砖0．15‰。上述各层弹性模量变化指标相匹配，同样满足逐层渐变的柔性抗裂原则，瓷砖胶粘剂的可变形量小于抗裂砂浆而大于瓷砖的变形量，完全能够通过自身的形变消除两种质量、硬度、热工性能完全不同的材料的形变差异，从而进一步确保了每块瓷砖像鱼鳞一样独立地释放应力，不会因为地震作用发生变形而脱落。
同时，ZL胶粉聚苯颗粒保温材料与建筑物墙体的粘结能力好，抗震性能优，其柔性构造能够缓解地震力对面层的冲击力，保温墙瓷砖胶粘剂的弹性设定值比较适宜，可以控制瓷砖在罕遇强度等级地震的振动作用下不开裂、不脱落。而且，选用孔径为20mmX20mm镀锌钢丝网代替耐碱玻纤网，并且用22号镀锌铅丝与基层墙体锚固的射钉紧密绑扎，增强其安全性和抗震能力，致使面层粘贴的瓷砖在罕遇地震作用下也不会脱落。在ZL胶粉聚苯颗粒保温材料上粘贴不同尺寸型号的瓷砖时，因为，大块瓷砖和小块瓷砖的密度基本一样，而且粘贴瓷砖时采用满粘，所以大块瓷砖和小块瓷砖每平方米的受力大小是一样的，每平方米给保温材料所加的荷载也基本一样，因此，瓷砖大小对正弦拍波水平破坏力没有太大的影响，在ZL胶粉聚苯颗粒保温材料上可以粘贴不同尺寸型号的瓷砖。当在ZL胶粉聚苯颗粒保温材料面层上粘贴瓷砖的最大荷载为60kg／m2时，经过抗震试验后没有出现问题。因此，在ZL胶粉聚苯．颗粒保温材料面层上可以附加不大于60kg／m2的荷载，在楼层较低且无墙体扭曲现象发生处可以粘贴较大尺寸型号的瓷砖。
采用单片钢丝网架聚苯板与混凝土进行现浇时，粘贴瓷砖后其面层荷载最小也要达到40kg／m2，在进行抗震试验时，不论是采用水泥砂浆进行找平处理还是用ZL胶粉聚苯颗粒保温浆料进行找平处理，粘贴瓷砖后进行抗震试验聚苯板都会被钢丝破坏，用水泥砂浆找平的面层还会出现开裂现象。由此可见，单片钢丝网架聚苯板面层不能承受太大的荷载，当其面层荷载较大时，在受到地震作用力时，由于聚苯板的柔性作用，面层荷载受力后上下左右各个方向的运动状态与基层墙体不一致，不能产生同步运动，从而造成聚苯板中的钢丝切割聚苯板使聚苯板保温层被破坏。在高层建筑中，当结构墙体误差达到2cm时，在单片钢丝网架聚苯板上粘贴瓷砖后的重量荷载将达到90kg／m2，在地震力的影响下，其重力很容易使穿透聚苯板的斜插钢丝形成切割聚苯板的破坏作用，这一结果表明，在单片钢丝网架聚苯板表面粘贴瓷砖存在隐患，在大震作用下保温层首先被破坏，从而易使面层瓷砖产生脱落掉下现象。为了安全起见，建议在地震8度设防区20m以上的高层建筑中采用单片钢丝网架聚苯板作为其外保温材料时，其饰面层不宜用瓷砖作为饰面材料。
采用无网聚苯板与混凝土进行浇筑时，聚苯板的固定是靠聚苯板上的燕尾槽与混凝土进行咬合固定的，由于聚苯板本身的强度不够高，因此在固定后其面层也不能承受太大的荷载。在无网聚苯板面层附加20kg／m2大小的荷载进行抗震试验时，其面层材料没有出现任何破坏现象，由此可见，在无网聚苯板面层上可以附加不大于20kg／m2大小的荷载，宜采用各种涂料进行饰面处理。
5 实际应用情况
ZL胶粉聚苯颗粒保温材料瓷砖饰面层作法，首先在山东临沂桃源大厦外墙外保温工程进行了高层应用，经过一冬一夏的实际考验，无任何开裂、脱落现象，可以初步说明此项技术的安全可行性。之后，我们又在珠江绿洲五栋百米高层建筑进行了高层应用，进一步完善此项技术，使该项技术的成熟程度得到了进一步的提高。如今，该项技术已在四十多个高层及一百多个多层建筑上进行应用。ZL胶粉聚苯颗粒保温体系粘贴面砖作法耐候能力的评价有待长期的实践跟踪观察。
