0 引言

　　随着国家节能减排工作的推进，外墙外保温技术得到广泛应用。但受建筑物结构形式、气候条件、系统材料、施工技术、施工管理等因素影响，外墙外保温系统(以下简称“外保温系统”)空鼓、开裂、脱落等事故多有发生，造成人员伤亡、经济损失，社会影响恶劣。

　　外保温系统在欧洲称为外保温复合系统(external thermal insulation composite systems,ETICS)，在美国称为外保温和饰面系统(exterior insulation and finishing system,EIFS)。美国等国家由于严格执行产品认证及质量管控，外保温系统基本可超过其应用年限。德国建筑研究机构认为，经严格检验合格的外保温系统在正常使用条件下寿命为50～60年。因此，国外研究重点为建筑节能领域，但对外保温系统安全性能检测与评估的研究较少^[1,2,3]。在多年工程实践、理论和试验研究的基础上，目前欧洲和美国已有严格的外保温系统标准及规程，包括外保温系统强制认证标准、保温相关建筑材料有关标准等^[4,5,6,7]。国内外保温系统存在生产和施工质量控制不严的情况，现行各类技术标准中缺乏具体技术指导措施，导致外保温系统工程质量参差不齐，存在产品耐久性差、施工质量不合格、保温层脱落等问题，亟须研发快速有效的检测手段对其质量进行评估。

　　总结目前常用的外保温系统类型及优缺点，梳理国内外保温系统缺陷类型，并对无损和微损检测技术的应用进行现状分析和展望。

　　1 外保温系统常见类型

　　目前常用的保温系统分为内保温、夹芯保温、外保温及综合保温4种形式，其中外保温形式具有适用范围广、保温隔热效果明显、有利于保护主体结构和旧房改造等优点，是住房和城乡建设部倡导推广的形式，已广泛应用于各地建筑外墙上。

　　外保温系统通常由保温层、保护层和固定材料(胶粘剂、锚固件等)组成，是固定安装在外墙外表面非承重保温构造的总称。目前较成熟和常见的外保温系统包括膨胀聚苯(EPS)板薄抹灰外保温系统、挤塑聚苯(XPS)板薄抹灰外保温系统、无机轻集料砂浆外保温系统、胶粉聚苯颗粒保温浆料外保温系统、岩棉薄抹灰外保温系统等，实际工程中以保温板薄抹灰外保温系统和无机轻集料砂浆外保温系统较常见。

　　JGJ 144—2019《外墙外保温工程技术标准》^[8]中收入6种外保温系统，将保温层材料为粘贴EPS板、XPS板、PUR或PIR(硬泡聚氨酯)板的外保温系统统称为粘贴保温板薄抹灰外保温系统，此外还有胶粉聚苯颗粒保温浆料外保温系统、EPS板现浇混凝土外保温系统、EPS钢丝网架板现浇混凝土外保温系统。《外墙外保温工程技术标准》新增胶粉聚苯颗粒浆料贴砌EPS板外保温系统、现场喷涂硬泡聚氨酯外保温系统。2019年还实施了JGJ/T 253—2019《无机轻集料砂浆保温系统技术标准》^[9]和JGJ/T 480—2019《岩棉薄抹灰外墙外保温工程技术标准》^[10]。

　　1.1 EPS/XPS板薄抹灰外保温系统

　　粘贴保温板薄抹灰外保温系统由黏结层、保温层、抹面层和饰面层组成。保温板通过胶粘剂固定于基层上，薄抹面胶浆中满铺玻纤网，饰面层可为涂料或饰面砂浆，系统基本构造如图1所示^[8]。

　　EPS板薄抹灰外保温系统优点包括自重轻、保温效果好、无热桥、最大板厚不受限制、可满足严寒地区节能设计标准要求等，既适用于新建建筑，又适用于既有建筑节能改造。但应用于受负风压作用较大的部位时，宜增加锚栓辅助固定。该系统缺点为EPS板强度低(抗裂强度仅为0.1～0.12MPa)、易产生裂缝、防火性能较差。

　　图1 EPS/XPS板薄抹灰外保温系统  

　　XPS板薄抹灰外保温系统具有EPS板强度相对较高、保温隔热性能好等优点，但具有耐火性能差、系统易开裂、防水性能差、受天气影响大等缺点。

　　1.2 无机轻集料砂浆外保温系统

　　无机轻集料砂浆外保温系统是以无机砂浆为保温材料，由界面层、无机轻集料保温砂浆层(保温层)、抗裂防护层和饰面层组成的不燃型系统，具有保温隔热、防护和装饰功能，系统基本构造如图2所示^[9]。该系统施工简单、成本低，具有良好的防火隔热性能，克服传统材料吸水性大、易粉化的缺点。但受保温集料质量的影响，保温砂浆性能波动较大^[11]，砂浆制备方法尚未完全成熟，施工方式主要为人工抹灰，易存在空鼓、开裂等安全隐患，工期较长。

　　图2 无机轻集料砂浆外保温系统  

　　1.3 胶粉聚苯颗粒保温浆料外保温系统

　　胶粉聚苯颗粒保温浆料外保温系统由界面层、胶粉聚苯颗粒保温浆料保温层、抹面胶浆抹面层和饰面层组成，胶粉聚苯颗粒保温浆料以混合型干拌砂浆为胶凝材料，以聚苯乙烯泡沫颗粒为轻骨料，加入适当的抗裂纤维及添加剂，按比例配制，并在现场搅拌后涂抹于基层上形成保温层，系统基本构造如图3所示^[8]。该系统适用范围广，特别适用于屋顶、地下室、冷库等潮湿环境或对保温有特殊要求的建筑，施工可操作性强，价格低廉。但该系统保温层较厚，对施工工艺要求高，保温层平整度较差。

　　图3 胶粉聚苯颗粒保温浆料外保温系统  

　　1.4 岩棉薄抹灰外保温系统

　　岩棉薄抹灰外保温系统与EPS/XPS板薄抹灰外保温系统类似，由黏结层、保温层(岩棉条或岩棉板)、抹面层和饰面层组成。岩棉板是以火成岩为主要原料，经高温熔融后形成纤维，再加入黏结剂固化而成的憎水型保温隔热板。一般通过粘贴或锚钉与基层相连^[10]。该系统具有导热系数低、防火性能及透气性能好等优点。但岩棉板密度大，湿热条件下易变形和翘曲，吸水后质量大、强度低，抗风荷载能力弱，空鼓脱落风险大^[12]。

　　2 外保温系统缺陷类型及分类

　　欧洲部分学者通过研究将外保温系统常见缺陷分为连续性/完整性丧失(loss of continuity/integrity)、颜色或纹理变化(staining/colour or texture changes)、黏结失效(loss of adherence)、连接缺陷(defects in joints)四大类^[13]，并对每类缺陷设置5个退化等级，编号由0(无可视退化)至4(需立即采取措施的大面积退化)，如表1所示。部分学者将外保温系统缺陷划分为材料断裂异常(A-M)、颜色或美学异常(A-C)、平面度异常(A-P)三类^[1]，如图4所示。由表1、图4可知，国外关于外保温系统缺陷的研究多关注表面纹理变化，对黏结失效及保温板脱落的关注较少。

　　我国外保温系统由于受建筑物结构形式、系统材料、施工技术和施工管理等多方面因素的影响，连接安全性、美观耐久性、保温功能性和防火安全性等存在问题^[14]，其中保温层空鼓和脱落为最常见且最严峻的病害。对各类文献及相关外保温系统安全性能检测项目进行调研，收集不同外保温系统脱落事故案例(见表2)，分析发现，材料不合格及施工质量差是引起外保温系统黏结缺陷及脱落的主要原因。

　　表1 外保温系统缺陷及退化等级划分  

　　表2 外保温系统脱落事故案例及原因分析  

　　图4 外保温系统缺陷分类  

　　3 外保温系统缺陷无损和微损检测技术

　　当前全国各地外墙外保温改造工程已积累大量空鼓及脱落实际案例，多针对缺陷问题进行局部修补加固，缺乏系统性诊断评价。对于通过目视难以判断的内部空鼓及缺陷，仍无较好的检测方法。随着科学技术的不断发展，越来越多的检测技术应用于建筑工程领域。无损检测借助先进的技术和设备器材，可对被测对象表面及内部结构、性质、状态进行检测，具有无损、检测效率高、精度高等优点。目前，在建筑工程领域常用的无损检测技术包括目视、拉拔、冲击回波、红外热像、超声、探地雷达检测等^[15]，现对各类方法的应用及适用性进行分析。

　　3.1 目视法

　　目视法可分为直接目视检测、间接目视检测和透光目视检测，间接目视检测借助反光镜、望远镜、内窥镜、光导纤维、照相机、视频系统、自动系统、机器人及其他目视辅助装置，对难以进行直接目视检测的部位或区域进行检测。

　　目视法检测速度快、成本低，但在外保温系统检测中，仅能对目视范围内尺寸较大的裂纹、空鼓等缺陷进行检测，无法检测内部缺陷^[15]，同时要求检测人员具有丰富的经验，检测结果具有主观性，需与其他检测方法结合使用。目前在外保温系统缺陷检测中已应用无人机拍摄及无人机搭载红外热像仪的方式进行间接目视检测。

　　3.2 拉拔法

　　目前普遍采用现场拉拔试验检测外保温材料与基层的黏结强度，检测结论可作为外墙保温竣工验收依据^[16,17]。该方法在外保温系统外侧开方形或圆形槽，通过环氧树脂胶将金属盘黏结在方形或圆形槽上，固化后进行拉拔试验，利用测力计测量应力，与设计值进行比较，可评估外保温系统黏结强度和质量。但该方法属于有损检测法，需进行检测后的修补，且对建筑内部热工性能具有一定影响。

　　3.3 冲击回波法

　　冲击回波法通过施加微小冲击产生结构位移响应，频谱图上突出的峰表示应力波在结构表面与底面及缺陷间的反射波。根据最高峰频率值可计算结构厚度，根据其他频率峰值可判断是否存在缺陷及缺陷尺寸^[18,19]。冲击回波法为单侧反射检测，具有测试方便、快速、直观等优点。国外已将冲击回波法用于工程实践中，如探测混凝土结构疏松区、表面裂缝深度、混凝土中钢筋锈蚀产生的膨胀等。市场上较成熟的产品有美国NDT-PC型、荷兰THLCK型、丹麦Doctor型冲击回波测试仪，国内南京水利科学研究院、北京康科瑞工程检测技术公司和同济大学等开展了类似仪器的研发^[15]。

　　在外保温系统中，内部保温层空鼓、开裂等缺陷将引起应力波产生缺陷波，通过分析外保温系统表面位移频谱可判断是否存在缺陷及缺陷位置。由于保温材料为高衰减材料，应力波在保温层中传播时衰减严重，因此该方法仅能用于检测饰面层与保温层之间的缺陷，对保温层与基层之间缺陷的检测效果不佳。同时，由于外保温系统硬度较混凝土低，检测过程中在外保温系统表面施加冲击力时易出现破损现象。

　　3.4 红外热像法

　　红外热像法利用光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，经信号处理形成红外热像图。红外热像法在建筑中的应用起步较晚，但发展较快，在建筑外墙饰面层黏结质量、围护结构热工缺陷检测等方面应用较多^[15,20,21]。

　　国外建筑节能领域检测标准^[22]中明确指出红外热像法可对围护结构中保温层缺失、墙体渗漏及气密性进行检测。Balaras等^[23]介绍红外热像法在围护结构诊断中的应用，成功识别保温材料损失、热损失及热桥。Snell等^[24]采用红外热像法定位外保温系统发泡保温板中存在水浸入缺陷的位置，并指出在晴天或无风的傍晚对结构外部进行检测效果较好。Dufour等^[25]利用红外热像法对围护结构窗、墙部位进行拍摄，并着重研究气体渗漏情况，研究结果表明红外热像法可用于围护结构渗漏现场测量。Hopper等^[26]利用红外热像法对门、窗、保温外墙等部位进行检测，验证热成像技术评估外墙保温系统改造前后保温性能的有效性。Sim7es等^[27]利用主动和被动红外热像法对保温系统中锚钉位置和尺寸进行检测。

　　我国自20世纪80年代初开始将红外热像法应用于建筑工程领域，相关标准^[28]明确规定使用红外热像仪可检测围护结构热工缺陷，但仅为定性判断。陈崇一^[29]对外保温围护结构热工缺陷检测方法进行理论和应用研究，提出基于红外热像图分割和识别的热工缺陷检测系统。该系统利用机器学习算法进行缺陷分类，并进行主体墙体平均温度计算和缺陷面积提取，对施工过程中损伤造成的热工缺陷进行热成像。方修睦等^[30]将缺陷与主体墙体的温差和缺陷部分相对检测面积的百分比作为参考值，进行热工缺陷检测及等级判定。杨丽萍等^[31]根据相对温差和相对面积进行热工缺陷定级，但在量化过程中发现现有指标无法在实际应用中实现可视化。蒋济同等^[32]建立自然状态下带保温缺陷外墙三维传热模型，分析不同缺陷参数、墙体朝向、季节等多种组合下红外现场检测的最佳时间。田旭园等^[33]基于红外热像图对建筑物热工缺陷进行分析。

　　目前，红外热像法主要应用于外保温系统热工缺陷检测中，在空鼓、脱落等物理缺陷检测中的应用仍存在以下问题^[34,35,36]:(1)红外热像图仅能定性分析外保温系统是否存在内部缺陷及缺陷大致位置，无法量化缺陷尺寸、形状、位置和严重程度，经验依赖性大，难以提出针对性的维修或整治建议;(2)外保温系统由多层复合材料组成，表面红外辐射能受周围环境的影响较大，在定量测试和分析中尚有较多技术问题需解决。

　　3.5 超声法

　　超声法利用超声波与结构相互作用产生的反射波、透射波或散射波对结构进行无损评价，已成功应用于混凝土强度测试、混凝土缺陷检测、建筑外墙饰面质量检测中^[37,38]。张海义等^[39]基于动力学基本方程和传递矩阵法，研究Lamb波在桥面、大坝等平板结构无损检测中的应用。吴刚等^[40,41]利用空耦超声导波检测技术对层状混凝土板状结构中的缺陷进行成像，采用能量泄漏原理识别缺陷位置，并采用时间反转聚焦方法解决空耦超声导波信号在无砟轨道中传播时的模态混叠问题，成功检测出板式无砟轨道水泥沥青砂浆脱空病害。

　　理论上讲，当外保温系统组成材料、工艺条件、内部质量及测试距离一定时，各测点超声波传播速度、首波幅值和接收信号主频等声学参数无明显差异。如果某部分外保温系统存在空鼓、开裂、脱落等缺陷时，破坏了整体性，则通过该处的超声波声时明显偏长，波幅和接收信号频率发生明显变化。但由于超声波在保温层中传播时衰减严重，且频率越高衰减越严重，超声纵波信号不能透过保温层传播至基层墙体，使得超声相控阵技术无法检测保温层与墙体之间的缺陷。同时，由于电路串扰、压电晶片和壳体余震使得超声探头存在检测盲区，通常为量程的1%～5%，从而造成超声相控阵技术无法检测饰面层与保温层之间的缺陷。

　　Lamb波是由纵波和横波叠加而成的平面应变波，沿着保温层传播，所以Lamb波的传播距离远，缺陷反射波幅值大，在外保温系统缺陷检测中具有应用潜力。因此以无机保温砂浆外保温系统为研究对象，建立三维有限元模型，并采用面外位移占主导的A0模式Lamb波，对保温层与基层之间的保温层缺失缺陷进行测试。研究发现，Lamb波经过缺陷后的法向位移明显减小，缺陷处信号频谱图具有2个峰值，而正常信号仅有1个峰值频率，因此可结合时域信号图和频谱图判断外保温系统是否存在缺陷及缺陷位置。

　　3.6 探地雷达法

　　探地雷达法以宽频带短脉冲的形式，在地面将高频电磁波(1～1 000MHz)通过发射天线送入地下，经地层界面或目标体反射后返回地面，再由接收天线接收电磁波反射信号，通过反射信号时频特征和振幅特征分析地层或目标体特征信息^[42]。商业化的探地雷达系统包括美国SIR系统、加拿大pulse EKKO系列、瑞典RAMAC系统及日本GEORADAR系列等。探地雷达检测技术能反映和区分地下不同介质层的界面，计算其深度、厚度和介质性质，具有高分辨率、无损、高效、抗干扰能力强等优点，已广泛应用于考古、工程质量无损检测、环境工程等诸多领域^[43,44,45]，在饰面层与保温层之间空鼓缺陷检测中具有应用潜力，但检测精度与灵敏度有待进一步研究。

　　4 外保温系统相关检测标准

　　GB/T 31435—2015《外墙外保温系统材料安全性评价方法》^[46]规定了材料使用安全性(以黏结强度为主)、防火安全性、环保安全性，不涉及外保温系统整体安全性检测和评价。GB/T 29416—2012《建筑外墙外保温系统的防火性能试验方法》^[47]规定了安装在建筑外墙上的非承重外保温系统防火性能试验具体要求。GB/T 35169—2017《建筑外墙外保温系统耐候性试验方法》^[48]规定了耐候性试验方法。

　　JGJ 376—2015《建筑外墙外保温系统修缮标准》^[49]中规定了外保温系统修缮前应对其进行热工缺陷检测和系统黏结性能检测，分别参考JGJ/T132—2009《居住建筑节能检测标准》、JGJ/T 110—2017《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》执行。

　　JGJ/T 277—2012《红外热像法检测建筑外墙饰面粘结质量技术规程》^[50]主要介绍了红外热像仪、检测规定、检测数据分析及检测结论与报告。该规程中提到的检测方法仅适用于满粘法施工的饰面层黏结质量检测，尤其是EPS/XPS板薄抹灰外保温系统，无法准确判断红外热像图中出现的空鼓深度和缺陷面积。

　　DG/TJ 08—2038—2008《建筑围护结构节能现场检测技术规程》^[51]介绍了传热系数检测方法、热工缺陷检测方法、隔热性能检测方法及其他(包括锚栓抗拉拔强度等)性能检测方法。对局部外保温区域进行黏结性能检测时，该规程仅提供拉拔检测法。DGJ32/TJ 98—2010《钻芯法检测建筑外墙外保温构造技术规程》^[52]规定了采用钻芯法检验外保温层材料种类和保温层厚度的方法。

　　总体而言，目前针对外保温系统安全性仍缺乏定性与定量相结合的无损和微损检测标准，对工程检测的指导性存在不足。

　　5 结语

　　既有建筑外保温系统对于实现节能减排具有重要作用，但由于存在材料不合格和施工不到位等问题，外保温系统存在空鼓、开裂、脱落等缺陷，具有严重的安全隐患，亟须寻找高效精确的无损和微损检测技术进行质量检测。

　　1)对于红外热像法在外保温系统质量检测中的应用研究较广泛，该方法在定性检测外保温系统空鼓、开裂、热工缺陷等方面具有重要作用，但在定量检测方面仍不够成熟。

　　2)传统的超声纵波和相控阵检测方法应用于外保温系统检测中存在检测盲区和能量衰减严重的问题，而Lamb波平行于结构表面传播，不存在检测盲区，能量衰减较小，在外保温系统检测中具有较大应用潜力。

　　3)针对外保温系统特点，如多层结构、能量衰减严重等，需结合几种不同的无损检测技术进行外保温系统质量定性与定量检测。

　　4)目前仍缺乏定性与定量相结合的外保温系统无损和微损检测技术标准，有待相关检测技术研发后发布实施。