【技术专栏】硅酮结构密封胶在幕墙上的应用
2019/10/8
建筑幕墙的应用始于19世纪末，在20世纪50年代，玻璃幕墙开始大规模应用于建筑外围护结构，宣告建筑幕墙时代到来。20世纪80年代，我国幕墙建筑开始萌芽，1981年修建的广州广交会展馆是我国幕墙时代开始的标志，将近40年的发展使我国建筑幕墙行业实现了从无到有、从模仿引进到自主创新的跨越式发展。目前，我国已成为世界建筑幕墙生产和使用的第一大国。在极端的气候环境下，我们可以看到设计严格、选材合理、施工规范可以保证硅酮密封胶在建筑幕墙上发挥良好的作用。但尽管如此，国内关于幕墙板片坠落、结构密封胶粘结破坏、耐候密封胶防水失效的案例仍频频发生。硅酮结构密封胶必须具有足够的宽度以承受风压和自重等因素。设计风压和玻璃的尺寸越大，硅酮结构密封胶宽度就越大；同样板片越重，硅酮结构密封胶的宽度就越大。正确的硅酮结构密封胶设计使密封胶容易安装，并可减少由不同温差位移引起的应力，同时硅酮结构密封胶不能限制在狭小的范围以免影响密封胶固化。硅酮结构密封胶在玻璃幕墙使用过程中受力十分复杂，不仅承受正反方向的风荷载，还要承受剪切、撕裂、机械疲劳、蠕变等各种不同的作用力。故而，要求硅酮结构密封胶必须具有较高的抗拉、抗剪、抗压和剥离粘结强度。结构密封胶粘结一旦失效会造成较大的安全隐患，这就需要我们选用符合设计要求的高品质硅酮结构密封胶。粘结是物理作用和化学作用共同体现的结果，因此还和以下因素有关：基材表面情况如粗糙度、表面能和化学组成等，表面的清洁程度，清洁溶剂选择，养护固化条件等。
硅酮结构密封胶的基本成分是羟端基聚二甲基硅氧烷聚合物，同时添加补强填料、催化剂、增塑剂等。目前硅酮结构密封胶的市场极为混乱，部分生产厂家为追求利益最大化，从降低成本着手，不惜加入劣质原材料，导致硅酮密封胶质量参差不齐，幕墙在竣工投入使用后短时间内便出现粘结失效、渗水、开裂粉化、流油甚至导致玻璃坠落等问题。隐框或半隐框幕墙使用的中空玻璃，二道密封也必须选用硅酮结构密封胶，不能选用聚硫密封胶，防止后期出现由于胶体自身老化导致的中空玻璃外片脱落问题。
由于玻璃幕墙在自然条件下要经受光、热、氧、雨、水等大气原因的影响，太阳光中的紫外线可以直接破坏高分子聚合物的分子链或诱发光氧反应，由材料表面逐渐向材料内部发展，使材料老化、性能下降。太阳光中的红外线经材料吸收转化为热能后使材料温度升高，会加速材料的分子运动，诱发热氧化反应，使高聚物降解，也使材料老化、性能下降。硅酮密封胶本身具有良好的耐气候老化性能，需要杜绝劣质的硅酮密封胶、改性硅酮密封胶作为幕墙的结构性使用。早期的幕墙工程，由于没有明确施胶的环境条件等要求，导致施工不规范，如工地现场施胶等，从而影响到硅酮结构密封胶的性能。这是因为温度、湿度是决定硅酮结构密封胶固化的主要因素，温度、湿度越高，固化越快，但过大的湿度也可能会抑制硅酮结构密封胶的固化；现场的灰尘或杂质也会影响到施胶质量和粘结效果。硅酮结构密封胶承受荷载和作用产生的应力大小，关系到幕墙构件的安全，对结构密封胶必须进行承载力核算，而且必须要保证最小的粘结宽度和厚度。硅酮结构密封胶的拉伸粘结强度值在国家强制性标准GB 16776-2005《建筑用硅酮结构密封胶》中明确规定了不低于0.60MPa；在风荷载或地震作用下，其总安全系数取值不小于4。根据JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》中硅酮结构密封胶的强度设计值：f1=0.2 N/mm2，f2=0.01 N/mm2。这个取值是根据概率极限状态设计方法来的，不应当因选取的密封胶不同而轻易进行更改。针对在地震和沿海台风多发地区，在进行硅酮结构密封胶计算时，可以考虑提高系统的整体安全系数，尽量采用超高性能硅酮结构密封胶（强度值≥1.2MPa），提高胶的安全系数，保证粘结部位有充分的余量，能够应对极端气候环境。在进行硅酮结构密封胶计算时，需要考虑风荷载、地震作用、板片永久荷载的影响。在超强台风区域，相对而言，地震作用、板片永久荷载影响相对比较稳定，而波动较大的是风荷载的变化。台风“山竹”登陆时，登陆时中心附近最大风力14级（45米/秒，相当于162公里/小时），核算出来的风压为1.26kN/m2，已经超过了深圳和厦门地区百年以来的风压值。因此在台风多发区域进行设计核算时，可以考虑提高基本风压，进而抵御超强台风。表1 风压从GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》附录E摘录
玻璃幕墙采用中空玻璃时，应符合现行国家标准GB/T 11944-2012《中空玻璃》：中空玻璃应采用双道密封；隐框、半隐框及点支承玻璃幕墙用中空玻璃的二道密封胶应采用硅酮结构密封胶，中空玻璃结构密封胶宽度应≥5mm，内道丁基胶层宽度应≥3mm。中空玻璃的二道密封胶接口设计可以参考JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》中5.6章节进行核算。考虑超强台风时，二道密封胶的粘结宽度应大于计算值，保证风荷载增大时中空玻璃外片也能够完整地粘合在主体结构上，防止出现由于外片粘结宽度不够而导致的外片掉落失效。在超强台风的作用下，幕墙开启扇部位不可避免会发生一些漏水的情况，开启扇部位类似于隐框玻璃幕墙，其中空玻璃二道密封也应选用硅酮结构密封胶。在特殊部位的设计时，如异形造型、转角部位，及需要现场板片切割时，必须明确材料的具体做法，且预留足够的空间保证密封胶的粘结。幕墙结构性装配时，必须选择满足国家标准GB 16776《建筑用硅酮结构密封胶》要求的硅酮结构密封胶，不能使用硅酮耐候胶，甚至是非硅酮类的产品。这些产品不能适用于结构性设计要求，使用会存在严重的安全隐患。密封胶在运输、存储过程中不可避免的会受热，受热后其物理性能可能衰减导致出现提前过期现象。特别是在夏天，温度较高，这种现象比较明显。因此密封胶在使用前应通过表干时间测试进行粗略判断，还应将硅酮胶打成胶条，待其固化3天后用手拉伸以测试其是否具有弹性，如果弹性良好则可以使用。硅酮结构密封胶在使用前，应经国家认可的检测机构进行与其相接触材料的相容性和剥离粘结性测试，并对邵氏硬度、标准状态拉伸粘结性能复检。
在项目施胶前，需要对密封胶进行检查。幕墙板片大多是在工厂内使用设备混合的双组分硅酮结构密封胶装配而成，在每天施胶时必须进行：蝴蝶测试（确认胶是否混合均匀）、拉断测试（确认胶的可操作时间）、随批剥离粘结性测试（确认胶与基材的粘结性），必要时进行蛇形测试（确认胶的整体固化是否正常）。
密封胶在施工时，必须严格按照标准的施工流程进行，标准的“两块抹布清洁法”、必要时使用底涂预处理、保证施胶的厚度和宽度满足设计要求，注胶过程中保证均匀一致性、防止引入气泡等，并做好相应的施工记录。
硅酮结构密封胶的固化受外界环境的影响较大，冬夏季硅酮结构密封胶固化的速度有一定差异，因此硅酮结构密封胶在施打后应严格按照标准进行养护，才能达到较好的应用性能。幕墙板片在搬运和安装之前，均必须进行现场的割胶测试予以确认，如果密封胶没有固化完全，与基材粘结效果不佳，不允许进行板片的搬运及安装操作。成品割胶测试适用于装配现场测试结构密封胶粘结性的检查，用于发现工地应用中的问题，如：基材不清洁或清洁不当、使用不合适的底涂、施工方法不当、不正确的接缝装配、接缝设计不合理以及其它影响粘结性的问题。该项检测需硅酮结构密封胶在标准条件下完全固化后进行，完全固化时间通常需要14天~21天（双组分14天，单组分21天）。
根据JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》要求，建筑幕墙竣工验收后一年时，应进行全面的检查，此后每五年检查一次。同时，在出现恶劣天气后，应及时进行全面的系统排查。在幕墙的定期维护保养过程中，我们首先需要检查硅酮结构密封胶与基材的粘结性，并对硬度值进行检测，初步判断胶体的老化情况，如有必要现场割胶后进行定量的力学性能考察。同时，针对检查出来的问题尽快制定专业的维修方案，保证幕墙的结构安全和防水密封性能。
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