硅酮結(jié)構(gòu)密封膠耐久穩(wěn)定性及玻璃幕墻質(zhì)量控制措施

程 鵬，邢鳳群，郭月萍，金燕鴻，馮 培，楊玉寧（鄭州中原應(yīng)用技術(shù)研究開發(fā)有限公司，河南 鄭州 450000）

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠耐久穩(wěn)定性及玻璃幕墻質(zhì)量控制措施

程 鵬，邢鳳群，郭月萍，金燕鴻，馮 培，楊玉寧
（鄭州中原應(yīng)用技術(shù)研究開發(fā)有限公司，河南 鄭州 450000）

從硅酮結(jié)構(gòu)密封膠角度出發(fā)，分析玻璃幕墻典型質(zhì)量問題，闡述建工行業(yè)的一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)提出更加科學(xué)、嚴(yán)格的要求，明確指出建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品不低于25a設(shè)計(jì)使用年限，為建筑幕墻提供了質(zhì)量控制措施及安全保障。

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠；新標(biāo)準(zhǔn)；玻璃幕墻；質(zhì)量控制措施

玻璃幕墻因其美觀、節(jié)能、易維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。玻璃幕墻是以密封膠粘接密封的玻璃幕墻單元件為基礎(chǔ)裝配組合的結(jié)構(gòu)外墻，玻璃單元是依靠硅酮結(jié)構(gòu)密封膠與金屬框架彈性聯(lián)接在一起，結(jié)構(gòu)密封膠起結(jié)構(gòu)粘接作用，傳遞并承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。因此，硅酮結(jié)構(gòu)膠的耐久穩(wěn)定性直接影響幕墻安全。一旦結(jié)構(gòu)膠粘接失效，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)幕墻系統(tǒng)的失效，甚至產(chǎn)生透氣漏水、玻璃脫落等事故的發(fā)生。隨著玻璃幕墻工程的日益增多，因結(jié)構(gòu)膠帶來的玻璃幕墻工程質(zhì)量的問題也愈發(fā)突出。本文從硅酮結(jié)構(gòu)密封膠角度出發(fā)，分析玻璃幕墻典型質(zhì)量問題，通過闡述建工行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》（以下簡稱“新標(biāo)準(zhǔn)”）設(shè)置的產(chǎn)品質(zhì)量控制項(xiàng)目要求，提出相應(yīng)玻璃幕墻質(zhì)量控制措施。

1 玻璃幕墻工程質(zhì)量

1.1 建筑幕墻的維修和使用壽命

JGJ 102《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》中明確指出，玻璃幕墻的設(shè)計(jì)使用年限一般不低于25 a，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠作為其主要構(gòu)成材料之一，且起著十分關(guān)鍵的作用，使用壽命應(yīng)至少25 a。但是，目前國內(nèi)市場所售硅酮結(jié)構(gòu)密封膠均按照GB 16776—2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》進(jìn)行檢測(cè)［1］，控制產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)廠家依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)一般只能提供10 a的質(zhì)量保證，顯然不能滿足玻璃幕墻設(shè)計(jì)使用年限的最低要求。因此，結(jié)構(gòu)膠作為構(gòu)成玻璃幕墻的關(guān)鍵材料，其使用壽命決定了幕墻的使用年限。此外，一旦結(jié)構(gòu)膠使用年限超過10 a，就需要對(duì)幕墻進(jìn)行維修和改建，對(duì)于現(xiàn)今越來越多的高層和超高層建筑幕墻，維修特別復(fù)雜，費(fèi)用也非常高。據(jù)相關(guān)技術(shù)人員統(tǒng)計(jì)，若在100 m的高空中更換一塊玻璃，費(fèi)用高達(dá)數(shù)十萬。建工行業(yè)已經(jīng)借鑒國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)編制了新標(biāo)準(zhǔn)《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》，于2014年12月通過審核。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品明確提出不低于25a設(shè)計(jì)使用年限的要求，以保證建筑幕墻工程質(zhì)量穩(wěn)定性及安全性。不低于25a的設(shè)計(jì)使用年限與JGJ 102中對(duì)玻璃幕墻的設(shè)計(jì)使用年限的要求相匹配［2］，解決了玻璃幕墻使用一段時(shí)間后因結(jié)構(gòu)膠老化而導(dǎo)致的維修改建等問題。

1.2 環(huán)境因素對(duì)結(jié)構(gòu)膠老化的影響

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠屬于高分子材料，在幕墻實(shí)際應(yīng)用過程中，會(huì)受到周圍環(huán)境因素的影響［3～4］，如：雨水、紫外光照射、高溫、高濕、嚴(yán)寒以及沿海、鹽堿地帶鹽霧環(huán)境和因環(huán)境污染而產(chǎn)生的酸霧環(huán)境等因素都會(huì)加速密封膠的老化，使其在應(yīng)用過程中出現(xiàn)變色、起泡、裂紋甚至脆化、開裂、脫粘等現(xiàn)象，使用壽命降低，嚴(yán)重影響幕墻工程安全。

1.3 復(fù)雜受力對(duì)結(jié)構(gòu)膠老化的影響

隨著玻璃幕墻造型的新穎獨(dú)特，對(duì)結(jié)構(gòu)密封膠的性能提出了更高的要求。結(jié)構(gòu)密封膠應(yīng)用于玻璃幕墻中，承受多種復(fù)雜的外力：（1）水平正反方向的風(fēng)荷載，見圖1 （a）；（2）垂直方向的剪切力，見圖1 （b）；（3）因結(jié)構(gòu)膠缺陷易造成應(yīng)力集中而導(dǎo)致的撕裂力；（4）循環(huán)風(fēng)荷載、震動(dòng)等動(dòng)態(tài)荷載造成的機(jī)械疲勞應(yīng)力；（5）長期玻璃自重荷載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)生蠕變的應(yīng)力，見圖1（c）。這些復(fù)雜外力使結(jié)構(gòu)密封膠長期處于肉眼無法觀測(cè)到的動(dòng)態(tài)變形狀態(tài)，加速結(jié)構(gòu)密封膠的老化。

圖1 結(jié)構(gòu)密封膠受力示意圖Fig.1 Stressing diagram of structure sealant

1.4 密封膠產(chǎn)品質(zhì)量問題

（1）密封膠中填充白油、裂解硅油等劣質(zhì)增塑劑。

白油是石油潤滑油餾分高壓加氫精制而成的無色、無味白色油狀長鏈烷烴，沸點(diǎn)低且易揮發(fā)，微量使用可以改善密封膠的表面光澤。密封膠中填充了白油，不僅使密封膠的成本大大降低，同時(shí)使密封膠的外觀、擠出性能有很大改善。但隨著時(shí)間的推移，密封膠中白油逐漸揮發(fā)，致使密封膠自身變硬、變脆，甚至出現(xiàn)開裂現(xiàn)象；同時(shí)白油與丁基密封膠的極性相近，根據(jù)相似相容原理，丁基密封膠遇到白油時(shí)，就會(huì)被其溶脹、溶解，造成中空玻璃流油、出霧、脫粘等現(xiàn)象［5］。

裂解硅油是回收已固化過的硅酮密封膠經(jīng)高溫裂解提取所得的硅油，其揮發(fā)分高，化學(xué)成分復(fù)雜，含有多種極性物質(zhì)，如果添加到硅酮結(jié)構(gòu)密封膠中，不但與主體硅橡膠相容性不好、易揮發(fā)，使密封膠變硬變脆，還會(huì)與丁基或型材發(fā)生不良反應(yīng)，導(dǎo)致密封膠脫粘失效。

（2）密封膠自身耐老化能力差。經(jīng)過一段時(shí)間的風(fēng)吹、雨淋、日曬老化后，密封膠的各項(xiàng)性能有大幅度的衰減，密封膠會(huì)變硬、變脆，在建筑工程上使用后會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的開裂、漏水問題。

2 質(zhì)量控制措施

相關(guān)的硅酮結(jié)構(gòu)膠標(biāo)準(zhǔn)，目前主要有中國GB16776—2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》、美國ASTM C1184—2005《硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》、歐洲ETAG 002—2012《結(jié)構(gòu)密封膠裝配套件（SSGK）的歐洲技術(shù)認(rèn)證指南》［6］，此外歐洲還有EN15434：2006（2010）《建筑用玻璃-結(jié)構(gòu)用或抗紫外線密封膠產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（用于結(jié)構(gòu)密封裝配或外露密封中空玻璃單元）》［7］，其中ETAG002與EN15434有關(guān)硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的要求基本相同。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG002針對(duì)環(huán)境、復(fù)雜受力、質(zhì)量控制等影響因素提出相應(yīng)檢測(cè)項(xiàng)目，對(duì)硅酮結(jié)構(gòu)膠的耐久穩(wěn)定性提出了嚴(yán)格要求，相對(duì)于G B 1 6 7 7 6—2 0 0 5、A S T M C1184—2005大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量水平。新標(biāo)準(zhǔn)《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》借鑒國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)ETAG 002—2012與EN15434—2010編制，明確指出建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品不低于25a設(shè)計(jì)使用年限的要求，同時(shí)提出更加科學(xué)、嚴(yán)格的要求，能夠?yàn)榻ㄖ粔|(zhì)量問題提供控制措施。

2.1 密封膠加速老化的環(huán)境因素

新標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置了水-紫外光照試驗(yàn)、鹽霧環(huán)境試驗(yàn)、酸霧環(huán)境試驗(yàn)、幕墻清潔劑試驗(yàn)等檢測(cè)項(xiàng)目，綜合考慮各種環(huán)境因素對(duì)結(jié)構(gòu)密封膠老化的影響。

水-紫外光照老化試驗(yàn)是將密封膠材料暴露于紫外線輻照且同時(shí)浸泡于水中，模擬密封膠在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)受的太陽光照射、雨水等的復(fù)雜環(huán)境，測(cè)試密封膠的耐老化性能，水-紫外輻照試驗(yàn)的時(shí)間1 008 h，遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)（300 h），且對(duì)水質(zhì)及紫外光強(qiáng)度提出了更高的要求。

鹽霧環(huán)境試驗(yàn)和酸霧環(huán)境試驗(yàn)分別利用人工模擬鹽霧環(huán)境和酸霧環(huán)境條件來考核密封膠的耐老化性能。沿海地區(qū)和沿海陸地均在不同程度上云集鹽霧氣氛，鹽霧環(huán)境試驗(yàn)適于反映上述地區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)。大氣中的鹽霧微粒沉降在密封膠材料上時(shí)，能很快吸收空氣中的水分溶解成氯化物的水溶液，在一定的溫度條件下，溶液中的氯離子通過材料的微孔逐步滲透到內(nèi)部，加速材料的老化。鹽霧環(huán)境試驗(yàn)將結(jié)構(gòu)密封膠制備的試件放入鹽霧環(huán)境試驗(yàn)箱中處理20 d，通過該試驗(yàn)來考核材料的耐鹽霧老化的能力。因SO2氣體排放而導(dǎo)致的酸霧環(huán)境也會(huì)加速密封膠材料的老化，酸霧環(huán)境試驗(yàn)將結(jié)構(gòu)密封膠制備的試件放入酸霧試驗(yàn)箱中進(jìn)行循環(huán)處理20 d，以此來考查材料的耐酸霧老化性能。

2.2 密封膠加速老化的力學(xué)因素

針對(duì)結(jié)構(gòu)密封膠應(yīng)用于玻璃幕墻中承受多種復(fù)雜外力的影響，除國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的拉伸性能［圖2（a）］要求外，新標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置了剪切、撕裂、機(jī)械疲勞、蠕變檢測(cè)項(xiàng)目，全面考慮了結(jié)構(gòu)密封膠在實(shí)際使用過程中所受到的各種復(fù)雜外力。

剪切性能測(cè)試示意圖見圖2（b），模擬剪切作用力對(duì)結(jié)構(gòu)膠性能的影響，評(píng)價(jià)密封膠抵抗剪切破壞的能力。撕裂性能試驗(yàn)試件見圖3，將“工”型試樣2端切開深5 mm的切口，然后進(jìn)行拉伸進(jìn)行撕裂性能試驗(yàn)，用于評(píng)估結(jié)構(gòu)密封膠因施工等原因產(chǎn)生缺口后的抗撕裂能力。疲勞性能是考查循環(huán)風(fēng)荷載、震動(dòng)荷載等疲勞應(yīng)力對(duì)密封膠粘接性能的影響，將試樣進(jìn)行反復(fù)拉伸，8 s為一循環(huán)周期，共進(jìn)行5 350次循環(huán)，進(jìn)一步反應(yīng)密封膠的耐老化性能。蠕變是指材料在長時(shí)間的恒溫和恒定應(yīng)力作用下，發(fā)生緩慢塑性變形的現(xiàn)象，利用蠕變?cè)囼?yàn)?zāi)M結(jié)構(gòu)膠長期承受玻璃自重荷載下發(fā)生應(yīng)變的情況。

圖2 密封膠“工”型試件Fig.2 Specimens for tensile test and shear test of sealants

圖3 撕裂性能測(cè)試試件Fig.3 Specimen for tearing test （a— 平板玻璃；b—密封膠端部5 mm深切口；c—鋁基材）

2.3 密封膠產(chǎn)品的鑒定

新標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置了熱重分析、紅外光譜分析、密度、硬度等控制項(xiàng)目，保證產(chǎn)品質(zhì)量。密度關(guān)系到密封膠的用量和配比。硬度太大或太小也會(huì)對(duì)密封膠的使用產(chǎn)生一些不良影響，同時(shí)硬度大小也能反映出產(chǎn)品是否一致。熱重分析可以定量分析密封膠中低沸點(diǎn)物質(zhì)的含量，紅外光譜可以定性地判斷出物質(zhì)的官能團(tuán)，初步確定物質(zhì)的類別。利用熱重分析和紅外光譜分析可以保證產(chǎn)品的一致性，有效判斷硅酮密封膠中是否摻有劣質(zhì)增塑劑（如白油等）。

2.4 對(duì)密封膠老化后力學(xué)性能的判定方法

新標(biāo)準(zhǔn)用力學(xué)性能保持率的方法來衡量密封膠性能的優(yōu)劣。不同溫度條件下的拉伸粘接性、鹽霧環(huán)境后的拉伸粘接性、酸霧環(huán)境后的拉伸粘接性、水-紫外線光照后的拉伸粘接性、撕裂性能、疲勞性能都是采用處理后的拉伸強(qiáng)度與初始條件的拉伸強(qiáng)度相比，要求比值（即性能保持率）≥0.75。該項(xiàng)要求旨在控制結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品的耐久性，即要求結(jié)構(gòu)膠在長期使用過程中經(jīng)受各種老化因素的影響后，仍能夠保持較好的性能，具有較長使用壽命。

針對(duì)滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品及國內(nèi)市場銷售的滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，進(jìn)行長期大氣曝曬試驗(yàn)并定期抽樣跟蹤測(cè)試，對(duì)比分析其耐久性。表1為滿足新標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，表2中1#～3#為僅滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，表3為大氣曝曬后各產(chǎn)品的力學(xué)性能保持率。

通過36個(gè)月的持續(xù)大氣曝曬，滿足新標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品拉伸粘接強(qiáng)度基本保持不變，斷裂伸長率在初期因深層后固化而略有增加，3個(gè)月后趨于穩(wěn)定；而其余滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品經(jīng)過18個(gè)月的大氣曝曬后，拉伸粘接強(qiáng)度均表現(xiàn)出不同程度的衰減，斷裂伸長率急劇降低。結(jié)果可以看出，滿足新標(biāo)準(zhǔn)的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠具有良好的力學(xué)性能，優(yōu)異的耐久性，能夠保證幕墻的安全和使用壽命。

3 結(jié)論

結(jié)構(gòu)膠在玻璃幕墻工程中具有重要的作用，其耐久穩(wěn)定性直接關(guān)系到玻璃幕墻的安全。目前，建工行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》借鑒國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)編制，規(guī)定了硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的設(shè)計(jì)使用年限不低于25a，與幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限相一致，檢測(cè)方法全面，設(shè)定的項(xiàng)目和判定方法更加科學(xué)、合理，更符合硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，能夠嚴(yán)格控制硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的耐久穩(wěn)定性，有效解決玻璃幕墻工程因結(jié)構(gòu)膠而產(chǎn)生的系列質(zhì)量問題，保證建筑幕墻工程質(zhì)量穩(wěn)定性及安全性。

表1 滿足新標(biāo)準(zhǔn)的硅酮結(jié)構(gòu)膠大氣曝曬試樣性能測(cè)試結(jié)果Tab.1 Atmospheric exposure test results of silicone structural sealant met the new

表2 國內(nèi)市場普通硅酮結(jié)構(gòu)膠大氣曝曬試樣性能測(cè)試結(jié)果Tab.2 Atmospheric exposure test results of common silicone structural sealants in domestic market

表3 大氣曝曬后各產(chǎn)品的力學(xué)性能保持率Tab.3 Mechanical property retention of different samples after atmospheric exposure

［1］GB 16776—2005，建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠［S］.2006.

［2］JGJ 102—2003，玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范［S］.2012.

［3］王娜，馬眷榮，劉海波.建筑密封膠老化的影響因素［J］.2011，（2）:56-58.

［4］黃應(yīng)昌，呂正蕓.彈性密封膠與膠黏劑［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2003:683-686

［5］程鵬，邢鳳群，秦靈芳等.中空玻璃密封膠失效原因分析及預(yù)防措施［J］.2013，（6）:36-39.

［6］ETAG 002， Guideline for European Technical Approval for Structural Sealant Glazing kits:Part 1 Supported and Unsupported Systems ［S］.2012.

［7］EN 15434， Glass in building-Product standard for structural and/or ultra-violet resistant sealant （for use with structural sealant glazing and/or insulating glass units with exposed seals）［S］.2006.

Durable stability of silicone structural sealants and quality control measures for glass curtain walls

CHENG Peng， XING Feng-qun， GUO Yue-ping， JIN Yan-hong， FENG Pei， YANG Yu-ning
（Zhengzhou Zhongyuan Applied Technology Research &Development Co.，Ltd.， Zhengzhou， Henan 450000， China）

In this paper， the typical quality problems of glass curtain walls were analyzed from the perspective of the silicone structural sealant. The new standard for construction industry was expounded. The new standards put forward more scientific， strict requirements， clearly pointed out that the silicone structural sealants for building curtain walls should have the minimum working life of 25 years， and provided the quality control measures and security assurance for the construction curtain walls.

silicone structural sealant； new standard； glass curtain wall； quality control measures

TQ436+.6

A

1001-5922（2015）12-0078-04

2015-07-29

程鵬，男，工程師，主要從事密封膠研發(fā)和質(zhì)量控制工作，E-mail：chengpeng308@163.com。