玻璃幕墻隱框開啟扇中空玻璃外片脫落問題研究

廖 拓

（廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)總站有限公司 廣州 510500）

1 項(xiàng)目概況

某玻璃幕墻位于廣州市天河區(qū)，該建筑為一棟辦公樓，竣工至今已7年。幕墻固定玻璃為明框安裝方式，開啟扇玻璃為隱框安裝方式（見圖1），玻璃幕墻最高標(biāo)高89 m，共有開啟扇約700 個(gè)，玻璃均采用中空玻璃。

圖1 隱框開啟扇示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Hidden Framing Opening Lights

本項(xiàng)目玻璃幕墻發(fā)生玻璃墜落事件，墜落玻璃為隱框開啟扇中空玻璃外片，外片玻璃墜落前未發(fā)生碎裂，為完整脫落，中空玻璃內(nèi)片完好，內(nèi)片上留有中空玻璃二道密封膠。

為確保中空玻璃的質(zhì)量，中空玻璃密封結(jié)構(gòu)一般采用雙道密封結(jié)構(gòu)（見圖2）。邢鳳群等人［1］在對(duì)中空玻璃密封膠的研究中指出，一道密封膠起預(yù)定位作用，并能隔離水汽、防止空氣和惰性氣體進(jìn)出中空玻璃空腔；二道密封膠是的作用是作為膠粘劑將玻璃和間隔條粘結(jié)成一個(gè)中空玻璃單元整體。

圖2 中空玻璃密封結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Insulating Glass Sealing Structure

初步判斷本項(xiàng)目為中空玻璃二道密封膠粘結(jié)失效導(dǎo)致外片脫落，需對(duì)中空玻璃二道密封膠進(jìn)行進(jìn)一步的檢查研究，為下一步采取處理措施提供技術(shù)依據(jù)。

2 制定研究方案

徐兵等人［2］指出，二道密封膠可由不同的材料制得，其中最主要的有3 種：聚硫密封膠、聚氨酯密封膠和硅酮密封膠。

馬啟元［3］曾對(duì)隱框幕墻中空玻璃脫膠墜落事故進(jìn)行分析，認(rèn)為事故多與結(jié)構(gòu)粘結(jié)選材、粘結(jié)尺寸設(shè)計(jì)及施工缺陷相關(guān)聯(lián)。

本項(xiàng)目將從質(zhì)量檢驗(yàn)和種類鑒別兩個(gè)方面對(duì)二道密封膠開展研究分析。質(zhì)量檢驗(yàn)方面包括注膠尺寸、注膠情況、外觀質(zhì)量、與玻璃的粘結(jié)質(zhì)量、邵氏硬度、最大拉伸強(qiáng)度時(shí)伸長(zhǎng)率；種類鑒別包括紅外光譜測(cè)試、元素分析、燃燒試驗(yàn)。

二道密封膠的檢查研究按開啟扇總數(shù)的1%且不少于5的比例進(jìn)行抽樣［4］，本項(xiàng)目開啟扇總數(shù)為700 件，因此按均勻分布的原則在現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取7 件開啟扇中空玻璃，并將其分解拆開后對(duì)二道密封膠進(jìn)行檢查研究。

3 檢查結(jié)果及分析

3.1 注膠尺寸、注膠情況、外觀質(zhì)量檢查

7 件開啟扇中空玻璃均為5 mm+9A+5 mm厚中空玻璃。所檢查1#～7#中空玻璃的二道密封膠注膠飽滿，未開裂、起泡，但均出現(xiàn)變色發(fā)白現(xiàn)象（見圖3）。密封膠出現(xiàn)變色，顯示膠體已發(fā)生理化反應(yīng)，可能出現(xiàn)粘結(jié)力下降、膠體硬化等問題。

圖3 二道密封膠變色Fig.3 Discoloration of Secondary Sealant

1#～7#中空玻璃二道密封膠的寬度為3.50～4.56 mm（見表1），均小于5 mm，未達(dá)到文獻(xiàn)［5］對(duì)二道密封膠寬度的最低要求：中空玻璃二道密封膠寬度應(yīng)≥5 mm。中空玻璃二道密封膠起結(jié)構(gòu)受力作用，承受風(fēng)荷載、重力荷載，其寬度未達(dá)到最低要求，說(shuō)明二道密封膠粘結(jié)尺寸設(shè)計(jì)存在問題，該中空玻璃為不合格產(chǎn)品，存在承載能力不足等安全隱患。

表1 二道密封膠尺寸測(cè)量結(jié)果Tab.1 Size Measurement Results of Secondary Sealant

3.2 與玻璃的粘結(jié)質(zhì)量檢查結(jié)果

為確保二道密封膠與玻璃基材粘結(jié)牢固，國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定二道密封膠在受拉發(fā)生破壞時(shí)的破壞方式應(yīng)為內(nèi)聚破壞，即結(jié)構(gòu)膠與玻璃基材的粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)大于膠體本身的粘結(jié)強(qiáng)度，如發(fā)生粘結(jié)破壞，粘結(jié)破壞面積應(yīng)≤10%［6］。

為檢驗(yàn)二道密封膠的粘結(jié)質(zhì)量，先將7 件中空玻璃分解，再分別進(jìn)行二道密封膠與內(nèi)、外片玻璃的剝離試驗(yàn)［7］。

剝離試驗(yàn)結(jié)果顯示，7 件玻璃的二道密封膠與內(nèi)、外片玻璃的的破壞方式均為粘結(jié)破壞（見圖4），剝離粘結(jié)破壞面積均為100%，說(shuō)明二道密封膠與玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于膠體本身的粘結(jié)強(qiáng)度。二道密封膠與內(nèi)、外片玻璃均粘結(jié)失效，內(nèi)、外片玻璃之間無(wú)有效粘結(jié)連接，外片玻璃隨時(shí)存在脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 二道密封膠與玻璃粘結(jié)破壞Fig.4 Bonding Failure of Secondary Sealant and Glass

3.3 邵氏硬度試驗(yàn)

程鵬等人［8］在結(jié)構(gòu)膠檢測(cè)及評(píng)價(jià)綜述中提到，邵氏硬度用于表征材料的軟硬程度，是指材料抵抗外物壓入、塑性變形等局部變形的能力。隨著密封膠使用時(shí)間的增長(zhǎng)，其硬度也會(huì)產(chǎn)生變化。二道密封膠老化失效的一個(gè)重要表現(xiàn)即邵氏硬度超出現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍（30～60）［6］。

對(duì)7 件中空玻璃的二道密封膠進(jìn)行邵氏硬度試驗(yàn)，結(jié)果顯示邵氏硬度為61～65，平均值為63（見表2），均大于60，超出允許范圍。二道密封膠老化變硬，反映出其性能已發(fā)生改變，中空玻璃的粘結(jié)裝配質(zhì)量存在問題。

表2 邵氏硬度試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test Results of Shore Hardness

3.4 最大拉伸強(qiáng)度時(shí)伸長(zhǎng)率試驗(yàn)

二道密封膠除了應(yīng)具有良好的粘結(jié)性能和一定的硬度以外，張凡等人［9］指出其還應(yīng)具有優(yōu)良的彈性，當(dāng)其因動(dòng)載荷引起變形后，能夠恢復(fù)初始的形態(tài)及性能。

對(duì)7 件中空玻璃的二道密封膠進(jìn)行最大拉伸強(qiáng)度時(shí)伸長(zhǎng)率試驗(yàn)，結(jié)果為40%～47%，平均值為44%（見表3），均小于50%，低于國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求：最大拉伸強(qiáng)度時(shí)伸長(zhǎng)率≥50%［6］。二道密封膠彈性降低，變形能力變差。

表3 最大拉伸強(qiáng)度時(shí)伸長(zhǎng)率試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Elongation Test Results at Maximum Tensile Strength

3.5 紅外光譜測(cè)試

對(duì)7 件中空玻璃的二道密封膠進(jìn)行紅外光譜測(cè)試，紅外光譜圖顯示，7 件密封膠光譜特性一致，在波長(zhǎng)749～743 cm-1處出現(xiàn)C-S 鍵的伸縮振動(dòng)峰，在波長(zhǎng)1 283～1 279 cm-1處出現(xiàn)與S 相連接的亞甲基-CH2-振動(dòng)峰，符合聚硫膠紅外光譜圖特征［10］，7 件密封膠均為聚硫膠。其中1#、4#、7#中空玻璃二道密封膠紅外光譜圖如圖5所示。

圖5 中空玻璃二道密封膠紅外圖譜Fig.5 IR Spectrum of Secondary Sealant of Insulating Glass

3.6 元素分析

對(duì)密封膠中元素周期表12 以后的部分元素成分進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。可見，7 件密封膠的元素組成及含量基本一致，說(shuō)明為同一類型的密封膠。密封膠中含有S 元素，而未能檢測(cè)到Si 成分，可以判斷膠樣非硅酮類密封膠，應(yīng)為聚硫膠，與紅外光譜測(cè)試結(jié)果一致。

表4 主要元素分析結(jié)果Tab.4 Analysis Results of Principal Elements （%）

3.7 燃燒試驗(yàn)

對(duì)密封膠進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，7 件密封膠燃燒時(shí)均具有較強(qiáng)的火焰，產(chǎn)生黑色煙霧，并產(chǎn)生刺激性氣體，燃燒灰燼為較堅(jiān)硬的塊狀。使用已知硅酮密封膠作為對(duì)比，硅酮密封膠燃燒時(shí)產(chǎn)生的火焰較弱，無(wú)刺激性氣體產(chǎn)生，煙為白色，燃燒灰燼呈白色，易粉化。膠樣燃燒狀態(tài)及灰燼狀態(tài)與硅酮膠不一致，對(duì)比情況如圖6所示。

圖6 燃燒狀態(tài)及灰燼狀態(tài)對(duì)比Fig.6 Combustion State and Ash State Comparison

3.8 結(jié)果分析

經(jīng)檢查，隱框開啟扇中空玻璃二道密封膠已外觀變色，膠體變硬、失去彈性，二道密封膠與內(nèi)、外片玻璃均粘結(jié)失效，密封膠性能嚴(yán)重下降。

通過紅外光譜測(cè)試、元素分析、燃燒試驗(yàn)等方法對(duì)膠體進(jìn)行種類鑒別，可判斷本項(xiàng)目隱框開啟扇中空玻璃二道密封膠為聚硫膠。吳永昌［11］曾指出，玻璃墜落的一種情況，是用在開啟部分的雙層玻璃采用聚硫膠。聚硫膠耐紫外線性能差，一般用于明框幕墻，聚硫膠在隱框幕墻中受陽(yáng)光長(zhǎng)期照射，會(huì)出現(xiàn)老化、粘結(jié)質(zhì)量下降等問題［7］。因此，本項(xiàng)目中空玻璃外片脫落的主要原因是二道密封膠使用了聚硫膠。

中空玻璃二道密封膠注膠寬度未達(dá)到最低要求，導(dǎo)致粘結(jié)力不足，也是外片玻璃脫落的原因之一。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)對(duì)二道密封膠進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和種類鑒別，得出以下主要結(jié)論：

⑴隱框開啟扇中空玻璃外片脫落的主要原因是二道密封膠使用了聚硫膠，需更換為二道密封膠采用硅酮膠的中空玻璃，才能確保本項(xiàng)目的安全。

⑵更換的玻璃需注意二道密封膠注膠寬度應(yīng)≥5 mm。

⑶對(duì)于隱框幕墻用中空玻璃，可采用燃燒試驗(yàn)等簡(jiǎn)單、快速的方法鑒別二道密封膠種類，以防止二道密封膠選材錯(cuò)誤，消除安全隱患，也避免后期因更換玻璃所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。