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硅酮结构胶耐久稳定性及玻璃幕墙质量控制措施
类别:辅材与设备  日期:2019-7-22  来源:  点击率:1116  打印 关闭



玻璃幕墙因其美观、节能、易维护等诸多优点而得到广泛应用。玻璃幕墙是以密封胶粘粘结密封的玻璃幕墙单元件为基础装配组合的结构外墙,玻璃单元是依靠硅酮结构密封胶与金属框架弹性联接在一起,结构密封胶起结构粘结作用,传递并承担主体结构的应力,因此硅酮结构胶的耐久稳定性直接关系幕墙安全。一旦结构胶粘结失效,就会导致整个幕墙系统的失效,甚至产生透气漏水、玻璃脱落等事故的发生,造成极其不良的社会影响。随着玻璃幕墙工程的日益增多,因结构胶带来的玻璃幕墙工程质量的问题也愈发突出,本文从硅酮结构密封胶的角度出发,分析玻璃幕墙典型质量问题,通过阐述建工行业新标准《建筑幕墙用硅酮结构密封胶产品》(以下简称“新标准”)设置的产品质量控制项目要求,提出相应玻璃幕墙质量控制措施。

1.玻璃幕墙工程质量问题

1.1建筑幕墙的维修和使用寿命问题

JGJ 102《玻璃幕墙工程技术规范》中明确指出,玻璃幕墙的设计使用年限一般不低于25年,硅酮结构密封胶作为其主要构成材料之一,且起着十分关键的作用,使用寿命应至少25年。但是,目前国内市场所售硅酮结构密封胶均按照国家标准GB 16776-2005《建筑用硅酮结构密封胶》进行检测[1],控制产品质量,生产厂家依据该标准一般只能提供10年的质量保证,显然不能满足玻璃幕墙设计使用年限的最低要求。因此,结构胶作为构成玻璃幕墙的关键材料,成为了其中的“短板”,即结构胶的使用寿命决定了幕墙的使用年限。此外,一旦结构胶使用年限超过10年,就需要对幕墙进行维修和改建,对于现今越来越多的高层和超高层建筑幕墙,维修就会特别复杂,费用也会非常高,据相关技术人员统计,若想在100米的高空中去更换一块玻璃,费用高达数十万。建工行业已经借鉴国际先进标准编制了新标准《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》,于2014年12月通过审核,该标准对建筑幕墙用硅酮结构密封胶产品明确提出最低25年使用寿命的要求,以保建筑幕墙工程质量稳定性及安全性。最低25年的使用寿命与JGJ 102《玻璃幕墙工程技术规范》中对玻璃幕墙的设计使用年限的要求相匹配[2],解决了玻璃幕墙使用一段时间后因结构胶老化而导致的维修改建等问题。

1.2环境因素对结构胶老化的影响

硅酮结构密封胶属于高分子材料,在幕墙实际应用过程中,不可避免要受到周围环境因素的影响,如:雨水、紫外光照射、高温、高湿、严寒以及沿海、盐碱地带盐雾环境和因环境污染而产生的酸雾环境等因素都会加速密封胶的老化,使其在应用过程中出现变色、起泡、裂纹甚至脆化、开裂、脱粘等现象,使用寿命降低,严重影响幕墙工程安全。

1.3复杂受力对结构胶老化的影响

玻璃幕墙造型愈发新颖独特,且越来越高,新设计形式的高层建筑不断涌现也对结构密封胶的性能提出了更高的要求。结构密封胶应用于玻璃幕墙的过程中,承受多种复杂的外力:(1)水平正反方向的风荷载;(2)垂直方向的剪切力;(3)因结构胶缺陷易造成应力集中而导致的撕裂力;(4)循环风荷载、震动等动态荷载造成的机械疲劳应力;(5)长期玻璃自重荷载导致结构胶产生蠕变的应力。这些复杂外力使结构密封胶长期处于肉眼无法观测到的动态变形状态,加速结构密封胶的老化。

1.4密封胶产品质量问题

国内密封胶市场混乱,市场竞争逐渐激化,一些密封胶企业为追逐暴利,不顾及社会责任,采用不正当的竞争手段,以牺牲产品质量为代价,制造超低价格的产品。甚至不惜以高填充、选用劣质原料等坑害用户的手段,降低产品价格,更甚者以伪劣产品假冒名牌,扰乱了市场并严重危害行业的健康发展。主要表现有以下几个方面:

(1)密封胶中填充白油、裂解硅油等劣质增塑剂。

白油是石油润滑油馏分高压加氢精制而成的无色、无味白色油状长链烷烃,沸点低且易挥发,微量使用可以改善密封胶的表面光泽。密封胶中填充了白油,不仅使密封胶的成本大大降低,同时使密封胶的外观、挤出性能有很大改善,用户使用过程中暂时不能发现质量问题。随着时间的推移,密封胶中白油逐渐挥发,致使密封胶自身变硬、变脆,甚至出现开裂现象;同时白油与丁基密封胶的极性相近,根据相似相溶原理,丁基密封胶遇到白油时,就会被其溶胀、溶解,造成中空玻璃流油、出雾、脱粘等现象[3]。

裂解硅油是回收已固化过的硅酮密封胶经高温裂解提取所得的硅油,其挥发份高,化学成份复杂,含有多种极性物质,如果添加到硅酮结构封胶中,不但与主体硅橡胶相容性不好、易挥发,使硅酮结构密封胶变硬变脆,还会与丁基或型材发生不良反应,导致密封胶脱粘失效,存在严重安全隐患。

(2) 密封胶自身耐老化能力差。部分厂家的密封胶初始时各项性能都能达到国家(行业)标准要求,经过一段时间的风吹、雨淋、日晒老化后,密封胶的各项性能有大幅度的衰减,密封胶会变硬、变脆,在建筑工程上使用后会出现严重的开裂、漏水问题。

(3)假冒名牌、以次充好。部分厂家及工程承建商为了追求高额利润,在制作工程的中间过程使用劣质密封胶仿冒名牌产品、以次充好,给幕墙工程造成严重的质量隐患。部分企业靠低价竞争铤而走险,最终结果是使建筑工程的质量严重下降,使玻璃幕墙成为城市上空的“不定时炸弹”变为现实,给人们的人身安全留下严重的隐患。

2.质量控制措施

针对以上问题,采用科学严格的产品标准要求是一项重要措施。需要科学设置相应的检测项目,尤其是关于硅酮结构密封胶老化性能的试验方法,进一步完善我国硅酮结构胶标准,实行强制政策提高行业准入制度,以提高硅酮结构密封胶的耐久稳定性,保证其拥有较长的使用寿命。

相关的硅酮结构胶标准国外最早是美国ASTM C1184《硅酮结构密封胶》,我国参考了ASTM标准制定了GB16776-1997《建筑用硅酮结构密封胶》,后进行了部分修改,颁布了2005版。欧洲于1999年颁布了ETAG 002《结构密封胶装配系统(SSGS)的欧洲技术认证指南》,并于2012年修订[4]。此外欧洲还有EN15434:2006(2010)《建筑用玻璃-结构用或抗紫外线密封胶产品标准(用于结构密封装配或外露密封中空玻璃单元)》[5],其中ETAG002与EN15434有关硅酮结构密封胶的要求基本相同,针对环境、复杂受力、质量控制等影响因素提出相应检测项目,对硅酮结构胶的耐久稳定性提出了严格要求,大幅度提高了产品质量水平。新标准《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》借鉴国际先进标准ETAG002-2012编制,明确指出建筑幕墙用硅酮结构密封胶产品最低25年使用寿命的要求,同时提出更加科学、严格的要求,能够为建筑幕墙质量问题提供控制措施。

2.1环境因素对密封胶加速老化方面

新标准设置了水-紫外光照试验、盐雾环境试验、酸雾环境试验、幕墙清洁剂试验等检测项目,综合考虑各种环境因素对结构密封胶老化的影响。

水-紫外光照试验是结合紫外线辐照和暴露于水中的影响,测试密封胶的耐老化性能,水-紫外辐照试验的时间1008h,远高于国家标准(300h),且对水质及紫外光强度提出了更高的要求。盐雾环境试验和酸雾环境试验分别利用人工模拟盐雾环境和酸雾环境条件来考核密封胶的耐老化性能。

2.2力学因素对密封胶加速老化方面

除国家标准规定的拉伸性能要求外,新标准增加设置了剪切、撕裂、机械疲劳、蠕变检测项目,全面考虑了结构密封胶在实际使用过程中所受到的各种复杂外力。

2.3密封胶产品的一致性鉴定方面

新标准增加设置了热重分析、红外光谱分析、密度、硬度等控制项目,保证产品的稳定性和唯一性。密度关系到密封胶的用量和配比,以及产品的一致性。硬度太大或太小也会对密封胶的使用产生一些不良影响,同时硬度大小也能反映出产品是否一致。热重分析可以定量分析密封胶中低沸点物质的含量,红外光谱可以定性地判断出物质的分子结构,确定物质组成。利用热重分析和红外光谱分析可以保证产品的一致性,杜绝假冒伪劣产品的应用,同时有效地判断硅酮密封胶中是否掺有劣质增塑剂(如白油等)。

2.4对密封胶老化后力学性能的判定方法

新标准用力学性能的保持率的方法来衡量密封胶性能的优劣。不同温度条件下的拉伸粘结性、盐雾环境后的拉伸粘结性、酸雾环境后的拉伸粘结性、水紫外线光照后的拉伸粘结性、撕裂性能、疲劳性能都是采用处理后的拉伸强度与初始条件的拉伸强度相比,要求比值(即性能保持率)≥0.75。该项要求旨在控制结构胶产品的耐久性,即要求结构胶在长期使用过程中经受各种老化因素的影响,仍然能够保持较好的性能,具有较长使用寿命。

针对满足新标准要求的产品及国内市场销售的普通产品,进行长期大气曝晒试验并定期抽样跟踪测试,对比分析其耐久性。持续跟踪30个月的测试结果见图1。

图1中,1#为满足新标准的产品,2#~5#为仅满足国家标准的产品。通过30个月的持续大气暴晒,满足新标准的产品拉伸粘结强度基本保持不变,断裂伸长率在老化初期略有增加,3个月后趋于稳定;而其余产品拉伸粘结强度均表现出不同程度的衰减,断裂伸长率降低。结果可以看出,满足新标准的硅酮结构密封胶具有良好的力学性能保持能力,优异的耐久性,能够更好的保证幕墙的安全和使用寿命。

3.结论

结构胶在玻璃幕墙工程中具有重要的作用,其耐久稳定性直接关系到玻璃幕墙的安全,应当借鉴国际先进标准,完善我国硅酮结构胶标准,实行强制政策提高行业准入制度,以保证硅酮结构密封胶在使用中拥有较长的寿命。目前,建工行业新标准《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》借鉴国际先进标准编制,在给予硅酮结构密封胶25年质量保证的基础上制定,与幕墙结构的设计使用年限相一致,检测方法全面,设定的项目和判定方法更加科学、合理、更符合硅酮结构密封胶的实际应用环境,能够严格控制硅酮结构密封胶的耐久稳定性,保证建筑幕墙工程质量稳定性及安全性。



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