硅酮結(jié)構(gòu)密封膠質(zhì)量問題分析及控制措施

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　　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粘結(jié)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)粘結(jié)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（詞條“硅酮結(jié)構(gòu)膠”由行業(yè)大百科提供）的耐久穩(wěn)定性直接關(guān)系幕墻安全。一旦結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)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，造成極其不良的社會(huì)影響。隨著玻璃幕墻工程的日益增多，因結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品質(zhì)量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)密封膠的角度出發(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)JG/T475-2015《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》設(shè)置的產(chǎn)品質(zhì)量控制項(xiàng)目要求，對(duì)比分析提出相應(yīng)玻璃幕墻質(zhì)量控制措施。

　　1.建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠質(zhì)量問題

　　1.1使用壽命問題

　　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年[1]。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年。但是，目前國內(nèi)市場所售硅酮結(jié)構(gòu)密封膠均按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16776-2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》進(jìn)行檢測[2]，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年的質(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，成為了其中的“短板”，即結(jié)構(gòu)膠的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年，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，維修就會(huì)特別復(fù)雜，費(fèi)用也會(huì)非常高，據(jù)相關(guān)技術(shù)人員統(tǒng)計(jì)，若想在100米的高空中去更換一塊玻璃，費(fèi)用高達(dá)數(shù)十萬。

　　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，不可避免要受到周圍環(huán)境因素的影響，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

　　玻璃幕墻造型愈發(fā)新穎獨(dú)特，且越來越高，新設(shè)計(jì)形式的高層建筑不斷涌現(xiàn)也對(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)用于玻璃幕墻的過程中，承受多種復(fù)雜的外力：(1)水平正反方向的風(fēng)荷載，如圖1(a);(2)垂直方向的剪切力，如圖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（詞條“荷載”由行業(yè)大百科提供）、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，如圖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

　　1.4密封膠產(chǎn)品質(zhì)量問題

　　國內(nèi)密封膠市場混亂，市場競爭逐漸激化，一些密封膠企業(yè)為追逐暴利，不顧及社會(huì)責(zé)任，采用不正當(dāng)?shù)母偁幨侄�，以犧牲產(chǎn)品質(zhì)量為代價(jià)，制造超低價(jià)格的產(chǎn)品。甚至不惜以高填充、選用劣質(zhì)原料等坑害用戶的手段，降低產(chǎn)品價(jià)格，更甚者以偽劣產(chǎn)品假冒名牌，擾亂了市場并嚴(yán)重危害行業(yè)的健康發(fā)展。主要表現(xiàn)有以下幾個(gè)方面：

　　(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，用戶使用過程中暫時(shí)不能發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。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)相似相溶原理，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[3]。

　　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)份高，化學(xué)成份復(fù)雜，含有多種極性物質(zhì)，如果添加到硅酮結(jié)構(gòu)封膠中，不但與主體硅橡膠相容性不好、易揮發(fā)，使硅酮結(jié)構(gòu)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，存在嚴(yán)重安全隱患。

　　(2) 密封膠自身耐老化能力差。部分廠家的密封膠初始時(shí)各項(xiàng)性能都能達(dá)到國家(行業(yè))標(biāo)準(zhǔn)要求，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。

　　(3)假冒名牌、以次充好。部分廠家及工程承建商為了追求高額利潤，在制作工程的中間過程使用劣質(zhì)密封膠仿冒名牌產(chǎn)品、以次充好，給幕墻工程造成嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。部分企業(yè)靠低價(jià)競爭鋌而走險(xiǎn)，最終結(jié)果是使建筑工程的質(zhì)量嚴(yán)重下降，使玻璃幕墻成為城市上空的“不定時(shí)炸彈”變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，給人們的人身安全留下嚴(yán)重的隱患。

　　2.標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析及質(zhì)量控制措施

　　針對(duì)以上問題，采用科學(xué)嚴(yán)格的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求是一項(xiàng)重要措施。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》 [4]，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)》[5]，其中ETAG002與EN15434有關(guān)硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的要求基本相同，標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)比情況見表1。

表1.硅酮結(jié)構(gòu)密封膠標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)比

　　從表1中可以看出，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB16776-2005與美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM C1184設(shè)置試驗(yàn)項(xiàng)目基本一致，與歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG 002相比較為簡單，檢測項(xiàng)目不夠全面，有所欠缺。歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG 002針對(duì)環(huán)境、復(fù)雜受力、質(zhì)量控制等影響因素提出全面的檢測項(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GB16776-2005、ASTM C1184-2005大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量水平。建工行業(yè)已經(jīng)借鑒國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，由中國建筑防水協(xié)會(huì)、鄭州中原應(yīng)用技術(shù)研究開發(fā)有限公司等共同主編了新標(biāo)準(zhǔn)JG/T475-2015《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》，于2016年4月實(shí)施，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25年使用壽命的要求，與JGJ 102《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》中對(duì)玻璃幕墻的設(shè)計(jì)使用年限的要求相匹配，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。針對(duì)上述因硅酮結(jié)構(gòu)密封膠帶來的玻璃幕墻工程質(zhì)量問題，新科學(xué)設(shè)置相應(yīng)的檢測項(xiàng)目，尤其是關(guān)于硅酮結(jié)構(gòu)密封膠老化性能的試驗(yàn)方法，進(jìn)一步完善我國硅酮結(jié)構(gòu)膠標(biāo)準(zhǔn)，以提高硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的耐久穩(wěn)定性，保證其擁有較長的使用壽命。

　　2.1環(huán)境因素對(duì)密封膠加速老化方面

　　GB16776-2005僅僅考察了水-紫外光照、浸水、熱老化試驗(yàn)，沒有考慮到結(jié)構(gòu)密封膠在實(shí)際應(yīng)用過程中受到的鹽霧、酸霧等多種復(fù)雜的環(huán)境影響因素。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-紫外光照試驗(yàn)是結(jié)合紫外線輻照和暴露于水中的影響，測試密封膠的耐老化性能，新標(biāo)準(zhǔn)中水-紫外輻照試驗(yàn)的時(shí)間為1008h，遠(yuǎn)高于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)(300h)，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。

　　2.2力學(xué)因素對(duì)密封膠加速老化方面

　　GB16776-2005僅僅考察了拉伸性能，沒有考慮到結(jié)構(gòu)密封膠在實(shí)際應(yīng)用過程中受到的剪切、撕裂、疲勞等作用力。新標(biāo)準(zhǔn)在該方面增加設(shè)置了剪切、撕裂、機(jī)械疲勞、蠕變等檢測項(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。

　　2.3密封膠產(chǎn)品的一致性鑒定方面

　　GB16776-2005在該方面沒做要求，沒有考察結(jié)構(gòu)密封膠的一致性。新標(biāo)準(zhǔn)增加設(shè)置了熱重分析、紅外光譜分析、密度（詞條“密度”由行業(yè)大百科提供）等控制項(xiàng)目，保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性和唯一性。密度關(guān)系到密封膠的用量和配比，以及產(chǎn)品的一致性。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)的分子結(jié)構(gòu)，確定物質(zhì)組成。利用熱重分析和紅外光譜分析可以保證產(chǎn)品的一致性，杜絕假冒偽劣產(chǎn)品的應(yīng)用，同時(shí)有效地判斷硅酮密封膠中是否摻有劣質(zhì)增塑（詞條“增塑”由行業(yè)大百科提供）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

　　GB16776-2005采用靜態(tài)指標(biāo)控制密封膠老化后的力學(xué)性能，標(biāo)準(zhǔn)條件下拉伸粘結(jié)強(qiáng)度（詞條“粘結(jié)強(qiáng)度”由行業(yè)大百科提供）要求不低于0.60MPa，經(jīng)過高低溫、水紫外光照老化后要求不低于0.45MPa，此要求難以控制密封膠的耐久穩(wěn)定性，會(huì)導(dǎo)致一些密封膠產(chǎn)品出現(xiàn)初始拉伸強(qiáng)度較高，而老化后性能急劇降低的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致使用壽命較短。新標(biāo)準(zhǔn)用力學(xué)性能的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結(jié)性、鹽霧環(huán)境后的拉伸粘結(jié)性、酸霧環(huán)境后的拉伸粘結(jié)性、水紫外線光照后的拉伸粘結(jié)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)不低于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，仍然能夠保持較好的性能，具有較長使用壽命。

　　新標(biāo)準(zhǔn)借鑒國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)ETAG002-2012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25年使用壽命的要求，同時(shí)提出更加科學(xué)、嚴(yán)格的要求，能夠?yàn)榻ㄖ�幕墻質(zhì)量問題提供控制措施。

　　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，應(yīng)當(dāng)借鑒國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，完善我國硅酮結(jié)構(gòu)膠標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行強(qiáng)制政策提高行業(yè)準(zhǔn)入制度，以保證硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在使用中擁有較長的壽命。建工行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)JG/T475-2015《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，在給予硅酮結(jié)構(gòu)密封膠25年質(zhì)量保證的基礎(chǔ)上制定，與幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限相一致，檢測方法全面，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。

　　參考文獻(xiàn)

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

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　　[3]程鵬等，中空玻璃密封膠（詞條“中空玻璃密封膠”由行業(yè)大百科提供）失效原因分析及預(yù)防措施[J].2013，(6):36～39.

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

　　[5]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