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【技术】硅酮结构密封胶质量问题分析及控制措施 (2017-9-27)
发布日期:2017年09月27日

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,因结构胶产品质量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JG/T475-2015《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》设置的产品质量控制项目要求,对比分析提出相应玻璃幕墙质量控制措施。

1.建筑幕墙用硅酮结构密封胶质量问题

1.1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[1]。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[2],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。

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,如图1(a);(2)垂直方向的剪切力,如图1(b);(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,如图1(c)。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.标准对比分析及质量控制措施

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。相关的硅酮结构胶标准,目前主要有中国GB16776-2005《建筑用硅酮结构密封胶》、美国ASTM C1184-2005《硅酮结构密封胶》、欧洲ETAG 002-2012《结构密封胶装配套件(SSGK)的欧洲技术认证指南》 [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,标准的试验项目对比情况见表1。

表1.硅酮结构密封胶标准试验项目对比

试验项目

ETAG 002

JG/T475

GB 16776

ASTM C 1184

硬度,Shore A

报告

20~60

20~60

20~60

颜色

报告

外观要求

气泡

无气泡

无气泡

弹性恢复率,%

伸长变化率<5

伸长变化率<5

弹性模量,MPa

报告

报告

挤出性,s

报告

10

10

10

适用期,min

报告

20

20

表干时间,h

报告

3

3

3

下垂度

垂直放置,mm

报告

3

3

4.8

水平放置

报告

无变形

无变形

无变形

收缩性,%

10

质量变化≤6%

热重分析

报告

报告

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