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玻璃幕墻因其美觀、節(jié)能、易維護等諸多優(yōu)點而得到廣泛應用。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，傳遞并承擔主體結(jié)構(gòu)的應力，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，就會導致整個幕墻系統(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)新標準JG/T475-2015《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》設置的產(chǎn)品質(zhì)量控制項目要求，對比分析提出相應玻璃幕墻質(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，玻璃幕墻的設計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準GB 16776-2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》進行檢測[2]，控制產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)廠家依據(jù)該標準一般只能提供10年的質(zhì)量保證，顯然不能滿足玻璃幕墻設計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，就需要對幕墻進行維修和改建，對于現(xiàn)今越來越多的高層和超高層建筑幕墻，維修就會特別復雜，費用也會非常高，據(jù)相關(guān)技術(shù)人員統(tǒng)計，若想在100米的高空中去更換一塊玻璃，費用高達數(shù)十萬。
1.2環(huán)境因素對結(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，在幕墻實際應用過程中，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)境等因素都會加速密封膠的老化，使其在應用過程中出現(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，嚴重影響幕墻工程安全。
1.3復雜受力對結(jié)構(gòu)膠老化的影響
玻璃幕墻造型愈發(fā)新穎獨特，且越來越高，新設計形式的高層建筑不斷涌現(xiàn)也對結(jié)構(gòu)密封膠的性能提出了更高的要求。結(jié)構(gòu)密封膠應用于玻璃幕墻的過程中，承受多種復雜的外力：(1)水平正反方向的風荷載，如圖1(a);(2)垂直方向的剪切力，如圖1(b);(3)因結(jié)構(gòu)膠缺陷易造成應力集中而導致的撕裂力;(4)循環(huán)風荷載（詞條“荷載”由行業(yè)大百科提供）、震動等動態(tài)荷載造成的機械疲勞應力;(5)長期玻璃自重荷載導致結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)生蠕變的應力，如圖1(c)。這些復雜外力使結(jié)構(gòu)密封膠長期處于肉眼無法觀測到的動態(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，不顧及社會責任，采用不正當?shù)母偁幨侄危誀奚a(chǎn)品質(zhì)量為代價，制造超低價格的產(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)品價格，更甚者以偽劣產(chǎn)品假冒名牌，擾亂了市場并嚴重危害行業(yè)的健康發(fā)展。主要表現(xiàn)有以下幾個方面：
(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不能發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。隨著時間的推移，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，就會被其溶脹、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，化學成份復雜，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，還會與丁基或型材發(fā)生不良反應，導致密封膠脫粘失效，存在嚴重安全隱患。
(2) 密封膠自身耐老化能力差。部分廠家的密封膠初始時各項性能都能達到國家(行業(yè))標準要求，經(jīng)過一段時間的風吹、雨淋、日曬老化后，密封膠的各項性能有大幅度的衰減，密封膠會變硬、變脆，在建筑工程上使用后會出現(xiàn)嚴重的開裂、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，給幕墻工程造成嚴重的質(zhì)量隱患。部分企業(yè)靠低價競爭鋌而走險，最終結(jié)果是使建筑工程的質(zhì)量嚴重下降，使玻璃幕墻成為城市上空的“不定時炸彈”變?yōu)楝F(xiàn)實，給人們的人身安全留下嚴重的隱患。
2.標準對比分析及質(zhì)量控制措施
針對以上問題，采用科學嚴格的產(chǎn)品標準要求是一項重要措施。相關(guān)的硅酮結(jié)構(gòu)膠標準，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)品標準(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，標準的試驗項目對比情況見表1。
表1.硅酮結(jié)構(gòu)密封膠標準試驗項目對比
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試驗項目 |
ETAG 002 |
JG/T475 |
GB 16776 |
ASTM C 1184 |
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硬度（詞條“硬度”由行業(yè)大百科提供），Shore A |
報告 |
20~60 |
20~60 |
20~60 |
|
顏色 |
報告 |
外觀要求 |
○ |
○ |
|
氣泡 |
無氣泡 |
無氣泡 |
○ |
○ |
|
彈性恢復率，% |
伸長變化率＜5 |
伸長變化率＜5 |
○ |
○ |
|
彈性模量，MPa |
報告 |
報告 |
○ |
○ |
|
擠出性，s |
報告 |
≤10 |
≤10 |
≤10 |
|
適用期，min |
報告 |
≥20 |
≥20 |
○ |
|
表干時間，h |
報告 |
≤3 |
≤3 |
≤3 |
|
下垂度 |
垂直放置，mm |
報告 |
≤3 |
≤3 |
≤4.8 |
|
水平放置 |
報告 |
無變形 |
無變形 |
無變形 |
|
收縮（詞條“收縮”由行業(yè)大百科提供）性，% |
＜10 |
質(zhì)量變化≤6% |
○ |
○ |
|
熱重分析 |
報告 |
報告 |
○ |
○ |
|
紅外光譜分析﹡ |
○ |
報告 |
○ |
○ |
|
拉伸粘結(jié)性 |
23℃ |
報告K12.5值，
Ru,5值 |
報告K12.5值，
Ru,5值 |
≥0.60MPa |
≥0.345MPa |
|
80℃/88℃/90℃ |
△Xmean≥75%
（80℃） |
△Xmean≥75%
（80℃） |
≥0.45MPa
（90℃） |
≥0.345MPa（88℃） |
|
-20℃/-29℃/-30℃ |
△Xmean≥75%
（-20℃） |
△Xmean≥75%
（-20℃） |
≥0.45MPa（-30℃） |
≥0.345MPa（-29℃） |
|
內(nèi)聚破壞 |
≥90％ |
≥90％ |
≥95％ |
○ |
|
最大拉伸強度時伸長率（詞條“伸長率”由行業(yè)大百科提供）% |
○ |
○ |
≥100 |
○ |
|
剪切強度 |
23℃ |
報告Ru,5值 |
報告Ru,5值 |
○ |
○ |
|
80℃ |
△Xmean≥75% |
△Xmean≥75% |
○ |
○ |
|
-20℃ |
△Xmean≥75% |
△Xmean≥75% |
○ |
○ |
|
內(nèi)聚破壞 |
≥90％ |
≥90％ |
○ |
○ |
|
撕裂強度 |
△Xmean≥0.75，
內(nèi)聚破壞≥90% |
△Xmean≥0.75，
內(nèi)聚破壞≥90% |
○ |
○ |
|
機械疲勞試驗 |
△Xmean≥0.75，
內(nèi)聚破壞≥90% |
△Xmean≥0.75，
內(nèi)聚破壞≥90% |
○ |
○ |
|
蠕變 |
力卸載24h后:最大位移 |
u≤0.1mm |
u≤0.1mm |
○ |
○ |
|
環(huán)境影響 |
水-紫外線輻照試驗 |
△Xmean≥0.75，
0≦x%≦12.5要求 0.5 ≦Kx,c/Kx ≦1.10,
內(nèi)聚破壞≥90% |
△Xmean≥0.75，
0≦x%≦12.5要求 0.5 ≦Kx,c/Kx ≦1.10,
內(nèi)聚破壞≥90% |
≥0.45MPa，
內(nèi)聚破壞≥95% |
≥0.345MPa |
|
NaCl環(huán)境（鹽霧試驗） |
△Xmean≥0.75，
內(nèi)聚破壞≥90% |
△Xmean≥0.75，
內(nèi)聚破壞≥90% |
○ |
○ |
|
SO2環(huán)境（酸霧試驗） |
△Xmean≥0.75，
內(nèi)聚破壞≥90% |
△Xmean≥0.75，
內(nèi)聚破壞≥90% |
○ |
○ |
|
清潔劑 |
△Xmean≥0.75，
內(nèi)聚破壞≥90% |
△Xmean≥0.75，
內(nèi)聚破壞≥90% |
○ |
○ |
|
浸水 |
○ |
○ |
≥0.45MPa，
內(nèi)聚破壞≥95% |
≥0.345MPa |
|
密封膠自身的抗UV性能 |
△Xmean≥0.75 |
△Xmean≥0.75 |
○ |
○ |
|
熱老化 |
熱失重/% |
○ |
○ |
≤10 |
≤10 |
|
龜裂 |
○ |
○ |
無 |
無 |
|
粉化 |
○ |
○ |
無 |
無 |
|
相容性 |
紫外線照射 |
無顏色變化，無粘結(jié)破壞 |
試驗試件與對比試件顏色變化一致，粘結(jié)破壞面積差值≤5% |
試驗試件與對比試件顏色變化一致，粘結(jié)破壞面積差值≤5% |
○ |
|
注：○——無要求；
﹡——紅外光譜分析是EN 15434標準中的項目及要求；
△Xmean為試件處理后的強度保持率。 |
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從表1中可以看出，現(xiàn)行國家標準GB16776-2005與美國標準ASTM C1184設置試驗項目基本一致，與歐洲標準ETAG 002相比較為簡單，檢測項目不夠全面，有所欠缺。歐洲標準ETAG 002針對環(huán)境、復雜受力、質(zhì)量控制等影響因素提出全面的檢測項目，對硅酮結(jié)構(gòu)膠的耐久穩(wěn)定性提出了嚴格要求，相對于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)借鑒國際先進標準，由中國建筑防水協(xié)會、鄭州中原應用技術(shù)研究開發(fā)有限公司等共同主編了新標準JG/T475-2015《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》，于2016年4月實施，該標準對建筑幕墻用硅酮結(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》中對玻璃幕墻的設計使用年限的要求相匹配，解決了玻璃幕墻使用一段時間后因結(jié)構(gòu)膠老化而導致的維修改建等問題。針對上述因硅酮結(jié)構(gòu)密封膠帶來的玻璃幕墻工程質(zhì)量問題，新科學設置相應的檢測項目，尤其是關(guān)于硅酮結(jié)構(gòu)密封膠老化性能的試驗方法，進一步完善我國硅酮結(jié)構(gòu)膠標準，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，沒有考慮到結(jié)構(gòu)密封膠在實際應用過程中受到的鹽霧、酸霧等多種復雜的環(huán)境影響因素。新標準設置了水-紫外光照試驗、鹽霧環(huán)境試驗、酸霧環(huán)境試驗、幕墻清潔劑試驗等檢測項目，綜合考慮各種環(huán)境因素對結(jié)構(gòu)密封膠老化的影響。
水-紫外光照試驗是結(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，新標準中水-紫外輻照試驗的時間為1008h，遠高于現(xiàn)行國家標準(300h)，且對水質(zhì)及紫外光強度提出了更高的要求。鹽霧環(huán)境試驗和酸霧環(huán)境試驗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力學因素對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)密封膠在實際應用過程中受到的剪切、撕裂、疲勞等作用力。新標準在該方面增加設置了剪切、撕裂、機械疲勞、蠕變等檢測項目，全面考慮了結(jié)構(gòu)密封膠在實際使用過程中所受到的各種復雜外力。
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。新標準增加設置了熱重分析、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對密封膠的使用產(chǎn)生一些不良影響，同時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)品的應用，同時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對密封膠老化后力學性能的判定方法
GB16776-2005采用靜態(tài)指標控制密封膠老化后的力學性能，標準條件下拉伸粘結(jié)強度（詞條“粘結(jié)強度”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，會導致一些密封膠產(chǎn)品出現(xiàn)初始拉伸強度較高，而老化后性能急劇降低的現(xiàn)象，進而導致使用壽命較短。新標準用力學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度與初始條件的拉伸強度相比，要求比值(即性能保持率)不低于0.75。該項要求旨在控制結(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。
新標準借鑒國際先進標準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，同時提出更加科學、嚴格的要求，能夠為建筑幕墻質(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，應當借鑒國際先進標準，完善我國硅酮結(jié)構(gòu)膠標準，實行強制政策提高行業(yè)準入制度，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)新標準JG/T475-2015《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》借鑒國際先進標準編制，在給予硅酮結(jié)構(gòu)密封膠25年質(zhì)量保證的基礎上制定，與幕墻結(jié)構(gòu)的設計使用年限相一致，檢測方法全面，設定的項目和判定方法更加科學、合理、更符合硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的實際應用環(huán)境，能夠嚴格控制硅酮結(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
[1] JGJ 102-2003，玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].
[2] GB 16776-2005，建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠[S].
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[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
