硅酮結構密封膠耐久穩定性及玻璃幕墻質量控制措施

程 鵬，邢鳳群，郭月萍，金燕鴻，馮 培，楊玉寧（鄭州中原應用技術研究開發有限公司，河南 鄭州 450000）

硅酮結構密封膠耐久穩定性及玻璃幕墻質量控制措施

程 鵬，邢鳳群，郭月萍，金燕鴻，馮 培，楊玉寧
（鄭州中原應用技術研究開發有限公司，河南 鄭州 450000）

從硅酮結構密封膠角度出發，分析玻璃幕墻典型質量問題，闡述建工行業的一項新標準。新標準提出更加科學、嚴格的要求，明確指出建筑幕墻用硅酮結構密封膠產品不低于25a設計使用年限，為建筑幕墻提供了質量控制措施及安全保障。

硅酮結構密封膠；新標準；玻璃幕墻；質量控制措施

玻璃幕墻因其美觀、節能、易維護等諸多優點而得到廣泛應用。玻璃幕墻是以密封膠粘接密封的玻璃幕墻單元件為基礎裝配組合的結構外墻，玻璃單元是依靠硅酮結構密封膠與金屬框架彈性聯接在一起，結構密封膠起結構粘接作用，傳遞并承擔主體結構的應力。因此，硅酮結構膠的耐久穩定性直接影響幕墻安全。一旦結構膠粘接失效，就會導致整個幕墻系統的失效，甚至產生透氣漏水、玻璃脫落等事故的發生。隨著玻璃幕墻工程的日益增多，因結構膠帶來的玻璃幕墻工程質量的問題也愈發突出。本文從硅酮結構密封膠角度出發，分析玻璃幕墻典型質量問題，通過闡述建工行業新標準《建筑幕墻用硅酮結構密封膠》（以下簡稱“新標準”）設置的產品質量控制項目要求，提出相應玻璃幕墻質量控制措施。

1 玻璃幕墻工程質量

1.1 建筑幕墻的維修和使用壽命

JGJ 102《玻璃幕墻工程技術規范》中明確指出，玻璃幕墻的設計使用年限一般不低于25 a，硅酮結構密封膠作為其主要構成材料之一，且起著十分關鍵的作用，使用壽命應至少25 a。但是，目前國內市場所售硅酮結構密封膠均按照GB 16776—2005《建筑用硅酮結構密封膠》進行檢測［1］，控制產品質量，生產廠家依據該標準一般只能提供10 a的質量保證，顯然不能滿足玻璃幕墻設計使用年限的最低要求。因此，結構膠作為構成玻璃幕墻的關鍵材料，其使用壽命決定了幕墻的使用年限。此外，一旦結構膠使用年限超過10 a，就需要對幕墻進行維修和改建，對于現今越來越多的高層和超高層建筑幕墻，維修特別復雜，費用也非常高。據相關技術人員統計，若在100 m的高空中更換一塊玻璃，費用高達數十萬。建工行業已經借鑒國際先進標準編制了新標準《建筑幕墻用硅酮結構密封膠》，于2014年12月通過審核。該標準對建筑幕墻用硅酮結構密封膠產品明確提出不低于25a設計使用年限的要求，以保證建筑幕墻工程質量穩定性及安全性。不低于25a的設計使用年限與JGJ 102中對玻璃幕墻的設計使用年限的要求相匹配［2］，解決了玻璃幕墻使用一段時間后因結構膠老化而導致的維修改建等問題。

1.2 環境因素對結構膠老化的影響

硅酮結構密封膠屬于高分子材料，在幕墻實際應用過程中，會受到周圍環境因素的影響［3～4］，如：雨水、紫外光照射、高溫、高濕、嚴寒以及沿海、鹽堿地帶鹽霧環境和因環境污染而產生的酸霧環境等因素都會加速密封膠的老化，使其在應用過程中出現變色、起泡、裂紋甚至脆化、開裂、脫粘等現象，使用壽命降低，嚴重影響幕墻工程安全。

1.3 復雜受力對結構膠老化的影響

隨著玻璃幕墻造型的新穎獨特，對結構密封膠的性能提出了更高的要求。結構密封膠應用于玻璃幕墻中，承受多種復雜的外力：（1）水平正反方向的風荷載，見圖1 （a）；（2）垂直方向的剪切力，見圖1 （b）；（3）因結構膠缺陷易造成應力集中而導致的撕裂力；（4）循環風荷載、震動等動態荷載造成的機械疲勞應力；（5）長期玻璃自重荷載導致結構膠產生蠕變的應力，見圖1（c）。這些復雜外力使結構密封膠長期處于肉眼無法觀測到的動態變形狀態，加速結構密封膠的老化。

圖1 結構密封膠受力示意圖Fig.1 Stressing diagram of structure sealant

1.4 密封膠產品質量問題

（1）密封膠中填充白油、裂解硅油等劣質增塑劑。

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，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。但隨著時間的推移，密封膠中白油逐漸揮發，致使密封膠自身變硬、變脆，甚至出現開裂現象；同時白油與丁基密封膠的極性相近，根據相似相容原理，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、脫粘等現象［5］。

裂解硅油是回收已固化過的硅酮密封膠經高溫裂解提取所得的硅油，其揮發分高，化學成分復雜，含有多種極性物質，如果添加到硅酮結構密封膠中，不但與主體硅橡膠相容性不好、易揮發，使密封膠變硬變脆，還會與丁基或型材發生不良反應，導致密封膠脫粘失效。

（2）密封膠自身耐老化能力差。經過一段時間的風吹、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嚴重的開裂、漏水問題。

2 質量控制措施

相關的硅酮結構膠標準，目前主要有中國GB16776—2005《建筑用硅酮結構密封膠》、美國ASTM C1184—2005《硅酮結構密封膠》、歐洲ETAG 002—2012《結構密封膠裝配套件（SSGK）的歐洲技術認證指南》［6］，此外歐洲還有EN15434：2006（2010）《建筑用玻璃-結構用或抗紫外線密封膠產品標準（用于結構密封裝配或外露密封中空玻璃單元）》［7］，其中ETAG002與EN15434有關硅酮結構密封膠的要求基本相同。

歐洲標準ETAG002針對環境、復雜受力、質量控制等影響因素提出相應檢測項目，對硅酮結構膠的耐久穩定性提出了嚴格要求，相對于G B 1 6 7 7 6—2 0 0 5、A S T M C1184—2005大幅度提高了產品質量水平。新標準《建筑幕墻用硅酮結構密封膠》借鑒國際先進標準ETAG 002—2012與EN15434—2010編制，明確指出建筑幕墻用硅酮結構密封膠產品不低于25a設計使用年限的要求，同時提出更加科學、嚴格的要求，能夠為建筑幕墻質量問題提供控制措施。

2.1 密封膠加速老化的環境因素

新標準設置了水-紫外光照試驗、鹽霧環境試驗、酸霧環境試驗、幕墻清潔劑試驗等檢測項目，綜合考慮各種環境因素對結構密封膠老化的影響。

水-紫外光照老化試驗是將密封膠材料暴露于紫外線輻照且同時浸泡于水中，模擬密封膠在實際應用中經受的太陽光照射、雨水等的復雜環境，測試密封膠的耐老化性能，水-紫外輻照試驗的時間1 008 h，遠高于國家標準（300 h），且對水質及紫外光強度提出了更高的要求。

鹽霧環境試驗和酸霧環境試驗分別利用人工模擬鹽霧環境和酸霧環境條件來考核密封膠的耐老化性能。沿海地區和沿海陸地均在不同程度上云集鹽霧氣氛，鹽霧環境試驗適于反映上述地區的環境特點。大氣中的鹽霧微粒沉降在密封膠材料上時，能很快吸收空氣中的水分溶解成氯化物的水溶液，在一定的溫度條件下，溶液中的氯離子通過材料的微孔逐步滲透到內部，加速材料的老化。鹽霧環境試驗將結構密封膠制備的試件放入鹽霧環境試驗箱中處理20 d，通過該試驗來考核材料的耐鹽霧老化的能力。因SO2氣體排放而導致的酸霧環境也會加速密封膠材料的老化，酸霧環境試驗將結構密封膠制備的試件放入酸霧試驗箱中進行循環處理20 d，以此來考查材料的耐酸霧老化性能。

2.2 密封膠加速老化的力學因素

針對結構密封膠應用于玻璃幕墻中承受多種復雜外力的影響，除國家標準規定的拉伸性能［圖2（a）］要求外，新標準設置了剪切、撕裂、機械疲勞、蠕變檢測項目，全面考慮了結構密封膠在實際使用過程中所受到的各種復雜外力。

剪切性能測試示意圖見圖2（b），模擬剪切作用力對結構膠性能的影響，評價密封膠抵抗剪切破壞的能力。撕裂性能試驗試件見圖3，將“工”型試樣2端切開深5 mm的切口，然后進行拉伸進行撕裂性能試驗，用于評估結構密封膠因施工等原因產生缺口后的抗撕裂能力。疲勞性能是考查循環風荷載、震動荷載等疲勞應力對密封膠粘接性能的影響，將試樣進行反復拉伸，8 s為一循環周期，共進行5 350次循環，進一步反應密封膠的耐老化性能。蠕變是指材料在長時間的恒溫和恒定應力作用下，發生緩慢塑性變形的現象，利用蠕變試驗模擬結構膠長期承受玻璃自重荷載下發生應變的情況。

圖2 密封膠“工”型試件Fig.2 Specimens for tensile test and shear test of sealants

圖3 撕裂性能測試試件Fig.3 Specimen for tearing test （a— 平板玻璃；b—密封膠端部5 mm深切口；c—鋁基材）

2.3 密封膠產品的鑒定

新標準設置了熱重分析、紅外光譜分析、密度、硬度等控制項目，保證產品質量。密度關系到密封膠的用量和配比。硬度太大或太小也會對密封膠的使用產生一些不良影響，同時硬度大小也能反映出產品是否一致。熱重分析可以定量分析密封膠中低沸點物質的含量，紅外光譜可以定性地判斷出物質的官能團，初步確定物質的類別。利用熱重分析和紅外光譜分析可以保證產品的一致性，有效判斷硅酮密封膠中是否摻有劣質增塑劑（如白油等）。

2.4 對密封膠老化后力學性能的判定方法

新標準用力學性能保持率的方法來衡量密封膠性能的優劣。不同溫度條件下的拉伸粘接性、鹽霧環境后的拉伸粘接性、酸霧環境后的拉伸粘接性、水-紫外線光照后的拉伸粘接性、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）≥0.75。該項要求旨在控制結構膠產品的耐久性，即要求結構膠在長期使用過程中經受各種老化因素的影響后，仍能夠保持較好的性能，具有較長使用壽命。

針對滿足新標準要求的產品及國內市場銷售的滿足國家標準的產品，進行長期大氣曝曬試驗并定期抽樣跟蹤測試，對比分析其耐久性。表1為滿足新標準的產品，表2中1#～3#為僅滿足國家標準的產品，表3為大氣曝曬后各產品的力學性能保持率。

通過36個月的持續大氣曝曬，滿足新標準的產品拉伸粘接強度基本保持不變，斷裂伸長率在初期因深層后固化而略有增加，3個月后趨于穩定；而其余滿足國家標準的產品經過18個月的大氣曝曬后，拉伸粘接強度均表現出不同程度的衰減，斷裂伸長率急劇降低。結果可以看出，滿足新標準的硅酮結構密封膠具有良好的力學性能，優異的耐久性，能夠保證幕墻的安全和使用壽命。

3 結論

結構膠在玻璃幕墻工程中具有重要的作用，其耐久穩定性直接關系到玻璃幕墻的安全。目前，建工行業新標準《建筑幕墻用硅酮結構密封膠》借鑒國際先進標準編制，規定了硅酮結構密封膠的設計使用年限不低于25a，與幕墻結構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，更符合硅酮結構密封膠的實際應用環境，能夠嚴格控制硅酮結構密封膠的耐久穩定性，有效解決玻璃幕墻工程因結構膠而產生的系列質量問題，保證建筑幕墻工程質量穩定性及安全性。

表1 滿足新標準的硅酮結構膠大氣曝曬試樣性能測試結果Tab.1 Atmospheric exposure test results of silicone structural sealant met the new

表2 國內市場普通硅酮結構膠大氣曝曬試樣性能測試結果Tab.2 Atmospheric exposure test results of common silicone structural sealants in domestic market

表3 大氣曝曬后各產品的力學性能保持率Tab.3 Mechanical property retention of different samples after atmospheric exposure

［1］GB 16776—2005，建筑用硅酮結構密封膠［S］.2006.

［2］JGJ 102—2003，玻璃幕墻工程技術規范［S］.2012.

［3］王娜，馬眷榮，劉海波.建筑密封膠老化的影響因素［J］.2011，（2）:56-58.

［4］黃應昌，呂正蕓.彈性密封膠與膠黏劑［M］.北京:化學工業出版社.2003:683-686

［5］程鵬，邢鳳群，秦靈芳等.中空玻璃密封膠失效原因分析及預防措施［J］.2013，（6）:36-39.

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

［7］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.

Durable stability of silicone structural sealants and quality control measures for glass curtain walls

CHENG Peng， XING Feng-qun， GUO Yue-ping， JIN Yan-hong， FENG Pei， YANG Yu-ning
（Zhengzhou Zhongyuan Applied Technology Research &Development Co.，Ltd.， Zhengzhou， Henan 450000， China）

In this paper， the typical quality problems of glass curtain walls were analyzed from the perspective of the silicone structural sealant. The new standard for construction industry was expounded. The new standards put forward more scientific， strict requirements， clearly pointed out that the silicone structural sealants for building curtain walls should have the minimum working life of 25 years， and provided the quality control measures and security assurance for the construction curtain walls.

silicone structural sealant； new standard； glass curtain wall； quality control measures

TQ436+.6

A

1001-5922（2015）12-0078-04

2015-07-29

程鵬，男，工程師，主要從事密封膠研發和質量控制工作，E-mail：chengpeng308@163.com。