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对GB24266《中空玻璃用硅酮结构密封胶》的技术质疑（一）

发布时间：2010-09-02

作者：马启元

【摘  要】：GB 24266以高模量抵抗结构变形利于防水密封为由，规定结构胶模量为拉伸10%应大0.14MPa，忽视约束变形产生高应力的危害，其适用性区别于采标确定的对应标准。不同于玻璃面板同框架的两面粘结，中空玻璃边部是三面粘结，对位移的效应是更高应力和早期破坏，为将粘结节点的应力控制在结构胶强度设计值以下，本应限制粘结材料的高模量，而标准不设模量指标上限，也不报告模量，,将无法与建筑规范承载能力极限状态设计原则协调，幕墙粘结设计无法按规范验算和选材。标准将使高性能结构胶应用受限，导致弹性差、质地刚硬产品的应用不受约束，使粘结结构处于高应力状态，增加中空玻璃外片脱粘坠落伤人毁物的危险。
【关键词】：玻璃幕墙 中空玻璃  硅酮结构  密封胶  标准  技术质疑

    将要实施的国家标准GB  24266-2009《中空玻璃用硅酮结构密封胶》规定了模量指标¹，适用性从本质上区别于采标确定的对应标准，编制技术依据缺失科学性，难以与建筑幕墙工程技术规范协调，忽视中空玻璃的三面粘结特点及高模量对结构安全的危害，新标准的强制性影响结构粘结对材料模量的选择，导致粘结体系应力水平失控。新标准的实施对建筑玻璃幕墙耐久安全有害无益。

    1.新标准的适用性区别于对应标准
    中空玻璃在隐框幕墙上安装不同于一般应用，外片玻璃承受负风压及变位产生的荷载首先作用于中空玻璃二道密封胶，后经内片玻璃及硅酮结构密封胶传递到建筑结构金属框架（图1），建筑规范规定这种应用的中空玻璃二道密封胶必须是硅酮结构密封胶。GB 24266规定“本标准适用于结构装配中空玻璃单元第二道密封用硅酮密封胶”，明确“本标准对应于ASTM C1369-2002《结ASTM C1369-2002的一致性程度为非等效”。

图 1 隐框幕墙中空玻璃粘结承载状态

    ASTM C1369标准“重要性及应用”规定“本标准不规定密封胶的模量，因为适用的模量是该密封胶被用于特定中空玻璃体系的一个函数（即体系对模量的要求是随中空间隔条规格、玻璃尺寸、安装状态及粘接构造等条件不同而变化），C1265试验方法有助于评估特定中空玻璃体系中密封胶的这些问题”。其引用标准ASTM C1265《三面粘结型式测定边缘密封体拉伸性能试验方法》“适用于定量测定结构胶粘结中空玻璃密封体的拉伸强度、模量和粘结性”³，“重要性和应用”明确“通常是用硅酮结构密封胶将中空玻璃粘接在金属框架体系上，这样应用仅粘结了内层玻璃，结果是所有向外作用的负风压和荷载都必须由中空玻璃两玻璃间的粘结密封体承载。”标准要求“报告拉伸10%、25%、40%、100%时的模量”。除此之外，C1369标准规定的技术要求的项目、指标和试验方法均与ASTM C1184《硅酮结构密封胶标准》等同⁴， 可见ASTM C1369之所以不同于C1184而分立标准，关键是针对中空玻璃用二道密封胶的结构粘结功能特点、粘结体承载能力和适宜模量的选择。

    GB 24266有别于GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》，分立标准并不是考虑中空玻璃三面粘结特点，也未顾及结构胶模量与结构粘结承载安全的相关性，主要考虑气密性对硅酮结构密封胶的延伸率要求⁵。新标准不同于对应标准ASTM C1369规定了结构胶模量指标“伸长10%时的模量≥0.15MPa”、不采用三面粘结型式测定边缘密封体拉伸性能（含模量）^1.5、不报告产品模量 ，脱离了玻璃结构粘结实际应用要求和中空玻璃二道密封胶粘结承载的特点，忽视由此给建筑幕墙工程安全带来的风险。新标准在采标中放弃对应标准的技术关键点，适用性与ASTM C1369存在本质性区别。

    2.制定新标准的技术依据缺失科学性
    硅酮结构胶在建筑幕墙应用中的主要功能是结构粘结，为玻璃结构弹性粘结剂，这也是该产品涉及生命及财产安全的依据，新标准脱离了这一基本点，制订原则是保证中空玻璃的防水密封而约束一道密封胶的位移。具体有三个依据，分析这些依据发现的错误点主要是科学性缺失及与实践脱离：
    依据之一是“只要二道密封胶有较高强度，能抵抗外力产生大于10％的变形，就可以保证丁基胶伸长率不大于10％”^5、6 。众所周知，中空玻璃两道密封胶的厚度相差甚大（图2）, 以间隔层12mm中空玻璃为例：二道胶厚度B≌12mm，一道胶厚度b=0.13mm~0.38mm2b≌0.60mm⁷，如果两片玻璃拉伸相对位移10％（即1.2 mm），两胶层均被拉伸位移1.2 mm，但各层的相对位移量大相径庭，二道胶位移10%，一道胶位移240%（100×1.2mm/0.5mm）。如果期望一道胶伸长率不大于10%，只能要求两片玻璃的相对位移量不大于0.06mm（0.6mm×10％），几乎要求中空玻璃的两片玻璃不出现位移，显然是不合理。此外高模量二道胶抵抗外力将约束变形，必然产生高应力引发中空玻璃边缘结构粘结过早破坏。一旦边缘粘结破坏，中空玻璃解体，何谈密封！

图 2  中空玻璃粘结结构

    第二个依据是“因为一道密封丁基胶最大延伸率只有10％，若二道密封胶延伸率很大，就会造成一道密封的破坏，影响中空玻璃气密性”。对此，编制组出示了ASTM C1265标准的一幅三面粘结试件拉伸示例曲线，作为第一峰为一道胶应变10%破坏的证据。为验证上述推论的真实性，郑州中原应用技术研究公司采用两组不同的粘结材料，按同样方法测定三面粘结型式边缘密封体拉伸性能，结果表明第一个峰值的伸长率不在10%，可有20%（图3）；测定多个丁基密封胶的粘结拉伸性（图3），结果表明最大拉伸强度为0.028~0.037MPa，伸长率分别为14.4%、18.9%、20.5%和22.3%, 丁基胶断裂伸长率超过500%。由试验结果可见丁基胶最大拉伸强度时延伸率并不定位10%；对比分析图3、图4曲线表明，第一个峰值表征为材料拉伸屈服，不应是破坏。

图3  两道胶粘结试件拉伸应力－应变曲线

图4 丁基密封胶拉伸应力－应变曲线

    对“一道密封破坏（实应为屈服），影响中空玻璃气密封性”的推论，未经试验验证。众所周知一道密封是以液态聚异丁烯为基础，永不固化，内聚强度极低，延伸率甚大。丁基较变形为粘性流动过程：中空玻璃成型时多以约3mm直径胶条挤注在间隔条侧面（图5左），截面积约7mm²；合片变形后截面积不变（如图5右）；使用条件下缝扩张，胶层受拉力同时受表面粘附力和毛细压力作用，胶层向二道胶粘结面聚集，在玻璃表面部分残留；荷载消失后在结构胶弹性回复力作用下 丁基胶层“愈合”，所以经常性变形是“流动变形－愈合－流动变形－愈合…”（图6）。丁基胶阻止湿气的渗透率即单位时间、单位面积湿气渗透的质量数（g/m².d），与材料形状和厚度无关，丁基胶形似“破坏”的变形状态不应是中空玻璃丧失密封性的标志，除非胶缝开孔或贯通才会影响到中空玻璃气密性。影响中空玻璃气密性与极限变形量化关系应由试验验证，不应简单地认定为10%。应注意的是中空玻璃边部三面粘结结构，同一荷载下胶缝的变形量远小于两面粘结，在0.18MPa应力下应变为10%的结构胶，三面粘接型式下应变仅为5%（表1）。所以，中空玻璃出现过量位移的可能性远小于两面粘结。

 图5  中空玻璃合片前后丁基胶断面形状

图6  边部粘结结构变形示意图

    新标准第三个依据是“由于GB16776－2005修订后，考虑在幕墙结构装配时较大的延伸率，需要承受结构的应力变形，增加了最大强度时延伸率100%，而对中空玻璃结构胶来说，过大延伸率会造成一道密封丁基密封胶最大延伸率的破坏（最大延伸率仅10％），因此， GB16776不适用于中空玻璃用硅酮结构密封胶控制质量要求，需要制订专门的标准”⁶。GB16776－2005的编制说明已经明确：“设计和施工单位对标准仅规定强度指标而不规定弹性指标提出意见，认为诱导了生产单位过度追求产品强度，忽视产品承受接缝位移所必须的弹性。在变化温度、交变风压及应力作用下，有些产品不足以满足幕墙玻璃结构接缝设计要求的位移和变形，期望增加性能指标”，“目的是为保证产品有足够的柔性（适宜的模量）” ⁸，“增加该项指标的基础依据是试验数据统计结果”⁹ 。规定伸长率指标提高了产品合格门槛，一些质地刚硬的产品相继退出建筑市场，催生了高强度高弹性新产品，促进了结构胶产品技术进步，效果有目共睹。GB 16776明确“本标准适用于建筑幕墙及其它结构粘结装配用硅酮结构密封胶” ¹⁰，覆盖新标准适用范围，建筑规范JGJ 102规定“隐框、半隐框及点支撑玻璃幕墙用中空玻璃的二道密封，应采用硅酮结构密封胶”，“应符合现行国家标准《建筑用硅酮结构密封胶》GB 16776的规定”¹¹，工程中未见不适用的报道。

    3.规定且不报告模量将与建筑规范产生矛盾
    新标准没有提及于主题内容紧密相关的ASTM C1249-06a《用结构密封胶粘结中空玻璃二道密封的标准指南》， “本指南提供SSG系统粘结装配的中空玻璃单元件二道密封体所用硅酮密封胶的信息”¹²，明确“中空玻璃单元件边缘粘结密封设计类似于单元件粘结装配到框架系统的结构粘结设计方法，符合ASTM C1184标准是粘结系统结构密封胶的起码要求”，“结构粘结系统密封设计应考虑粘结形状、刚度和密封胶模量的关系”，“应将中空玻璃单元件二道密封胶的应力限制在138kpa以内”。

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作者：马启元

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