技术交流专栏由“泰诺风”特约

对GB24266《中空玻璃用硅酮结构密封胶》的技术质疑（二）

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

    模量表征材料变形－应力相关关系，模量的倒数为柔量。硅酮结构胶是力学非线性橡胶弹性体，模量（柔量）不为常数，不同伸长时模量不相同，建筑规范JGJ102定义“硅酮结构密封胶的变位承受能力，δ—对应于其受拉应力为0.14N／mm²时的伸长率”，即结构胶强度设计值0.14N／mm²时的柔量。建筑规范要求结构胶粘结设计“根据不同的受力情况进行承载力极限状态验算”，即以结构胶强度设计值0.14N／mm²为限值。由于不同品牌的结构胶的δ值不同，设定粘结尺寸，选择δ值适宜的结构胶才能保证结构粘结安全。
    正如ASTMC 1369指出的“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，这样的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”（图6）。我国建筑规范要求粘结厚度的设定应按式1验算其符合性，但中空玻璃边缘粘结厚度已由间隔条厚度给定，如6、9、12、14、16（mm），按 正常使用极限状态下的承载能力验算结构胶变位能力的符合性应变换公式为式2：

式中：
u_s—温差、建筑层间变位或地震造成 玻璃间切向位移，mm；            
t_s—粘结体厚度，mm；
δ—结构胶的变位 能力。
    例如：依据玻璃尺寸、环境最大温差、风荷载下结构变位、地震等设计条件计算位移量为5mm，选用变位能力（δ）为8%的结构胶，粘结厚度按式1验算应大于12.3mm；同理，中空玻璃粘结厚度定值为12mm，位移量5mm时按式2验算应至少选用δ值为8%的结构胶。
    结构胶模量（δ值）是粘结结构极限承载能力状态验算的技术参数，国内外标准及规范（如GB 16776、ASTM C1401、ASTM  C1294、prEN15434和E002等）都不规定模量指标，而要求测试并报告伸长10%、20%、40%、100%时的模量（或应力－应变曲线），以确定产品的变位能力（δ值）。新标准不报告结构胶模量，幕墙粘结设计将无法按规范规定的极限承载能力状态验算；标准强制性规定模量下限指标，在标准实施后可理解为只要模量高于规定值，不论多么刚硬的结构胶，都可不受限制地用于结构粘结中空玻璃，也可理解为高于指标的高柔量的结构胶将是不合格品。这将与实施的建筑规范产生矛盾。

    4.新标准无视中空玻璃三面粘结特
    点及高模量对结构安全的危害三面粘结型式约束粘结材料自由伸缩，导致粘结体局部应力集中，粘结体承载能力下降，所以为一般粘结设计忌用。但为防止中空玻璃间隔条“游走”导致一道胶切向位移脱离粘结面，为限制二道密封进入可视区，结构胶粘结在粘结玻璃的同时必须粘结铝间隔条（图7）。编制组验证试验已发现三面粘结不同于两面粘结，粘结体边缘易发生过早破裂现象，在同一变位（拉伸10%时）条件下，试验结构胶的平均应力由0.24MPa提高到0.47MPa，应力水平两倍于两面粘结（表1）。

图7  两面粘结和三面粘结

表1 “中空玻璃硅酮结构密封胶”标准条件下的物理性能

    可见ASTM C1265《三面粘结型式测定边缘密封体拉伸性能试验方法》定量测定结构胶的拉伸强度、模量和粘结性对中空玻璃体系粘结设计及选材评估有重要意义³。分析表1的试验数据，可见中空玻璃粘结设计选材依据两面粘结测试的模量数据存在一定风险，因为这种应用的中空玻璃粘结体对位移的效应是更高的应力，为保证玻璃粘结结构的极限承载能力状态，应考虑依据三面粘结型式测定的模量数据进行粘结设计，采用比两面粘结型式更低的模量，即采用变位能力（δ值）更高的结构胶，这样才能将作用于结构胶的应力控制在0.14MPa以内。新标准仅按两面粘结测定结构胶的模量，且规定了高模量指标，无视三面粘结拉伸特点及高模量导致中空玻璃边缘粘结高应力状态对结构耐久安全的危害。

    5.GB 24266实施将有害于建筑幕墙耐久安全
    近几年，隐框幕墙中空玻璃外片坠落毁物伤人事故已引起业内关注，粘结尺寸不足及结构胶初始模量过高是主要成因。随超高层建筑幕墙逐年增多，高柔量结构胶的应用将逐渐增多，例如某标高315m玻璃幕墙，中空玻璃规格为15+12A+10，宽3000mm，高4700mm，设计风压4.4kpa，风荷载作用于建筑的层间位移角为1/800，中空玻璃内外表面最大温度差为65℃，按规范验算设定结构粘结的宽度应大于19mm，选择的结构胶的变位能力δ值起码应为11%，若考虑三面粘结荷载分布及应力增大的特点，结构胶的δ取值还应适度提高。但是按GB 24266强制条款实施，结构胶的δ值必须在10%以下，粘结结构必将在高于强度设计值的状态运行，无法保证结构安全承载。

    考虑聚硅氧烷为基础的硅酮密封胶的老化，主要趋势是分子链断链、降解、承载能力下降和粘结失效。正如ASTM C 1369指出的“在整个寿命期内，中空玻璃单元件将承受不同的荷载，包括风荷载、雪荷载、自重及热位移、建筑物框架位移或沉降位移、地震位移及其他因素引起的荷载。建筑寿命期内，中空玻璃单元件二道密封体必须保持足够的柔性，以适应施加在中空玻璃单元件上的所有荷载”。“边缘密封体必须具有足够的柔性，保证与玻璃和间隔条稳定粘结”。“某些密封胶，紫外线辐射可能起催化剂作用，引起密封胶模量（刚度）的增加，或降低密封胶与玻璃表面的粘结性。这些影响可能引起二道密封胶硬化、位移能力下降，如果密封胶质量差，二道密封体承受施加在IG单元件上的荷载可能导致边缘密封体过早破坏（开裂、模量升高或脆性过大引起密封胶破坏），因此密封胶的选择十分重要。老化可能导致密封胶柔性进一步下降，诱发应力增大，并由高应力造成二道密封体发生粘结破坏”。目前既有幕墙安全检查中结构粘结老化主要表征是弹性下降、硬化、粉化、开裂和脱粘¹³，在建筑上已多有发现，如某20年前竣工的建筑幕墙，表观检查结构胶丧失弹性并有开胶，取样检查胶样稍加弯曲即行断裂（图8），测定硬度由最初的34提高为65，拉伸强度由0.7~1.0提高到1.3～1.5MPa，而伸长率则由85%下降为43%，极限承载状态下应力水平已成倍提高，一旦出现百年（或50年）不遇的极限荷载，幕墙玻璃很难保证不发生脱粘坠落，即使非极限条件下也难以保证其可靠性。所以考虑结构胶老化趋势，应选择初始模量低/变位能力高的结构胶，更利于结构粘结的稳定和耐久。

图8  既有幕墙上结构胶硬化失效特征

    从结构胶的配方组成分析，高柔性结构胶的设计必须选用大分子长链聚硅氧烷，由于聚合物粘度大，结构胶配制难以过多掺合廉价的矿物粉体，研制高柔性高强度产品的难度较大，产品成本较高；相反，高模量产品多选用分子链较短的聚硅氧烷，聚合物粘度低，易于掺混矿物粉体补强，单纯高强度高模量产品较易获得，相对成本低，有价格优势。实施  GB24266标准，一些高硬度高模量的产品（如表1中的大部分产品）将获得合格资格，并能迎合某些建筑工程对低价产品的追求，价格无优势的高柔量的产品受到标准限制而逐渐退出市场，这对建筑幕墙工程安全决不是好事，对粘结体系耐久安全产生的危害将会在建筑玻璃幕墙使用中逐渐显露。

    6.结语
    幕墙玻璃粘结装配体系是一种新型建筑结构，硅酮结构密封胶是力学非线性粘弹性材料，许多技术问题尚待试验和深入研究。制订技术法规性强制标准，应以科学分析和试验为基础。建议GB 24266标准认真分析其对应标准及相关规范，采用三面粘结型式测定边缘密封体拉伸性能试验方法，报告结构胶模量，正确规定建筑玻璃幕墙粘结应用和耐久安全必要的性能，促进高强度高弹性变形结构密封胶的研发，促进中空玻璃技术进步和行业发展。

参考文献
1.GB24266-2009中空玻璃用硅酮结构密封胶，中国标准出版社，北京，2009年10月
2.ASTM C 1369 Standard  Specification  for  Secondary  Edge Sealants  for  Structurally  Glazed Insulating Glass Unit, Annual Book of ASTM Standards, Vol 04.07
3.ASTM  C  1265,  Test  Method  for Determining  the  Tensile  Properties of an Insulating  Glass  Edge  Seal  for Structural  Glazing  Applications, Annual  Book  of  ASTM  Standards, Vol 04.07
4.ASTM  C1184 Standard Specification for Structural Silicone Sealants, Annual Book of ASTM Standards, Vol 04.07
5.陈文洁等，中空玻璃用硅酮结构密封胶标准解读，中国建筑防水，2010（5）：42～44
6.《中空玻璃用硅酮结构密封胶标准调研及验证试验报告》，标准起草小组，2008.1
7.JOSEPH S.AMSTOCK，王铁华，李勇译， 建筑玻璃实用手册，清华大学出版社，2004.1
8.GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》国家标准修订编制说明，2003.
9.GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》国家标准修订验证试验报告，2003.
10.GB16776－2005 建筑用硅酮结构密封胶，国家标准出版社，北京，2005
11.JGJ102－2003 玻璃幕墙工程技术规范，中国建筑出版社，北京，2003；29
12.ASTM C 1249 Guide for Secondary Seal for Sealed Insulating Glass Units for Structural Sealant Glazing Applications，Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04.07
13.DB/TH08-903-2005，《玻璃幕墙安全性能检测评估技术规程》

                              【上一页】

作者：马启元

点击这里可以返回技术论坛 

敬告读者：本网在此登载本条信息编辑整理自相关公开渠道，登载该信息仅作为行业信息平台的立场对行业内正在或曾经存在之事物的一种参考性表述，本网对本信息之真实性和可靠性并不持有肯定和认同态度，读者对因参考上述信息发生的任何行为造成的一切影响本网不负任何责任。

相关链接：
ECOTECT在光伏建筑工程中的应用
中国建筑幕墙的绿色之路（一）
中国建筑幕墙的绿色之路（二）
2011年9月标准规范更新
离子性中间膜夹层玻璃（二）

上一篇：对GB24266《中空玻璃用硅酮结构密封胶》的技术质疑（一）
下一篇：青海玉树地震中的玻璃窗和玻璃幕墙（一）