硅酮结构密封胶耐久稳定性及玻璃幕墙质量控制措施

程 鹏，邢凤群，郭月萍，金燕鸿，冯 培，杨玉宁（郑州中原应用技术研究开发有限公司，河南 郑州 450000）

硅酮结构密封胶耐久稳定性及玻璃幕墙质量控制措施

程 鹏，邢凤群，郭月萍，金燕鸿，冯 培，杨玉宁
（郑州中原应用技术研究开发有限公司，河南 郑州 450000）

从硅酮结构密封胶角度出发，分析玻璃幕墙典型质量问题，阐述建工行业的一项新标准。新标准提出更加科学、严格的要求，明确指出建筑幕墙用硅酮结构密封胶产品不低于25a设计使用年限，为建筑幕墙提供了质量控制措施及安全保障。

硅酮结构密封胶；新标准；玻璃幕墙；质量控制措施

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接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接作用，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影响幕墙安全。一旦结构胶粘接失效，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。随着玻璃幕墙工程的日益增多，因结构胶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《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》（以下简称“新标准”）设置的产品质量控制项目要求，提出相应玻璃幕墙质量控制措施。

1 玻璃幕墙工程质量

1.1 建筑幕墙的维修和使用寿命

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 a，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 a。但是，目前国内市场所售硅酮结构密封胶均按照GB 16776—2005《建筑用硅酮结构密封胶》进行检测［1］，控制产品质量，生产厂家依据该标准一般只能提供10 a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，其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 a，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，维修特别复杂，费用也非常高。据相关技术人员统计，若在100 m的高空中更换一块玻璃，费用高达数十万。建工行业已经借鉴国际先进标准编制了新标准《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》，于2014年12月通过审核。该标准对建筑幕墙用硅酮结构密封胶产品明确提出不低于25a设计使用年限的要求，以保证建筑幕墙工程质量稳定性及安全性。不低于25a的设计使用年限与JGJ 102中对玻璃幕墙的设计使用年限的要求相匹配［2］，解决了玻璃幕墙使用一段时间后因结构胶老化而导致的维修改建等问题。

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，会受到周围环境因素的影响［3～4］，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

随着玻璃幕墙造型的新颖独特，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中，承受多种复杂的外力：（1）水平正反方向的风荷载，见图1 （a）；（2）垂直方向的剪切力，见图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，见图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。

图1 结构密封胶受力示意图Fig.1 Stressing diagram of structure sealant

1.4 密封胶产品质量问题

（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。但随着时间的推移，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，根据相似相容原理，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［5］。

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，其挥发分高，化学成分复杂，含有多种极性物质，如果添加到硅酮结构密封胶中，不但与主体硅橡胶相容性不好、易挥发，使密封胶变硬变脆，还会与丁基或型材发生不良反应，导致密封胶脱粘失效。

（2）密封胶自身耐老化能力差。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。

2 质量控制措施

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》［6］，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）》［7］，其中ETAG002与EN15434有关硅酮结构密封胶的要求基本相同。

欧洲标准ETAG002针对环境、复杂受力、质量控制等影响因素提出相应检测项目，对硅酮结构胶的耐久稳定性提出了严格要求，相对于G B 1 6 7 7 6—2 0 0 5、A S T M C1184—2005大幅度提高了产品质量水平。新标准《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》借鉴国际先进标准ETAG 002—2012与EN15434—2010编制，明确指出建筑幕墙用硅酮结构密封胶产品不低于25a设计使用年限的要求，同时提出更加科学、严格的要求，能够为建筑幕墙质量问题提供控制措施。

2.1 密封胶加速老化的环境因素

新标准设置了水-紫外光照试验、盐雾环境试验、酸雾环境试验、幕墙清洁剂试验等检测项目，综合考虑各种环境因素对结构密封胶老化的影响。

水-紫外光照老化试验是将密封胶材料暴露于紫外线辐照且同时浸泡于水中，模拟密封胶在实际应用中经受的太阳光照射、雨水等的复杂环境，测试密封胶的耐老化性能，水-紫外辐照试验的时间1 008 h，远高于国家标准（300 h），且对水质及紫外光强度提出了更高的要求。

盐雾环境试验和酸雾环境试验分别利用人工模拟盐雾环境和酸雾环境条件来考核密封胶的耐老化性能。沿海地区和沿海陆地均在不同程度上云集盐雾气氛，盐雾环境试验适于反映上述地区的环境特点。大气中的盐雾微粒沉降在密封胶材料上时，能很快吸收空气中的水分溶解成氯化物的水溶液，在一定的温度条件下，溶液中的氯离子通过材料的微孔逐步渗透到内部，加速材料的老化。盐雾环境试验将结构密封胶制备的试件放入盐雾环境试验箱中处理20 d，通过该试验来考核材料的耐盐雾老化的能力。因SO2气体排放而导致的酸雾环境也会加速密封胶材料的老化，酸雾环境试验将结构密封胶制备的试件放入酸雾试验箱中进行循环处理20 d，以此来考查材料的耐酸雾老化性能。

2.2 密封胶加速老化的力学因素

针对结构密封胶应用于玻璃幕墙中承受多种复杂外力的影响，除国家标准规定的拉伸性能［图2（a）］要求外，新标准设置了剪切、撕裂、机械疲劳、蠕变检测项目，全面考虑了结构密封胶在实际使用过程中所受到的各种复杂外力。

剪切性能测试示意图见图2（b），模拟剪切作用力对结构胶性能的影响，评价密封胶抵抗剪切破坏的能力。撕裂性能试验试件见图3，将“工”型试样2端切开深5 mm的切口，然后进行拉伸进行撕裂性能试验，用于评估结构密封胶因施工等原因产生缺口后的抗撕裂能力。疲劳性能是考查循环风荷载、震动荷载等疲劳应力对密封胶粘接性能的影响，将试样进行反复拉伸，8 s为一循环周期，共进行5 350次循环，进一步反应密封胶的耐老化性能。蠕变是指材料在长时间的恒温和恒定应力作用下，发生缓慢塑性变形的现象，利用蠕变试验模拟结构胶长期承受玻璃自重荷载下发生应变的情况。

图2 密封胶“工”型试件Fig.2 Specimens for tensile test and shear test of sealants

图3 撕裂性能测试试件Fig.3 Specimen for tearing test （a— 平板玻璃；b—密封胶端部5 mm深切口；c—铝基材）

2.3 密封胶产品的鉴定

新标准设置了热重分析、红外光谱分析、密度、硬度等控制项目，保证产品质量。密度关系到密封胶的用量和配比。硬度太大或太小也会对密封胶的使用产生一些不良影响，同时硬度大小也能反映出产品是否一致。热重分析可以定量分析密封胶中低沸点物质的含量，红外光谱可以定性地判断出物质的官能团，初步确定物质的类别。利用热重分析和红外光谱分析可以保证产品的一致性，有效判断硅酮密封胶中是否掺有劣质增塑剂（如白油等）。

2.4 对密封胶老化后力学性能的判定方法

新标准用力学性能保持率的方法来衡量密封胶性能的优劣。不同温度条件下的拉伸粘接性、盐雾环境后的拉伸粘接性、酸雾环境后的拉伸粘接性、水-紫外线光照后的拉伸粘接性、撕裂性能、疲劳性能都是采用处理后的拉伸强度与初始条件的拉伸强度相比，要求比值（即性能保持率）≥0.75。该项要求旨在控制结构胶产品的耐久性，即要求结构胶在长期使用过程中经受各种老化因素的影响后，仍能够保持较好的性能，具有较长使用寿命。

针对满足新标准要求的产品及国内市场销售的满足国家标准的产品，进行长期大气曝晒试验并定期抽样跟踪测试，对比分析其耐久性。表1为满足新标准的产品，表2中1#～3#为仅满足国家标准的产品，表3为大气曝晒后各产品的力学性能保持率。

通过36个月的持续大气曝晒，满足新标准的产品拉伸粘接强度基本保持不变，断裂伸长率在初期因深层后固化而略有增加，3个月后趋于稳定；而其余满足国家标准的产品经过18个月的大气曝晒后，拉伸粘接强度均表现出不同程度的衰减，断裂伸长率急剧降低。结果可以看出，满足新标准的硅酮结构密封胶具有良好的力学性能，优异的耐久性，能够保证幕墙的安全和使用寿命。

3 结论

结构胶在玻璃幕墙工程中具有重要的作用，其耐久稳定性直接关系到玻璃幕墙的安全。目前，建工行业新标准《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》借鉴国际先进标准编制，规定了硅酮结构密封胶的设计使用年限不低于25a，与幕墙结构的设计使用年限相一致，检测方法全面，设定的项目和判定方法更加科学、合理，更符合硅酮结构密封胶的实际应用环境，能够严格控制硅酮结构密封胶的耐久稳定性，有效解决玻璃幕墙工程因结构胶而产生的系列质量问题，保证建筑幕墙工程质量稳定性及安全性。

表1 满足新标准的硅酮结构胶大气曝晒试样性能测试结果Tab.1 Atmospheric exposure test results of silicone structural sealant met the new

表2 国内市场普通硅酮结构胶大气曝晒试样性能测试结果Tab.2 Atmospheric exposure test results of common silicone structural sealants in domestic market

表3 大气曝晒后各产品的力学性能保持率Tab.3 Mechanical property retention of different samples after atmospheric exposure

［1］GB 16776—2005，建筑用硅酮结构密封胶［S］.2006.

［2］JGJ 102—2003，玻璃幕墙工程技术规范［S］.2012.

［3］王娜，马眷荣，刘海波.建筑密封胶老化的影响因素［J］.2011，（2）:56-58.

［4］黄应昌，吕正芸.弹性密封胶与胶黏剂［M］.北京:化学工业出版社.2003:683-686

［5］程鹏，邢凤群，秦灵芳等.中空玻璃密封胶失效原因分析及预防措施［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

程鹏，男，工程师，主要从事密封胶研发和质量控制工作，E-mail：chengpeng308@163.com。