建筑密封膠應用的設計、選材、施工

來源:杭州之江有機硅化工有限公司　作者:劉明　日期:2007-4-13
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一、前言
建筑用密封膠大都屬于合成膠粘劑，其主體是聚合物，其性質可分為三類：本體性質、工藝性質和使用性質（產品性能）。
本體性質取決于密封膠主體聚合物的化學和物理結構，是可以精確地重復測量出來的。
　　工藝性質是指密封膠再制造過程中表現出的有關

一、前言
    建筑用密封膠大都屬于合成膠粘劑，其主體是聚合物，其性質可分為三類：本體性質、工藝性質和使用性質（產品性能）。

本體性質取決于密封膠主體聚合物的化學和物理結構，是可以精確地重復測量出來的。

　　工藝性質是指密封膠再制造過程中表現出的有關特性。

使用性質（產品性能）不言而喻主要是指密封膠在形成膠結過程中到形成膠結接頭的綜合性能，該性能取決于建筑接縫對密封膠的功能要求。

無論對于建筑的外圍護還是建筑室內裝飾裝修；無論是窗結構還是其它形式的圍護和裝飾結構，都可以將它們看成是單元組成，那么每個單元之間便產生接縫，絕大多數需要建筑用密封膠來密封填充。建筑接縫的合理設計，對建筑密封膠的了解認識、合理的選材和建筑密封膠的正確施工是保證建筑接縫密封的成功必不可少的全過程。

二﹑建筑密封膠的功能要求
    建筑對密封膠的功能要求主要取決于環境因素：包括陽光中UV的輻射老化，氧氣和臭氧的氧化，水和水蒸氣的老化，環境的溫度變化的影響，風荷載、剪切力的作用，循環機械（壓縮/拉伸）荷載，侵害性的大氣污染（如：酸雨、鹽霧等），微生物和大生物（真菌等）的影響。了解環境因素后考慮建筑接縫的需要，建筑密封膠的功能可概括以下功能：

　　建筑防水、隔音、節能、防腐蝕、防污染、防火、裝飾、結構彈性聯接、結構安全耐久等功能。

三、建筑密封膠分類
　　1、按基礎聚合物
    包括•SR 硅酮  •PU聚氨酯 •PS聚硫•AC丙烯酸 •丁基、瀝青及油性樹脂改性產品• MSR 等。其中硅酮、聚硫、聚氨酯三大室溫固化彈性密封膠在我國應用最為廣泛，尤其是硅酮密封膠產品。

   硅酮類密封膠由于其特殊的分子結構，其分子結構兼備無機和有機兩類聚合物的特性。硅酮膠的原膠是由Si-O為主鏈的聚合體。其鍵能為106Kcal/mol，而通常的高分子材料的C-O和C-C鍵能均較小，分別為80和85.2 Kcal/mol。換言之，若打斷Si-O化學鍵，必然需要較高的能量，因此硅酮膠穩定。具有超群的抗UV、耐臭氧、耐氣候老化、耐溫性和單組分、雙組分多種形式應用的特點，同時可以根據建筑的需要制造出不同性能要求的產品，尤其在陰框玻璃幕墻的結構粘結應用中是其它材料無可取代的。并且我國在硅酮密封膠生產的原料工業發展相對聚硫、聚氨酯要規模大和成熟，目前硅酮類建筑密封膠產品占我國建筑密封膠使用量的60%以上。國外改性硅酮產品在建筑中應用也比較多，目前我國僅限于其它領域。

    建筑用聚硫密封膠早在20世紀60年代應用于飛機、航空等領域的耐油、耐溶劑方面的粘接密封，在80年代在我國也應用于建筑接縫的密封，由于原料的生產成本過高，目前已基本被硅酮產品取代。但是聚硫密封膠具有良好的防透氣性能和耐油、耐溶劑的特性，仍廣泛應用于中空玻璃的制造，部分用于建筑接縫污水、垃圾場、儲油結構和鋼結構防腐密封等。

    聚氨酯分子結構的多樣性，可以制造模量范圍很寬的不同產品，適用于很多材料的粘結。又由于其具有柔性的分子鏈，它的耐震動性和疲勞性能很好，特別適合不同材料的粘結及對柔性材料的粘結，并且還有非常優異的耐低溫性能，在許多工業中應用非常廣泛。在建筑領域該材料在美國、日本、德國等發達國家的應用接近硅酮產品，目前在我國由于原料工業的落后，密封膠產品的發展受到一定的制約。

    另外還有包括丁基、丙烯酸、瀝青及油性樹脂改性的彈性較小的密封膏產品。該類產品的彈性小，可應用于建筑接縫機械位移要求低的部位。

　2、按位移能力分類
　　對建筑用密封膠產品的性能判斷主要依據密封膠標準。不論是國際標準ISO11600,還是美國的ASTM C920、日本的JISA5758、英國的BS5889、德國的DIN18540 18545標準都是依據產品的抗位移能力進行分級。我國目前新的建筑密封膠產品標準均是按照IS011600-2000《建筑結構•密封膠•分級和要求》制定的。按試驗的冷拉伸/熱壓縮幅度可分為以下級別：

25LM級、25HM級、20LM級、20HM級、12.5級、12.5E級、12.5P級、7.5P級.
IS0 11600-2000標準各分級性能指標見表1～3：

表1 密封膠級別

表2 玻璃安裝用密封膠（G類）技術要求和試驗方法

表3 結構用密封膠（F）技術要求和試驗方法

我國2001年制定和修訂出版的建筑用密封膠標準有：

　　JC/T 881-2001 混凝土建筑接縫用密封膠
　　JC/T 882-2001 玻璃幕墻接縫用密封膠
　　JC/T 883-2001 石材用建筑密封膠
　　JC/T 884-2001 彩色涂層鋼板用建筑密封膠
　　JC/T 885-2001 建筑用防霉密封膠
　　JC/T 486-2001 中空玻璃用彈性密封膠
正在修訂即將出版的建筑用密封膠及試驗方法標準有：

　　GB/T 14683 建筑用硅酮密封膠
　　GB 16776 建筑用硅酮結構密封膠
　　GB/T 13477 建筑用密封膠試驗方法

四、接縫設計
　　接縫設計應對接封細部材料分析：包括對相關接封各材料的膨脹系數﹑被粘材料表面特性；對合理的位移量：包括建筑結構主體﹑構件的變形約束性，正向﹑切向位移量，外部荷載引起的變形量；對密封細部：指接封的密封形狀（搭接﹑ 對接﹑角接（陰角﹑陽角）等）；對密封膠變形受力：包括立面﹑平面﹑斜面不同性分析；對誤差分析：包括加工﹑安裝﹑環境等因素的綜合考慮。

　　1、位移量的確定
溫度引起構件伸縮是位移的重要因素。由溫度引起的位移量可按下式計算：

△L＝α ×△T×L
式中：

△L--溫度位移量(mm)；

α--構件膨脹系數(×10-6／℃)；

△T—構件的溫度差(℃)
L—構件的長度(mm)
　　2、建筑結構中隱框玻璃幕墻硅酮結構密封膠的力學動態分析
建筑結構中隱框玻璃幕墻硅酮結構密封膠的應用、設計，在所有建筑密封膠應用中是最為復雜之一。對該材料的設計進行較詳細的討論對其它密封膠的應用可以起到舉一反三的作用。

　　(1）受力分析
•瞬時荷載：風荷載﹑地震效應。

特點：強度大﹑對幕墻的作用持續時間短。

其中風荷載是設計中的主要依據。

•長久荷載：自重﹑溫差變形﹑雪荷載。

特點：強度與膠的特性有很大的聯系，對幕墻的作用持續時間較長久。

　　溫差變形是設計密封膠厚度的參數的依據；雪荷載也是幕墻設計中玻璃安全性選擇的主要依據。

　　（2）設計結構密封膠的思路
•滿足瞬時荷載需求時著重考慮長久荷載的影響：

結構密封膠的粘接寬度考慮瞬時荷載與玻璃安全性考慮長久荷載的雪荷載；

結構密封膠的厚度考慮長久荷載的溫差變形荷載；

•改變結構密封膠的細部形狀。借用耐候密封膠的細部形狀的特點：將結構膠的形狀設計為沙漏狀，可以增加抗位移能力；

•通過設計避免長久荷載的自重荷載的影響；

•嚴禁結構密封膠長期受浸水或高濕環境的侵蝕；

•關注被粘接材料涂層的穩定性；

•避免忽略結構密封膠合理尺寸設計的是非常重要的；

•設計要關注耐候密封的有效性，尤其屋頂耐候密封。因為耐候密封膠的密封失敗將會造成結構密封膠長期受浸水或高濕環境的侵蝕；

•與密封膠生產供應商有效的溝通是最終安全性的必須。

　　3、接口設計一般原則
　　接縫設計是結構設計和防水設計的組成部分。達到預期效果成功的接縫，主要依靠正確設計及選材。建筑接縫密封“最佳”設計是成功密封的關鍵。接縫處于永久性或瞬時性運動狀態，限制運動可能會引起構件自身撓曲、開裂或端部破壞，產生難以控制的滲漏和更大的危害。設計必須充分考慮接縫的自由運動位移并設置適應位移和環境要求的密封，嚴禁三面粘著（中空玻璃制作時中空玻璃用密封膠的粘結為三面粘著）。

　　(1）結構型
•寬度(只考慮風荷載)=[最長短邊(mm) ×設計風壓值(KPa)]/[2 ×138(KPa)]
•深度(mm) ≥幕墻玻璃的相對位移量(mm)/[結構膠變位能力(2+結構膠變位能力)]1/2
•結構膠寬度≥6mm，結構膠深度≥6mm，結構膠寬度≥結構膠深度。

•結構膠寬度與深度比必須在1∶1～3∶1之間。

•更詳細的設計應遵循JGJ102規范要求。

　　(2）耐候型
•寬度≥6mm，粘結面≥6mm。

•寬度與厚度比應至少為2∶1，厚度不要超過12mm。

•接口必須修整為沙漏狀，以便有承載更大位移的能力。

•春﹑秋季施工時應盡量傍晚打膠，雨季必須停止打膠，待雨停后確保施膠表面干燥后再打膠。

•施膠表面的溫度過高﹑一天內溫差過大、泡模棒的不合適或破裂、施打膠的不密實及施膠表面的水氣等都是造成膠面變形﹑起泡與粘界失敗的主要原因。

五﹑密封膠選材
　　通過對建筑接縫合理的設計，選擇合適的建筑密封膠。既要考慮良好的使用性，重點考慮對接縫的抗位移性。選材的依據概括為：

•良好的低滲透性；

•良好的嵌填施工性能；

•與接縫基材相容、無污染，粘接穩定；

•在受力變形中不發生內聚破壞；

•在使用溫度下不產生過度永久變形、不軟化或發粘，不發生硬化和過度脆化；

•在使用條件下耐老化、耐氣候，使用壽命合理。

•位移能力(%)滿足要求。

•結構粘結位移能力(%)與模量強度合理統一。

六﹑接縫密封施工
　　在建筑接縫和建筑密封膠確定之后，成功和有效的密封完全依賴接縫施工和密封作業的質量。密封作業不僅需要正確熟練的操作技巧，而且必須認真負責，有耐心，從而避免發生缺陷。大量事實表明，接縫施工缺陷和密封施工不慎是造成滲透的重要原因，況且查找漏源、恢復密封十分困難，既費時、費工，又增加不必要的費用。

接縫密封施工的一般程序：

•被粘基材與密封膠的粘接性確定；

•襯墊材料與密封膠的相容性的確定；

•封口的清潔和干燥；

•施打膠時密封膠填充密實；

•工廠內施打密封膠的質量管理體系的建立；

•現場施打密封膠后的環境因素的風險分析；

•高素質施工人員的要求和材料供應商最終的技術支持是非常重要的。

七、結束語
　　建筑密封膠的應用在建筑工程中資金投入所占比例很小，但對建筑主體的防水、密封，最終達到結構安全、耐久等有著不可忽視的重要性，尤其對硅酮結構密封膠的應用。建筑用密封膠的應用僅是對建筑接縫的簡單填充的觀念必須被徹底的轉變，正確的接縫設計、合理的密封膠的選擇、成功的接縫密封施工是完成建筑接縫有效密封的完整的質量鏈，也是設計者、材料商和施工方共同的責任。

參考文獻：

1）硅珙化學與工藝學．[西德]W.諾爾著科學出版社
2）合成膠粘劑的性質和性能測試金士九金晟娟編著科學出版社
3）馬啟元密封膠的功能和發展

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