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建筑用硅酮结构密封胶性能及选用

发布时间:2013-08-27 来源: 浏览次数:7043
 

摘要:围绕国内外硅酮结构密封胶标准体系的相关要求,结合建筑幕墙结构粘接系统(SSG)的实际应用特点,阐述分析了建筑用硅酮结构密封胶产品的施工性能及理化性能等方面的主要技术指标,指出硅酮结构密封胶在建筑幕墙结构粘接系统应用中的耐久性(使用寿命)是今后国内外标准体系进一步完善的重要研究方向,简要介绍了白云牌硅酮结构密封胶选用指南。

 

关键词:硅酮结构密封胶 SSG  标准 性能  选用 

 

前言

      目前我国的硅酮密封胶行业已日趋成熟,其在建筑幕墙中已得到普遍广泛的应用。建筑硅酮密封胶按应用用途通常可以分为硅酮结构密封胶、硅酮耐候密封胶、门窗用硅酮密封胶、中空玻璃用硅酮密封胶及其它特殊用途硅酮密封胶等五大类。硅酮结构密封胶作为应用于幕墙结构粘接装配系统(SSG)中的结构粘结材料,直接关系到建筑耐久及安全。本文将围绕中国GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》、美国ASTM C1184《硅酮结构密封胶标准规范》及欧洲ETAG002《结构密封胶装配系统技术审核指南》等硅酮结构密封胶标准体系的相关要求,阐述分析建筑用硅酮结构密封胶产品的主要技术性能并探讨耐久性问题,并简要介绍白云牌硅酮结构密封胶选用指南。

 

1.      硅酮结构密封胶及其在建筑幕墙结构粘接装配系统(SSG)的应用

      在幕墙结构粘接装配系统(SSG)中,幕墙面板完全靠硅酮结构密封胶粘接到铝框上,面板的自重及所受的外力全部由硅酮结构密封胶承担,取代了传统的机械固定方式。SSG系统的特点和优点在于更多的设计自由性、玻璃受热破碎性减少、由于没有外露的金属而形成天然热断桥、漏气和渗水性减少、与传统装配相比费用可能更少、受风荷载、地震以及静荷载如雪的影响而引起的破碎性减少。

      一般讲,根据硅酮结构胶使用在玻璃或其他四方形板片的两边或四边,SSG系统有两种基本类型:半隐框结构和全隐框结构,见图1。半隐框结构的SSG系统是用结构密封胶对两个玻璃或板片边提供结构支持,另外两个框边仍然使用传统的机械固定。全隐框结构的SSG系统就是长方形的玻璃或板片的四个边都是用结构胶来提供支持,不是采用机械的连接把玻璃或板片固定到金属框架系统上,有时也使用一些金属配件来加强粘接强度。这些系统既有现成的设计也可进行专门设计。

                                    图1 SSG系统示意图

      结构密封胶在SSG的上述两种系统中具有相同重要作用,必须给予相同的重视,原因在于两种系统中的结构密封胶都需要把板片的荷载转移到金属框架上。此外这种结构与普通的建筑加固结构不同,特别是当幕墙面板材料为玻璃板块时,阳光可以透过玻璃照在密封胶与玻璃的粘接面上,只要密封胶老化就会造成粘接失效;因此要求粘接玻璃的密封胶必须具有极好的耐老化性能,目前只有属于有机硅类型的结构密封胶能达到要求。中国国家标准、美国标准及欧洲标准中均明确指出,在SSG系统中应当使用硅酮结构密封胶。

 

2.      硅酮结构密封胶的主要技术性能及相关标准差异

      根据建筑幕墙结构粘接系统(SSG)的实际应用特点,硅酮结构密封胶既应满足施工过程的良好操作需求,同时也必须满足荷载及环境因素作用的物理机械性能要求。在中国GB/T16776、美国ASTM C1184及欧洲ETAG002等三大硅酮结构密封胶标准体系中,主要技术性能要求的侧重点及涉及范围仍有一定的差异性,现进行分析和讨论。

 

2.1  施工性能

      施工性能表征了产品的使用性能,是施工应用的关键特性指标,直接关系到施工应用的操作便捷性。良好的施工性能,可以有效保证施工过程的速度及效率;不良的施工性能不仅造成操作困难,也容易发生施工质量缺陷。在硅酮结构胶的施工性能指标方面,中国GB/T16776、美国ASTM C1184标准中,均对现场施工时经常涉及的流动性、挤出性、表干时间、适用期等性能指标进行了规定,评价要求基本一致,其中GB16776个别项目要求比ASTM C1184要相对严格;但欧洲ETAG002标准中没有相关施工特性指标的评定,缺失了施工性能方面的考量,详见表1。

表1 施工性能指标

序号

项目

GB16776

ASTM C1184

ETAG002

1

下垂度

垂直放置/mm

≤3

≤4.8

/

水平放置

不变形

不变形

/

2

挤出性/s

≤10

≤10

/

3

适用期/mm

≥20

/

/

4

表干时间/h

≤3

≤3

/

注:“/”表示无相应指标

⑴   流动性

表征注胶后结构胶保持自身形状的能力。测定指标为下垂度,需要同时考量垂直方向和水平方向。下垂度不符合表1规定的产品,施胶后容易出现流淌变形的现象。

   挤出性

表征特定应用温度下结构胶的挤出特性,反映挤注速度;不能正常挤出的密封胶不应使用,因为这可能表示质量差、缺乏包装稳定性或导致操作时间不足。

⑶ 适用期

表征双组份结构胶的工作时间,低于该指标值将导致操作时间不足。

⑷ 表干时间

表征结构胶的工作修整时间以及确保密封胶能完全固化。当固化时间需要非常长的时间,表示结构胶可能过期失效。

 

2.2  力学性能

      SSG体系面板-框架的连接依靠结构胶粘接实现,荷载分布和位移特性不同于其他连接形式。SSG体系要求结构胶不仅有足够的粘结强度,而且有足够的弹性,能补偿结构变位且又不产生过大的诱发应力。这就要求选择的结构胶具有适用的力学特性。

 

表2 力学性能指标

序号

项目

GB16776

ASTM C1184

ETAG002

1

强度,

MPa


23℃

≥0.6

≥0.345

报告值

高低温,浸水,水紫外

≥0.45

≥0.345

ΔXmean≥75%

盐雾、酸雾、

清洗剂

/

/

ΔXmean≥75%

抗撕裂,

机械疲劳

/

/

ΔXmean≥75%

2

粘结破坏面积

≤5

/

≤10

3

模量

报告10%,20%,40%

确定最大模量及最小模量

报告值


⑴   强度

      强度是表征结构胶的力学性能的一项重要指标,与SSG系统结构胶安全系数密切相关。当一项技术尚不熟悉或设计风险较大时,一般采用较高设计安全系数。由表2可见,美国标准ASTM C1184规定的拉伸粘接强度最小值为0.345MPa,即采用了2. 5倍的安全系数;中国在制定GB16776时为了更进一步确保幕墙的安全,将安全系数从2. 5倍提高到了4倍,规定了结构胶的最小强度值为0. 6MPa;欧洲标准ETAG002则仅需报告测试值,并未进行相应的规定。这是欧洲标准ETAG002与美国标准ASTM C1184及中国标准GB16776在强度问题上的主要不同之处,欧洲标准更关注于强度的保持率,而我国标准更关注于设计安全系数。

      此外,在测试项目方面,各标准体系都规定了高低温、浸水、浸水光照等处理条件,而欧洲标准ETAG002则增加一些环境因素如盐雾( NaCl),酸雾( SO2)以及清洗剂浸泡等处理条件,这对于某些特定环境或地区中如沿海常受到海风侵袭的SSG系统应用,获取盐雾测试数据是具有一定的指导意义;此外其它外在因素的影响,如抗撕裂、机械疲劳性能测试等项目的增加,也可以具有一定程度的参考价值。

⑵ 粘结破坏面积

      粘结破坏面积表征了结构胶对于标准基材的粘结性能,各标准进行了相应的规定,要求的严格程度不同。在中国GB16776中,为了确保结构胶的质量处于很高水平,除提高了最小强度值,还特别强调结构胶对基材的粘接性,规定在经过5种条件处理的试件拉伸粘接性试验后结构胶的内聚破坏面积必须大于95%;而美国标准ASTMC1184没有规定粘接破坏面积;欧洲标准ETAG002则规定对于试件在经过各种处理后,再进行拉伸或剪切试验,结构胶的内聚破坏面积都必须大于90% ,这一点比GB16776规定的95%放宽了条件。

 

2.3  耐久性

      关于结构密封胶耐久性检测方法,目前尚无加速试验方法可以模拟自然环境条件下的25年老化。美国标准ASTM C1184中提出了5000小时紫外老化试验,中国GB/T16776的水-紫外测试是美国标准基础上进行了简化修改,欧盟标准ETAG002中则在紫外、温度、水、荷载、接触物质等多因素方面进行老化试验考察。有关我司产品与国内外标准符合性的测试研究方面,在2009年已通过了美国结构胶标准要求的测试,该测试由美国DL试验室进行;目前也完成了欧盟标准ETAG002各项目的测试。对于自然环境条件下的老化,试验周期长,我司于90年代末期已经启动了该类研究,至今幕墙自然曝晒试验已经15年,采用上述的“重新粘接法”获得了可靠的检测数据,数据结果显示我司产品耐久性理想。此外,为考察我国典型地区环境因素对硅酮结构胶的耐久性影响,我司已在新疆、广州曝晒场开展结构胶自然曝晒试验,该测试周期将长达50年,目前样件已投放近一年,已取得初始自然老化试验结果。

      硅酮结构密封胶用户应该认识到检测报告表征的是在理想化、已固化的状态下的实验室试验数据,而不是在表现硅酮结构密封胶在建筑物上实际出现和表现的气候老化条件下的。如何科学可靠地表征结构密封胶耐久性仍然是三大硅酮结构密封胶标准体系需要进一步完善的重要研究方向。目前,还没有适用的方法来准确描述SSG系统的耐久极限,因此,也不可能准确表明SSG系统的失效时间、早期变质现象以及必需的维修工作。由于这些因素难以确定,那么SSG系统和传统装配系统相比有更大的风险性。目前,为保证耐久性,最好的方法就是采用已证明品质的材料和高质量的技术、在制造和安装时有一个有效的质量监控程序和参照以往成功的经验。在一些环境因素和实验因素的短期试验已证实在实验条件下结构胶在性能方面没有发生不利的变化。但合格产品不一定都适用于具体设计。目前还没有准确预报系统耐久极限的有效方法,不能预知系统丧失功能的时间。依据工程特点进行验算,采用已证明质量的材料、制造、安装技术和质量保证体系,参照成功的业绩,才能保证系统的耐久性。

 

3.      白云牌建筑用硅酮结构密封胶选用指南

      白云化工根据SSG系统应用要求,开发了配套齐全的硅酮结构密封胶系列产品,以供用户根据实际应用需求进行选择,白云牌建筑用硅酮结构密封胶的选用指南详见图2。


图2白云牌建筑用硅酮结构密封胶的选用指南

 

结语

      中国GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》、美国ASTM C1184《硅酮结构密封胶标准规范》及欧洲ETAG002《结构密封胶装配系统技术审核指南》等硅酮结构密封胶标准体系均是在上世纪九十年代先后编制出台,且自颁布以来,均每隔一定时期要进行审核修订,各标准主体结构及主要技术要求至今仍然基本一致,仅中国标准将安全系数进行了提高。目前硅酮结构胶已经广泛用于国内外SSG系统中,反映了各标准虽然侧重点不同,但对于SSG系统应用是科学可靠的。欧洲标准虽然检测项目更多,但有些指标及条件相对中国标准低,因此不能简单论断认为欧洲标准比中国标准和美国标准先进。我们公司的一些产品已通过欧洲标准的检测,有兴趣的客户可以选用。

      选择结构胶的首要关键因素仍在于产品性能是否满足设计要求及产品的质量稳定性;其次,选胶时应当考察企业规模,了解企业生产、研发、服务能力、生产经验以及质量管理体系等生产经营情况。值得指出的是,当前的质量管理体系认证常常出现流于形式,走过场的情况,因此通过国际知名认证公司进行认证审核无疑是最佳选择,也是实现全面质量管理,保证产品质量长期稳定的基础。目前结构胶厂家竞争激烈,产品良莠不齐,低价低质的产品充斥市场。购买时切勿贪图便宜,且应通过正规渠道购买,以免买到假胶,产品质量没有保障。

参考文献(略)