玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠失效原因及現(xiàn)場檢測

　　我國幕墻建筑自1983 年起步，20 世紀(jì)90 年代中期達(dá)到高潮，到2010 年底，我國已建成了約2 億m² 的各式建筑幕墻(包括采光屋面)，占世界總量的50%以上。然而，隨著玻璃幕墻使用量的增多及服役年限的增加，幕墻玻璃突發(fā)墜落事故時有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著人們的生命財產(chǎn)安全。

　　結(jié)構(gòu)膠失效是導(dǎo)致幕墻玻璃墜落最主要的原因之一。現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16776—2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》和JGJ102—2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》要求結(jié)構(gòu)膠提供10 年的質(zhì)量保證。按照這個規(guī)定，20 世紀(jì)80 年代以來我國所建的玻璃幕墻，特別是90 年代所建的隱框玻璃幕墻所用的結(jié)構(gòu)膠，目前均已超過了質(zhì)量保證期，開始出現(xiàn)各種不同的失效現(xiàn)象。相關(guān)調(diào)查表明，因結(jié)構(gòu)密封膠失效引起的玻璃幕墻質(zhì)量問題占到玻璃幕墻所有質(zhì)量問題的40%以上。因此，深入剖析玻璃幕墻用結(jié)構(gòu)膠失效模式及其原因，并開展相關(guān)的檢測技術(shù)研究，對防范幕墻玻璃墜落、指導(dǎo)既有玻璃幕墻加固維修或新建玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要意義。

　　1 玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠失效原因

　　玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠失效主要表現(xiàn)為：結(jié)構(gòu)膠脫膠、斷膠、開裂、粉化、硬化等。結(jié)構(gòu)膠失效可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)性能退化，達(dá)不到其設(shè)計功能要求。導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠失效的因素很多，既有結(jié)構(gòu)膠自身因素，也有結(jié)構(gòu)膠服役的外部環(huán)境因素。本文通過對多年既有玻璃幕墻現(xiàn)場檢測結(jié)果的分析，總結(jié)了玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠的各種失效模式，特別對一些引起玻璃幕墻失效因素但目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范并沒涉及到的新問題進(jìn)行了剖析。

　　1.1施工、設(shè)計及選材不當(dāng)造成結(jié)構(gòu)膠失效

　　早期的玻璃幕墻(特別是20 世紀(jì)80 年代中后期至90 年代中期建設(shè)的玻璃幕墻)由于沒有具體的施工標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致質(zhì)量參差不齊，問題特別突出，主要表現(xiàn)為：選用劣質(zhì)的結(jié)構(gòu)膠;結(jié)構(gòu)膠選材不當(dāng);結(jié)構(gòu)膠未進(jìn)行進(jìn)場試驗;結(jié)構(gòu)膠未按施工要求進(jìn)行施工;結(jié)構(gòu)膠設(shè)計時力學(xué)計算不合理等。這些因素嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)膠的服役質(zhì)量及壽命，導(dǎo)致玻璃幕墻在未達(dá)到服役年限、甚至新建不久就出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。圖1 顯示了一玻璃幕墻工程因使用了不合格的結(jié)構(gòu)膠，在服役若干年后出現(xiàn)嚴(yán)重老化脫膠問題，其中脫膠處裂縫能夠?qū)?.2 mm 的卡片插進(jìn)去。

　　1.2結(jié)構(gòu)膠老化失效

　　在結(jié)構(gòu)膠失效因素中，結(jié)構(gòu)膠老化是最主要的因素。結(jié)構(gòu)膠在使用過程中，受到環(huán)境中的光、熱、氧(臭氧)以及各種介質(zhì)和微生物等多種因素的影響與作用，其粘結(jié)性能會逐漸下降，甚至被破壞，在潮濕、腐蝕介質(zhì)及陽光直射等環(huán)境中更是如此，特別是當(dāng)濕度≥95%，溫度高于50~60 °C 時，水分會成為影響粘接界面強度的元兇。因為，水能滲入粘接層內(nèi)部，而且侵蝕粘接界面比侵入結(jié)構(gòu)膠本體快，其過程是水從粘接界面邊緣滲入并逐漸向膠體中心區(qū)域擴(kuò)展，隨著時間的推移，滲入粘接界面內(nèi)的水量會越來越多，從而降低結(jié)構(gòu)膠與被粘接物表面的吸附力，造成結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)性能下降和使用壽命縮短;滲入膠體的水還會使結(jié)構(gòu)膠本身產(chǎn)生溶脹，降低膠體的物理性能。目前，評價結(jié)構(gòu)膠的耐老化性能主要采用人工加速老化實驗。比如，ETAG 002《結(jié)構(gòu)密封膠玻璃裝配系統(tǒng)技術(shù)審核指南》要求：密封膠在浸水-紫外線輻射、鹽霧、酸霧、清潔劑浸泡4 項加速老化后，結(jié)構(gòu)膠的拉伸強度不得低于其初始強度的75%，與基材（詞條“基材”由行業(yè)大百科提供）的粘結(jié)破壞面積不大于10%。將結(jié)構(gòu)膠放入高溫高濕環(huán)境(濕度≥95%，溫度在25~55 °C 之間有規(guī)律的循環(huán)變化)進(jìn)行人工加速老化，并對不同老化時間的結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行加載獲得變形與載荷曲線圖，見圖2。結(jié)構(gòu)膠加載破壞后的斷面圖，見圖3。

　　如圖2 所示，隨著老化時間的延長，除了結(jié)構(gòu)膠強度降低外，加載曲線斜率也明顯增大了，說明結(jié)構(gòu)膠老化后彈性模量變大了。此外，老化前，結(jié)構(gòu)膠被拉斷位置處在結(jié)構(gòu)膠本身，屬結(jié)構(gòu)膠內(nèi)聚破壞;而老化后的結(jié)構(gòu)膠在粘接界面處被破壞，主要表現(xiàn)為界面拉斷(圖3)。以上結(jié)果表明，雖然老化后結(jié)構(gòu)膠本身的強度和界面粘結(jié)強度均下降，但是界面粘結(jié)強度下降更多，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于結(jié)構(gòu)膠本身的強度。因此，老化后結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)強度決定了整個粘接件的強度。

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