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建筑密封胶应用的设计、选材、施工

来源:杭州之江有机硅化工有限公司 　作者:刘明 　日期:2007-4-13
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一、前言
    建筑用密封胶大都属于合成胶粘剂，其主体是聚合物，其性质可分为三类：本体性质、工艺性质和使用性质（产品性能）。
本体性质取决于密封胶主体聚合物的化学和物理结构，是可以精确地重复测量出来的。
　　工艺性质是指密封胶再制造过程中表现出的有关
一、前言
    建筑用密封胶大都属于合成胶粘剂，其主体是聚合物，其性质可分为三类：本体性质、工艺性质和使用性质（产品性能）。

本体性质取决于密封胶主体聚合物的化学和物理结构，是可以精确地重复测量出来的。

　　工艺性质是指密封胶再制造过程中表现出的有关特性。

使用性质（产品性能）不言而喻主要是指密封胶在形成胶结过程中到形成胶结接头的综合性能，该性能取决于建筑接缝对密封胶的功能要求。

无论对于建筑的外围护还是建筑室内装饰装修；无论是窗结构还是其它形式的围护和装饰结构，都可以将它们看成是单元组成，那么每个单元之间便产生接缝，绝大多数需要建筑用密封胶来密封填充。建筑接缝的合理设计，对建筑密封胶的了解认识、合理的选材和建筑密封胶的正确施工是保证建筑接缝密封的成功必不可少的全过程。


二﹑建筑密封胶的功能要求
    建筑对密封胶的功能要求主要取决于环境因素：包括阳光中UV的辐射老化，氧气和臭氧的氧化，水和水蒸气的老化，环境的温度变化的影响，风荷载、剪切力的作用，循环机械（压缩/拉伸）荷载，侵害性的大气污染（如：酸雨、盐雾等），微生物和大生物（真菌等）的影响。了解环境因素后考虑建筑接缝的需要，建筑密封胶的功能可概括以下功能：

　　建筑防水、隔音、节能、防腐蚀、防污染、防火、装饰、结构弹性联接、结构安全耐久等功能。


三、建筑密封胶分类
　　1、按基础聚合物
    包括•SR 硅酮  •PU聚氨酯 •PS聚硫•AC丙烯酸 •丁基、沥青及油性树脂改性产品• MSR 等。其中硅酮、聚硫、聚氨酯三大室温固化弹性密封胶在我国应用最为广泛，尤其是硅酮密封胶产品。

   硅酮类密封胶由于其特殊的分子结构，其分子结构兼备无机和有机两类聚合物的特性。硅酮胶的原胶是由Si-O为主链的聚合体。其键能为106Kcal/mol，而通常的高分子材料的C-O和C-C键能均较小，分别为80和85.2 Kcal/mol。换言之，若打断Si-O化学键，必然需要较高的能量，因此硅酮胶稳定。具有超群的抗UV、耐臭氧、耐气候老化、耐温性和单组分、双组分多种形式应用的特点，同时可以根据建筑的需要制造出不同性能要求的产品，尤其在阴框玻璃幕墙的结构粘结应用中是其它材料无可取代的。并且我国在硅酮密封胶生产的原料工业发展相对聚硫、聚氨酯要规模大和成熟，目前硅酮类建筑密封胶产品占我国建筑密封胶使用量的60%以上。国外改性硅酮产品在建筑中应用也比较多，目前我国仅限于其它领域。

    建筑用聚硫密封胶早在20世纪60年代应用于飞机、航空等领域的耐油、耐溶剂方面的粘接密封，在80年代在我国也应用于建筑接缝的密封，由于原料的生产成本过高，目前已基本被硅酮产品取代。但是聚硫密封胶具有良好的防透气性能和耐油、耐溶剂的特性，仍广泛应用于中空玻璃的制造，部分用于建筑接缝污水、垃圾场、储油结构和钢结 构防腐密封等。

    聚氨酯分子结构的多样性，可以制造模量范围很宽的不同产品，适用于很多材料的粘结。又由于其具有柔性的分子链，它的耐震动性和疲劳性能很好，特别适合不同材料的粘结及对柔性材料的粘结，并且还有非常优异的耐低温性能，在许多工业中应用非常广泛。在建筑领域该材料在美国、日本、德国等发达国家的应用接近硅酮产品，目前在我国由于原料工业的落后，密封胶产品的发展受到一定的制约。

    另外还有包括丁基、丙烯酸 、沥青及油性树脂改性的弹性较小的密封膏产品。该类产品的弹性小，可应用于建筑接缝机械位移要求低的部位。


　2、按位移能力分类
　　对建筑用密封胶产品的性能判断主要依据密封胶标准。不论是国际标准ISO11600,还是美国的ASTM C920、日本的JISA5758、英国的BS5889、德国的DIN18540 18545标准都是依据产品的抗位移能力进行分级。我国目前新的建筑密封胶产品标准均是按照IS011600-2000《建筑结构•密封胶•分级和要求》制定的。按试验的冷拉伸/热压缩幅度可分为以下级别：


25LM级、25HM级、20LM级、20HM级、12.5级、12.5E级、12.5P级、7.5P级.
IS0 11600-2000标准各分级性能指标见表1～3：

表1 密 封 胶 级 别


表2 玻璃安装用密封胶（G类）技术要求和试验方法


表3 结构用密封胶（F）技术要求和试验方法


我国2001年制定和修订出版的建筑用密封胶标准有：

　　JC/T 881-2001 混凝土建筑接缝用密封胶
　　JC/T 882-2001 玻璃幕墙接缝用密封胶
　　JC/T 883-2001 石材用建筑密封胶
　　JC/T 884-2001 彩色涂层钢板用建筑密封胶
　　JC/T 885-2001 建筑用防霉密封胶
　　JC/T 486-2001 中空玻璃用弹性密封胶
正在修订即将出版的建筑用密封胶及试验方法标准有：

　　GB/T 14683 建筑用硅酮密封胶
　　GB 16776 建筑用硅酮结构密封胶
　　GB/T 13477 建筑用密封胶试验方法

四、接缝设计
　　接缝设计应对接封细部材料分析：包括对相关接封各材料的膨胀系数﹑被粘材料表面特性；对合理的位移量：包括建筑结构主体﹑构件的变形约束性，正向﹑切向位移量，外部荷载引起的变形量；对密封细部：指接封的密封形状（搭接﹑ 对接﹑角接（阴角﹑阳角）等）；对密封胶变形受力：包括立面﹑平面﹑斜面不同性分析；对误差分析：包括加工﹑安装﹑环境等因素的综合考虑。

　　1、位移量的确定
温度引起构件伸缩是位移的重要因素。由温度引起的位移量可按下式计算：

△L＝α ×△T×L
式中：

△L--温度位移量(mm)；

α--构件膨胀系数(×10-6／℃)；

△T—构件的温度差(℃)
L—构件的长度(mm)
　　2、建筑结构中隐框玻璃幕墙硅酮结构密封胶的力学动态分析
建筑结构中隐框玻璃幕墙硅酮结构密封胶的应用、设计，在所有建筑密封胶应用中是最为复杂之一。对该材料的设计进行较详细的讨论对其它密封胶的应用可以起到举一反三的作用。

　　(1）受力分析
•瞬时荷载：风荷载﹑地震效应。

特点：强度大﹑对幕墙的作用持续时间短。

其中风荷载是设计中的主要依据。

•长久荷载：自重﹑温差变形﹑雪荷载。

特点：强度与胶的特性有很大的联系，对幕墙的作用持续时间较长久。

　　温差变形是设计密封胶厚度的参数的依据；雪荷载也是幕墙设计中玻璃安全性选择的主要依据。

　　（2）设计结构密封胶的思路
•满足瞬时荷载需求时着重考虑长久荷载的影响：

结构密封胶的粘接宽度考虑瞬时荷载与玻璃安全性考虑长久荷载的雪荷载；

结构密封胶的厚度考虑长久荷载的温差变形荷载；

•改变结构密封胶的细部形状。借用耐候密封胶的细部形状的特点：将结构胶的形状设计为沙漏状，可以增加抗位移能力；

•通过设计避免长久荷载的自重荷载的影响；

•严禁结构密封胶长期受浸水或高湿环境的侵蚀；

•关注被粘接材料涂层的稳定性；

•避免忽略结构密封胶合理尺寸设计的是非常重要的；

•设计要关注耐候密封的有效性，尤其屋顶耐候密封。因为耐候密封胶的密封失败将会造成结构密封胶长期受浸水或高湿环境的侵蚀；

•与密封胶生产供应商有效的沟通是最终安全性的必须。

　　3、接口设计一般原则
　　接缝设计是结构设计和防水设计的组成部分。达到预期效果成功的接缝，主要依靠正确设计及选材。建筑接缝密封“最佳”设计是成功密封的关键。接缝处于永久性或瞬时性运动状态，限制运动可能会引起构件自身挠曲、开裂或端部破坏，产生难以控制的渗漏和更大的危害。设计必须充分考虑接缝的自由运动位移并设置适应位移和环境要求的密封，严禁三面粘着（中空玻璃制作时中空玻璃用密封胶的粘结为三面粘着）。

　　(1）结构型
•宽度(只考虑风荷载)=[最长短边(mm) ×设计风压值(KPa)]/[2 ×138(KPa)]
•深度(mm) ≥幕墙玻璃的相对位移量(mm)/[结构胶变位能力(2+结构胶变位能力)]1/2
•结构胶宽度≥6mm，结构胶深度≥6mm，结构胶宽度≥结构胶深度。

•结构胶宽度与深度比必须在1∶1～3∶1之间。

•更详细的设计应遵循JGJ102规范要求。

　　(2）耐候型
•宽度≥6mm，粘结面≥6mm。

•宽度与厚度比应至少为2∶1，厚度不要超过12mm。

•接口必须修整为沙漏状，以便有承载更大位移的能力。

•春﹑秋季施工时应尽量傍晚打胶，雨季必须停止打胶，待雨停后确保施胶表面干燥后再打胶。

•施胶表面的温度过高﹑一天内温差过大、泡模棒的不合适或破裂、施打胶的不密实及施胶表面的水气等都是造成胶面变形﹑起泡与粘界失败的主要原因。


五﹑密封胶选材
　　通过对建筑接缝合理的设计， 选择合适的建筑密封胶。既要考虑良好的使用性，重点考虑对接缝的抗位移性。选材的依据概括为：

•良好的低渗透性；

•良好的嵌填施工性能；

•与接缝基材相容、无污染，粘接稳定；

•在受力变形中不发生内聚破坏；

•在使用温度下不产生过度永久变形、不软化或发粘，不发生硬化和过度脆化；

•在使用条件下耐老化、耐气候，使用寿命合理。

•位移能力(%)满足要求。

•结构粘结位移能力(%)与模量强度合理统一。


六﹑接缝密封施工
　　在建筑接缝和建筑密封胶确定之后，成功和有效的密封完全依赖接缝施工和密封作业的质量。密封作业不仅需要正确熟练的操作技巧，而且必须认真负责，有耐心，从而避免发生缺陷。大量事实表明，接缝施工缺陷和密封施工不慎是造成渗透的重要原因，况且查找漏源、恢复密封十分困难，既费时、费工，又增加不必要的费用。

接缝密封施工的一般程序：

•被粘基材与密封胶的粘接性确定；

•衬垫材料与密封胶的相容性的确定；

•封口的清洁和干燥；

•施打胶时密封胶填充密实；

•工厂内施打密封胶的质量管理体系的建立；

•现场施打密封胶后的环境因素的风险分析；

•高素质施工人员的要求和材料供应商最终的技术支持是非常重要的。


七、结束语
　　建筑密封胶的应用在建筑工程中资金投入所占比例很小，但对建筑主体的防水、密封，最终达到结构安全、耐久等有着不可忽视的重要性，尤其对硅酮结构密封胶的应用。建筑用密封胶的应用仅是对建筑接缝的简单填充的观念必须被彻底的转变，正确的接缝设计、合理的密封胶的选择、成功的接缝密封施工是完成建筑接缝有效密封的完整的质量链，也是设计者、材料商和施工方共同的责任。



参考文献：

1）硅珙化学与工艺学．[西德]W.诺尔著 科学出版社
2）合成胶粘剂的性质和性能测试 金士九 金晟娟 编著 科学出版社
3）马启元 密封胶的功能和发展

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