隱框玻璃幕墻用硅酮結構密封膠硬化后性能研究

廖 拓，楊 強，蔡 維

（廣東省建設工程質量安全檢測總站有限公司 廣州 510500）

0 前言

隱框玻璃幕墻是一種現(xiàn)代化、美觀的建筑外圍護系統(tǒng)，它的特點是在外觀上減少了框架的可見性，使玻璃面板看起來像是無框的。隱框玻璃幕墻沒有傳統(tǒng)明框幕墻所使用的鋁合金外框來夾持和承重玻璃，而是完全依靠結構膠將玻璃粘貼在鋁型材框架上，從視覺上呈現(xiàn)無框架的外觀效果。然而，隱框玻璃幕墻中的玻璃面板完全依賴硅酮結構密封膠粘在鋁合金附框上，需要長期有效地承受風荷載、地震、自重荷載、溫度變形等，對材料和工藝要求非常嚴格。但我國玻璃幕墻起步于20 世紀80 年代，一方面由于早期的結構膠質量參差不齊，施工質量把控不嚴格，另一方面許多隱框玻璃幕墻的壽命均已超過設計使用年限，結構膠均出現(xiàn)不同程度的硬化問題，但其硬化后的承載能力如何尚不可知［2-8］。

本文通過對某邵氏硬度超標準要求的隱框玻璃幕墻結構膠進行取樣，對其最大強度伸長率、拉伸粘接強度、抗剪強度等進行了試驗研究，研究結果可為既有隱框玻璃幕墻的使用維護提供相關參考。

1 試驗項目

以廣東省某大型體育館為背景，該體育館于2001年竣工，幕墻形式多樣，包含半隱框玻璃幕墻、全玻璃幕墻、肋點支承玻璃幕墻等，幕墻面積約16 000 m2，幕墻最高處標高約50 m，此次試驗的結構膠均來源于該項目的半隱框玻璃幕墻。

本次試驗主要包含兩個方面：①硅酮結構膠本身的物理力學性能試驗，包括邵氏硬度、拉伸粘接強度、最大拉伸強度時伸長率等；②水平剪切試驗，包括邵氏硬度試驗、手拉剝離試驗、最大強度伸長率、拉伸粘結強度試驗和剪切試驗。

2 試驗方案

2.1 邵氏硬度試驗

試驗步驟：

⑴8件玻璃，每件玻璃隨機選取一段結構膠進行切割。

⑵結構膠切割長度為130 mm。

⑶采用邵氏硬度計對切割下來的結構膠按標準要求進行邵氏硬度檢測：每段結構膠選取5個測點，每個測點相距20 mm，具體試驗方法見文獻［1］。

⑷每段結構膠的邵氏硬度取5 個測點檢測結果的中值。

2.2 最大強度伸長率

試驗步驟：

⑴8 件玻璃，每件玻璃隨機選取1 段結構膠進行切割。

⑵沿附框及結構膠的橫向進行切割，切割長度為50 mm。按文獻［1］的規(guī)定制作試件并使用萬能試驗機進行試驗。

2.3 拉伸粘結強度試驗

試驗步驟：

⑴8 件玻璃，每件玻璃隨機選取1 段結構膠進行切割。

⑵沿附框及結構膠的橫向進行切割，切割長度為50 mm。

⑶記錄結構膠的寬度、厚度和長度。

⑷ 采用拉拔儀對結構膠進行拉伸粘結強度試驗，記錄結構膠破壞時的狀態(tài)和最終的拉力值。

2.4 手拉剝離試驗

試驗步驟：

⑴8 件玻璃，每件玻璃隨機選取位置，垂直于膠條做一個切割面，由該切割面沿基材面切出兩個長度約50 mm 的垂直切割面，并以大于90°方向手拉硅酮結構膠塊，觀察剝離面破壞情況。

⑵ 硅酮結構膠的剝離試驗應進行膠體與鋁型材、膠體與玻璃間的2種剝離試驗。

2.5 水平剪切試驗

結構膠尺寸為寬16 mm×厚8 mm，玻璃規(guī)格為寬610 mm×高610 mm×厚17.52 mm，測點布置示意圖如圖1所示。

圖1 測點布置示意圖Fig.1 Schematic Layout of Measurement Points （mm）

試驗步驟如下：

⑴安裝試件，將附框固定在鋼架上。

⑵在玻璃底部施加水平方向的推力，加載方向與玻璃面板平行，使玻璃底部產生0.2 mm、0.4 mm、0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm 等以0.2 mm 為一級的水平方向位移，每級荷載持續(xù)10 s，直至結構膠發(fā)生損壞。

⑶記錄玻璃底部每級位移對應的附框位移量和荷載值，檢查每級位移作用下結構膠是否發(fā)生損壞。

3 試驗結果與分析

3.1 邵氏硬度、最大拉伸強度時伸長率試驗

依據文獻［1］的規(guī)定進行試驗，試驗結果如表1所示，試驗現(xiàn)場如圖2所示。

表1 邵氏硬度、最大拉伸強度時伸長率試驗結果Tab.1 Shore Hardness，Elongation Test Results at Maximum Tensile Strength

圖2 試驗現(xiàn)場Fig.2 Testing Site

由表1 可知，在所取樣的8 個樣本中，邵氏硬度最大、最小值分別為62、59 HA，硬度中值為60.5 HA，超過了文獻［1］所規(guī)定的60 HA，可以認為該結構膠已經發(fā)生了硬化現(xiàn)象。同時由最大強度時伸長率可知，結構膠硬化后，其最大強度時伸長率急劇縮小，遠小于文獻［1］所要求的不小于100%的要求。

3.2 拉伸粘結強度、手拉剝離試驗

拉伸粘結強度試驗按照行業(yè)標準《建筑幕墻工程檢測方法標準：JGJ/T 324—2014》［9］規(guī)定的方法進行，手拉剝離試驗按照行業(yè)標準《玻璃幕墻工程質量檢驗標準：JGJ/T 139—2001》［10］規(guī)定的方法進行。試驗結果如表2所示，試驗現(xiàn)場如圖3所示。

表2 拉伸粘結強度、手拉剝離試驗結果Tab.2 Tensile Bond Strength，Hand-pull Peel Test Results

圖3 現(xiàn)場試驗Fig.3 Field Trials

由表2可知，結構膠硬化后，其與玻璃和附框的手拉剝離試驗結果均為一折即斷，但結構膠拉伸粘接強度實測最大值為1.09 MPa，平均值為0.99 MPa，且結構膠破壞狀態(tài)為內聚破壞，根據《建筑幕墻可靠性鑒定技術規(guī)程：廣東省標準DBJ/T 15-88—2022》［11］第4.3.6條的規(guī)定“若實測值不小于0.6 MPa，則應按0.6 MPa 采用”，故此結構膠的拉伸粘接強度滿足文獻［11］的要求。由此可知，該結構膠的硬化與拉伸粘接強度之間無直接關系。

3.3 水平剪切試驗

對3 件試件進行水平剪切試驗，1#～3#試件結構膠最大變形量分別為5.18 mm、5.06 mm、4.61 mm，3 件試件最大變形量相差11%，數據較為平滑，故挑選最大變形量最大的1#試件進行數據分析，1#試件水平剪切試驗結果如表3 所示，1#試件結構膠變形-荷載曲線如圖4 所示，試驗現(xiàn)場如圖5所示。

表3 水平剪切試驗結果Tab.3 Horizontal Shear Test Results

圖4 1#試件結構膠變形-荷載曲線Fig.4 Deformation-load Curve of Structural Adhesive for 1#

圖5 試驗現(xiàn)場Fig.5 Testing Site

由表3可知，硬化后結構膠的變形能力良好，變形隨荷載呈線性增加，無突變，當玻璃位移量達到7.4 mm時，玻璃下邊結構膠發(fā)生開裂，破壞形式與非硬化結構膠一致，無明顯區(qū)別。3 件試件結構膠最大位移角γ分別為1/118、1/120、1/132，相當于達到幕墻層間變形性能2級。

4 結論

通過對某邵氏硬度超標準要求的隱框玻璃幕墻結構膠進行取樣，對其最大強度伸長率、拉伸粘接強度、抗剪強度等進行試驗研究。研究結果表明：

⑴結構膠硬化，即邵氏硬度超過60 HA 的結構膠，其最大拉伸強度時伸長率會顯著變小。8 件試樣中最大拉伸強度時伸長率為34.8%，遠小于文獻［1］所要求的不小于100%的要求。

⑵硬化后結構膠與玻璃和附框的手拉剝離試驗結果均為一折即斷，但結構膠拉伸粘接強度實測平均值為0.99 MPa，滿足文獻［11］要求，且結構膠破壞狀態(tài)為內聚破壞，說明結構膠的硬化與拉伸粘接強度之間無直接關系。

⑶硬化后結構膠的變形能力良好，變形隨荷載呈線性增加，無突變，破壞形式與非硬化結構膠一致，無明顯區(qū)別。3件試件結構膠最大位移角γ分別為1/118、1/120、1/132，相當于達到幕墻層間變形性能2級。