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玻璃幕墻因其美觀、節能、易維護等諸多優點而得到廣泛應用。玻璃幕墻是以密封膠粘粘結密封的玻璃幕墻單元件為基礎裝配組合的結構外墻，玻璃單元是依靠硅酮結構密封膠與金屬框架彈性聯接在一起，結構密封膠起結構粘結作用，傳遞并承擔主體結構的應力，因此硅酮結構膠（詞條“硅酮結構膠”由行業大百科提供）的耐久穩定性直接關系幕墻安全。一旦結構膠粘結失效，就會導致整個幕墻系統的失效，甚至產生透氣漏水、玻璃脫落等事故的發生，造成極其不良的社會影響。隨著玻璃幕墻工程的日益增多，因結構膠產品質量帶來的玻璃幕墻工程質量的問題也愈發突出，本文從硅酮結構密封膠的角度出發，分析玻璃幕墻典型質量問題，通過闡述建工行業新標準JG/T475-2015《建筑幕墻用硅酮結構密封膠》設置的產品質量控制項目要求，對比分析提出相應玻璃幕墻質量控制措施。
1.建筑幕墻用硅酮結構密封膠質量問題
1.1使用壽命問題
JGJ 102《玻璃幕墻工程技術規范》中明確指出，玻璃幕墻的設計使用年限一般不低于25年[1]。硅酮結構密封膠作為其主要構成材料之一，且起著十分關鍵的作用，使用壽命應至少25年。但是，目前國內市場所售硅酮結構密封膠均按照國家標準GB 16776-2005《建筑用硅酮結構密封膠》進行檢測[2]，控制產品質量，生產廠家依據該標準一般只能提供10年的質量保證，顯然不能滿足玻璃幕墻設計使用年限的最低要求。因此，結構膠作為構成玻璃幕墻的關鍵材料，成為了其中的“短板”，即結構膠的使用壽命決定了幕墻的使用年限。此外，一旦結構膠使用年限超過10年，就需要對幕墻進行維修和改建，對于現今越來越多的高層和超高層建筑幕墻，維修就會特別復雜，費用也會非常高，據相關技術人員統計，若想在100米的高空中去更換一塊玻璃，費用高達數十萬。
1.2環境因素對結構膠老化的影響
硅酮結構密封膠屬于高分子材料，在幕墻實際應用過程中，不可避免要受到周圍環境因素的影響，如：雨水、紫外光照射、高溫、高濕、嚴寒以及沿海、鹽堿地帶鹽霧環境和因環境污染而產生的酸霧環境等因素都會加速密封膠的老化，使其在應用過程中出現變色、起泡、裂紋甚至脆化、開裂、脫粘等現象，使用壽命降低，嚴重影響幕墻工程安全。
1.3復雜受力對結構膠老化的影響
玻璃幕墻造型愈發新穎獨特，且越來越高，新設計形式的高層建筑不斷涌現也對結構密封膠的性能提出了更高的要求。結構密封膠應用于玻璃幕墻的過程中，承受多種復雜的外力：(1)水平正反方向的風荷載，如圖1(a);(2)垂直方向的剪切力，如圖1(b);(3)因結構膠缺陷易造成應力集中而導致的撕裂力;(4)循環風荷載（詞條“荷載”由行業大百科提供）、震動等動態荷載造成的機械疲勞應力;(5)長期玻璃自重荷載導致結構膠產生蠕變的應力，如圖1(c)。這些復雜外力使結構密封膠長期處于肉眼無法觀測到的動態變形狀態，加速結構密封膠的老化。
圖1.結構密封膠受力示意圖
1.4密封膠產品質量問題
國內密封膠市場混亂，市場競爭逐漸激化，一些密封膠企業為追逐暴利，不顧及社會責任，采用不正當的競爭手段，以犧牲產品質量為代價，制造超低價格的產品。甚至不惜以高填充、選用劣質原料等坑害用戶的手段，降低產品價格，更甚者以偽劣產品假冒名牌，擾亂了市場并嚴重危害行業的健康發展。主要表現有以下幾個方面：
(1)密封膠中填充白油、裂解硅油等劣質增塑劑。
白油是石油潤滑油餾分高壓加氫精制而成的無色、無味白色油狀長鏈烷烴，沸點低且易揮發，微量使用可以改善密封膠的表面光澤。密封膠中填充了白油，不僅使密封膠的成本大大降低，同時使密封膠的外觀、擠出性能有很大改善，用戶使用過程中暫時不能發現質量問題。隨著時間的推移，密封膠中白油逐漸揮發，致使密封膠自身變硬、變脆，甚至出現開裂現象;同時白油與丁基密封膠的極性相近，根據相似相溶原理，丁基密封膠遇到白油時，就會被其溶脹、溶解，造成中空玻璃流油、出霧、脫粘等現象[3]。
裂解硅油是回收已固化過的硅酮密封膠經高溫裂解提取所得的硅油，其揮發份高，化學成份復雜，含有多種極性物質，如果添加到硅酮結構封膠中，不但與主體硅橡膠相容性不好、易揮發，使硅酮結構密封膠變硬變脆，還會與丁基或型材發生不良反應，導致密封膠脫粘失效，存在嚴重安全隱患。
(2) 密封膠自身耐老化能力差。部分廠家的密封膠初始時各項性能都能達到國家(行業)標準要求，經過一段時間的風吹、雨淋、日曬老化后，密封膠的各項性能有大幅度的衰減，密封膠會變硬、變脆，在建筑工程上使用后會出現嚴重的開裂、漏水問題。
(3)假冒名牌、以次充好。部分廠家及工程承建商為了追求高額利潤，在制作工程的中間過程使用劣質密封膠仿冒名牌產品、以次充好，給幕墻工程造成嚴重的質量隱患。部分企業靠低價競爭鋌而走險，最終結果是使建筑工程的質量嚴重下降，使玻璃幕墻成為城市上空的“不定時炸彈”變為現實，給人們的人身安全留下嚴重的隱患。
2.標準對比分析及質量控制措施
針對以上問題，采用科學嚴格的產品標準要求是一項重要措施。相關的硅酮結構膠標準，目前主要有中國GB16776-2005《建筑用硅酮結構密封膠》、美國ASTM C1184-2005《硅酮結構密封膠》、歐洲ETAG 002-2012《結構密封膠裝配套件(SSGK)的歐洲技術認證指南》 [4]，此外歐洲還有EN15434：2006(2010)《建筑用玻璃-結構用或抗紫外線密封膠產品標準(用于結構密封裝配或外露密封中空玻璃單元)》[5]，其中ETAG002與EN15434有關硅酮結構密封膠的要求基本相同，標準的試驗項目對比情況見表1。
表1.硅酮結構密封膠標準試驗項目對比
試驗項目 | ETAG 002 | JG/T475 | GB 16776 | ASTM C 1184 | |||
硬度（詞條“硬度”由行業大百科提供），Shore A | 報告 | 20~60 | 20~60 | 20~60 | |||
顏色 | 報告 | 外觀要求 | ○ | ○ | |||
氣泡 | 無氣泡 | 無氣泡 | ○ | ○ | |||
彈性恢復率，% | 伸長變化率＜5 | 伸長變化率＜5 | ○ | ○ | |||
彈性模量，MPa | 報告 | 報告 | ○ | ○ | |||
擠出性，s | 報告 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | |||
適用期，min | 報告 | ≥20 | ≥20 | ○ | |||
表干時間，h | 報告 | ≤3 | ≤3 | ≤3 | |||
下垂度 | 垂直放置，mm | 報告 | ≤3 | ≤3 | ≤4.8 | ||
水平放置 | 報告 | 無變形 | 無變形 | 無變形 | |||
收縮（詞條“收縮”由行業大百科提供）性，% | ＜10 | 質量變化≤6% | ○ | ○ | |||
熱重分析 | 報告 | 報告 | ○ | ○ | |||
紅外光譜分析﹡ | ○ | 報告 | ○ | ○ | |||
拉伸粘結性 | 23℃ | 報告K12.5值， Ru,5值 | 報告K12.5值， Ru,5值 | ≥0.60MPa | ≥0.345MPa | ||
80℃/88℃/90℃ | △Xmean≥75% （80℃） | △Xmean≥75% （80℃） | ≥0.45MPa （90℃） | ≥0.345MPa（88℃） | |||
-20℃/-29℃/-30℃ | △Xmean≥75% （-20℃） | △Xmean≥75% （-20℃） | ≥0.45MPa（-30℃） | ≥0.345MPa（-29℃） | |||
內聚破壞 | ≥90％ | ≥90％ | ≥95％ | ○ | |||
最大拉伸強度時伸長率（詞條“伸長率”由行業大百科提供）% | ○ | ○ | ≥100 | ○ | |||
剪切強度 | 23℃ | 報告Ru,5值 | 報告Ru,5值 | ○ | ○ | ||
80℃ | △Xmean≥75% | △Xmean≥75% | ○ | ○ | |||
-20℃ | △Xmean≥75% | △Xmean≥75% | ○ | ○ | |||
內聚破壞 | ≥90％ | ≥90％ | ○ | ○ | |||
撕裂強度 | △Xmean≥0.75， 內聚破壞≥90% | △Xmean≥0.75， 內聚破壞≥90% | ○ | ○ | |||
機械疲勞試驗 | △Xmean≥0.75， 內聚破壞≥90% | △Xmean≥0.75， 內聚破壞≥90% | ○ | ○ | |||
蠕變 | 力卸載24h后:最大位移 | u≤0.1mm | u≤0.1mm | ○ | ○ | ||
環境影響 | 水-紫外線輻照試驗 | △Xmean≥0.75， 0≦x%≦12.5要求 0.5 ≦Kx,c/Kx ≦1.10, 內聚破壞≥90% | △Xmean≥0.75， 0≦x%≦12.5要求 0.5 ≦Kx,c/Kx ≦1.10, 內聚破壞≥90% | ≥0.45MPa， 內聚破壞≥95% | ≥0.345MPa | ||
NaCl環境（鹽霧試驗） | △Xmean≥0.75， 內聚破壞≥90% | △Xmean≥0.75， 內聚破壞≥90% | ○ | ○ | |||
SO2環境（酸霧試驗） | △Xmean≥0.75， 內聚破壞≥90% | △Xmean≥0.75， 內聚破壞≥90% | ○ | ○ | |||
清潔劑 | △Xmean≥0.75， 內聚破壞≥90% | △Xmean≥0.75， 內聚破壞≥90% | ○ | ○ | |||
浸水 | ○ | ○ | ≥0.45MPa， 內聚破壞≥95% | ≥0.345MPa | |||
密封膠自身的抗UV性能 | △Xmean≥0.75 | △Xmean≥0.75 | ○ | ○ | |||
熱老化 | 熱失重/% | ○ | ○ | ≤10 | ≤10 | ||
龜裂 | ○ | ○ | 無 | 無 | |||
粉化 | ○ | ○ | 無 | 無 | |||
相容性 | 紫外線照射 | 無顏色變化，無粘結破壞 | 試驗試件與對比試件顏色變化一致，粘結破壞面積差值≤5% | 試驗試件與對比試件顏色變化一致，粘結破壞面積差值≤5% | ○ | ||
注：○——無要求； ﹡——紅外光譜分析是EN 15434標準中的項目及要求； △Xmean為試件處理后的強度保持率。 | |||||||
從表1中可以看出，現行國家標準GB16776-2005與美國標準ASTM C1184設置試驗項目基本一致，與歐洲標準ETAG 002相比較為簡單，檢測項目不夠全面，有所欠缺。歐洲標準ETAG 002針對環境、復雜受力、質量控制等影響因素提出全面的檢測項目，對硅酮結構膠的耐久穩定性提出了嚴格要求，相對于GB16776-2005、ASTM C1184-2005大幅度提高了產品質量水平。建工行業已經借鑒國際先進標準，由中國建筑防水協會、鄭州中原應用技術研究開發有限公司等共同主編了新標準JG/T475-2015《建筑幕墻用硅酮結構密封膠》，于2016年4月實施，該標準對建筑幕墻用硅酮結構密封膠產品明確提出不低于25年使用壽命的要求，與JGJ 102《玻璃幕墻工程技術規范》中對玻璃幕墻的設計使用年限的要求相匹配，解決了玻璃幕墻使用一段時間后因結構膠老化而導致的維修改建等問題。針對上述因硅酮結構密封膠帶來的玻璃幕墻工程質量問題，新科學設置相應的檢測項目，尤其是關于硅酮結構密封膠老化性能的試驗方法，進一步完善我國硅酮結構膠標準，以提高硅酮結構密封膠的耐久穩定性，保證其擁有較長的使用壽命。
2.1環境因素對密封膠加速老化方面
GB16776-2005僅僅考察了水-紫外光照、浸水、熱老化試驗，沒有考慮到結構密封膠在實際應用過程中受到的鹽霧、酸霧等多種復雜的環境影響因素。新標準設置了水-紫外光照試驗、鹽霧環境試驗、酸霧環境試驗、幕墻清潔劑試驗等檢測項目，綜合考慮各種環境因素對結構密封膠老化的影響。
水-紫外光照試驗是結合紫外線輻照和暴露于水中的影響，測試密封膠的耐老化性能，新標準中水-紫外輻照試驗的時間為1008h，遠高于現行國家標準(300h)，且對水質及紫外光強度提出了更高的要求。鹽霧環境試驗和酸霧環境試驗分別利用人工模擬鹽霧環境和酸霧環境條件來考核密封膠的耐老化性能。
2.2力學因素對密封膠加速老化方面
GB16776-2005僅僅考察了拉伸性能，沒有考慮到結構密封膠在實際應用過程中受到的剪切、撕裂、疲勞等作用力。新標準在該方面增加設置了剪切、撕裂、機械疲勞、蠕變等檢測項目，全面考慮了結構密封膠在實際使用過程中所受到的各種復雜外力。
2.3密封膠產品的一致性鑒定方面
GB16776-2005在該方面沒做要求，沒有考察結構密封膠的一致性。新標準增加設置了熱重分析、紅外光譜分析、密度（詞條“密度”由行業大百科提供）等控制項目，保證產品的穩定性和唯一性。密度關系到密封膠的用量和配比，以及產品的一致性。硬度太大或太小也會對密封膠的使用產生一些不良影響，同時硬度大小也能反映出產品是否一致。熱重分析可以定量分析密封膠中低沸點物質的含量，紅外光譜可以定性地判斷出物質的分子結構，確定物質組成。利用熱重分析和紅外光譜分析可以保證產品的一致性，杜絕假冒偽劣產品的應用，同時有效地判斷硅酮密封膠中是否摻有劣質增塑（詞條“增塑”由行業大百科提供）劑(如白油等)。
2.4對密封膠老化后力學性能的判定方法
GB16776-2005采用靜態指標控制密封膠老化后的力學性能，標準條件下拉伸粘結強度（詞條“粘結強度”由行業大百科提供）要求不低于0.60MPa，經過高低溫、水紫外光照老化后要求不低于0.45MPa，此要求難以控制密封膠的耐久穩定性，會導致一些密封膠產品出現初始拉伸強度較高，而老化后性能急劇降低的現象，進而導致使用壽命較短。新標準用力學性能的保持率的方法來衡量密封膠性能的優劣，不同溫度條件下的拉伸粘結性、鹽霧環境后的拉伸粘結性、酸霧環境后的拉伸粘結性、水紫外線光照后的拉伸粘結性、撕裂性能、疲勞性能都是采用處理后的拉伸強度與初始條件的拉伸強度相比，要求比值(即性能保持率)不低于0.75。該項要求旨在控制結構膠產品的耐久性，即要求結構膠在長期使用過程中經受各種老化因素的影響，仍然能夠保持較好的性能，具有較長使用壽命。
新標準借鑒國際先進標準ETAG002-2012與EN15434-2010編制，明確指出建筑幕墻用硅酮結構密封膠產品不低于25年使用壽命的要求，同時提出更加科學、嚴格的要求，能夠為建筑幕墻質量問題提供控制措施。
3.結論
結構膠在玻璃幕墻工程中具有重要的作用，其耐久穩定性直接關系到玻璃幕墻的安全，應當借鑒國際先進標準，完善我國硅酮結構膠標準，實行強制政策提高行業準入制度，以保證硅酮結構密封膠在使用中擁有較長的壽命。建工行業新標準JG/T475-2015《建筑幕墻用硅酮結構密封膠》借鑒國際先進標準編制，在給予硅酮結構密封膠25年質量保證的基礎上制定，與幕墻結構的設計使用年限相一致，檢測方法全面，設定的項目和判定方法更加科學、合理、更符合硅酮結構密封膠的實際應用環境，能夠嚴格控制硅酮結構密封膠的耐久穩定性，有效解決玻璃幕墻工程因結構膠而產生的系列質量問題，保證建筑幕墻工程質量穩定性及安全性。
參考文獻
[1] JGJ 102-2003，玻璃幕墻工程技術規范[S].
[2] GB 16776-2005，建筑用硅酮結構密封膠[S].
[3]程鵬等，中空玻璃密封膠（詞條“中空玻璃密封膠”由行業大百科提供）失效原因分析及預防措施[J].2013，(6):36～39.
[4]ETAG 002, Guideline for European Technical Approval for Structural Sealant Glazing kits: Part 1 Supported and Unsupported Systems [S]. 2012
[5]EN 15434, Glass in building — Product standard for structural and/or ultra-violet resistant sealant (for use with structural sealant glazing and/or insulating glass units with exposed seals) [S]. 2006
