摘要：對(duì)膠粘劑在建筑幕墻中粘接可靠性進(jìn)行的測(cè)試包括變量，如諾頓膠帶的使用、端部密封劑的應(yīng)用（或遺漏）、應(yīng)用于結(jié)構(gòu)密封劑頇部的加勁密封劑的厚度以及玻璃板的跨度長(zhǎng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，Norton膠帶的使用直接影響SSG連接的初始剛度和強(qiáng)度值，封端劑的應(yīng)用提高了SSG連接的強(qiáng)度和延性。然而，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)密封膠上使用加勁密封膠所引起的單位長(zhǎng)度最大荷載的變化是微不足道的。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)膠;強(qiáng)度;延展性;加勁密封膠;結(jié)構(gòu)硅酮玻璃（SSG）粘接

中圖分類號(hào)：TQ437

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）08-0001-05

Application of Adhesive in Building Curtain Wall and Analysis of Bonding Reliability

XIA Hong

（Huizhou Branch of Hubei Construction International Engineering Co.，Ltd.，Huizhou Cuangdong 516002，China）

Abstract ： Tests for adhesive bonding reliadility in building curtain walls include variahles such as the use of Nor-ton tape，the application （ or omission） of end sealant.the thickness of the stiffening sealant applied on top of thestructural sealant，and the span length of the glass paneI.The test results indicate that the use of Norton tape direct-ly affects the initial stiffness and strength values of the SSCJ connection and that the application of end sealant im-proves the strength and ductility of the SSCJ connection.However.the change in the maximum load per unit lengthcaused hy the application of stiffening sealant on the existing structural sealant was found to be. insignificant.

Key words ： structural sealant;strength;ductility;stiffening sealant;structural silicone glazing （SSG） bonding

0 引言

由于在高層建筑中使用自由形式立面的趨勢(shì)越來(lái)越大，以及需要獲得光照，幕墻系統(tǒng)在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的使用有所增加[1-2]。在眾多類型的幕墻系統(tǒng)中，層壓玻璃板和鋁框幕墻系統(tǒng)被用于高層建筑，因?yàn)樗鼈兊牟ＡО灞ＷC了陽(yáng)光的照射，并且其結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量輕。盡管已經(jīng)進(jìn)行了許多研究工作來(lái)研究幕墻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能，但并未從結(jié)構(gòu)性能的角度考慮幕墻系統(tǒng)中使用的結(jié)構(gòu)連接的影響[3-4]。結(jié)構(gòu)硅酮玻璃（SSG）粘接方法，使用結(jié)構(gòu)密封膠粘貼用于給幕墻框架上光的夾層玻璃板。因此，結(jié)構(gòu)密封膠必須防水、氣密，并具有良好的粘合性。

有研究報(bào)道了將玻璃板粘接用于普通幕墻系統(tǒng)的SSG連接件的抗震性能。研究結(jié)果表明，雙面SSG幕墻系統(tǒng)可能比使用橡膠墊圈將玻璃板邊緣粘附到支撐框架上的干式玻璃幕墻系統(tǒng)具有更高的漂移能力。對(duì)中高層幕墻體系中建筑玻璃的抗震性能研究結(jié)果表明，玻璃與鋁的邊緣間隙和玻璃與框架玻璃的細(xì)部構(gòu)造對(duì)幕墻系統(tǒng)的抗震性能有顯著影響。有的研究針對(duì)傳統(tǒng)膩?zhàn)雍途酆衔锩芊饽z的壓縮和搭接剪切性能[5-6]。與傳統(tǒng)的油基膩?zhàn)酉啾?，聚合物密封劑具有更高的剪切剛度值，進(jìn)一步研究表明研究表明，置換聚合物密封膠改善了幕墻連接的結(jié)構(gòu)性能[7-8]。

因此，在SSG連接系統(tǒng)中使用的結(jié)構(gòu)密封膠的力學(xué)性能是決定幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵因素，對(duì)將風(fēng)荷載從玻璃板傳遞到框架和防止大風(fēng)條件下玻璃板的脫落起著重要作用。日本建筑學(xué)會(huì)出版的《玻璃豎框系統(tǒng)技術(shù)建議》提供了玻璃豎框的許用強(qiáng)度和許用位移水平，并提供了通過(guò)結(jié)構(gòu)密封膠的抗拉強(qiáng)度和強(qiáng)度折減系數(shù)計(jì)算許用設(shè)計(jì)應(yīng)力的說(shuō)明。如圖1（a）所示，如果在鋁框架和玻璃面板之間適當(dāng)?shù)貞?yīng)用足夠的結(jié)構(gòu)硅酮密封劑，則可以成功地應(yīng)用該公式。然而，與本標(biāo)準(zhǔn)圖紙的細(xì)節(jié)相比，實(shí)際現(xiàn)有SSG連接的細(xì)節(jié)差別很大。如圖1（a）和（b）所示，如果鋁框和玻璃面板之間的間隙很窄，則使用諾頓膠帶。但是，結(jié)構(gòu)密封膠不能填充到標(biāo)準(zhǔn)詳圖（圖1（a））所示的間隙中;因此，必須以458的角度將結(jié)構(gòu)密封膠涂抹到玻璃板和鋁框架之間的連接處，以密封間隙（圖1（b））。也就是說(shuō)，很難使用現(xiàn)有推薦的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度公式來(lái)計(jì)算此類連接件，因此，這種情況需要對(duì)實(shí)際連接件的結(jié)構(gòu)性能和強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。

結(jié)構(gòu)密封膠的施工過(guò)程是一個(gè)完整的過(guò)程，在幕墻施工中誤差相對(duì)較小。然而，在施工過(guò)程中，由于各種原因，現(xiàn)場(chǎng)施工可能會(huì)降低連接的性能。在結(jié)構(gòu)密封膠的應(yīng)用方面，大多數(shù)施工錯(cuò)誤都是由工人造成的。具體來(lái)說(shuō)，在大多數(shù)情況下，在檢查連接后，結(jié)構(gòu)密封膠所需的連接區(qū)域沒(méi)有正確固定的情況下，應(yīng)移除現(xiàn)有密封膠進(jìn)行重建。然而，由于涉及額外的工藝，移除現(xiàn)有的密封劑可能會(huì)導(dǎo)致增加施工成本和時(shí)間的不利因素，并可能導(dǎo)致暫時(shí)損害整個(gè)結(jié)構(gòu)的完整性。因此，本研究的目的是提供在使用新密封劑之前，在不移除現(xiàn)有密封劑的情況下，提高玻璃板與鋁框架之間連接強(qiáng)度的方法。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1材料及試件制作

本研究采用韓國(guó)KCC公司在韓國(guó)生產(chǎn)的液體1型中性硬化硅酮密封膠。根據(jù)制造商提供的材料試驗(yàn)結(jié)果，該結(jié)構(gòu)密封膠的體積密度為138kg/m3，抗拉強(qiáng)度為2.5-3.5MPa。表1顯示了這種結(jié)構(gòu)密封膠的機(jī)械性能。上膠采用灰色密封膠，端膠采用耐沾污性強(qiáng)的黑色密封膠。兩種顏色的密封膠具有相同的力學(xué)性能。根據(jù)KSL2004，采用12.76mm厚的夾層玻璃板模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)條件。鋁框采用與實(shí)際幕墻系統(tǒng)相同的材料制造。在涂抹硬化密封劑之前，用刷子將底漆涂在先前構(gòu)造的密封劑上，以確?，F(xiàn)有密封劑和硬化密封劑之間的正確粘合。本試驗(yàn)所用底漆為聚氨酯，粘度為14Pa·s，比重為0.98。試件制作步驟如下：首先將諾頓膠帶貼在鋁框上固定其位置，然后在初次涂封膠后將上封膠固化10d。其次，在將補(bǔ)強(qiáng)膠涂在現(xiàn)有密封膠上之前，先涂底漆以提高補(bǔ)強(qiáng)膠與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)密封膠之間的粘合性。最后，使用端部密封劑。固化后，認(rèn)為該過(guò)程已完成。

1.2試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)程序

每個(gè)試樣在模擬室外條件下進(jìn)行空氣固化，以接近實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)條件。養(yǎng)護(hù)期平均濕度49.6%，平均溫度11.2℃。根據(jù)玻璃豎框系統(tǒng)的技術(shù)建議，固化周期計(jì)算為每天0.5mm的硬化，并應(yīng)用于每種厚度。圖2顯示了安裝在試驗(yàn)裝置中的試樣。實(shí)驗(yàn)是在一臺(tái)200kN/min的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。安裝一個(gè)300ininx 300mm的空加載墊架，然后用沙子填充，以防止UTM的鋼加載板損壞玻璃板，并模擬風(fēng)荷載在夾層玻璃板上的均勻分布。測(cè)量時(shí)忽略了沙子的重量。加載速率設(shè)置為3mm/min。安裝了一個(gè)線性可變差動(dòng)變壓器（LVDT）來(lái)測(cè)量層壓面板的中心撓度。

2 結(jié)果與討論

2.1 SSG系統(tǒng)粘接的結(jié)構(gòu)性能

圖3顯示了使用端部密封劑和諾頓膠帶對(duì)使用400mm玻璃板跨度的SSG系統(tǒng)連接的結(jié)構(gòu)性能的影響。圖中給出了各試樣單位長(zhǎng)度荷載與位移的平均圖。單位長(zhǎng)度的荷載是通過(guò)將密封劑附著長(zhǎng)度除以試樣上的荷載來(lái)計(jì)算的。根據(jù)D1詳圖構(gòu)造的400-D1（5+0）試樣的單位長(zhǎng)度最大荷載為9.59kN/mm。最大荷載下的位移約為4mm，表明應(yīng)力隨著諾頓膠帶的剝離而減小。對(duì)于400-D2（5+0）無(wú)端部密封劑試樣，單位長(zhǎng)度的最大載荷和最大載荷下的位移分別為7.80（±0.10）kN/inm和3.4mm。結(jié)果表明，端部密封膠對(duì)SSG幕墻連接強(qiáng)度有顯著影響。400-D1（5+0）和400-D2（5+0）試樣的強(qiáng)度隨著諾頓膠帶在單位長(zhǎng)度最大荷載位移處的分離而降低。800mm玻璃板跨度的試樣顯示出相同的趨勢(shì)。圖3還表明，端部密封劑對(duì)初始剛度值的影響不顯著。未使用端部密封劑的400-D2（5+0）試樣在承受極限荷載后，承載能力突然下降，但圖3也顯示，使用端部密封劑的400-D1（5+0）試樣保持其延展性，直到發(fā)生上部密封劑剝離破壞時(shí)的位移6mm。不帶諾頓膠帶的400-D3（5+0）試樣單位長(zhǎng)度的最大載荷為6.22kN/mm，與400-D1（5+0）試樣相比，相對(duì)較大的載荷有所降低。此外，初始剛度值顯示退化，最大荷載下的位移為10.95mm，表明在端部密封劑失效后，荷載有下降趨勢(shì)。簡(jiǎn)言之，當(dāng)幕墻系統(tǒng)中的夾層玻璃板發(fā)生上部結(jié)構(gòu)密封膠的附著故障時(shí)，使用端部密封膠可以防止突然脫落，從而有助于預(yù)測(cè)整體故障。結(jié)果表明，諾頓帶對(duì)提高SSG系統(tǒng)連接的強(qiáng)度和剛度起著關(guān)鍵作用。

2.2加強(qiáng)密封膠和端部密封膠的效果

圖4（a）顯示了加勁密封劑和端部密封劑對(duì)層壓玻璃板跨度為400mm的試樣結(jié)構(gòu)性能的影響。圖4還表明，在現(xiàn)有上部密封膠上涂抹5mm厚的加勁密封膠，可提高連接件的初始剛度和強(qiáng)度值。對(duì)于具有D1型連接詳圖的試件，400-D1（5+5）試件單位長(zhǎng)度的最大荷載為11.17kN/mm，與400-D1（5+0）試件相比增加了1.58kN/mm。對(duì)于帶有D2型連接詳圖的試樣，400-D2（5+5）單位長(zhǎng)度的最大荷載試樣為9.02kN/min，比400-D2（5+0）試樣增加1.22kN/mm。如前所述，端部密封劑的應(yīng)用也增加了連接件的延展性。具體地說(shuō)，端部密封劑和加強(qiáng)密封劑的組合應(yīng)用導(dǎo)致承載能力的增加，即使在諾頓膠帶分離之后，如圖4（a）所示。

圖4（b）顯示了夾層玻璃板跨度為800mm的試樣的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。如圖所示，這些連接的結(jié)構(gòu)性能與400mm玻璃板跨度的連接類似。無(wú)論是否使用端部密封劑，5mm加勁密封劑的應(yīng)用都會(huì)增加初始剛度值。僅使用上部密封膠的800-D1（5+0）試樣單位長(zhǎng)度的最大荷載為9.42kN/mm，同時(shí)使用現(xiàn)有上部密封膠和加勁密封膠的800-D1（5+5）試樣單位長(zhǎng)度的最大荷載為13.10kN/mm。因此，5mm厚的加勁密封膠使單位長(zhǎng)度的荷載增加了3.68kN/mm。800-D2（5+0）和800-D2（5+5）試件單位長(zhǎng)度最大荷載分別為7.80kN/mm和6.62kN/mm。出乎意料的是，具有800mm玻璃板跨度且沒(méi)有端部密封劑的試樣顯示連接強(qiáng)度降低。然而，在跨度為400mm的試件上同時(shí)使用端部密封膠和加勁密封膠會(huì)增加荷載水平以及諾頓膠帶失效后的位移。

這些結(jié)果表明，在幕墻系統(tǒng)中，在連接件的上部密封膠上涂抹加勁密封膠，而不是在連接件的強(qiáng)度上涂抹加勁密封膠，是提高SSG連接件剛度和延性的主要機(jī)制。此外，如第2.2節(jié)所述，端部密封劑的使用增加了連接件的延展性。

2.3補(bǔ)強(qiáng)膠厚度和夾層玻璃板跨度長(zhǎng)度的影響

圖5示出了加勁密封劑厚度和夾層玻璃板跨度對(duì)單位長(zhǎng)度荷載一位移關(guān)系的影響。所有試件均采用D2型連接詳圖制作，以評(píng)估僅使用加勁密封劑而不使用端部密封劑的效果。圖5（a）顯示了層壓玻璃板跨度為400mm的試樣的結(jié)構(gòu)性能。圖5（b）顯示玻璃板跨度為800mm的試樣具有相似的試驗(yàn)結(jié)果。圖5表明，在兩種類型（跨度長(zhǎng)度）的幕墻系統(tǒng)中，加勁密封膠厚度的增加對(duì)SSG連接件的初始剛度沒(méi)有顯著影響。厚度為5mm、10mm和15mm的400mm跨試件單位長(zhǎng)度的最大荷載分別為7.14kN/mm、7.42kN/mm和7.53kN/mm，這表明加勁密封劑的厚度僅對(duì)連接強(qiáng)度有輕微影響。然而，使用厚度為20mm的加勁密封劑的400mm跨度試樣的單位長(zhǎng)度最大荷載將強(qiáng)度增加到8.98kN/mm。厚度為5mm、10mm和15mm的800mm跨試件單位長(zhǎng)度的最大荷載分別為6.62kN/mm、6.55kN/mm和6.79kN/mm。厚度為20mm的加勁密封劑的800mm跨度試樣的單位長(zhǎng)度最大荷載為8.63kN/mm。

圖6根據(jù)加勁密封劑厚度的變化提供了400mm和800mm玻璃板跨度的試樣單位長(zhǎng)度的荷載。該圖表明，在厚度為15mm的情況下，硬化密封劑的加固效果微不足道。然而，SSG連接的強(qiáng)度通過(guò)加固厚度超過(guò)20mm的加勁密封劑而提高。如第2.1節(jié)所述，隨著玻璃板跨度的增加，可以觀察到夾層玻璃板的彎曲行為。這種現(xiàn)象也反映了SSG連接強(qiáng)度的下降趨勢(shì)。如圖6所示，SSG連接的初始剛度值隨著玻璃板跨度的增加而減小。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究旨在評(píng)估幕墻系統(tǒng)中SSG連接件的結(jié)構(gòu)性能。為此，試驗(yàn)研究包括主要變量：諾頓膠帶和端部密封膠的應(yīng)用、加勁密封膠的厚度和夾層玻璃板的跨度（長(zhǎng)度）。從本研究有限數(shù)量的樣本中獲得的結(jié)果摘要如下：

1）在幕墻系統(tǒng)中，SSG連接件的強(qiáng)度隨著諾頓膠帶的剝離而降低。由于加勁密封劑和端部密封劑持續(xù)抵抗外部荷載，因此保持了延展性。人們認(rèn)為，這種延展性可防止夾層玻璃板突然從幕墻系統(tǒng)的窗框上脫落，從而有效地減少和/或預(yù)測(cè)在極端天氣和地質(zhì)（沉降和地震）事件中造成的人員和材料損失等損害。夾層玻璃板的中心部分的撓度與連接件的端部位移相比，隨著玻璃板跨度的增加而增加。因此，與跨度較短的幕墻相比，跨度較大的幕墻更好地考慮了由于其彎曲行為而可能出現(xiàn)的連接分離以及玻璃板損壞。

2）本研究中測(cè)試的SSG連接件的強(qiáng)度由于在端部以及作為玻璃板和窗框之間的粘合劑的上部密封劑上應(yīng)用了結(jié)構(gòu)密封膠而得到提高。結(jié)果表明，與端部密封劑相比，在現(xiàn)有上部密封劑頂部使用的加勁密封劑所提供的鋼筋在提高SSG連接強(qiáng)度方面的效果較差，并且端部密封劑鋼筋在提高SSG系統(tǒng)的強(qiáng)度和延性方面比上部密封劑更有效連接。長(zhǎng)（800mm）玻璃板跨度的SSG連接件的強(qiáng)度略小于短（400mm）玻璃板跨度的連接件的強(qiáng)度，因?yàn)榕c長(zhǎng)跨度連接件一起使用的連接件承受拉伸和彎曲應(yīng)力，而與短跨度玻璃連接件面板拉伸應(yīng)力占主導(dǎo)地位。

參考文獻(xiàn)

[1]張瑞元，王振清，丁明，等.G1805號(hào)特種塑料膠粘劑與雙組份硅酮結(jié)構(gòu)膠用于地下糧倉(cāng)防水聚丙烯塑料板閉水性能的研究[J].河南建材，2018（05）：146-147.

[2]肖永清.密封膠粘劑的應(yīng)用和發(fā)展是節(jié)能建筑的“綠色”出路[J].聚氨酯，2013（07）：76-81.

[3] L.Lauriks， I.Wouters， J.Belis， Compressive and lapsheartests on traditional putty and polymer sealants， In-ternational Journal of Adhesion and Adhesives 64（2016）109-115.

[4]李崢，徐祖順，路國(guó)紅.聚丙烯酸酯乳液膠粘劑在建筑行業(yè)的應(yīng)用[J].中國(guó)膠粘劑，2013，22（04）：52-55.

[5]劉小根，包亦望.玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠失效原因及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)[J].中國(guó)建筑防水，2013（08）：13-16.

[6]劉軍進(jìn)，李建輝，黃小坤，等.隱框玻璃幕墻硅酮結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)厚度設(shè)計(jì)方法[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，32（05）：39-46.

[7]劉洋.建筑幕墻結(jié)構(gòu)檢測(cè)與評(píng)價(jià)方式分析[J].江西建材，2019（11）：34-35.

[8]王文歡.既有幕墻玻璃典型失效模式及原因分析[J].玻璃，2019，46（07）：16-21.

收稿日期：2020-03-11

作者簡(jiǎn)介：夏洪（1979-），男，土家族，湖南石門人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，研究方向：交通土建。