劉江華

摘 要：文章重點研究鋼結(jié)構(gòu)建筑工程中使用膠粘劑進行幕墻結(jié)構(gòu)接縫密封施工的工程適用性。通過比較分析法分析2017～2019年我單位的現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，同時結(jié)合數(shù)據(jù)對現(xiàn)場遇到的具體問題進行綜合分析，發(fā)現(xiàn)丁基橡膠填縫膠粘劑在幕墻施工中的性能優(yōu)異，但其對施工條件的要求更高。所以文章認(rèn)為，在后續(xù)的基于丁基橡膠的膠粘劑施工工法及使用工藝研究中，應(yīng)重點針對溫度變化對丁基橡膠施工效果的消極影響進行技術(shù)升級。

關(guān)鍵詞：鋼架結(jié)構(gòu);建筑工程;膠粘劑;丁基橡膠;幕墻密封

中圖分類號：TQ433.4+32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1001-5922（2020）10-0010-04

Abstract：This paper focuses on the applicability of using adhesives to seal the joints of curtain wall structure in steel structure construction. Through the comparative analysis method to analyze the site construction data of our unit from 2017 to 2019， and combined with the data to conduct a joint analysis of the specific problems encountered on the site， it is found that the theoretical performance of butyl rubber in curtain wall construction is excellent， but its requirements for construction conditions are higher. Therefore， this paper believes that in the following research of the construction method of butyl rubber， we should focus on the negative impact of temperature change on the construction effect of butyl rubber.

Key words：steel frame structure; construction engineering; adhesive; butyl rubber; curtain wall sealing

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)建筑在國內(nèi)的發(fā)展比較晚，早期鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用集中在鋼結(jié)構(gòu)廠房庫房設(shè)施和高層框剪結(jié)構(gòu)建筑的鋼結(jié)構(gòu)幕墻及副樓結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)之所以不能早期在國內(nèi)得到有效推廣，主要原因是其密封性能難以得到有效保障，所以只能應(yīng)用于對密封性能要求不高的廠房庫房設(shè)施和外層幕墻結(jié)構(gòu)中。近年來，因為我國在膠粘劑技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)突破封鎖，加之后方地產(chǎn)時代到來，房地產(chǎn)經(jīng)濟對更低成本更快建造周期的鋼結(jié)構(gòu)房屋需求量增加進一步導(dǎo)致國產(chǎn)膠粘劑的產(chǎn)量提升帶來成本進一步降低，這才使得鋼結(jié)構(gòu)建筑在近年來的新建中高層建筑中得到了較為廣泛的應(yīng)用。文章重點從膠粘劑的使用方法和使用工藝方面，對鋼結(jié)構(gòu)建筑的膠粘劑應(yīng)用進行研究。

1 膠粘劑的選型與應(yīng)用

1.1 膠粘劑工作原理及工程應(yīng)用

膠粘劑的本質(zhì)是通過交聯(lián)化學(xué)反應(yīng)，以及交聯(lián)后微觀結(jié)構(gòu)與被粘合表面的微觀結(jié)構(gòu)充分交叉互聯(lián)，形成具有一定抗拉、抗剪、抗壓能力的工程結(jié)構(gòu)件。膠粘劑多由高分子含水穩(wěn)定液或穩(wěn)定膏構(gòu)成，在其發(fā)生失水反應(yīng)、氧化反應(yīng)等過程時，觸發(fā)其交聯(lián)反應(yīng)實現(xiàn)工程應(yīng)用。

樹脂、塑膠、橡膠等材料都可以在某種化學(xué)反應(yīng)結(jié)構(gòu)下形成膠粘劑，而膠粘劑分為固化膠、AB膠等多種形式。固化膠通過一定程度預(yù)先混合固化劑或后續(xù)添加固化劑的形式，在一定程度下阻止固化過程，而在相關(guān)結(jié)構(gòu)發(fā)生失水、氧化等過程時再觸發(fā)固化劑作用下的交聯(lián)反應(yīng)。AB膠將交聯(lián)反應(yīng)必須的兩種高分子單鏈化合物分別保存，使用時進行混合，以觸發(fā)其交聯(lián)反應(yīng)。

膠粘劑主要分為3種工程應(yīng)用模式：

1）填縫膠。填縫膠的核心工程需求是填充工程組件之間的縫隙，并不需要其提供工程抗拉力或者抗剪力，其抗拉力和抗剪力僅用于保持其自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。但大部分填縫膠均需要具有一定的閉氣和阻水性能。

2）密封膠。與填縫膠相似，密封膠主要用于閉氣或者阻水需求，但其可能應(yīng)用于更加復(fù)雜的強酸、強堿、高粉塵、大壓力環(huán)境中。所以，與填縫膠相比，其抗酸堿能力要求更高，其自身的抗拉能力和抗剪能力也要求更高。

3）結(jié)構(gòu)膠。結(jié)構(gòu)膠主要用于對工程結(jié)構(gòu)的粘合，在膠粘劑快速發(fā)展的今天，結(jié)構(gòu)膠更多取代栓接、鉚接、焊接等連接方式，或與栓接、鉚接等結(jié)構(gòu)形式相配合，給系統(tǒng)提供足夠的抗拉能力和抗剪能力，所以其在粘合穩(wěn)定性得到保證的前提下，對接縫的抗拉能力和抗剪能力有較高要求。

文章研究的膠粘劑，主要為鋼結(jié)構(gòu)幕墻結(jié)構(gòu)的幕墻板填縫膠的工程應(yīng)用。

1.2 膠粘劑的選型方法

膠粘劑在鋼結(jié)構(gòu)工程中主要用作結(jié)構(gòu)膠和填縫膠。結(jié)構(gòu)膠利用其化學(xué)鍵內(nèi)應(yīng)力為結(jié)構(gòu)連接處提供彈性拉力，確保結(jié)構(gòu)在風(fēng)切應(yīng)力、震動應(yīng)力、蠕變應(yīng)力、自重應(yīng)力等復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下得到更好表現(xiàn)。填縫膠主要用于幕墻連接縫和幕墻與支撐結(jié)構(gòu)連接螺孔結(jié)構(gòu)中，增加幕墻結(jié)構(gòu)的防風(fēng)、防水、保溫性能，使建筑在高溫、高濕、高鹽或低溫、大風(fēng)天候中對內(nèi)部空間提供更全面的保護。目前的膠粘劑的核心技術(shù)是高分子聚合技術(shù)，通過高分子之間的交聯(lián)化學(xué)鍵提供足夠的具有一定彈性的化學(xué)鍵拉力，使膠粘結(jié)構(gòu)被充分拉緊，同時，膠粘劑直接接觸外界環(huán)境，高分子化學(xué)鍵對光照的敏感性、對高低溫的敏感性，都直接影響到膠粘劑的穩(wěn)定性[3]。早期的膠粘劑的穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)膠粘劑施工完成后快速風(fēng)化分解，后期維護成本巨大。但當(dāng)前技術(shù)條件下，新型膠粘劑的出現(xiàn)讓鋼結(jié)構(gòu)工程的實際可用性和穩(wěn)定性充分增加。

從表1中可以看到，與早期普遍使用的硅酮膠（玻璃膠）復(fù)合硅膠（密封膠泥）等材料相比，丁基橡膠在各種常見指標(biāo)的表現(xiàn)，均優(yōu)于前者，但目前收到產(chǎn)量、用量及應(yīng)用場景影響，丁基橡膠的單價顯著高于前兩者。而考慮到丁基橡膠的實際壽命約為前者的2～5倍，同時考慮到后期維護時的人力資源成本和其他外圍成本，使用丁基橡膠對持有型地產(chǎn)的業(yè)主來說，其選擇丁基橡膠作為填縫膠的市場可行性存在。特別是當(dāng)丁基橡膠的材料成本降低到前兩者5倍以內(nèi)時，即可實現(xiàn)較強的市場適應(yīng)性。

從表2比較結(jié)果可以看出，3種填縫膠的存儲方法均為密封和室溫條件，目前一般的工程實現(xiàn)方式是將其密封在管狀容器內(nèi)，使用常溫壓力式填膠槍將其擠出使用。而對被粘合材料的表面處理方式，均為使用中性洗滌劑充分洗滌后，使用壓風(fēng)充分吹干，即刻進行填縫作業(yè)。在材料適應(yīng)性方面，3種材料均可以適應(yīng)大部分的幕墻材料，但又各有側(cè)重，硅酮膠對玻璃陶瓷等燒結(jié)材料的適應(yīng)性較強，復(fù)合硅膠對橡膠、塑膠等材料的適應(yīng)性較強，而丁基橡膠除在金屬材料的適應(yīng)性稍微遜色外，對玻璃、陶瓷、橡膠、塑膠等材料的適應(yīng)性均較強。丁基橡膠在材料適應(yīng)性方面略優(yōu)于前兩者。在維護期比較結(jié)果中，硅酮膠在24h內(nèi)一般可以實現(xiàn)75%以上的化學(xué)鍵構(gòu)成，而復(fù)合硅膠在48h內(nèi)可以實現(xiàn)75%以上的化學(xué)鍵構(gòu)成，丁基橡膠實現(xiàn)75%以上化學(xué)鍵構(gòu)成的時間可短于12h。

綜合上述分析，可以基本斷定，使用丁基橡膠在鋼結(jié)構(gòu)工程填縫膠膠粘劑方面進行工程應(yīng)用，我單位當(dāng)前施工的鋼結(jié)構(gòu)建筑或鋼結(jié)構(gòu)幕墻項目中，已經(jīng)有逾80%的工程使用了丁基橡膠作為幕墻填縫膠粘劑，有較為積極的施工效果。下文將重點探討丁基橡膠的工程應(yīng)用。

2 丁基橡膠的應(yīng)用問題及對策分析

丁基橡膠，簡稱IIR，是Isobutylene Isoprene Rubber的縮寫。具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，最突出的是氣密性和水密性。它對空氣的透過率僅為天然橡膠的1/7，丁苯橡膠的1/5，而對蒸汽的透過率則為天然橡膠的1/200，丁苯橡膠的1/140。因此主要用于制造各種內(nèi)胎、蒸汽管、水胎、水壩底層以及墊圈等各種橡膠制品。早期的丁基橡膠主要用于耐磨抗壓要求較高的汽車輪胎、橡膠定位銷等工程產(chǎn)品中，近年來，隨著交聯(lián)固化控制技術(shù)逐漸提升，丁基橡膠的膠粘劑發(fā)展較為迅猛，因為其出色的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以及其突出的氣密性和水密性，其在膠粘劑領(lǐng)域快速占領(lǐng)市場。丁基橡膠在鋼結(jié)構(gòu)建筑和鋼結(jié)構(gòu)幕墻的施工中，屬于近10年來逐漸普及的新技術(shù)，當(dāng)前在全部在用鋼結(jié)構(gòu)建筑和鋼結(jié)構(gòu)幕墻的應(yīng)用比例不高，但越來越多的新建鋼結(jié)構(gòu)建筑和鋼結(jié)構(gòu)幕墻工程開始傾向于選擇丁基橡膠作為填縫膠粘劑，更多原有鋼結(jié)構(gòu)建筑和鋼結(jié)構(gòu)幕墻系統(tǒng)在后期維護中也開始選用丁基橡膠。在實際施工過程中，我單位發(fā)現(xiàn)了丁基橡膠的諸多現(xiàn)場問題，在此進行分析。

2.1? ?幕墻材料表面處理的現(xiàn)實難度

理論分析中，大部分填縫膠粘劑在幕墻施工過程中，均需要使用中性洗滌劑對幕墻接縫處充分洗滌，使用壓縮空氣吹干后，使用膠粘劑進行填縫粘合。但是，在丁基橡膠的施工過程中，面臨著諸多問題。

1）部分幕墻板保護膜余膠對粘合效果有影響。金屬幕墻板、橡膠幕墻板、塑膠幕墻板等板材在購入時，一般會在表面粘貼保護層，以增加幕墻板在倉儲轉(zhuǎn)運過程的化學(xué)穩(wěn)定性。在施工中，高空作業(yè)人員撕去其保護層后，如果單純使用中性沖洗劑進行重新，難以確保其余膠有效清除。而如果使用更容易去除余膠的堿性沖洗劑，且無法在后續(xù)沖洗中對其表面進行進行有效酸堿中和，就容易造成丁基橡膠的施工瑕疵。與硅酮膠和復(fù)合硅膠等硅膠材料相比，丁基橡膠的特質(zhì)導(dǎo)致其對粘合表面的要求更高，所以在實際施工中，遇到了顯著難度。目前，品牌幕墻板不再使用有膠粘合保護膜的幕墻板表面保護方式，而采用靜電粘貼或無膠粘貼，但選用這些幕墻板，會給建設(shè)方帶來更高的材料費成本。即丁基橡膠填縫膠粘劑在高端幕墻板的施工中適應(yīng)性更強，與傳統(tǒng)膠粘劑材料相比，其對幕墻板質(zhì)量及品牌有更高要求。其實際施工效果如表3所示。

2）上部沖洗過程對下部工作面的干擾使梯度施工難以部署。后房地產(chǎn)時代，建筑建設(shè)工程的施工周期要求日益提高，在高層幕墻施工中，如果可以根據(jù)幕墻結(jié)構(gòu)，布局兩層工作面同步展開施工，可以大幅度提升工作效率。但丁基橡膠施工過程中，比較依賴對幕墻材料的沖洗過程，沖洗過程會直接影響下部施工工作面，導(dǎo)致無法進行兩層工作面的同步施工。在實際施工中，盡可能縮短填縫施工的作業(yè)面寬度，增加作業(yè)面的橫向作業(yè)密度，可以在使用單層工作面的前提下提升作業(yè)效率。但是，更復(fù)雜的作業(yè)面布局對高空作業(yè)的安全管理又帶來一定程度壓力，現(xiàn)場管理難度增加，實際施工的效率可能受到安全制約而下降。實際作業(yè)效率如表4所示。

綜合分析表3及表4數(shù)據(jù)，2018年，我單位在施工工法上進行革新，使單組工作效率顯著提升，工時施工效率從2017年的83.65mpd提升到107.33mpd，施工效率提升28.31%，驗收合格率也從2017年的95.3%提升到2018年的95.7%。但與此同時，受到各種現(xiàn)場問題影響，其施工效果出現(xiàn)一定程度下降，后續(xù)跟蹤考察中的30d開裂率和180d開裂率均出現(xiàn)一定程度提升，雖然這些開裂率數(shù)據(jù)在技術(shù)合同允許范圍內(nèi)，后續(xù)維修保養(yǎng)過程也沒有使總施工成本增加，但也引起公司技術(shù)部門重視。2019年進一步對相關(guān)施工的效果進行工法革新，該問題得到一定程度緩解。

2.2 膠粘劑維護期的操作難度

填縫膠粘劑完成涂抹后，其所有化學(xué)鍵實現(xiàn)交聯(lián)并使其產(chǎn)生一定的硬度和拉力，需要一定時間的維護期。丁基橡膠的維護期為12～24h，一般超過12h后，較高強度的震動和輕微拉力不再會對其穩(wěn)定性和機械性能產(chǎn)生影響。但一般施工中，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部其他施工產(chǎn)生的震動和輕微結(jié)構(gòu)形變，可能導(dǎo)致丁基橡膠因為維護期擾動而發(fā)生開裂、氣泡、拉斷等瑕疵。這是實際驗收過程中，合格率很難突破96%的主要原因。同時，如果施工過程遇到突發(fā)大風(fēng)、降雨、高溫、寒流等惡劣天氣影響，暴露在外層的丁基橡膠可能受到天氣影響而產(chǎn)生瑕疵[6]。統(tǒng)計2017～2019年使用丁基橡膠進行填縫膠粘劑施工的瑕疵影響，如表5所示。

從表5可以看出，從2017年到2019年，其他相關(guān)施工影響從28.16%下降到18.92%，大風(fēng)降水影響從37.57%下降到23.40%，二者對填縫施工效果的影響均出現(xiàn)顯著下降，下降幅度均超過30%，但溫差影響從2017年的34.28%上升到57.69%，上升68.29%。即通過技術(shù)手段，可以有效規(guī)避其他相關(guān)施工和突發(fā)大風(fēng)降水對填縫膠粘劑的施工效果影響，但溫差影響在目前的施工條件和工法工藝條件下，較難規(guī)避。所以在后續(xù)工法研究中，必須找到行之有效的克服突發(fā)高溫和降溫天候?qū)Χ』鹉z填縫膠粘劑施工的影響。

3 結(jié)語

通過比較分析，丁基橡膠在實際用作鋼結(jié)構(gòu)建筑和鋼結(jié)構(gòu)幕墻的填縫膠粘劑施工過程中時，其工程參數(shù)優(yōu)于之前較普遍使用的硅酮膠和復(fù)合橡膠填縫膠粘劑。但施工過程中，丁基橡膠對施工條件要求更為苛刻，對價格相對低廉的幕墻板適應(yīng)性不及硅酮膠和復(fù)合橡膠。筆者認(rèn)為，丁基橡膠施工工法工藝的當(dāng)前條件下，丁基橡膠可以滿足大部分技術(shù)合同的具體要求，其施工成本也并未因為丁基橡膠的單價較高而增加額外施工成本。但其施工工藝工法應(yīng)在未來相關(guān)研究中得到進一步提升。

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