中國幕墻網(wǎng) 2016年會論文集系列 未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載 違者必究
引言
我國早在20世紀(jì)80年代開始推廣使用玻璃幕墻，如今各個城市玻璃幕墻隨處可見。玻璃幕墻中的硅酮結(jié)構(gòu)膠是重要建筑材料，它粘結(jié)玻璃與副框，承載著風(fēng)壓等荷載（詞條“荷載”由行業(yè)大百科提供）影響，硅酮結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)可靠性（詞條“可靠性”由行業(yè)大百科提供），影響著整個幕墻的安全性能。然而，硅酮結(jié)構(gòu)膠質(zhì)保年限一般為10年，超質(zhì)保期的玻璃幕墻粘結(jié)可靠與否關(guān)系著人民生命財產(chǎn)的安全。
近年來，由于硅酮結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)失效，導(dǎo)致玻璃脫落傷人事件時有發(fā)生。如何有效檢測、評估既有玻璃幕墻硅酮結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)可靠性是近年來研究人員致力解決的問題。《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》(GB16776-2005)[1]雖然對硅酮結(jié)構(gòu)膠力學(xué)性能及相關(guān)試驗(yàn)方法有了一定的規(guī)定，但該規(guī)范評價的對象僅為膠產(chǎn)品本身，檢測方法也只針對試驗(yàn)室內(nèi)。既有幕墻硅酮結(jié)構(gòu)粘結(jié)可靠性現(xiàn)場檢測、評估方法尚處研發(fā)、制訂中。筆者長期從事幕墻現(xiàn)場檢測，有針對性提出推桿法幕墻檢測新技術(shù)，可以現(xiàn)場快速、無損地檢測玻璃幕墻硅酮結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)性能。
1 推桿法檢測思路
如何評價硅酮結(jié)構(gòu)膠、玻璃、副框之間的連接可靠性狀態(tài)，最直接的方法就是在一定荷載作用下，觀察三者之間連接有無異常現(xiàn)象或失效特征。根據(jù)該思路，最為可靠、準(zhǔn)確的一種檢測方法是靜壓箱法，該方法把被檢測幕墻單元進(jìn)行全部封閉，然后進(jìn)行風(fēng)壓試驗(yàn)。所謂的可靠與準(zhǔn)確，就是膠在試驗(yàn)荷載作用下受力狀態(tài)與實(shí)際幕墻所受風(fēng)荷載（詞條“風(fēng)荷載”由行業(yè)大百科提供）受力狀態(tài)基本相同。不過該方法檢測成本較高，在既有玻璃幕墻現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)用有很大的局限性。推桿法檢測就是根據(jù)以上檢測思路，并與靜壓箱法能建立起等效的一種高效快捷檢測新技術(shù)。
推桿法檢測，利用幕墻立柱或橫梁為背面支撐結(jié)構(gòu)，采用機(jī)械固定裝置鎖緊儀器與支撐結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)被測板塊尺寸的大小，把剛性桿件組合成一定尺寸，在特定的加載位置內(nèi)，對板塊進(jìn)行試驗(yàn)力加載，檢驗(yàn)硅酮結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)可靠性。該方法根據(jù)測試板塊尺寸不同，桿件可以自由組合來滿足尺寸要求。檢測操作簡單、設(shè)備便攜程度高，該方法與相關(guān)檢測設(shè)備已獲得中國國家發(fā)明專利(見圖1)。
3 推桿法檢測等效作用原理
3.1 風(fēng)壓作用下玻璃板塊硅酮結(jié)構(gòu)膠的受力特性分析
玻璃幕墻最常見荷載為風(fēng)荷載，在水平風(fēng)載作用下，玻璃會產(chǎn)生一定的彎曲變形，玻璃的彎曲變形，硅酮結(jié)構(gòu)膠所受的拉力會減少，并產(chǎn)生一部分剪切分力。由于玻璃剛度較硅酮結(jié)構(gòu)膠剛度大，根據(jù)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003[2]設(shè)計規(guī)范，玻璃變形撓度限值應(yīng)小于短邊長度的1/60，在此玻璃的變形彎曲限值作用下，其膠受拉力因變形減少為：30/(30×30+1)0.5=99%，增加的剪切力為1/(30×30+1)0.5=3%，兩種內(nèi)力比1/30=3.3%。綜合以上，因玻璃彎曲變形導(dǎo)致對支承硅酮結(jié)構(gòu)膠內(nèi)力的影響程度不會超過10%。所以《玻璃幕墻工程（詞條“玻璃幕墻工程”由行業(yè)大百科提供）技術(shù)規(guī)范》(JGJ102-2003)第5.6.3條款硅酮結(jié)構(gòu)膠設(shè)計規(guī)定，在風(fēng)荷載作用下，板塊受力狀態(tài)相當(dāng)于均勻荷載雙向板，支承邊緣最大線均布拉力為aw/2，該拉力由膠的粘結(jié)力（詞條“粘結(jié)力”由行業(yè)大百科提供）承受，即：
ƒ1cs=aw/2(1)
式中，ƒ1——硅酮結(jié)構(gòu)膠在風(fēng)荷載作用下的強(qiáng)度設(shè)計取值;
cs——硅酮結(jié)構(gòu)膠寬度;
a——玻璃板塊短邊尺寸;
w——風(fēng)荷載設(shè)計取值。
3.2 推桿法加載原理與等效作用
推桿法檢測思路是通過圖示編號4加載手柄產(chǎn)生集中試驗(yàn)力，該集中試驗(yàn)力通過推桿6分散成沿玻璃4條邊長方向均勻的線荷載，然后通過近處玻璃傳遞給周邊硅酮結(jié)構(gòu)膠，考察硅酮結(jié)構(gòu)膠、玻璃及副框之間的連接可靠性能。當(dāng)桿件剛度符合一定技術(shù)要求時，加載位置一定時，根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證，硅酮結(jié)構(gòu)膠的受力狀態(tài)可以近似等效為均勻荷載沿雙向板傳遞，推桿法檢測結(jié)果與靜壓箱法測試膠的變形量基本相同。
4 推桿法檢測技術(shù)要求
4.1 推桿剛度技術(shù)要求
由于推桿法手柄所產(chǎn)生的試驗(yàn)力為集中力，此集中力依靠四邊推桿進(jìn)行分解成線荷載，如果桿件的剛度較小，在圖示中手柄4產(chǎn)生的集中力作用下，推桿著力部位會發(fā)生較大的彎曲變形，導(dǎo)致試驗(yàn)力無法分解成均勻的線荷載。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，加載所用各伸縮推桿剛度應(yīng)滿足加載剛度要求，即在3倍設(shè)計載荷作用下，長邊推桿遠(yuǎn)端與近端壓應(yīng)變或拉應(yīng)變差值不應(yīng)大于5%，這樣推桿傳遞的荷載可以認(rèn)為是集中力作用下沿桿件邊長分成的等效線荷載。
4.2 推桿加載位置
由于推桿法檢測硅酮結(jié)構(gòu)膠，推桿剛度增加了玻璃板塊的剛度，在風(fēng)荷作用下，玻璃板塊剛度的增加，玻璃的變形將會大大減少，由于變形減少，膠的受力角度將變小，tg值遠(yuǎn)低于1/30，膠的側(cè)向剪切力更小，根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，膠的變形值較靜壓箱偏小。為了與靜壓箱法建立等效受力效果，我們通過調(diào)節(jié)推桿離邊緣膠縫的距離，降低整個試驗(yàn)板塊的相對剛度，以達(dá)到膠受力狀態(tài)與風(fēng)壓作用基本等效。
以常見6mm鋼化玻璃（詞條“鋼化玻璃”由行業(yè)大百科提供）為例，制作長短比為1，1.5、2.0等不同比例試驗(yàn)板塊，同一比例又制作了幾組不同尺寸，每種規(guī)格又分別制作了成單玻與中空玻璃，然后進(jìn)行靜壓箱法試驗(yàn)、推桿法比對試驗(yàn)，測量不同載荷作用下膠的變形量，建立等效作用機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明，推桿的等效作用位置為：單玻類型板塊，距玻璃板邊1/8邊長處位置布置推桿，每側(cè)推桿長度為0.75倍板塊邊長;中空玻璃，距玻璃板邊1/6邊長處布置桿件, 每側(cè)推桿長度為2/3倍板塊邊長。推桿布置如圖2所示。
4.3 儀表安裝與固定
推桿法現(xiàn)場檢測硅酮結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)可靠性，以膠的變形為主要監(jiān)測對象，試驗(yàn)過程中采用分級加載，由于每級加載膠的變形增量較小，一般采用千分表監(jiān)測膠的變形。由于硅酮結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)玻璃而隱藏在玻璃內(nèi)表面板（詞條“面板”由行業(yè)大百科提供）邊處，千分表應(yīng)在玻璃外側(cè)固定，儀表指針應(yīng)沿表面膠縫寬度方向垂直居中放置，只有此處測量的變形值才是膠的變形量，遠(yuǎn)離膠縫所測的結(jié)果是玻璃與膠的綜合變形值，其量值上遠(yuǎn)大于膠自身變形量。
4.4 試驗(yàn)力加載與讀數(shù)
試驗(yàn)力加載采用分級加載，每級加載等效風(fēng)壓一般為250Pa;手動加載過程中應(yīng)盡量保持勻速加載，加載速度及其均勻性直接影響著硅酮膠的變形量，每級加載時間一般以3～5分鐘為宜;分級加載時，每一級應(yīng)穩(wěn)載一定時間，觀察膠縫有無撕裂、脫膠等異常現(xiàn)象發(fā)生，并記錄力值下降情況及膠的變形量。根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證，膠的變形受穩(wěn)載時間影響很大， 5分鐘穩(wěn)載膠的變形量與1個小時穩(wěn)載變形量差值可達(dá)10%～30%，試驗(yàn)結(jié)果表明，硅酮結(jié)構(gòu)膠在分級試驗(yàn)力作用下穩(wěn)載10～15分鐘，膠的變形趨勢趨于緩和與穩(wěn)定，所以檢測時應(yīng)穩(wěn)載15分鐘，然后記錄相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為評價該級荷載作用下膠的連接可靠性依據(jù)。
5 推桿法檢測膠連接可靠性的評估方法
經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，推桿法檢測既有幕墻硅酮結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)可靠性，結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)失效、破壞的特征為：在荷載作用下，硅酮結(jié)構(gòu)膠、玻璃及副框界面出現(xiàn)撕裂、脫膠等宏觀異常現(xiàn)象發(fā)生;在加載穩(wěn)載期間，荷載下降值超過10%。
根據(jù)以上特征可以得知：既有幕墻硅酮結(jié)構(gòu)膠連接可靠應(yīng)符合以下技術(shù)規(guī)定：在設(shè)計荷載作用下，硅酮結(jié)構(gòu)膠連接界面不應(yīng)出現(xiàn)宏觀異常現(xiàn)象;在分級加載穩(wěn)載過程中，儀器儀表力的下降值不應(yīng)超過10%。否則，既有幕墻硅酮結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)可靠性能視為不可靠，存在安全隱患。
6 結(jié)語
推桿法是一種近似等效靜壓箱法用于現(xiàn)場無損檢測既有幕墻硅酮結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)可靠性的方法之一，鑒于研究深度及筆者專業(yè)水平限制，不妥之處請同行指正，同時也希望國內(nèi)既有幕墻結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)可靠性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)能盡早出臺，以規(guī)范既有幕墻檢測工作行為。
參考文獻(xiàn)：
1、 全國輕質(zhì)與裝飾裝修材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. GB16776-2005建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005..
2、中國建筑科學(xué)研究院.JGJ102-2003玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社，2004.
中國幕墻網(wǎng) 2016年會論文集系列 未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載 違者必究
