前言
建筑幕墻（詞條“建筑幕墻”由行業大百科提供）的應用始于19世紀末，在20世紀50年代，玻璃幕墻開始大規模應用于建筑外圍護結構，宣告建筑幕墻時代到來。20世紀80年代，我國幕墻建筑開始萌芽，1981年修建的廣州廣交會展館是我國幕墻時代開始的標志，將近40年的發展使我國建筑幕墻行業實現了從無到有、從模仿引進到自主創新的跨越式發展。目前，我國已成為世界建筑幕墻生產和使用的第一大國[1]。
建筑幕墻的發展帶動了相關材料的發展，建筑幕墻用材料可分為板材、支撐結構、密封填縫材料、結構粘結材料四大部分。其中板材通常采用金屬、玻璃、陶瓷（詞條“陶瓷”由行業大百科提供）和石板等材質，而內部支承結構（詞條“支承結構”由行業大百科提供）則采用玻璃肋、鋼結構以及鋁橫梁立柱等結構形式，還包括有連接板片與型材之間的硅酮結構密封膠（詞條“硅酮結構密封膠”由行業大百科提供）、中空玻璃二道密封用密封膠、起到防水密封作用的硅酮耐候密封膠、以及襯墊的橡膠條類材料[2]。在實際工程應用中，大家對于鋁材、玻璃等大宗材料的關注度都比較高，往往會忽略密封膠這類小材料。密封膠在幕墻工程中的造價占比不超過3%，但在整個幕墻系統中卻起到了至關重要的作用，一旦發生失效，后期的維護、返修費用十分高昂。本文主要針對密封膠在幕墻工程應用中容易出現的問題進行分析，并提出相應的解決參考建議。
1 氣候環境影響
一般而言，建筑的設計使用年限都在50年以上，這就要求使用的材料也必須具有較長的使用壽命，到目前為止，硅酮密封膠在建筑幕墻上已經有40多年的應用歷史。近年來建筑幕墻的超高化以及板片的大型化、復雜化、多樣化，讓大家對建筑幕墻安全性的關注度越來越高，各項關注既有幕墻安全性的法規也紛紛出臺，同時對結構及接縫密封膠性能也提出了更高的要求。具有高強度、高伸長率、優良粘結性、耐久性（詞條“耐久性”由行業大百科提供）等特點的高性能結構密封膠（詞條“結構密封膠”由行業大百科提供）應運而生并得到了廣泛應用。但極端氣候環境對建筑幕墻的使用壽命仍是一項比較嚴苛的挑戰。
1.1 地震
我國位于世界兩大地震帶——環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶十分活躍。地震中容易發生斷層錯動、地震波引起地面振動，造成如地面破壞、建筑物與構造物的破壞、山體滑坡等危害。1995年日本阪神大地震和1999年臺灣大地震中均有大量的玻璃窗震害的報告，卻沒有震后幕墻危害報告，2008年四川汶川5.12大地震中，幕墻的抗震性能優于其他形式的外墻圍護裝飾抗震得到了充分的體現[3]。
圖1 2008年汶川地震都江堰骨科醫院外墻破壞，幕墻完好[3]
建筑幕墻由支撐結構體系與面板組成、可相對主體結構有一定位移能力、不分擔主體結構所受作用的建筑外圍護結構或裝飾性結構[4]。幕墻本身的構造特點使得它能承受大的平面內變形而不破損，例如玻璃幕墻大部分會使用硅酮結構密封膠作為柔性連接，石材幕墻和鋁板幕墻會使用支承結構(橫梁立柱、鋼結構、連接件等等)與建筑主體連接。許多工程所進行的幕墻平面內變形試驗表明，符合規范設計要求的幕墻可以承受1/100層高的平面內水平位移而不破損[5]。
圖2 2008年汶川地震都江堰水利大廈填充墻破壞，幕墻完好[5]
硅酮結構密封膠自身具有較高的粘結強度，能夠起到結構粘結的作用，同時良好的彈性能夠在玻璃幕墻中傳遞玻璃與主體框架（詞條“框架”由行業大百科提供）之間的層間位移變化。硅酮耐候密封膠經常作為幕墻板（詞條“墻板”由行業大百科提供）片間的防水密封材料使用，還可以在幕墻板片出現位移變化時，起到彈性緩沖保護作用。當地震來臨時，硅酮結構密封膠和耐候密封膠可以對建筑幕墻起到很好的保護作用。
歷年大地震結果表明，建筑幕墻在地震中的安全性遠優于一般建筑，只要建筑主體結構尚未倒塌，幕墻相對都保存地比較完好。說明只要設計嚴格(提高設計安全系數)、選材合理、施工規范，就可以保證幕墻在地震地區有優異的抗震性能。
1.2 臺風
近年來，臺風頻頻侵襲，不僅對農作物、樹木、電力、道路等造成極大破壞，同時也造成大量建筑受損，給建筑外圍護結構——幕墻造成了不同程度的損壞，也給我國高層建筑幕墻帶來了一次次的嚴峻考驗。
2016年9月15日第14號臺風“莫蘭蒂”對廈門的建筑幕墻造成了不同程度的破壞，據調查，很多建筑幕墻受損，少數受損比較嚴重，個別項目玻璃破損高達70%以上。經過分析，雖然此次臺風的實際風力超出幕墻風荷載設計值是幕墻破壞最為主要的原因，但也不排除某些項目上設計取值偏低、材料配置不足、施工質量差以及防范臺風意識不強等因素[6]。
圖3 “莫蘭蒂”臺風后玻璃幕墻出現板片破損
2018年9月16日17時，第22號臺風“山竹”(強臺風級)在廣東臺山海宴鎮登陸，登陸中心附近最大風力14級(45米/秒，相當于162公里/小時)，中心最低氣壓955百帕。與2016年9月“莫蘭蒂”臺風襲擊廈門相比，其風力等級、風速等幾乎持平。同樣，在這次的臺風中，廣東、廣西、香港等地區的建筑幕墻也出現了不同程度的損壞。
圖4 “山竹”臺風中玻璃幕墻板片出現破損
1.3 暴雨
近年來，全國各地每年夏季都有很多城市遭遇暴雨襲擊，連續的暴雨通常伴隨著大風天氣，對建筑幕墻的結構安全和防水密封進行了嚴厲的考驗。暴雨天氣幕墻出現的主要問題是漏水，密封膠各種形式的粉化開裂，導致雨水通過膠縫滲入室內，造成室內裝飾破壞，甚至腐蝕部分結構性的型材和錨固件，造成結構安全隱患。
圖5 石材幕墻密封膠注膠（詞條“注膠”由行業大百科提供）不飽滿(a)和鋁板幕墻密封膠開裂(b)
2. 硅酮結構密封膠失效案例原因分析
在極端的氣候環境下，我們可以看到設計嚴格、選材合理、施工規范可以保證硅酮密封膠在建筑幕墻上發揮良好的作用。但盡管如此，國內關于幕墻板片墜落、結構密封膠粘結破壞、耐候密封膠防水失效的案例仍頻頻發生。本文將從以下幾個方面來進行分析：
2.1 設計問題
硅酮結構密封膠必須具有足夠的寬度以承受風壓和自重等因素。設計風壓和玻璃的尺寸越大，硅酮結構密封膠寬度就越大;同樣板片越重，硅酮結構密封膠的寬度就越大。正確的硅酮結構密封膠設計使密封膠容易安裝，并可減少由不同溫差位移引起的應力。硅酮結構密封膠設計必須參照JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術規范》進行計算，同時硅酮結構密封膠不能限制在狹小的范圍以免影響密封膠固化。
2.2 硅酮結構密封膠粘結失效
硅酮結構密封膠在玻璃幕墻使用過程中受力十分復雜，不僅承受正反方向的風荷載，還要承受剪切、撕裂、機械疲勞、蠕變等各種不同的作用力。故而，要求硅酮結構密封膠必須具有較高的抗拉、抗剪、抗壓和剝離粘結強度。結構密封膠粘結一旦失效會造成較大的安全隱患，這就需要我們選用符合設計要求的高品質硅酮結構密封膠。粘結是物理作用和化學作用共同體現的結果，因此還和以下因素有關：基材（詞條“基材”由行業大百科提供）表面情況如粗糙度、表面能和化學組成等，表面的清潔程度，清潔溶劑選擇，養護固化條件等。
圖6 硅酮結構密封膠與附框粘結失效
2.2.1 膠的材質問題
硅酮結構密封膠的基本成分是羥端基聚二甲基硅氧烷聚合物，同時添加補強填料、催化劑、增塑劑等。目前硅酮結構密封膠的市場極為混亂，部分生產廠家為追求利益最大化，從降低成本著手，不惜加入劣質原材料，導致硅酮密封膠質量參差不齊，幕墻在竣工投入使用后短時間內便出現粘結失效、滲水（詞條“滲水”由行業大百科提供）、開裂粉化、流油甚至導致玻璃墜落等問題。
隱框或半隱框幕墻使用的中空（詞條“中空”由行業大百科提供）玻璃，二道密封也必須選用硅酮結構密封膠，不能選用聚硫密封膠，防止后期出現由于膠體自身老化導致的中空玻璃外片脫落問題。
圖7 開啟扇中空玻璃外片掉落(聚硫密封膠)
2.2.2 膠的老化問題
由于玻璃幕墻在自然條件下要經受光、熱、氧、雨、水等大氣原因的影響，太陽光中的紫外線可以直接破壞高分子聚合物的分子鏈或誘發光氧反應，由材料表面逐漸向材料內部發展，使材料老化、性能下降。太陽光中的紅外線經材料吸收轉化為熱能后使材料溫度升高，會加速材料的分子運動，誘發熱氧化反應，使高聚物降解，也使材料老化、性能下降。硅酮密封膠本身具有良好的耐氣候老化性能，需要杜絕劣質的硅酮密封膠、改性硅酮密封膠作為幕墻的結構性使用。
2.2.3 施工工藝和養護時間
早期的幕墻工程，由于沒有明確施膠的環境條件等要求，導致施工不規范，如工地現場施膠等，從而影響到硅酮結構密封膠的性能。這是因為溫度、濕度是決定硅酮結構密封膠固化的主要因素，溫度、濕度越高，固化越快，但過大的濕度也可能會抑制硅酮結構密封膠的固化;現場的灰塵或雜質也會影響到施膠質量和粘結效果[7]。
3 硅酮結構密封膠使用指導建議
3.1 設計方面
硅酮結構密封膠承受荷載和作用產生的應力大小，關系到幕墻構件的安全，對結構密封膠必須進行承載力核算，而且必須要保證最小的粘結寬度和厚度。硅酮結構密封膠的拉伸粘結強度值在國家強制性標準GB 16776-2005《建筑用硅酮結構密封膠》中明確規定了不低于0.60MPa[8];在風荷載或地震作用（詞條“地震作用”由行業大百科提供）下，其總安全系數取值不小于4。根據JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術規范》中硅酮結構密封膠的強度設計值：f1=0.2 N/mm2,，f2=0.01 N/mm2。這個取值是根據概率極限狀態設計方法來的，不應當因選取的密封膠不同而輕易進行更改。
3.1.1 建議選用超高性能硅酮結構密封膠
針對在地震和沿海臺風多發地區，在進行硅酮結構密封膠計算時，可以考慮提高系統的整體安全系數，盡量采用超高性能硅酮結構密封膠(強度值≥1.2MPa)，提高膠的安全系數，保證粘結部位有充分的余量，能夠應對極端氣候環境。
3.1.2臺風區域適當提高設計基本風壓
在進行硅酮結構密封膠計算時，需要考慮風荷載、地震作用、板片永久荷載（詞條“永久荷載”由行業大百科提供）的影響。在超強臺風區域，相對而言，地震作用、板片永久荷載影響相對比較穩定，而波動較大的是風荷載的變化。
本次臺風“山竹”登陸時，登陸時中心附近最大風力14級(45米/秒，相當于162公里/小時)，核算出來的風壓為1.26 kN/m2，已經超過了深圳和廈門地區百年以來的風壓值。因此在臺風多發區域進行設計核算時，可以考慮提高基本風壓，進而抵御超強臺風。
3.1.3 提高中空玻璃外片的承載能力
玻璃幕墻采用中空玻璃時，應符合現行國家標準GB/T 11944-2012《中空玻璃》：中空玻璃應采用雙道密封;隱框、半隱框及點支承玻璃幕墻用中空玻璃的二道密封膠應采用硅酮結構密封膠，中空玻璃結構密封膠寬度應≥5mm，內道丁基膠層寬度應≥3mm。中空玻璃的二道密封膠接口設計可以參考JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術規范》中5.6章節進行核算�？紤]超強臺風時，二道密封膠的粘結寬度應大于計算值，保證風荷載增大時中空玻璃外片也能夠完整地粘合在主體結構上，防止出現由于外片粘結寬度不夠而導致的外片掉落失效。
3.1.4 明確特殊部位做法
在超強臺風的作用下，幕墻開啟扇部位不可避免會發生一些漏水的情況，開啟扇部位類似于隱框玻璃幕墻（詞條“隱框玻璃幕墻”由行業大百科提供），其中空玻璃二道密封也應選用硅酮結構密封膠。在特殊部位的設計時，如異形造型、轉角部位，及需要現場板片切割（詞條“切割”由行業大百科提供）時，必須明確材料的具體做法，且預留足夠的空間保證密封膠的粘結。
3.2 產品選用
幕墻結構性裝配時，必須選擇滿足國家標準GB 16776《建筑用硅酮結構密封膠》要求的硅酮結構密封膠，不能使用硅酮耐候膠，甚至是非硅酮類的產品。這些產品不能適用于結構性設計要求，使用會存在嚴重的安全隱患。
密封膠在運輸、存儲過程中不可避免的會受熱，受熱后其物理性能可能衰減導致出現提前過期現象。特別是在夏天，溫度較高，這種現象比較明顯。因此密封膠在使用前應通過表干時間測試進行粗略判斷，還應將硅酮膠打成膠條，待其固化3天后用手拉伸以測試其是否具有彈性，如果彈性良好則可以使用。
3.3 項目開工前測試
硅酮結構密封膠在使用前，應經國家認可的檢測機構進行與其相接觸材料的相容性和剝離粘結性測試，并對邵氏硬度、標準狀態拉伸粘結性能復檢。
圖8 相容性和剝離粘結性測試
3.4 現場測試
在項目施膠前，需要對密封膠進行檢查。幕墻板片大多是在工廠內使用設備（詞條“設備”由行業大百科提供）混合的雙組分硅酮結構密封膠裝配而成，在每天施膠時必須進行：蝴蝶測試(確認膠是否混合均勻)、拉斷測試(確認膠的可操作時間)、隨批剝離粘結性測試(確認膠與基材的粘結性)，必要時進行蛇形測試(確認膠的整體固化是否正常)。
圖9 蝴蝶測試、拉斷測試和隨批剝離粘結性測試
3.5 現場記錄
密封膠在施工時，必須嚴格按照標準的施工流程進行，標準的“兩塊抹布清潔法”、必要時使用底涂預處理、保證施膠的厚度和寬度滿足設計要求，注膠過程中保證均勻一致性、防止引入氣泡（詞條“氣泡”由行業大百科提供）等，并做好相應的施工記錄。
圖10 施膠記錄表和密封膠尺寸設計
3.6 養護
硅酮結構密封膠的固化受外界環境的影響較大，冬夏季硅酮結構密封膠固化的速度有一定差異，因此硅酮結構密封膠在施打后應嚴格按照標準進行養護，才能達到較好的應用性能。幕墻板片在搬運和安裝之前，均必須進行現場的割膠測試予以確認，如果密封膠沒有固化完全，與基材粘結效果不佳，不允許進行板片的搬運及安裝操作。
3.7 現場質量檢查
成品割膠測試適用于裝配現場測試結構密封膠粘結性的檢查，用于發現工地應用中的問題，如：基材不清潔或清潔不當、使用不合適的底涂、施工方法不當、不正確的接縫裝配、接縫設計不合理以及其它影響粘結性的問題。該項檢測需硅酮結構密封膠在標準條件下完全固化后進行，完全固化時間通常需要14天~21天(雙組分14天，單組分21天)。
圖11 現場割膠檢查
3.8 建筑幕墻維護
根據JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術規范》要求，建筑幕墻竣工驗收后一年時，應進行全面的檢查，此后每五年檢查一次。同時，在出現惡劣天氣后，應及時進行全面的系統排查。
在幕墻的定期維護保養過程中，我們首先需要檢查硅酮結構密封膠與基材的粘結性，并對硬度值進行檢測，初步判斷膠體的老化情況，如有必要現場割膠后進行定量的力學性能考察。同時，針對檢查出來的問題盡快制定專業的維修方案，保證幕墻的結構安全和防水密封性能。
結語
建筑幕墻是一個系統性的工程，硅酮結構密封膠作為整個體系中的小材料，發揮著巨大的作用。因此就要求在極端氣候(地震或臺風)區域，設計方面提高硅酮結構密封膠在幕墻應用中的總體安全系數。同時選擇正確的材料，完善的檢測手段、規范化的施工流程以及到位的后期維護工作也是保證硅酮結構密封膠在幕墻上應用的幾大要素。
參考文獻：
[1] 黃小坤, 趙西安, 劉軍進, et al. 我國建筑幕墻技術30年發展[J]. 建筑科學, 2013, 29(11):80-88.
[2] 劉彥博, 石曉東. 玻璃幕墻用建筑密封膠（詞條“建筑密封膠”由行業大百科提供）和結構密封膠的選用[J]. 粘接, 2005, 26(3):55-56.
[3] 龍文志. 反思汶川地震的門窗和幕墻抗震性[J]. 門窗, 2008(8):10-14.
[4] 中國建筑科學研究院.JGJ 102-2003玻璃幕墻工程技術規范 [S].北京：中國建筑工業出版社，2003.
[5] 趙西安. 四川汶川大地震中玻璃窗和玻璃幕墻抗震性能的初步分析[C]// 中國玻璃行業年會暨技術研討會. 2008.
[6] 仵永明. 干貨：下次臺風來之前，幕墻工程商必須掌握這些!中國幕墻網// 點擊查看 http://m.34mwm.cn/info/2016-11-10/42064-5.htm
[7] 徐勤（詞條“徐勤”由行業大百科提供）, 王驊. 玻璃幕墻用硅酮結構密封膠安全性能指標對比研究[J]. 中國建筑防水, 2013(10):23-26.
[8] 全國輕質與裝飾裝修建筑材料標準化技術委員會.GB 16776-2005 建筑用硅酮結構密封膠 [S].北京：中國標準出版社，2005.
