玻璃幕墻結構膠失效原因及現場檢測

　　我國幕墻建筑自1983 年起步，20 世紀90 年代中期達到高潮，到2010 年底，我國已建成了約2 億m² 的各式建筑幕墻(包括采光屋面)，占世界總量的50%以上。然而，隨著玻璃幕墻使用量的增多及服役年限的增加，幕墻玻璃突發墜落事故時有發生，嚴重威脅著人們的生命財產安全。

　　結構膠失效是導致幕墻玻璃墜落最主要的原因之一。現行國家標準GB 16776—2005《建筑用硅酮結構密封膠》和JGJ102—2003《玻璃幕墻工程技術規范》要求結構膠提供10 年的質量保證。按照這個規定，20 世紀80 年代以來我國所建的玻璃幕墻，特別是90 年代所建的隱框玻璃幕墻所用的結構膠，目前均已超過了質量保證期，開始出現各種不同的失效現象。相關調查表明，因結構密封膠失效引起的玻璃幕墻質量問題占到玻璃幕墻所有質量問題的40%以上。因此，深入剖析玻璃幕墻用結構膠失效模式及其原因，并開展相關的檢測技術研究，對防范幕墻玻璃墜落、指導既有玻璃幕墻加固維修或新建玻璃幕墻結構設計具有重要意義。

　　1 玻璃幕墻結構膠失效原因

　　玻璃幕墻結構膠失效主要表現為：結構膠脫膠、斷膠、開裂、粉化、硬化等。結構膠失效可導致結構膠粘結性能退化，達不到其設計功能要求。導致結構膠失效的因素很多，既有結構膠自身因素，也有結構膠服役的外部環境因素。本文通過對多年既有玻璃幕墻現場檢測結果的分析，總結了玻璃幕墻結構膠的各種失效模式，特別對一些引起玻璃幕墻失效因素但目前相關標準和規范并沒涉及到的新問題進行了剖析。

　　1.1施工、設計及選材不當造成結構膠失效

　　早期的玻璃幕墻(特別是20 世紀80 年代中后期至90 年代中期建設的玻璃幕墻)由于沒有具體的施工標準和規范，導致質量參差不齊，問題特別突出，主要表現為：選用劣質的結構膠;結構膠選材不當;結構膠未進行進場試驗;結構膠未按施工要求進行施工;結構膠設計時力學計算不合理等。這些因素嚴重影響了結構膠的服役質量及壽命，導致玻璃幕墻在未達到服役年限、甚至新建不久就出現嚴重的質量問題。圖1 顯示了一玻璃幕墻工程因使用了不合格的結構膠，在服役若干年后出現嚴重老化脫膠問題，其中脫膠處裂縫能夠將0.2 mm 的卡片插進去。

　　1.2結構膠老化失效

　　在結構膠失效因素中，結構膠老化是最主要的因素。結構膠在使用過程中，受到環境中的光、熱、氧(臭氧)以及各種介質和微生物等多種因素的影響與作用，其粘結性能會逐漸下降，甚至被破壞，在潮濕、腐蝕介質及陽光直射等環境中更是如此，特別是當濕度≥95%，溫度高于50~60 °C 時，水分會成為影響粘接界面強度的元兇。因為，水能滲入粘接層內部，而且侵蝕粘接界面比侵入結構膠本體快，其過程是水從粘接界面邊緣滲入并逐漸向膠體中心區域擴展，隨著時間的推移，滲入粘接界面內的水量會越來越多，從而降低結構膠與被粘接物表面的吸附力，造成結構膠粘結性能下降和使用壽命縮短;滲入膠體的水還會使結構膠本身產生溶脹，降低膠體的物理性能。目前，評價結構膠的耐老化性能主要采用人工加速老化實驗。比如，ETAG 002《結構密封膠玻璃裝配系統技術審核指南》要求：密封膠在浸水-紫外線輻射、鹽霧、酸霧、清潔劑浸泡4 項加速老化后，結構膠的拉伸強度不得低于其初始強度的75%，與基材（詞條“基材”由行業大百科提供）的粘結破壞面積不大于10%。將結構膠放入高溫高濕環境(濕度≥95%，溫度在25~55 °C 之間有規律的循環變化)進行人工加速老化，并對不同老化時間的結構膠進行加載獲得變形與載荷曲線圖，見圖2。結構膠加載破壞后的斷面圖，見圖3。

　　如圖2 所示，隨著老化時間的延長，除了結構膠強度降低外，加載曲線斜率也明顯增大了，說明結構膠老化后彈性模量變大了。此外，老化前，結構膠被拉斷位置處在結構膠本身，屬結構膠內聚破壞;而老化后的結構膠在粘接界面處被破壞，主要表現為界面拉斷(圖3)。以上結果表明，雖然老化后結構膠本身的強度和界面粘結強度均下降，但是界面粘結強度下降更多，且遠遠低于結構膠本身的強度。因此，老化后結構膠的粘結強度決定了整個粘接件的強度。

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