安泰建筑胶：幕墙结构胶的科学应用及使用寿命探讨
在房地产业波动发展的当下，房企对建筑所需的建材部品的采购也变得尤为看重，门窗幕墙作为建筑的最重要的组成部分之一，精细化采购更得到门窗产业链各方重视。8月26日高层建筑门窗幕墙材料“优采”前沿高峰论坛第三站在西安盛大开幕。在会上众多行业内的企业领导、专家、技术学者发表演讲。 大会上安泰建筑胶技术服务部经理肖珍发表了题为《幕墙结构胶的科学应用及使用寿命探讨》的精彩演讲。
安泰建筑胶技术服务部经理 肖珍
以下是会议实录：
肖珍：尊敬的各位专家、各位领导，客户朋友们，大家下午好！
接下来我为大家分享的主题是“幕墙结构胶科学应用及使用寿命探讨”。
首先带领大家简单认识一下我们集泰化工。
大家现在看到画面上这个人物就是我们集泰化工的董事长邹榛夫先生，他于86年获得武汉大学化学系硕士学位，曾就职于中科院。我们公司创建于1988年，由于公司发展的需要，2006年第一次更名为广州集泰化工有限公司，2015年正式更名为广州集泰化工股份有限公司，安泰建筑胶是集泰化工旗下的一大品牌。这27年来我们公司一直致力于密封胶的自主研发、生产和销售。到目前为止，我们集泰化工旗下有五大生产基地，分别位于广州和河北，一个总部和一个研发中心也是位于广州。大家看到最左上角这个图片是我们研发中心的外景图，内部分别设置研发室、分析室和检测室。大家现在看到这张地图上显示红点的地方就是我们安泰30家建筑密封胶专营公司在全国的分布，我们公司是行业内首创直销模式和直销网点最健全的密封胶生产企业。
接下来介绍一下我们安泰建筑密封胶的主要产品。最主要的就是幕墙结构胶，我们安泰有双组分硅酮结构密封胶168和单组分硅酮结构密封胶169，这两款产品同时符合GB 16776和美标ASTM C 1184的标准要求。其次是幕墙耐候胶，主要有位移能力达到25级的193中性硅酮耐候胶以及位移能力达到50级的高弹性硅酮耐候密封胶198。我们门窗胶品种也是非常齐全，有硅酮型的、聚氨酯型的，还有丁基型的。中空玻璃胶有普通型的165中空玻璃弹性密封胶，也有中空玻璃硅酮结构密封胶166。特殊用途胶有195石材专用胶，175防霉胶以及176阻燃胶，其他产品有302石材干挂胶，293聚氨酯建筑密封胶。安泰建筑胶品牌自2004年以来连续十年名列全国行业前三甲。
第三点，进入正题，幕墙结构胶的科学应用。右边这个图片是隐框玻璃幕墙的节点图，简单介绍下用胶部位。这两块中空玻璃之间绿色填充的部分就是耐候胶，主要是起防水密封的作用，在幕墙的气密性和水密性方面起了重要作用。这个中空玻璃中间的二道密封胶用的是硅酮结构密封胶，刚刚赵西安教授也明确说了中空玻璃的结构胶不能用聚硫胶。中空玻璃与铝合金框之间的红色填充部位，用的就是硅酮结构胶，这个是直接影响整个幕墙的安全和寿命两大性能的，接下来我将从以下五个方面重点介绍一下幕墙结构胶如何科学应用。
1，幕墙结构胶种类选择，按照JGJ102《玻璃幕墙工程技术规范》中，3.1.4明确规定：“隐框和半隐框玻璃幕墙，其玻璃和铝型材的粘结必须采用中性硅酮结构密封胶；全玻幕墙和点支撑幕墙采用镀膜玻璃时，不应采用酸性硅酮密封胶粘结。”为什么结构胶必须采用硅酮型的呢，是由于硅酮结构胶的分子结构决定的。硅酮结构胶的分子结构以Si-O化学键为主，其化学键能(108kcal/mol)比一般键能都大，而且高于紫外光的能量大，所以硅酮结构胶具有耐候、耐氧、耐臭氧、耐紫外线和耐热、耐寒等优异性能。在3.1.4中对酸性胶的使用也有限制，主要是因为酸性胶会与铝合金型材发生化学反应，也会与镀膜玻璃表面镀膜层发生化学反应。
第二，幕墙结构胶的基本性能，102规范中3.6.1明确规定：“幕墙用中性硅酮结构胶及酸性硅酮结构密封胶的性能，应符合现行国家标准GB 16776的规定。”国标16776首次发布是1997年，并于2005年进行第一次修订。
国外最早的相关标准是美国标准，ASTM C 1184，并且欧洲于1999年颁布了ETAG 002，并于2012年修订，欧洲还有EN 15434，这两项对硅酮结构胶基本性能要求基本相同，后续寿命探讨中会详细介绍欧标情况。
第三，幕墙结构胶的变位承受能力。在JGJ 102规范中对硅酮结构胶粘结厚度ts给出如下计算公式，里面有一个参数，就是δ值，δ代表硅酮结构密封胶的变位承受能力，不同厂家的δ值取值是不一样的。并且在102规范中也给出了两个限制条件，厚度必须大于等于宽度的一半且小于等于宽度，而且厚度在6到12mm之间。在新的JGJ102规范中，对这个公式也作出了改动。大家可看到改动前后的两个公式中，δ值都是作为分母出现，也就是说δ值越大，厚度计算结果就越小，更加节约成本；换句话说，在厚度值固定的情况下，如果结构胶厂家提供的δ值越大，说明这个设计更安全。因为设计师们在计算厚度值的时候，结构胶品牌是没有确定的，据我了解，设计师们会用一个固定值代入计算，一般会用10%，也有用12.5%的。从这个公式表面来看，δ值确实越大越好，但是根据经验来看，δ值的最佳取值范围是8%-12%。那为什么最大值不能超过12%呢？因为δ值代表的是结构胶承受0.14MPa时的伸长率，如果δ值过大，就意味着结构胶受到一点风吹草动，就会产生较大位移，幕墙也会存在很大风险。δ值在国标甚至欧标中都没有对这个数据进行报告，但这个值又必须由结构胶厂家提供给设计师们进行计算，下面我将以我司安泰-双组份硅酮结构胶168,2015年“国家化学建筑材料测试中心”的检测报告为例告诉大家如何推算出δ值。在检测报告中，有三个值分别为23℃伸长率为10%、20%、40%对应的拉伸模量，根据以上这三个值，我们可以画出一条曲线，通过延长曲线，就可以推算出0.14MPa时的伸长率，也就是硅酮结构密封胶的变位承受能力δ值。大家可以看到安泰-168双组份结构胶在2015年检测中δ值取8%，安泰-169单组份结构胶的δ值取11%。。
第四，幕墙结构胶的适用性能。在102规范中3.6.2明确规定：“硅酮结构密封胶使用前，应经国家认可的检测机构进行与其相接触材料的相容性和剥离粘结性试验。”在GB 16776中5.3的要求规定：“硅酮结构胶与结构装配系统用附件的相容性应符合附录A规定，硅酮结构胶与实际工程用基材的粘结性应符合附录B规定。”
但是硅酮结构胶在实际应用过程中存在较多的问题，主要表现在以下五个方面：
1、 施工前未进行粘结性和相容性试验。到目前为止，也出现了很多因结构胶与基材粘结不合格导致掉玻璃的质量安全事故。相容性反映的是结构胶与相接触附件是否发生了物理或化学的反应，如相容性不合格，直接会导致结构胶变色，粘结破坏和性能下降等。所以施工前进行粘结性和相容性试验是非常必要的。
2、 施工时抵触使用底漆。一方面施工方考虑会增加施工成本，其实我认为最关键的还是施工方对于底漆的认识不够充分，这个底漆主要起一个桥梁作用，它处理能提高粘结性和缩短粘结时间，还可以提高粘结的耐水性和耐久性；
3、 养护环境和养护时间未达到要求。按标准规定，双组分完全固化需要养护14天，单组分21天，但根据检测结果表明，双组分养护3天，单组分养护7天，基本能达到最终的固化和粘结效果。温度低时需适当延长养护时间。
接下来详细介绍型材选用不当和施工后未进行随批剥离和单元件切胶试验。在102规范中，3.1.2明确规定：“铝合金材料应进行表面阳极氧化、电泳涂漆、粉末喷涂或氟碳漆喷涂处理。”
并且对于铝合金型材表面处理层的厚度也做出了明确规定，如阳极氧化处理的平均膜厚≥15微米，局部膜厚≥12微米。但是在相关标准和规范中对于铝型材打胶面的处理方式没有明确规定，经验证明，经过阳极氧化处理的型材与硅酮胶粘结效果最佳，其次是电泳涂漆和络化处理，再次是粉末喷涂和氟碳漆喷涂处理。络化处理是所有表面处理技术前期处理工序。但从铝型材表面处理层的附着力和耐久性方面考虑，粉末喷涂和氟碳喷涂处理的铝型材相对较差，如实际选用这两种型材，建议络化后在打胶面贴膜保护后再喷涂处理。
实际上型材选用不当还有另外一个非常主要的表现，就是使用光铝，他们在选用喷涂型材的时候才会采用这种方式，因为设计师们考虑到喷涂不保险，质疑喷涂能保25年吗？如果胶能很好的粘住型材，就不用考虑喷涂层的寿命问题了，他们一般会采取在喷涂之前加一层膜将打胶面保护起来，如果已喷涂的型材经检测粘结性不合格的话，就会把喷涂层打磨掉。但我们是不建议这么做的，主要有两点原因，第一，光铝在自然状态下可以形成一层非晶态氧化膜，因为这个膜比较薄而不均匀，导致光铝的粘结性和稳定性比较差。第二，打胶边缘的光铝会被空气氧化，形成的氧化膜会导致原本粘结很好的部位出现粘结不合格的现象。
施工后未进行随批剥离和单元件切胶试验。粘结性主要影响因素，第一是粘结基材的表面处理方式；第二是养护环境的温湿度；第三是打胶的宽度厚度、透气情况。下面通过一个案例详细说明一下，这个案例是我亲自服务过的一个项目，这个项目由三块中空玻璃组合成的单元件板块，这个工程今年3月4号施工，我是3月6号做的第一次服务，就是把中间那一块中空玻璃切开了，当时出现有三面50%的破坏，还有一面是100%的破坏，通过这个试验我初步分析，可能是由于温度低养护时间不够，因为当时3月份温度在5摄氏度左右，因为我们结构施工温度要求10—40度，所以我就给它建议延长养护时间，但是当天看到旁边有一个单元件切胶试验的结果全部100%破坏，经过我咨询，这个是2月28号打胶的，别厂的产品。后来经过我4次的服务，才得知这个工程去年2月份就开始施工了，换了三个厂家的结构胶都出现了同样的问题，所以他们一直停着不敢用，用了我们的胶就发现粘结效果比较好。这个工程经过我3月9号再次去服务，又切了旁边的中空玻璃，一面是0%的破坏，另外是10%的破坏，这个都是符合国家规定的，另外一面是50%破坏，还有一面100%破坏，所以当时我看到这个结果的时候我认为不单单是养护时间的问题了，通过对比正好100%破坏的地方就是在两块中空玻璃相接触的横梁的地方。最后分析原因有两点：一是型材表面处理技术不稳定，属难粘材料；二是结构胶过宽过厚，且不透气影响固化和粘结。也通知一系列试验验证了这两点。
5、 如何确保工程质量。对于幕墙结构胶其实标准规范都是非常严格，要求很多条款，实际应用过程中还会出现意想不到的问题，我们安泰如何预防这些质量甚至安全隐患的呢？我们安泰主要通过提供服务、收集资料、建立幕墙工程档案，主要有以下七份资料。第一是试验申请表，第二是粘结性相容性报告，第三是送货单，第四是出厂检验合格证，第五是技术交流记录，第六是现场服务表，第七是质量保证书。这个现场服务表内容非常齐全，基本涵盖了前面所有问题的预防，要确认一下是不是我们的产品，要留有记录，我们实际上用的材料跟我们送检的是否一致，一定要确认，施工的条件是否符合102规范。粘结宽度和厚度是否符合规范的规定，以及是否符合图纸的要求。随批剥离试验、单元件切胶试验、浸水试验、表干时间、拉断时间、回弹特征和蝴蝶试验等，这几个试验都是GB 16776附录D的强制性的要求，这些检测其实都是应该由施工单位来做的，我们安泰做的工作就是去监督检查一下这个试验最后的结果是否符合标准的规定，预防我们前面应用过程中存在的一系列的问题。
以上存在的这些质量甚至安全隐患，我们安泰是如何预防的呢？我们采取的措施是建立幕墙工程用胶档案，并且至少保存25年。安泰必不可少的工程档案资料有以下七份：试验申请表，粘结性和相容性报告、送货单，出厂检验报告、技术交流记录、现场服务表、质量保证书
下面探讨一下幕墙结构胶的使用寿命问题。这个表格里面对国内外标准进行了简单的对比分析，前两个是国标和美标，这两个都是产品标准，检测对象是硅酮结构胶的性能，质量保证年限都是10年，欧洲标准ETAG 002，是认证体系，对象是幕墙系统，包括设计、材料厂家的质量管理体系、施工规范，而且性能指标比美国标准、中国标准高很多，质保年限是25年。这上面可以看出，国家标准与欧洲标准存在比较大差异。
国内采取的解决方法是通过增加建工行业标准《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》，此标准也是引用的欧洲标准，目前这个标准已经进入报批稿阶段。我们也是该标准的参加单位。在标准编制组成员成立以后，总共有24人分别对欧洲道康宁技术中心、德国IFT实验室及西卡研发中心进行了考察。
考察结论，按照标准规定，ETAG002中指的是25年政府对幕墙系统设计的最低要求，硅酮结构密封胶作为其中一种材料也是要求达到25年的。实际应用情况：在欧标出现以前，仅有美标质保是10年，但实际应用有许多达到25年甚至40年的建筑幕墙案例，且欧标比美标更加完善，更加苛刻，所以执行欧标能质保2年是有保障的。对于25年的判定依据，我们的客户非常关注，考察结论明确指出，胶的可使用年限没有一个确定方法来做评估，主要是凭经验值来判断。
下面对国标和欧标对产品性能要求上进行一个对比：第一，在密封胶产品的一致性鉴定方面，欧标增加了密封胶的红外光谱分析和热重分析，可以检测出结构胶中是否有添加有害增塑剂及含量，也可以反映出生产商的原材料和产品配方以及生产工艺有没有显著变化。第二，环境因素对密封胶的加速老化方面，欧标相对于国标增加了三个环境因素，二氧化硫酸雾、氯化钠烟雾、100℃7天处理后。而且前面几个条件更加严格，特别是水-紫外试验，GB 16776试验300h，而欧标试验1008h。第三，力学因素对密封胶的加速老化方面，国标只有拉伸；欧标增加了剪切、撕裂、疲劳循环和蠕变性能，更加符合结构胶的实际受力情况。第四，底涂液的应用方面，特别是像我服务过的江河幕墙，要求所有铝型材表面要加底涂处理，在国标16776在检测性能的时候是不允许涂刷的，欧标里允许涂刷。第五，对于寿命的判定方法，欧标更加合理，主要表现为老化以后对力学性能的保持率判断，国标是绝对值，要求≥0.45MPa，欧标强调相对值≥75%。第六，质保年限，国标是10年，欧标是25年，前面说到质保年限主要依据是凭经验值来判断，国标16776当时是参考了美标，并且部分指标还严于美标，美标给出的质保年限就是10年。符合欧标的产品至少25年质量保证，实际情况达到40甚至更长时间的幕墙工程案例中，结构胶性能依然合格。而据我了解，符合GB 16776的厂家也有提供15年、20年甚至极少数厂家提供25年质保的情况。另外一方面，前者是产品标准，后者是认证体系，对厂家质量体系要求，以及售后服务要求，也是更加完善。
第五，工程案例。任何一个好的产品，任何一个好的厂家，最终产品如何好，是需要工程案例做见证的。安泰结构胶为全国超高层建筑，以及特殊领域的应用，做出了突出贡献，提供了安泰优质的服务。像厦门国际中心、重庆东方广场，超高温的有非洲的工程，强紫外线的有青海的工程，异形结构有上海世博会等。
最后用一句话总结我今天的分享：我们安泰一直以来都是秉承“实在好胶，安心选择”的理念，让建筑更安全，让城市更美丽。谢谢大家！
