技术概述
幕墙密封胶包括硅酮结构胶与耐候胶两大类,前者承担玻璃、铝板等板片与支承结构之间的结构粘接,后者用于板片接缝的防水密封。幕墙在使用中因温度变化、荷载作用发生板片位移,接缝宽窄随之反复变化,密封胶长期处于拉伸与压缩交替状态,同时经受高低温环境的考验。密封胶在变动温度下的粘接与内聚性能,直接关系到接缝防水与结构安全。
ISO 9047《建筑结构 接缝产品 密封胶在变动温度下粘接/内聚性能的测定》规定了密封胶在循环变温条件下保持粘接与内聚能力的试验方法。试样在两块基材之间成型,经规定养护后进入高低温交替循环,在低温或高温状态下对试样施加拉伸或压缩,观察并记录粘接破坏与内聚破坏的情况,据此评价密封胶在变温工况下的适应能力。
需要指出,该标准评价的是变动温度条件下粘接与内聚性能这一特定维度,与氙灯辐照下的光老化、湿热老化等并非同一概念。幕墙密封胶的完整耐久性评价往往还需结合热老化、浸水、紫外暴露等多项试验,综合判断其适用性,选型时不应以单一试验结论代替整体评价。
试样制备与基材选择
ISO 9047试样的基本构造是密封胶在两块平行基材之间成型,胶体两端与基材粘接,中部为自由胶体,组成类似工字形的组合件。基材可根据实际应用选择玻璃、阳极氧化铝或石材等,不同基材表面能不同,粘接表现也会有差别。幕墙工程中常用玻璃与铝材,涉及石材干挂或有特殊要求时应按委托方要求确定基材种类与表面状态。
试验前须进行规定条件的养护,使密封胶充分固化。单组分硅酮胶依靠空气中水分由表及里固化,固化速率受湿度与胶体厚度影响明显,厚胶体内部达到完全固化的时间较长;双组分胶则在混合后按比例反应固化。养护不充分会导致低温循环中胶体表现出偏软或模量异常,影响结果判读。若工程上使用底涂,试样制备时也应按供应商工艺施涂底涂并完成晾置;若需考察无底涂状态,则不应使用底涂,两种状态的结果不能混同。
隔离剂用于控制粘接区以外的粘附,保证自由段胶体可自由变形,其使用部位与方法应避免沾污有效粘接面。粘接宽度与厚度按标准规定执行,二者比例决定了位移时胶体的应变水平,制备尺寸偏差过大会使应变计算失真,制样环节的规范性直接影响整个试验的有效性。
高低温交替循环程序
养护完成的试样进入温度循环阶段。典型的循环程序是在低温下保持一定时间,再升温至高温并保持一定时间,如此往复若干个循环,具体的温度点、保持时间与循环次数按标准及双方约定的级别确定。低温段使胶体变硬并处于收缩拉伸状态,高温段使胶体软化膨胀,反复交替考察粘接界面与胶体内聚结构的耐疲劳能力。
部分程序要求在循环过程中于低温或高温状态下保持位移,即用垫块或夹具将接缝宽度固定在拉伸或压缩位置,使胶体在极端温度下持续承受应变,这种方式对粘接界面的考验更为严格。试样从高低温环境转出进行检测的时间窗口有明确规定,超出时间窗将影响测试条件的等效性,试验时应严格控制操作节奏。
循环过程中应观察试样有无开裂、脱粘或垫块位移等异常,并如实记录出现异常的循环次数与位置。若中途出现明显破坏,应判断是否终止试验并通知委托方,避免在已失效试样上继续消耗循环周期而失去数据意义。
拉伸压缩测试与破坏评定
经过规定循环后,对试样进行拉伸或压缩检验,或在低温、高温状态下直接施力至规定位移幅度,观察胶体及其与基材界面的表现。评定的核心是区分内聚破坏与粘接破坏:内聚破坏发生在胶体内部,断裂面被胶体覆盖,说明胶体自身的强度与变形能力尚可;粘接破坏发生在胶体与基材的界面,界面一旦剥离,接缝密封功能即告失效,是更需警惕的破坏形式。
结果通常以破坏面积比例表达,判据按相关标准规定或由委托双方商定。结构胶的评定还需结合拉伸粘接强度数据,将循环变温前后的强度与破坏状态对比,判断性能衰减程度。若同一组试样中破坏形式不一致,应记录每一块试样的具体情况,避免以平均值掩盖个别试样的界面隐患。
试验中的位移能力级别,如常用的±25%等表述,反映的是密封胶设计承受的接缝位移幅度,选用时应与幕墙接缝计算位移相匹配。位移幅度设定过大或过小,都会使试验对实际工况的模拟出现偏差,进而影响选型判断。
与预处理组合及结构胶相容性
实际工程中密封胶在承受位移之前,往往已经历储存、施工与早期使用中的各类环境作用,因此变温循环常与其他预处理组合进行,如热老化、浸水或紫外照射后再进入循环程序,以模拟先期环境损伤对粘接性能的影响。组合顺序与参数应按相关标准规定执行,不同组合得到的结论不能相互替代,报告中应清楚交代试验流程。
对硅酮结构胶而言,与泡沫棒、背衬材料、五金件、镀膜玻璃膜层、涂层铝板等接触材料的相容性同样关键。不相容的助剂会迁移至粘接界面,造成固化不良或粘接衰减,这类问题在变温循环中会以粘接破坏比例升高的形式暴露出来。因此工程应用中,变温试验宜与相容性试验、剥离粘结性试验配合安排,形成对材料与配套体系的整体评价。
需要强调的是,该标准本身不评价耐候性能,报告中涉及氙灯或紫外辐照的内容,应引用相应的老化试验方法并单独说明条件,避免概念混用导致结论误读。
应用场景
幕墙设计与施工环节,密封胶选型是关键技术决策。设计方依据接缝位移计算确定所需位移能力级别后,可通过该项试验核实拟用产品在变温条件下的粘接与内聚表现,为选型提供依据。施工前对进场的硅酮胶按批次验证,配合相容性与粘结性试验,可提前发现材料与基材、配套件不匹配的问题,减少返工风险。
材料生产企业在新产品开发与配方调整时,借助变温循环评价增塑剂体系、交联体系与底涂的匹配性,比单纯常温力学测试更接近使用工况。既有幕墙的维护与改造中,当接缝出现开裂、脱粘等病害时,对留存样品进行试验有助于判断失效是材料耐久性不足还是施工工艺缺陷所致。
此外,采光顶、雨棚等位移量较大或温度工况更严酷的部位,对密封胶变温性能的要求更为突出,此类项目宜在常规评价基础上提高试验要求。相关方还可依据试验数据为工程提供技术意见,报告宜与工程接缝构造、胶缝尺寸说明一并存档,便于后期追溯与对比分析。
常见问题
问:这项试验一般需要多长时间?
答:周期主要取决于养护时间与循环次数。密封胶养护通常需要两周左右,双组分体系可适当缩短;高低温交替循环视程序设置一般需要数天至一周;加上制样、位移保持与检测评定,整体常在三至四周之间。若包含热老化、浸水等预处理组合,或循环次数与保持时间要求更严格,周期会进一步延长。委托前应与实验室确认排期,并预留报告出具时间。
问:检测费用大概需要多少?
答:该项费用受多方面因素影响,主要取决于委托的检测项目数量、所采用的试验方法与判定条件、样品的数量与规格尺寸、试验工况设置的复杂程度,以及委托方对报告出具周期的缓急要求等。单项常规性能测试与多项目组合验证之间的费用差异较为明显,若需加急出具报告,通常也会对最终费用产生一定影响。建议在正式委托前先梳理并明确检测需求与项目清单,直接与承接检测任务的实验室沟通,由技术人员依据实际样品情况与试验方案给出针对性的报价参考。
问:样品应如何准备?
答:应提供足量未开封的密封胶原包装产品,并注明品种、批号、生产日期与有效期,双组分产品需附固化剂配比说明。基材建议选用与工程一致的材料并附材质说明,尺寸与数量按标准试样规格准备,通常需考虑平行试样与备用量。若工程使用底涂、泡沫棒等配套材料,应一并提供并说明施工工艺。样品应在保质期内、包装完好,运输中避免高温与挤压,进场后按要求存放。
问:结果与实际使用性能有何关联?
答:该试验模拟的是密封胶在接缝位移与温度变化共同作用下的表现,与幕墙接缝的实际受力方式较为接近,粘接破坏与内聚破坏的比例能够一定程度上预示胶缝长期服役的可靠性。但幕墙真实环境中还有雨水、紫外、风压与污染等因素叠加,试验结果不能直接换算为使用年限。将本项结果与耐候老化、浸水后定伸等数据结合,才能较全面地支撑胶缝耐久性判断。
问:粘接破坏比例偏高通常是什么原因?
答:常见原因包括基材表面清洁不到位或脱模剂残留,界面被污染;应使用底涂的体系未按工艺施涂,或底涂晾置时间不足;相容性差的配套材料向界面迁移助剂;养护温湿度不当导致固化不充分;以及接缝位移幅度超出胶体承受能力、胶缝宽厚比设计不合理等。归因时应检查制样记录、配套材料批次与施工工艺,必要时做剥离粘结性试验辅助判断。
问:报告通常包含哪些内容?
答:报告一般载明样品名称、批号与生产日期;基材种类及表面处理方式;是否使用底涂及晾置时间;养护条件与时间;温度循环程序,包括温度点、保持时间与循环次数;位移幅度与保持状态;粘接破坏与内聚破坏的比例及各试样情况;采用的方法标准号。若包含拉伸强度数据或预处理组合,也应一并列出,评定依据与约定条件需在报告中明确。
问:哪些情况下建议做这项试验?
答:一是幕墙密封胶新产品定型或配方重大调整时;二是工程进场验收,需要验证批次材料与基材、底涂配套的粘接可靠性时;三是接缝位移量较大或温度工况严酷的项目,如大跨度采光顶、金属幕墙,选型阶段需核实位移能力时;四是既有幕墙接缝出现批量开裂脱粘,需要界定材料或施工原因时;五是更换密封胶品牌或相容性存疑的配套件后,需确认体系匹配性时。


