建筑用硅酮结构密封胶性能及选用

曾 容 张冠琦 李分明

建筑用硅酮结构密封胶性能及选用

曾 容 张冠琦 李分明

本文围绕国内外硅酮结构密封胶标准的相关要求，结合建筑幕墙结构粘接系统（SSG）的实际应用特点，对比分析了各标准对建筑用硅酮结构密封胶施工性能、理化性能和耐久性方面的主要技术指标，指出硅酮结构密封胶的耐久性研究仍是今后国内外标准体系进一步完善的重要研究方向，同时介绍了硅酮结构密封胶的选用原则。

硅酮结构密封胶；SSG；标准；性能；选用

硅酮结构密封胶作为应用于幕墙结构粘接装配系统（SSG）中的重要结构粘结材料，其作用是将玻璃直接粘结在铝附框上，后者再通过机械连接方式固定在幕墙的龙骨上（见图1）。由于玻璃完全是依靠硅酮结构密封胶粘结固定在建筑上，而且要长期承受各种气候老化和各种荷载，因此其性能和耐久性直接关系到建筑幕墙的持久安全。本文将围绕中国国家标准GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》、行业标准JG/T475《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》、美国ASTM C1184《硅酮结构密封胶标准规范》及欧洲ETAG002《结构密封胶装配系统技术审核指南》等国内外知名硅酮结构密封胶标准，阐述分析建筑用硅酮结构密封胶产品的主要技术性能和耐久性，并介绍硅酮结构密封胶的选用原则。

图1 硅酮结构密封胶应用示意图[1]

1.硅酮结构密封胶及其在建筑幕墙结构粘接装配系统（SSG)的应用

在幕墙结构粘接装配系统（SSG)中，幕墙面板完全靠硅酮结构密封胶粘接到铝框上,面板的自重及所受的外力全部由硅酮结构密封胶承担，取代了传统的机械固定方式。SSG系统的特点和优点在于更多的设计自由性、玻璃受热破碎性减少、由于没有外露的金属而形成天然热断桥、漏气和渗水性减少、与传统装配相比费用可能更少、受风荷载、地震以及静荷载（如雪）的影响而引起的破碎性减少。

一般来讲，根据硅酮结构密封胶使用在玻璃或其他四方形板片的两边或四边，SSG系统有两种基本类型：半隐框结构和全隐框结构。半隐框结构的SSG系统是用结构密封胶对两个玻璃或板片边提供结构支持，另外两个框边仍然使用传统的机械固定。全隐框结构的SSG系统就是长方形的玻璃或板片的四个边都是用结构密封胶来提供支持，不是采用机械的连接把玻璃或板片固定到金属框架系统上，有时也使用一些金属配件来加强粘接强度。这些系统既有现成的设计也可进行专门设计。

结构密封胶在SSG的上述两种系统中具有相同重要作用，必须给予相同的重视，原因在于两种系统中的结构密封胶都需要把板片的荷载转移到金属框架上。此外，这种结构与普通的建筑加固结构不同，特别是当幕墙面板材料为玻璃板块时，阳光可以透过玻璃照在结构密封胶与玻璃的粘接面上，只要结构密封胶老化就会造成粘接失效；因此要求粘接玻璃的结构密封胶必须具有极好的耐老化性能，目前只有有机硅类型的结构密封胶能达到要求。中国国家标准、美国标准及欧洲标准中均明确指出，在SSG系统中应当使用硅酮结构密封胶。

2.硅酮结构密封胶的主要技术性能及相关标准

根据建筑幕墙结构粘接系统（SSG）的实际应用特点，硅酮结构密封胶既应满足施工过程的良好操作需求，同时也必须满足荷载及环境因素作用的物理机械性能要求。在中国GB/T16776、JG/T475，美国ASTM C1184及欧洲ETAG002等硅酮结构密封胶标准中，主要技术性能要求的侧重点及涉及范围存在一定的差异性，现对这四个标准进行相应的分析和讨论。

2.1 施工性能

施工性能表征了产品的使用性能，是施工应用的关键特性指标，直接关系到施工应用的操作便捷性。良好的施工性能，可以有效保证施工过程的速度及效率；不良的施工性能不仅造成操作困难，也容易发生施工质量缺陷。在硅酮结构密封胶的施工性能指标方面，中国GB/T16776、JG/T475、美国ASTM C1184标准中，均对现场施工时经常涉及的流动性、挤出性、表干时间、适用期等性能指标进行了规定，评价要求基本一致，其中GB16776、JG/T475个别项目要求比ASTM C1184要相对严格；欧洲ETAG002标准中没有相关施工特性指标的评定，缺失了施工性能方面的考量。对比白云化工结构密封胶的企业标准Q/BYHG1，其施工特性项目指标，均达到甚至超过国内及国外标准要求，详见表1。

2.1.1 流动性

表征注胶后结构密封胶保持自身形状的能力。测定指标为下垂度，需要同时考量垂直方向和水平方向。下垂度不符合表1规定的产品，施胶后容易出现流淌变形的现象。

2.1.2 挤出性

表征特定应用温度下结构密封胶的挤出特性，反映挤注速度；不能正常挤出的密封胶不应使用，因为这可能表示质量差、缺乏包装稳定性或导致操作时间不足。

2.1.3 适用期

表征双组分结构密封胶的工作时间，低于该指标值将导致操作时间不足。

2.1.4 表干时间

表征结构密封胶的工作修整时间以及确保密封胶能完全固化。当固化时间需要非常长的时间，表示结构密封胶可能过期失效。

表1 施工性能指标

2.2 力学性能

SSG体系面板-框架的连接依靠结构密封胶粘接实现，荷载分布和位移特性不同于其他连接形式。SSG体系要求结构密封胶不仅有足够的粘结强度，而且有足够的弹性，能补偿结构变位且又不产生过大的诱发应力。这就要求选择的结构密封胶具有适用的力学特性。

2.2.1 强度

强度是表征结构密封胶的力学性能的关键指标，与SSG系统结构密封胶安全系数密切相关。当一项技术尚不熟悉或设计风险较大时，一般采用较高设计安全系数。由表2可见，美国标准ASTM C1184 规定的拉伸粘接强度最小值为0.345MPa，即采用了2. 5 倍的安全系数；中国在制定GB16776 时为了更进一步确保幕墙的安全，将安全系数从2.5 倍提高到了4倍，规定了结构密封胶的最小强度值为0.6MPa；欧洲标准ETAG002要求报告强度标准值，并未进行相应的规定；新行标JG/T 475中规定强度标准值≥0.5MPa。

虽然ETAG002中没有规定结构密封胶的强度要求，但是规定了结构密封胶的强度设计值是拉伸强度标准值的1/6，这样才能保证25年的使用，而现在我们国家的JGJ 102规范中规定结构密封胶的强度设计值为0.2MPa，换算成欧洲体系为0.14MPa，要满足达到这个强度设计值，按ETAG002的要求，结构密封胶的强度标准值应该达到0.14×6=0.84MPa，否则结构密封胶如果只是符合JG/T 475的要求，大于0.5MPa，但是强度标准值没有达到0.84MPa，这样的胶在设计时按ETAG002要求，强度设计值是达不到0.14MPa的，如果按0.14MPa进行设计，就无法达到25年的保障要求。由此可见，强度值仍然是保证设计安全系数的关键指标。

欧洲标准ETAG002、行业标准JG/ T475与美国标准ASTM C1184及中国标准GB16776在强度问题上的主要不同之处，还在于欧洲标准和行业标准更关注于强度的保持率。

根据表2中各标准的对比可见，白云化工的结构密封胶企标Q/BYHG1是综合了国家标准GB 16776、行业标准JG/ T475、欧标ETAG002各项指标，同时在具体指标要求上进行了大幅提升，强度为国家标准GB 16776的2倍，安全系数高达8倍；标准条件下的强度标准值≥0.9MPa，按照我国JGJ 102规范的强度设计值进行设计也完全可以满足25年的使用要求。

2.2.2 弹性

结构密封胶需要有一定的弹性，因为在主体结构变形或温差变化时，玻璃和铝副框之间会产生一定的变形，这个变形会引起结构密封胶的拉伸，使结构密封胶产生内应力。如果结构密封胶只是强度高，但是弹性差，一变形就被拉断或者产生大于强度设计值的内应力，将大大降低结构密封胶的使用年限。

在我国GB16776标准中，结构密封胶的弹性是用最大强度伸长率来表征的，而在ETAG002中，弹性是用弹性恢复率来表征，即结构密封胶试片在被拉伸至25%的状态下放置24小时后，放松，然后测量其伸长的回复情况。弹性差的结构密封胶，在进行弹性恢复率检测时，不到24小时就会发生开裂甚至断裂。

表2 力学性能指标

有些厂家在进行弹性恢复率检测时，偷偷修改了检测条件，将拉伸幅度从25%改为10%，也号称通过了弹性恢复率的检测，在查看相关报告时应予以足够的注意。

JG/T 475虽然也规定了弹性恢复率的项目，但是该项目为选做项。

白云化工结构密封胶企标Q/BYHG1中，对于弹性的指标要求，不仅规定最大强度伸长率≥150%（高于国家标准GB16776的100%的要求）外，还规定了拉伸25%的状态下24小时以后的弹性恢复率指标，而且该项目为必检项目。

2.2.3 粘结破坏面积

粘结破坏面积表征了结构密封胶对于标准基材的粘结性能，各标准进行了相应的规定，要求的严格程度不同。在中国GB16776中，为了确保结构密封胶的质量处于很高水平，除提高了最小强度值，还特别强调结构密封胶对基材的粘接性，规定在经过5种条件处理的试件拉伸粘接性试验后结构密封胶的内聚破坏面积必须大于95%；而美国标准ASTMC1184没有规定粘接破坏面积；欧洲标准ETAG002和行业标准JG/T475则规定对于试件在经过各种处理后，再进行拉伸或剪切试验，结构密封胶的内聚破坏面积都必须大于90%，虽然这一点看起来没有GB16776的95%规定严格，但是其检测项目增加较多，水——紫外光照时间从GB 16776的300小时延长至1008小时，检测的加速强度大大增加了，要通过是非常不容易的。

2.2.4 其它测试项目

各标准体系都规定了高低温、浸水、浸水光照等处理条件，而欧洲标准ETAG002和行业标准JG/T475则增加一些环境因素如盐雾（NaCl），酸雾（SO2）以及清洗剂浸泡等处理条件，这对于某些特定环境或地区（如常受到海风侵袭的沿海地区、酸雨影响地区等）SSG系统的应用具有一定意义；此外其它外在因素的影响，如抗撕裂、机械疲劳性能等项目的增加，也具有一定的参考价值。

2.3 耐久性

关于结构密封胶耐久性检测方法，目前尚无加速试验方法可以完全模拟自然环境条件下的25年老化。为了检验结构密封胶的耐久性，基于各标准的编制思路不同，分别采用了不同的评价方法。

美国标准ASTM C1184中主要是要求浸水7天和5000小时水——紫外老化试验后的拉伸强度应不小于0.345MPa；中国GB/T16776除要求浸水7天和水-紫外老化300小时后的拉伸粘结强度外，还要求粘结破坏面积≤5%；而欧盟标准ETAG002和行业标准JG/T475则要求在紫外、温度、水、荷载、接触物质等各种老化试验后，强度保持率≥75%，JG/ T 475中还增加了100℃7天的高温加速老化项目。

可以看出，ETAG 002的编制思想是：既然现有人工加速老化方法都无法模拟25年后结构密封胶的变化情况，那就确保结构密封胶在使用过程中性能下降得慢一些，以确保结构密封胶能够使用更长的时间。经过多年的实践验证，符合ETAG 002并按照其要求进行强度设计值设计（标准条件下拉伸强度标准值的1/6）的幕墙，结构密封胶确实可以使用25年甚至更长时间。

3.硅酮结构密封胶选用指南

从上面对各标准的介绍可以看出，想要确保硅酮结构密封胶能使用更长的时间，ETAG002和JG/T 475在耐久性方面的保障性更高。不过，由于结构密封胶的应用效果与设计有非常大的关系，要符合JGJ 102规范的强度设计值，结构密封胶标准状态下的拉伸强度标准值应不小于0.84MPa，而且其弹性恢复率一定要在25%拉伸情况下进行检测并合格。

广州市白云化工实业有限公司的Q/ BYHG1企业标准，除了完全覆盖了GB 16776、ETAG 002、JG/T 475的所有指标外，还规定了标准状态下的拉伸强度标准值不小于0.9MPa，完全满足JGJ 102规范的强度设计值取值，可以确保结构密封胶在幕墙上使用25年甚至更久时间。

除了选择性能优异的结构密封胶产品外，还应当考察企业规模，了解企业生产、研发、服务能力、生产经验以及质量管理体系等生产经营情况。值得指出的是，当前的质量管理体系认证常常出现流于形式，走过场的情况，因此通过国际知名认证公司进行认证审核无疑是最佳选择，也是实现全面质量管理，保证产品质量长期稳定的基础。目前结构密封胶厂家竞争激烈，产品良莠不齐，低价低质的产品充斥市场。如果出了问题再维修，需要花费的成本将是一次做好的数倍甚至数十倍。

4.结语

目前硅酮结构密封胶已经广泛用于国内外SSG系统中，国家标准GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》、行业标准JG/T475《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》、美国ASTM C1184《硅酮结构密封胶标准规范》及欧洲ETAG002《结构密封胶装配系统技术审核指南》等上述标准，侧重点有所不同。ETAG002和JG/T 475重点考察结构密封胶的性能下降速度，对结构密封胶的耐久性更有保障。但是，要符合JGJ 102规范的强度设计值要求，JG/T 475并不能完全满足。应选择强度更高的产品来确保符合JGJ 102规范的强度设计值，确保结构密封胶在幕墙上使用25年甚至更长时间。

[1] Haugsby,M.H.,Schocnherr,W. J.,Carbary,L.D.,and Schmidt,C.M.,"Methods for Calculating Structural Silicone Sealant Joint Dimensions," Scinece and Technology of Glazing Systmes，ASTM STP 1054,1989:46-57.

（作者单位：广州市白云化工实业有限公司）

TU583

A

1671-3362（2017）09-0038-04