隐框玻璃幕墙用硅酮结构密封胶硬化后性能研究

廖 拓，杨 强，蔡 维

（广东省建设工程质量安全检测总站有限公司 广州 510500）

0 前言

隐框玻璃幕墙是一种现代化、美观的建筑外围护系统，它的特点是在外观上减少了框架的可见性，使玻璃面板看起来像是无框的。隐框玻璃幕墙没有传统明框幕墙所使用的铝合金外框来夹持和承重玻璃，而是完全依靠结构胶将玻璃粘贴在铝型材框架上，从视觉上呈现无框架的外观效果。然而，隐框玻璃幕墙中的玻璃面板完全依赖硅酮结构密封胶粘在铝合金附框上，需要长期有效地承受风荷载、地震、自重荷载、温度变形等，对材料和工艺要求非常严格。但我国玻璃幕墙起步于20 世纪80 年代，一方面由于早期的结构胶质量参差不齐，施工质量把控不严格，另一方面许多隐框玻璃幕墙的寿命均已超过设计使用年限，结构胶均出现不同程度的硬化问题，但其硬化后的承载能力如何尚不可知［2-8］。

本文通过对某邵氏硬度超标准要求的隐框玻璃幕墙结构胶进行取样，对其最大强度伸长率、拉伸粘接强度、抗剪强度等进行了试验研究，研究结果可为既有隐框玻璃幕墙的使用维护提供相关参考。

1 试验项目

以广东省某大型体育馆为背景，该体育馆于2001年竣工，幕墙形式多样，包含半隐框玻璃幕墙、全玻璃幕墙、肋点支承玻璃幕墙等，幕墙面积约16 000 m2，幕墙最高处标高约50 m，此次试验的结构胶均来源于该项目的半隐框玻璃幕墙。

本次试验主要包含两个方面：①硅酮结构胶本身的物理力学性能试验，包括邵氏硬度、拉伸粘接强度、最大拉伸强度时伸长率等；②水平剪切试验，包括邵氏硬度试验、手拉剥离试验、最大强度伸长率、拉伸粘结强度试验和剪切试验。

2 试验方案

2.1 邵氏硬度试验

试验步骤：

⑴8件玻璃，每件玻璃随机选取一段结构胶进行切割。

⑵结构胶切割长度为130 mm。

⑶采用邵氏硬度计对切割下来的结构胶按标准要求进行邵氏硬度检测：每段结构胶选取5个测点，每个测点相距20 mm，具体试验方法见文献［1］。

⑷每段结构胶的邵氏硬度取5 个测点检测结果的中值。

2.2 最大强度伸长率

试验步骤：

⑴8 件玻璃，每件玻璃随机选取1 段结构胶进行切割。

⑵沿附框及结构胶的横向进行切割，切割长度为50 mm。按文献［1］的规定制作试件并使用万能试验机进行试验。

2.3 拉伸粘结强度试验

试验步骤：

⑴8 件玻璃，每件玻璃随机选取1 段结构胶进行切割。

⑵沿附框及结构胶的横向进行切割，切割长度为50 mm。

⑶记录结构胶的宽度、厚度和长度。

⑷ 采用拉拔仪对结构胶进行拉伸粘结强度试验，记录结构胶破坏时的状态和最终的拉力值。

2.4 手拉剥离试验

试验步骤：

⑴8 件玻璃，每件玻璃随机选取位置，垂直于胶条做一个切割面，由该切割面沿基材面切出两个长度约50 mm 的垂直切割面，并以大于90°方向手拉硅酮结构胶块，观察剥离面破坏情况。

⑵ 硅酮结构胶的剥离试验应进行胶体与铝型材、胶体与玻璃间的2种剥离试验。

2.5 水平剪切试验

结构胶尺寸为宽16 mm×厚8 mm，玻璃规格为宽610 mm×高610 mm×厚17.52 mm，测点布置示意图如图1所示。

图1 测点布置示意图Fig.1 Schematic Layout of Measurement Points （mm）

试验步骤如下：

⑴安装试件，将附框固定在钢架上。

⑵在玻璃底部施加水平方向的推力，加载方向与玻璃面板平行，使玻璃底部产生0.2 mm、0.4 mm、0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm 等以0.2 mm 为一级的水平方向位移，每级荷载持续10 s，直至结构胶发生损坏。

⑶记录玻璃底部每级位移对应的附框位移量和荷载值，检查每级位移作用下结构胶是否发生损坏。

3 试验结果与分析

3.1 邵氏硬度、最大拉伸强度时伸长率试验

依据文献［1］的规定进行试验，试验结果如表1所示，试验现场如图2所示。

表1 邵氏硬度、最大拉伸强度时伸长率试验结果Tab.1 Shore Hardness，Elongation Test Results at Maximum Tensile Strength

图2 试验现场Fig.2 Testing Site

由表1 可知，在所取样的8 个样本中，邵氏硬度最大、最小值分别为62、59 HA，硬度中值为60.5 HA，超过了文献［1］所规定的60 HA，可以认为该结构胶已经发生了硬化现象。同时由最大强度时伸长率可知，结构胶硬化后，其最大强度时伸长率急剧缩小，远小于文献［1］所要求的不小于100%的要求。

3.2 拉伸粘结强度、手拉剥离试验

拉伸粘结强度试验按照行业标准《建筑幕墙工程检测方法标准：JGJ/T 324—2014》［9］规定的方法进行，手拉剥离试验按照行业标准《玻璃幕墙工程质量检验标准：JGJ/T 139—2001》［10］规定的方法进行。试验结果如表2所示，试验现场如图3所示。

表2 拉伸粘结强度、手拉剥离试验结果Tab.2 Tensile Bond Strength，Hand-pull Peel Test Results

图3 现场试验Fig.3 Field Trials

由表2可知，结构胶硬化后，其与玻璃和附框的手拉剥离试验结果均为一折即断，但结构胶拉伸粘接强度实测最大值为1.09 MPa，平均值为0.99 MPa，且结构胶破坏状态为内聚破坏，根据《建筑幕墙可靠性鉴定技术规程：广东省标准DBJ/T 15-88—2022》［11］第4.3.6条的规定“若实测值不小于0.6 MPa，则应按0.6 MPa 采用”，故此结构胶的拉伸粘接强度满足文献［11］的要求。由此可知，该结构胶的硬化与拉伸粘接强度之间无直接关系。

3.3 水平剪切试验

对3 件试件进行水平剪切试验，1#～3#试件结构胶最大变形量分别为5.18 mm、5.06 mm、4.61 mm，3 件试件最大变形量相差11%，数据较为平滑，故挑选最大变形量最大的1#试件进行数据分析，1#试件水平剪切试验结果如表3 所示，1#试件结构胶变形-荷载曲线如图4 所示，试验现场如图5所示。

表3 水平剪切试验结果Tab.3 Horizontal Shear Test Results

图4 1#试件结构胶变形-荷载曲线Fig.4 Deformation-load Curve of Structural Adhesive for 1#

图5 试验现场Fig.5 Testing Site

由表3可知，硬化后结构胶的变形能力良好，变形随荷载呈线性增加，无突变，当玻璃位移量达到7.4 mm时，玻璃下边结构胶发生开裂，破坏形式与非硬化结构胶一致，无明显区别。3 件试件结构胶最大位移角γ分别为1/118、1/120、1/132，相当于达到幕墙层间变形性能2级。

4 结论

通过对某邵氏硬度超标准要求的隐框玻璃幕墙结构胶进行取样，对其最大强度伸长率、拉伸粘接强度、抗剪强度等进行试验研究。研究结果表明：

⑴结构胶硬化，即邵氏硬度超过60 HA 的结构胶，其最大拉伸强度时伸长率会显著变小。8 件试样中最大拉伸强度时伸长率为34.8%，远小于文献［1］所要求的不小于100%的要求。

⑵硬化后结构胶与玻璃和附框的手拉剥离试验结果均为一折即断，但结构胶拉伸粘接强度实测平均值为0.99 MPa，满足文献［11］要求，且结构胶破坏状态为内聚破坏，说明结构胶的硬化与拉伸粘接强度之间无直接关系。

⑶硬化后结构胶的变形能力良好，变形随荷载呈线性增加，无突变，破坏形式与非硬化结构胶一致，无明显区别。3件试件结构胶最大位移角γ分别为1/118、1/120、1/132，相当于达到幕墙层间变形性能2级。