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铝板幕墙密封失效原因分析与解决方案

2018-07-09 15:18  来源:未知   编辑:王会晶  点击:次   [我要评论]

  1前言
 
  幕墙是由金属构架与板材组成的、不承担主体结构荷载与作用的建筑外围护结构,具有美观、节能、容易维护等优点,是现代高层建筑和异形建筑的首选方案[1]。现代建筑幕墙的主要形式有玻璃幕墙、石材幕墙、金属幕墙、人造板材幕墙(词条“人造板材幕墙”由行业大百科提供)等。金属幕墙选用的板材有铝板、防火板、不锈钢板、彩涂钢板等。铝板幕墙具有以下特点:1)色泽丰富、持久、外观形状多样化,通过喷漆工艺能与玻璃、石材幕墙实现完美结合;2)自重轻,仅为石材幕墙的1/5,玻璃幕墙的1/3,大幅降低了建筑外墙的重量;3)维护成本低,性价比高。正因为铝板幕墙具有如此多的优点,受到业主的广泛青睐。目前,我国市场上铝板幕墙主要选用铝合金(词条“铝合金”由行业大百科提供)单层铝板、铝塑复合板、铝蜂窝板。
 
  随着铝板幕墙的大面积使用,越来越多的密封失效发生。铝板幕墙密封失效带来的危害是幕墙漏水,容易造成建筑物内饰的破坏、腐蚀幕墙锚固件、影响大楼的安全,同时密封失效还会增加建筑的能耗。本文针对引起铝板幕墙密封失效的常见原因进行分析,并找出有效的解决方法。
 
  2铝板幕墙密封失效的原因
 
  造成铝板幕墙密封失效的原因有很多,如设计不合理、密封胶选择不当、粘结不良、施工操作不当等。
 
  2.1接口设计与密封胶位移能力不匹配
 
  人们经常发现密封胶使用在铝板幕墙接口时,有发生开裂的现象(如图1),特别是在季节变换时,昼夜温差特别大,温度降低时板片收缩后对密封胶的过度拉伸(词条“拉伸”由行业大百科提供)造成。这主要是由于密封胶的位移能力达不到实际使用要求。设计师在计算接口密封胶宽度时,除了板片的热胀冷缩外,还要考虑下列因素,例如楼层的动荷载(词条“动荷载”由行业大百科提供)引起的位移,安装误差等[2]。一般按以下公式计算接口需要的最小宽度:
 
  最小接口宽度=(100/X)*(Mt+Ml)+Tc
 
  其中,X:密封胶的位移能力(%)
 
  Mt:由于热膨胀引起的位移(mm)
 
  Ml:由于动荷载引起的位移(mm)
 
  Tc:建筑误差(mm)
 
  设计师在进行设计时需选用合理位移能力的密封胶,避免因密封胶位移能力不够而造成开裂,密封胶的位移能力还应有国家权威检验中心报告作为依据。在设计时还应该注意,密封胶在接口内应形成两面粘结,而不是三面粘结。当三面粘结现象发生时,密封胶可承受的位移能力只有设计值的15%左右。对于较深的接口应采用PE泡沫棒填充,以控制密封胶的厚度;对于较浅的接缝,用防粘胶带将密封胶与底部隔离开来。因为采用防粘胶带或PE泡沫棒均能够有效避免三面粘结。否则,密封胶在受外力作用时,容易被撕裂,将失去密封和防渗漏作用。
 
  图1密封胶选择不合理造成铝板幕墙开裂
 
  2.2密封胶选择不当
 
  目前,市面上用于耐候防水的密封胶产品有很多:聚氨酯密封胶、聚硫密封胶和硅酮密封胶(词条“硅酮密封胶”由行业大百科提供)等。在工程案例上,很多人都没有注意几种密封胶的区别,而随意选择在铝板幕墙上进行应用,经常出现密封胶表面龟裂、粉化的现象(如图2)。
 
  图2密封胶出现龟裂、粉化现象
 
  由于硅酮密封胶中所使用的基础聚合物的主链结构为Si-O键,而聚氨酯密封胶的主链结构为C-O键,C-C键和C-N键,聚硫密封胶的主链结构为C-S、S-S键。在表1中,我们对不同密封胶化学键键能与阳光中强紫外线能量进行对比,除了Si-O键以外,其它化学键键能都低于300nm紫外光的能量,这就是硅酮密封胶能长期在紫外线照射下仍保持良好的性能,其他密封材料在使用一段时间过后,会出现不同程度的开裂而导致漏水,丧失了密封防水功能的根本原因。

表1不同密封胶化学键键能与阳光中强紫外线能量对比
 
密封胶品种 化学键 键能(kJ.mol-1
聚氨酯密封胶 C-C(碳-碳键) 348
C-O(碳-氧键) 339
C-N(碳-氮键) 284
聚硫密封胶 C-S(碳-硫键) 276
S-S(硫-硫键) 317
硅酮密封胶 Si-O(硅-氧键) 444
紫外光中300 nm 阳光中强紫外线 399
 
 
  在选用密封胶进行铝板幕墙密封时应该首选硅酮密封胶,还需选择质量有保证的产品,不能贪图便宜,选择添加大量“白油”的硅酮密封胶。因为“白油”价格低廉,并且能让刚打出来的密封胶表面更加光泽亮丽,一些不负责任的厂家甚至以此作为卖点。但随着白油的逐渐挥发,造成胶体本身硬化,容易开裂。使用硅酮密封胶时还应该注意产品保质期,产品过期后使用容易导致胶缝产生气泡、性能降低或者不固化的问题。
 
  2.3粘结不良
 
  铝板幕墙还经常出现的问题是密封胶与铝板粘结不良。由于铝板表面的处理方式有阳极氧化铝、氟碳喷涂和粉末喷涂等,不同的处理方式和不同厂家的处理工艺均会对铝板的表面结构及性能产生影响,从而对密封胶的粘结造成影响。若工程在施工前没有按照规范要求进行相应的粘结性测试和相容性测试,结果硅酮密封胶与铝板、胶条等等材料不相容,发生影响粘结性的化学变化,同时影响密封作用。因此必须按照GB16776-2005《建筑用硅酮结构密封胶》附录A和B进行硅酮密封胶与接触材料的相容性测试、粘结性测试,从而保证系统的密封性。
 
  在现场进行施工时,为了保证密封胶与铝板间的良好粘结性,必须保证施工工艺严格按照规范进行:1)选用粘结性测试报告中建议的清洁溶剂进行清洁,醇类溶剂可能无法有效清除聚酯粉末涂装材料上的污染物;2)采用两步法进行清洁,使用白色、干净、柔软,吸水和不脱绒的棉布,先用一块沾有溶剂的棉布擦拭,然后再用第二块干净的棉布擦拭;3)施打密封胶须注满整个接口,并且紧紧贴住需要与密封胶相粘结的基材面。
 
  2.4其他施工操作不当
 
  为了避免铝板单元在加工和运输过程中出现划伤现象,通常都会在其表面覆盖一层PE保护膜(词条“保护膜”由行业大百科提供)。因此在铝板安装之后,需要对PE保护膜进行清理,然后才能施胶。如果PE保护膜未清理干净就施胶,密封胶只是粘附在PE保护膜上,随着板片接缝不断拉伸压缩就会出现密封胶与基材脱粘的现象(如图3(a))。
 
  图3(a)铝板保护膜未清理干净造成的脱粘;(b)泡沫棒破损造成密封胶起泡;(c)密封胶施胶过薄造成的开裂。
 
  在密封胶的施胶过程中,通常需要采用PE泡沫棒来控制施胶厚度。安装PE泡沫棒时,需要防止其被尖锐的物体(例如小刀、刮刀、铆钉等)刺破,以免造成密封胶在固化过程中出现起泡现象(如图3(b))。密封胶的施工厚度应该控制在6mm左右,如果注胶太薄(2~3mm),容易造成应力(词条“应力”由行业大百科提供)集中导致密封胶开裂(如图3(c))。同时密封胶施胶也不能太厚,否则易导致密封胶位移能力显著降低。一般情况下,密封胶的施工厚度为实际接缝宽度的50%~100%。
 
  铝板的热膨胀系数较大,当温差较大时,铝板的热胀冷缩容易导致未固化完全的密封胶表面出现起鼓现象,特别是横向接缝(如图4)。起鼓现象发生时由于密封胶内部是实心的,不会对密封效果造成影响,主要是对接缝的美观造成影响。针对这种现象,可采取分两次施胶的解决办法,或者是在环境温度较为恒定的时段进行施胶作业。
 
  图4铝板幕墙密封胶起鼓现象
 
  当密封胶出现开裂时,如果不便于清理胶缝,可以采用如图5所示的修补接口设计方案:1.尺寸A至少有6mm;2.尺寸B至少有3mm;3.必须使用防粘胶带,将新施工的密封胶与失效的密封胶相隔开,以便修补的密封胶能随接口移动。
 
  图5密封胶修补接口设计示意图
 
  结语:
 
  铝板幕墙具有色泽丰富、持久、外观形状多样化、维护成本低,性价比高等优点,在幕墙工程中得到广泛应用,但密封失效是现在铝板幕墙面临的主要问题。通过本文的分析,接缝设计、密封胶选择、施工质量、环境等均是影响铝板幕墙完美密封的关键因素。同时,在施打密封胶前需进行粘结性测试,施工人员应按照标准施工流程进行操作。施工完成后进行现场抽样割胶实验,确保密封胶满足设计图纸要求,同时与基材粘结良好,保证整个铝板幕墙的系统密封良好。
 
  参考文献:
 
  [1]中国建筑科学研究院.JGJ102—2003玻璃幕墙工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2004.
 
  [2]周文亮幕墙接口设计时选择密封胶应注意的事项[C]建筑师与建材,2010
 
  [3]邱泽皓,袁素兰,王有治,王祖华.有机硅密封胶在门窗上的应用[J]有机硅材料,2008,22(5):296-299
 
  

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