建筑幕墙用密封材料物理性能检测技术及改进.pdf

95Vol.32No.3Jun.,2023中 国 建 材 科 技China Building Materials Science&Technology第 32 卷第 3 期2023 年 6 月DOI:10.12164/j.issn.1003-8965.2023.03.023建筑幕墙用密封材料物理性能检测技术及改进Physical performance testing technology and improvement of sealing materials for building curtain walls许峰伟（国检测试控股集团上海有限公司，上海 201314）XU Fengwei(China Testing&Certification International Group Shanghai Co.,Ltd.,Shanghai 201314)摘要：建筑幕墙用密封材料主要有两种，一是用在石材幕墙上的石材用建筑密封胶，二是用在隐框或半隐框玻璃幕墙上的建筑用硅酮结构密封胶。石材用建筑密封胶的主要性能指标是污染性，其体现了石材用建筑密封胶与接触的石材污染的可能性。建筑用硅酮结构密封胶的主要性能指标是邵氏硬度、拉伸粘结性、结构装配系统用附件同密封胶相容性和实际工程用基材同密封胶粘结性。本文介绍了这些密封材料物理性能的检测技术和改进方式。关键词：污染性；邵氏硬度；拉伸粘结性；结构装配系统用附件同密封胶相容性；实际工程用基材同密封胶粘结性Abstract:There are two main types of sealing materials used in building curtain walls.One is the building sealants for stone curtain walls,and the other is the silicone structural sealant for hidden or semi hidden frame glass curtain walls.The main performance indicator of building sealants for stone materials is pollution,which reflects the possibility of contamination between the building sealant used for stone materials and the stone in contact.The main performance indicators of silicone structural sealant for construction are Shore hardness,tensile adhesion,compatibility between accessories for structural assembly systems and sealants,and adhesion between substrates and sealants used in actual engineering.This paper introduces the testing techniques and improvement methods for the physical properties of these sealing materials.Key words:pollution;Shore hardness;tensile adhesion;compatibility between accessories for structural assembly systems and sealants;adhesion between substrates and sealants used in actual engineering中图分类号：TU57+8文献标志码：A文章编号：1003-8965（2023）03-0095-030 引言建筑幕墙用密封材料主要有两种，一是用在石材幕墙上的石材用建筑密封胶，二是用在隐框或半隐框玻璃幕墙上的建筑用硅酮结构密封胶。石材用建筑密封胶的污染性试验方法参照GB/T 23261-2009石材用建筑密封胶，规范中的试验方法清晰明确，但需试验技巧以达成试验目的；建筑用硅酮结构密封胶的邵氏硬度、拉伸粘结性、结构装配系统用附件同密封胶相容性和实际工程用基材同密封胶粘结性试验方法参照GB 16776-2005建筑用硅酮结构密封胶，规范中的邵氏硬度和结构装配系统用附件同密封胶相容性试验方法无法得到正确试验结果，需进行改进，拉伸粘结性和实际工程用基材同密封胶粘结性试验方法需增加实用技术和配套模具，以制作满足标准要求的试件。1 密封材料物理性能及其检测1.1 污染性石材用建筑密封胶是用于石材幕墙接缝用的密封材料，其污染性试验方法实质是石材用建筑密封胶对多孔性基材污染的加速试验程序，多孔性基材对于GB/T 23261-2009来说主要指花岗石、大理石、砂岩及石灰石等常见石材，此方法是评价密封材料内部物质渗出在多孔性基材上产生早期污染的可能性，但只是一个加速试验，无法预测和确定密封材料长时间使用后对多孔性基材污染的程度2。污染性试验的环境条件是温度（232）、相对湿度（505）%。污染性试验的主要仪器有：鼓风干燥箱，温度控制（702）；紫外辐照箱，箱体容纳4根UVA-340紫外灯管，灯管间距70mm，灯管距离试样上表面254mm，试样表面温度控制（482）。污染性试验所需基材尺寸为75mm25mm25mm，数量为24块，以制备12个试件，按密封材料生产厂家的需求涂抹底涂料。成型过程如下：将2块基材与隔离垫块通过胶带绑定，防止注胶时基材位置移动，再用隔离胶带贴在基材的表面，直至用抹刀刮平密封材料后再去除，防止密封材料污染基材的表面，影响试验结果。将标准试验条件下状态调节完毕的密封材料注入2块基材之间，注入时使用玻璃棒捣实，保证制作的试件无孔隙缺陷，用抹刀刮平密封材料后立刻撕去隔离胶带，完基金项目：国检上海公司产品所项目“建筑幕墙用密封材料检测技术研究”（CPX202302）作者简介：许峰伟（1990.7-），工程师，获评上海浦东职工科技创新工人发明家，曾获2项发明专利、9项实用新型专利，现从事建材检测和研究。96技术与应用建筑幕墙用密封材料物理性能检测技术及改进成试件的制作。12个试件制备完毕后养护7d，之后拆除绑定用胶带和隔离垫块，根据密封材料的组分类型继续养护至14d或21d。使用压缩模具将12个试件沿宽度方向压缩至密封材料宽度的50%，压缩模具由2套螺杆螺母及不锈钢压板组成，直接使用扳手旋转螺母来压缩试件，结构简单，拆卸方便，易于控制压缩程度。之后配置好污染源溶液，污染源与水的质量比为10:9，每个试件浸入污染源溶液10s，取出后在标准试验条件放置2h，将12个试件分为3组，每组4个，分别在标准试验条件、加热处理（702）、紫外线处理3种状态下保持7d，之后取出并擦去污染源，记录试件污染情况。继续将试件重复浸入污染源溶液中进行7d的状态处理，直至重复4个循环后，取出试件并擦去污染源，冲洗干净，在标准试验条件下养护1d后，观察试件基材表面是否有污染，有则记录3个最大的污染宽度，计算平均值，精确至0.5mm。再使用锤子从最大污染宽度表面敲开基材，记录3个最大的污染深度，计算平均值，精确至0.5mm，如基材表面无污染现象也可从基材中间敲开，检查基材内部是否有污染现象。以污染宽度和污染深度作为石材用建筑密封胶污染性的测试结果。试件成型如图1所示。图1 压缩模具及试件成型示意图 Fig.1 Diagram of compression mold and specimen forming1.2 邵氏硬度建筑用硅酮结构密封胶是用于玻璃幕墙结构装配用的密封材料，使用过程中会一直受到力的影响，因此其物理性能十分重要。邵氏硬度试验的环境条件是温度（232）、相对湿度（505）%。邵氏硬度试验的主要仪器有邵氏A型硬度计、标准硬度块。成型过程较简单，将成型框置于聚乙烯膜上，将标准试验条件下状态调节完毕后的密封材料注入成型框内，使用刮刀抹平，保证密封材料表面平整无缺陷，之后移开成型框，不影响试件的形状，根据密封材料组分类型养护至14d或21d。所用邵氏A型硬度计每周需使用标准硬度块进行核查并记录，满足要求才可使用。将邵氏A型硬度计抵在试件上，控制邵氏A型硬度计弹簧力保持1s，间隔一定距离读取5个读数，取中值为结果。但在实际情况下，控制邵氏A型硬度计弹簧力保持1s时，邵氏A型硬度计上的显示数值不稳定，波动幅度较大，所得结果无法代表该密封材料的真实邵氏硬度。经大量试验证明，在控制邵氏A型硬度计弹簧力保持3s时，所显示数值能达到稳定，基本无波动，可得到正确的试验结果。1.3 拉伸粘结性建筑用硅酮结构密封胶常规检测的拉伸粘结性是23时的拉伸粘结性，试验的环境条件是温度（232）、相对湿度（505）%。拉伸粘结性试验的主要仪器是拉力试验机。试件形状为H型，成型较困难，基材一面必须是50mm50mm的玻璃，另一面可以是50mm50mm的玻璃、铝板或其他材料，一共成型5个试件，每个试件配一套专用成型模具，如图2所示。图2 拉伸粘结性试件成型示意图 Fig.2 Diagram of tensile bonding specimen forming将成型模具和2块基材使用胶带绑定，基材提前使用清洗剂清理表面，在成型模具上裹上一层隔离胶带，建议使用生料带代替，经试验证明，生料带不会沾上密封材料，也不会粘在成型模具上，便于密封材料凝固后取出成型模具。将标准试验条件下状态调节完毕后的密封材料注入2块基材中间，使用玻璃棒插入捣实，防止密封材料中间有气泡，边捣实边注胶，使用抹刀刮平表面，将试件水平放置，增加与空气的接触面，以加快密封材料的干燥速度，7d后拆除成型模具，根据密封材料组分类型养护至14d或21d。将试件放入拉力试验机中拉伸至断裂，记录最大拉伸强度和最大拉伸强度时的伸长率，以及伸长率10%、20%、40%的拉伸模量，再使用1mm1mm网格膜片读取试件的粘结破坏面积1，试件上的玻璃与密封材料的粘结面积为600mm2，计算粘结破坏面积比，分别取5个试件的算数平均值为测试结果。试验的拉伸速率为56mm/min，实际测试中以此速度拉伸至试件断裂一般需2030min，在试件伸长率200%前基本都能接近拉伸强力的峰值，之后的力-位移曲线趋于平缓，接近水平线，直至断裂才出现明显下滑。1.4 结构装配系统用附件同密封胶相容性结构装配系统用附件同密封胶相容性试验方法实质上是一种试验筛选过程，通过试验后粘结性和颜色的改变来确定附件与密封材料的相容性，以确定适合密封材料的附件。此试验观测了密封材料与附件接触时的变色情况、密封材料对玻璃的粘结性、密封材料对附件的粘结性。试验原理是通过紫外灯对有附件的试件直接辐射和紫外灯透过玻璃辐射有附件的试件，与没有附件的试件同时进行状态97技术与应用建筑幕墙用密封材料物理性能检测技术及改进处理比对，观察两组试件颜色变化及对玻璃粘结性的变化。结构装配系统用附件同密封胶相容性试验的环境条件是温度（232）、相对湿度（505）%。试验使用的主要仪器是拉力试验机、紫外辐照箱，箱体容纳4根UVA-340紫外灯管，灯管间距70mm，灯管距离试样上表面254mm，试样表面温度控制（482）。但是，试件的成型如果参照GB 16776-2005会产生很大的问题，试件在状态处理结束后使用手完全无法撕开粘在玻璃上的密封材料，无法测量试验胶和参照胶与玻璃的内聚破坏面积，只能观察试验胶和参照胶的颜色变化，无法达成试验目的。经改进后，试件的成型如图3所示。选取75mm 50mm6mm的透明浮法玻璃8块，先使用清洗剂对玻璃表面进行清理备用。截取75mm25mm的隔离胶带贴在透明浮法玻璃的1/2处，再截取150mm25mm的钢丝网放置在透明浮法玻璃的剩余1/2处。将试验胶和参照胶在标准试验条件下状态调节完毕，试验试件共4个，对比试件共4个，切取4段50mm50mm6mm的附件，将附件放置在试验试件玻璃的中间位置，将参照胶涂在隔离胶带上，再将试验胶涂在玻璃上，并把钢丝网覆盖住，覆盖钢丝网面积为75mm25mm，使用抹刀将密封材料压实，注入饱满，使密封材料与附件上端面和侧面紧密接触，与玻璃密实粘结，控制试验胶和参照胶的相接处高于附件上端约3mm。图3 相容性试验试件成型示意图 Fig.3 Diagram of compatibility test specimen forming试件成型结束后养护7d，取2个试验试件和对比试件，玻璃面朝下放置在紫外辐照箱中，再取2个试验试件和对比试件，玻璃面朝上放置在紫外辐照箱中，在紫外灯下辐照21d，取出后在23条件下冷却4h。先观察8个试件试验胶和参照胶的颜色变化并记录，再撕去试件上的隔离胶带和参照胶。将4个试验试件上的附件用手剥离，使用1mm1mm网格膜片读取附件与试验胶的粘结破坏面积，以检查密封材料对附件的粘结性。将试件装入拉力试验机，拉力试验机下夹具固定试件的整块玻璃，上夹具夹紧钢丝网，拉伸速率控制在10mm/min，通过钢丝网将密封材料从玻璃上剥离，再用1mm1mm网格膜片读取密封材料与玻璃的粘结破坏面积和内聚破坏面积。试验过程中需注意对紫外辐照箱的维护保养，紫外灯管需定期更换，每2周需更换位置，紫外辐照箱一共4个紫外灯，依序标记为1号到4号，将4号紫外灯换到1号紫外灯位置，1号紫外灯换到2号紫外灯位置，2号紫外灯换到3号紫外灯位置，3号紫外灯报废。一般紫外灯连续使用8周就需要更换，否则无法对试件上的密封材料造成加速老化效果，有效的验证方法是使用有色标签纸置于试件旁边，新紫外灯可以导致有色标签纸漂白，而旧紫外灯照射下有色标签纸不变色。1.5 实际工程用基材同密封胶粘结性实际工程用基材同密封胶粘结性试验方法实质也是一种试验筛选过程，用于确定基材与密封材料的粘结性，适用于幕墙工程结构系统的选材。实际工程用基材同密封胶粘结性试验的环境条件是温度（232）、相对湿度（505）%。试验使用的主要仪器是拉力试验机。先将密封材料在标准试验条件下状态调节完毕，试件成型需4块同一基材，使用清洗剂对基材表面进行清理，其中2块基材作为试件，2块基材作为垫板，与直径1.5mm和3mm的不锈钢棒组合控制密封材料涂在基材上的厚度，基材尺寸为150mm75mm，基材清洗后横向放置宽度25mm的遮蔽条，密封材料在基材上的涂抹面积为100mm75mm，将宽度为25mm的2块钢丝网放在基材上，控制2块钢丝网的间距为10mm，距离基材边缘为7.5mm，使用密封材料在基材上均匀涂抹并覆盖2块钢丝网，厚度控制约2mm，将2块垫板基材放在试件两侧，垫板基材上放置直径1.5mm的金属棒，使用玻璃棒在金属棒上来回滚动控制密封材料厚度为1.5mm。之后更换直径3mm的金属棒，在基材上的已涂抹面积上再均匀涂抹一层密封材料，使用玻璃棒在金属棒上来回滚动控制密封材料厚度为3mm，根据密封材料组分类型养护至14d或21d。养护结束后切除试件上无钢丝网的密封材料，将钢丝网之间间距10mm的密封材料切除，钢丝网与边缘7.5mm的密封材料切除，只保留2条25mm宽的包裹钢丝网的密封材料，将试件放入水中处理7d，之后取出试件，去除宽度为25mm的遮蔽条，从下边切割12mm密封材料，控制试件上基材与密封材料的粘结面积为1575mm2，在10min内使用拉力试验机进行剥离试验，再用1mm1mm网格膜片读取密封材料与基材的粘结破坏面积，计算百分率，取2个试件上4条试料带的粘结破坏面积的算数平均值为测试结果。试验过程中需注意有的基材需配套底涂才能与密封材料粘结良好，试验前现场确认基材上是否使用底涂，否则在试件经历7d浸水处理后，会导致试料带从基材上脱落，影响试验结果。一般玻璃基材不需要底涂，其他基材则需要底涂的辅助。2 结语针对石材用建筑密封胶的污染性，建筑用硅酮结构密封胶的邵氏硬度、拉伸粘结性、结构装配系统用附件同密封胶相容性和实际工程用基材同密封胶粘结性等性能指标，本文进行了归纳分析，并介绍了相关检测技术及改进方式。参考文献1GB 16776-2005,建筑用硅酮结构密封胶S.2GB/T 23261-2009,石材用建筑密封胶S.