建筑幕墻結(jié)構(gòu)膠的屬性及力學(xué)性能淺析

　　分析荷載對(duì)連接作用和引起其變形的性質(zhì)是粘接構(gòu)造設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，例如，地震、風(fēng)速等的作用是隨機(jī)性的，而設(shè)計(jì)所用 50年或百年一遇的地震、風(fēng)荷載等作用，指的都是瞬間的統(tǒng)計(jì)概率或然值；熱位移引起的應(yīng)力每天有一峰值，也是隨機(jī)性的，且一年內(nèi)會(huì)有幾次最大值，對(duì)此是按最大值設(shè)計(jì)，或是按統(tǒng)計(jì)概率某一或然值和按隨機(jī)損傷破壞的準(zhǔn)則設(shè)計(jì)？當(dāng)然理應(yīng)根據(jù)不同作用性質(zhì)所產(chǎn)生的效應(yīng)和粘接的構(gòu)造狀況，結(jié)合所選用結(jié)構(gòu)膠的物理力學(xué)性質(zhì)，選用合理的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證安全可靠、適用和耐久。這就需要了解所用結(jié)構(gòu)膠的力學(xué)特征，根據(jù)膠的性質(zhì)、粘接型式及其受力狀況，研究和選用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方案并經(jīng)精心設(shè)計(jì)才能達(dá)到。

　　2.3 建筑幕墻結(jié)構(gòu)膠的基本力學(xué)特征
　　不同于金屬的焊接和機(jī)械性連接，硅酮結(jié)構(gòu)膠是室溫固化的粘接材料，被粘表面的狀態(tài)、環(huán)境溫度、濕度、混合及注膠施工操作質(zhì)量等，都是影響其粘接性能的不確定因同素。不同于金屬等固體材料，固化后的結(jié)構(gòu)膠粘接體是類橡膠的粘彈性材料，粘接體的強(qiáng)度和彈性模量遠(yuǎn)低于被連接件（玻璃、鋁合金、不銹鋼等）材料，相差3～4個(gè)數(shù)量級(jí)；粘接體泊松比0.5，遠(yuǎn)大于玻璃（0.2）和鋁合金（0.3）, 受力橫截面積將隨變形量的增加迅速減�。�縮頸），產(chǎn)生的實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)大于工程名義應(yīng)力，僅在初始應(yīng)變條件下（25%為邊界）其法線應(yīng)力基本接近切線應(yīng)力（接近彈性固體），所以工程應(yīng)用中采用該階段測(cè)得的彈性模量表征粘接體拉伸應(yīng)力-應(yīng)變特性；粘接體的應(yīng)力-應(yīng)變特性受作用時(shí)間和溫度影響，溫度升高或持續(xù)力作用下呈現(xiàn)粘彈性，產(chǎn)生徐變或/和蠕變。此外，一些疲勞試驗(yàn)研究表明，粘接體性能隨循環(huán)應(yīng)力幅度的增大而迅速劣化，如140kpa循環(huán)應(yīng)力下可為50萬(wàn)次，190kpa下不足9萬(wàn)次，而345kpa下循環(huán)5000次即發(fā)生破壞。有關(guān)疲勞性能的深入認(rèn)識(shí)尚待試驗(yàn)研究。不同于其他連接，目前粘接尚無(wú)有效的非破壞性檢驗(yàn)方法，所以尋求不同受力狀態(tài)下與其被連接另部件間承載能力的匹配，合理的設(shè)計(jì)和選材顯得十分重要。

　　3 建筑幕墻結(jié)構(gòu)膠的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究建議
　　結(jié)構(gòu)膠作為建筑結(jié)構(gòu)性連接材料，它與其它建筑材料同樣需要適應(yīng)相關(guān)的自然環(huán)境和人為環(huán)境要求，因而其強(qiáng)度、彈性模量、耐老化和耐疲勞等性能，在相應(yīng)環(huán)境條件下的以下實(shí)驗(yàn)研究是十分必要的。

　　3.1單調(diào)荷載下結(jié)構(gòu)膠的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)研究
　　3.1.1 短暫荷載下結(jié)構(gòu)膠的拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)是最基本的實(shí)驗(yàn)研究。其中應(yīng)包括其不同應(yīng)力或應(yīng)變速度下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線、彈性模量、彈性極限強(qiáng)度、破斷極限強(qiáng)度，破斷伸長(zhǎng)率度等性能的測(cè)定，以及其不同老化期的這些性能的測(cè)定。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品滿足幕墻應(yīng)用的最低要求，不同品牌的產(chǎn)品應(yīng)通過(guò)型式檢驗(yàn)對(duì)實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析（如平均值、均方差），將概率分布0.05的分位值作為標(biāo)準(zhǔn)值并據(jù)此確定設(shè)計(jì)值。

　　3.1.2 持久荷載下結(jié)構(gòu)膠的拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，目的在于確定預(yù)計(jì)壽命期內(nèi)結(jié)構(gòu)膠破斷極限強(qiáng)度和徐變變形程度。歐洲認(rèn)證規(guī)范采用91天持久剪力荷載試驗(yàn)，測(cè)定不同荷載下的徐變曲線，確定結(jié)構(gòu)膠不發(fā)生徐變/蠕變的應(yīng)力水平和壽命期極限強(qiáng)度，作為預(yù)期持久荷載下結(jié)構(gòu)膠連接設(shè)計(jì)的依據(jù)。與經(jīng)驗(yàn)值相比較，依據(jù)試驗(yàn)確定的極限強(qiáng)度更為科學(xué)，也利于優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的發(fā)展和不同品牌性能結(jié)構(gòu)膠的合理應(yīng)用。

　　3.1.3 膠與粘接板件間粘接體撕裂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的抗撕裂強(qiáng)度甚低，實(shí)際應(yīng)用中一旦粘接體表面損傷或產(chǎn)生裂紋，將誘發(fā)撕裂破壞，應(yīng)結(jié)合粘接板件通過(guò)試驗(yàn)，研究不同品牌結(jié)構(gòu)膠的抗撕裂性能。對(duì)此不再贅述。

　　3.2反復(fù)荷載下結(jié)構(gòu)膠的疲勞強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)
　　結(jié)構(gòu)所受荷載常是多次反復(fù)，甚至是隨機(jī)的，同樣連接用結(jié)構(gòu)膠的受力也理應(yīng)如此。科學(xué)地設(shè)計(jì)該環(huán)境條件下工作的結(jié)構(gòu)及其連接，應(yīng)考慮其疲勞壽命及其破壞問(wèn)題，以保證其耐久性和安全。該實(shí)驗(yàn)可結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)條件下的受拉試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但是必須有足夠多的試件，并對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給出相應(yīng)的S-N 疲勞曲線，為設(shè)計(jì)分析結(jié)構(gòu)膠粘接耐久性和安全性提供所需的技術(shù)參數(shù)。

　　上述實(shí)驗(yàn)研究工作量大且繁重，建議業(yè)內(nèi)企業(yè)和科研單位借鑒國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如歐、美標(biāo)準(zhǔn)[4，5]、我國(guó)有關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)著作等，統(tǒng)籌考慮試件設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方法選擇、規(guī)劃及資金投入等，取得良好技術(shù)成果和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。期望得到相關(guān)主管部門的關(guān)注和支持。

　　4 結(jié)束語(yǔ)
　　建筑幕墻結(jié)構(gòu)密封膠是粘接幕墻結(jié)構(gòu)另部件用的一種重要的結(jié)構(gòu)性材料，應(yīng)根據(jù)其所在結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、荷載狀況及變形條件和設(shè)計(jì)要求，結(jié)合不同品牌結(jié)構(gòu)膠的性能，選用性能適用的品牌結(jié)構(gòu)膠，以保證結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。當(dāng)然也應(yīng)按照對(duì)建筑幕墻結(jié)構(gòu)的可靠性要求，經(jīng)反復(fù)配置、研究、實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)出能滿足不斷提高設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品，給出其相關(guān)的物理力學(xué)性能指標(biāo)：例如，單調(diào)短期和持久荷載下的抗拉、抗剪切、抗撕裂、彈性模量及S-N疲勞特征參數(shù)（或曲線）等，以便為科學(xué)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。當(dāng)然，僅有該材料力學(xué)性能參量的依據(jù)是不夠的，尚需有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支持與設(shè)計(jì)者的配合，才能不斷設(shè)計(jì)出既安全、適用、耐久可靠，又有良好社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的幕墻工程。

　　需要提及的是，建筑工程設(shè)計(jì)方法由經(jīng)驗(yàn)的安全系數(shù)法過(guò)渡到較科學(xué)的以概率統(tǒng)計(jì)可靠度為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)法[6]，經(jīng)歷了將近半個(gè)多世紀(jì)；結(jié)構(gòu)膠連接的科學(xué)設(shè)計(jì)法應(yīng)用也需要一段相當(dāng)長(zhǎng)的路程。已有的建筑工程設(shè)計(jì)方法可以為基礎(chǔ)，其研究經(jīng)驗(yàn)可以為借鑒，隨著科技進(jìn)步及其工作者的不斷努力，相信實(shí)現(xiàn)更科學(xué)的結(jié)構(gòu)粘接設(shè)計(jì)方法會(huì)為期不遠(yuǎn)。

本文僅就幕墻結(jié)構(gòu)膠粘接連接的屬性、性能、應(yīng)用及其力學(xué)性能的相關(guān)研究等問(wèn)題提出些管見(jiàn)，不過(guò)是拋磚引玉而已，盼業(yè)內(nèi)同行給予斧正賜教，不勝感謝。

　　參考文獻(xiàn)
　　1.GB/T 21086—2007，建筑幕墻（S）,中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，北京，2007
　　2.JGJ 102—2003，玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范（S），中國(guó)建筑出版社，北京，2003
　　3.馬啟元，李少甫 中空玻璃邊緣的可靠粘接是其功能的重要保障，門窗幕墻信息，134 ，2012
　　4.ASTM C1401-2005，Standard Guide for Structural Sealant Glazing，Annual Book of ASTM Standards', Vol. 04.07.2005
　　5.ETAG 002，GUIDELINE FOR EUROPEAN TECHNICAL APPROVAL FOR STRUCTURAL SEALANT GLAZING SYSTEMS (SSGS)，EOTA, Kunstlaan 40 Avenue des Arts, B - 1040 Brussels，2001
　　6.GB 50068-2001 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(S)，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，北京，2001【完】