建筑设计师如何选用硅酮密封胶

建筑设计师如何选用硅酮密封胶（成都硅宝科技股份有限公司）有机硅材料是一类性能优异、功能独特、用途极广的新型材料，为化工新型材料中产业规模最大的行业之一，有机硅聚合物是含有硅元素的众多高分子化合物的总称，因主链以硅氧键（-Si-O-）组成，侧链带有有机基团，兼具无机和有机聚合物的双重性能，性能独特。有机硅材料因具有电气绝缘、耐辐射、阻燃、耐腐蚀、耐高低温，以及生物相容性好等优良特性，使其在航天、航空、汽车、战车、舰船、建筑、电子、电气、纺织、造纸、医疗卫生、食品、日用化学品等有着广泛的应用。可以说，有机硅材料是一种关系着高新技术、国防现代化、国民经济及人民生活水平的新材料。室温硫化硅橡胶俗称硅酮密封胶，是有机硅材料的一种，作为一种常用的建筑密封胶，其市场需求也随着人民生活水平的不断提高而越来越大，其规格、品种、质量也进一步增加和提高。由于硅酮密封胶的种类繁多，使用的部位与要求也纷繁复杂，因此许多建筑设计师对怎样选择合适的硅酮密封胶深感困惑。本文主要针对各种硅酮密封胶的不同用途，设计师如何选择使用硅酮密封胶，以及使用过程中所遇到的问题作相应的概述。1.按使用部位选择硅酮密封胶一般而言，大多数硅酮密封胶是按照应用部位不同而命名的，例如幕墙用硅酮结构密封胶、石材用硅酮密封胶、采光顶用硅酮密封胶、混凝土板块接缝用硅酮密封胶、门窗用硅酮密封胶、中空玻璃用硅酮密封胶等等。下面重点讨论一下如何按照应用部位不同来选择不同的硅酮密封胶。1.1结构装配部位1.1.1普通幕墙的结构装配建筑幕墙通常由面板（玻璃、铝板、石板、陶瓷板等）和幕墙的支承结构（铝横梁立柱、钢结构、玻璃肋等等）组成。采用各种幕墙作为外围护结构的建筑物，一般都是主体框架结构的建筑物，在幕墙结构设计中，幕墙的支承结构（龙骨）和主体框架结构之间，通常采用角铁等钢性连接，而支承结构和幕墙面板板块之间，按JGJ102《玻璃幕墙工程技术规范》规定必须采用硅酮结构密封胶柔性连接。在这个部位上的硅酮结构密封胶必须达到国家强制标准GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》的要求，需要承受多种荷载，并保证对幕墙面板长久的粘结性，绝不允许有脱落现象发生，一旦硅酮结构密封胶出现问题，有可能造成幕墙面板从天而降的危险。硅酮结构密封胶自身强度大、韧性高，在高低温、浸水或紫外光照射的各种苛刻条件下依然保持良好的力学性能，能够在几十年的时间内满足使用要求。1.1.2更高要求的幕墙结构装配高层和超高层幕墙、大分格玻璃幕墙、复杂结构玻璃幕墙、使用夹层中空玻璃的幕墙、抗震9度设防地区的玻璃幕墙对硅酮密封胶提出了更高的要求。上述几种情况下，硅酮结构密封胶承受的荷载均可能较常规幕墙大，如果遇到几种情况的组合，按照现有规范进行设计计算，硅酮结构胶宽度必然大大增加，严重时会影响幕墙的视觉效果，更会由于面板基材的耗费量增加而增加幕墙的建造成本。因此，在这样的部位需要使用高性能硅酮结构密封胶，这种硅酮密封胶的拉伸强度和断裂伸长率都较普通的硅酮结构密封胶高，在同样粘结宽度情况下可以承受更大的荷载作用，更适合于这种特殊要求的玻璃幕墙。1.1.3更高消防安全要求的幕墙结构装配在人口稠密或公众场合等特殊建筑中，对消防安全的要求级别更高，需要使用阻燃性更好的建筑材料，这样的结构装配部位就需要采用阻燃硅酮结构密封胶，根据阻燃需求的不同，阻燃密封胶可以达到FV-0、FV-1、FV-2级等，但我们建议设计师选择阻燃级别最高等级FV-0级的阻燃密封胶。1.2建筑幕墙面板接缝部位建筑幕墙面板与面板之间伸缩缝需要硅酮密封胶进行填缝密封，这样的密封胶俗称为硅酮耐候密封胶。填缝用密封胶虽然不需要承受幕墙面板的各种荷载，但需要承受由风载荷、基材随温度变化热胀冷缩产生的变形而引起的位移，不仅仅需要密封胶有一定的力学强度，更重要的是需要耐候密封胶具有很好的抗位移能力，也就是说，在处于拉伸或压缩情况下仍然能够保持密封胶的粘结性不破坏；也要有较好的弹性回复率，当面板位移消失后能够很好地回复到原状。因此，接缝用耐候密封胶和结构用密封胶属于用途不同的两种产品，不能够不加区别地使用，接缝用耐候密封胶需要参照标准JC/T882-2001《幕墙玻璃用接缝密封胶》。1.3石材面板部位石材面板部位使用的密封胶，必须采用专用的石材密封胶。专用的石材硅酮密封胶一般分为两种，石材填缝用硅酮密封胶和干挂石材弹性硅酮密封胶，石材填缝用硅酮密封胶一般用于石材幕墙工程石材板块间的填缝密封，类似于上述耐候硅酮密封胶。而干挂石材用硅酮密封胶一般用于石材和金属挂钩之间的粘结密封。玻璃、石材、彩钢板的表面结构均不相同，表面能也不一致。如果使用耐候密封胶，就会给石材幕墙带来渗透污染的隐患。例如：石材幕墙所用的石材是天然材料，不同产地、不同品种的石材在成份、结晶形态、微观结构上存在很大的差别。石材本身是一种多孔性的材料（如大理石、石灰石、砂石、花岗石等）易受污染，且污染后难以清洁。一般的耐候密封胶中含有增塑剂（油）等非反应性低分子物质，待密封胶硫化后会从胶层内部迁移至表面而被石材所吸收，在石材表面出现油污和吸尘，造成污染石材。因此，应用在石材上的硅酮密封胶必须选用专门的石材用硅酮密封胶，而且在使用前必须作石材与密封胶的污染性测试。石材填缝用硅酮密封胶需要参照标准JC/T883-2001《石材用建筑密封胶》。有人认为，结构用硅酮密封胶比石材用硅酮密封胶昂贵，因此，将结构用硅酮密封胶用于石材上也许会有更好的密封效果，其实，这些观点都是不太正确的，硅酮结构密封胶主要强调了它本身的强度和粘结性，不能保证对石材无污染。石材用接缝用硅酮密封胶主要强调有较好的变位能力和对石材的无污染性，所以不能相互替代。干挂石材幕墙，过去常用刚性环氧类石材干挂胶，在实际工程中也容易出现问题。由于石材、干挂胶、钢挂件都是钢性材料，它们各自的热膨胀系数都不一样，容易造成石材开槽处被涨裂（一般是比较细小的裂痕）。建筑物震动时，也完全将应力传递给石材面板，由于石材本身的脆性，受力点很容易被震裂。如果采用弹性干挂胶，在石材和挂件同时发生不同程度的膨胀或收缩时，弹性的干挂胶就可以吸收这两种材料之间的变位应力，避免石材开裂现象的发生。目前硅宝公司生产销售的“弹性石材干挂胶”，使用效果良好。1.4采光顶部位采光顶部位用胶，不仅要求密封胶透明度好，美观大方，对采光顶基材如玻璃、聚碳、有机玻璃有优异的粘结性，对基材无污染，而且还对密封胶的模量及位移能力提出了更高的要求。由于采光顶的荷载与幕墙的荷载不一样，采光顶由于自身重量荷载、雪荷载、风荷载、不对称荷载等引起的变位及采光顶屋面材料和支撑材料的热胀冷缩引起的变位，使采光顶的变位大而且复杂。不但有水平的位移，还有剪切位移，特别当使用PC基材时，由于PC板的热胀冷缩倍数很高，一般是玻璃的6-7倍。这就要求密封胶具有低模量、高位移能力，这样的密封胶的随从性才好，当有应力或变位产生时，密封胶能自由的伸缩，不会对采光顶整体结构产生影响。如果使用高模量密封胶，当受到拉伸时，因其模量高，胶体本身内聚力大，胶与基材粘结面受两边拉力影响，容易引起粘结破坏，导致采光顶漏水；当受到压缩时，因其较硬，材料本身所受的压力大，会对采光顶整个结构的应力应变产生影响。因此，在设计采光顶用硅酮密封胶时，不仅仅需要对胶的透明度有所考虑，更重要的是需要一种低模量高伸长的硅酮密封胶。最好使用50LM(50低模量级)的密封胶，50LM的硅酮密封胶也就是位移能力50%、标准试验条件下200%定伸拉伸模量小于0.4Mpa的硅酮密封胶。1.5门窗之间的部位现代建筑门窗大多是彩色铝合金门窗，彩色铝合金门窗的铝合金与玻璃之间的缝隙要使用一种可室温固化的密封胶填充，待密封胶固化完全后，玻璃和铝合金通过密封胶粘结形成整体，密封性好，还可以防水。市面上门窗用密封胶有很多种，如聚丙烯酸酯密封膏、氯丁胶、聚氨酯胶、硅酮胶等等。聚丙烯酸酯密封膏不管是对彩色铝合金还是对玻璃，都只有简单的附着力，没有形成粘结整体，受外力后粘结破坏面积几乎为100%。在使用过程中，彩色铝合金门窗受热胀冷缩的影响，在风力、重力等载荷的作用下一定会产生位移，这种位移容易使对基材没有强粘结的聚丙烯酸酯密封膏与基材的粘附界面破坏。因此，使用一段时间后，聚丙烯酸酯密封膏与彩色铝合金及玻璃之间就发生脱离，失去了密封防水的作用。氯丁胶是将分子链柔性大、常温下呈橡胶态的高聚物溶入有机溶剂中，并加入填料制得。这种密封胶施胶后随着有机溶剂的挥发，放出大量有害气体，对环境造成很大影响，大大损害了施工人员的健康。在固化过程中，密封胶与墙体及门窗体都不发生化学反应，密封胶自身也不发生任何反应，没有形成交联网状结构，固化后高分子材料的粘弹性就明显体现出来，表面易发粘，容易吸收大量灰尘，严重影响美观。所以，在设计门窗用密封胶时，选用硅酮密封胶是较合适的。因为在其固化的过程中，门窗用硅酮密封胶中的偶联剂与铝合金或玻璃表面的活性基团发生化学反应，结合成牢固的化学键，一般而言，受外力破坏后，门窗用硅酮密封胶与基材的粘结面几乎没有破坏。铝合金门窗的热胀冷缩、风力、重力等荷载基本上不会对它的密封性能造成影响，起到长久的密封、防水作用。虽然在价格上，门窗用硅酮密封胶的确比聚丙烯酸酯密封膏和氯丁胶贵，但随着社会的发展，人们对建筑的品质和美观要求越来越高，这种优秀的产品已经越来越广泛地作为门窗胶应用到实际工程中。2.按变位要求选择适合模量的硅酮密封胶2.1根据实际变位选择不同模量的密封胶除硅酮结构密封胶而外，设计接缝用密封胶时大多都要考虑密封胶模量的问题，如前面所述硅酮耐候胶、石材胶、采光顶胶等等，如何按照不同的模量设计密封胶也是比较值得探讨的。错误的观点认为接缝用硅酮密封胶的级别越高越好。这种认识的误区造成了工程中不必要的浪费。接缝用硅酮密封胶的级别越高，其生产成本相应增高，造成产品的价格较高，实际造价也会水涨船高。例如：以1片2000mm×1000mm的铝塑复合板为例，其热膨胀系数约为23.2×10-6mm/mm/℃，当材料表面的温差为70℃时，可以按公式(1)计算出铝塑板因温差产生的位移。热胀冷缩产生的位移=铝板长度×铝料热膨胀系数×温差(1)=2000×23.2×10-6×70=3.25mm若已知设计的伸缩缝宽度和热胀冷缩产生的位移量可以按公式(2)计算出所需要密封胶的位移能力。最小的缝隙宽度=热位移×（100/密封胶位移能力）(2)假设本例接缝设计宽度为13mm，则13mm=3.25mm×(100/密封胶位移能力)计算得知所需硅酮密封胶的位移能力为±20%，即是20级的接缝密封胶。选择满足JC/T884-2001《彩色涂层钢板用建筑密封胶》标准中的20级的彩色钢板用耐候胶就可满足实际要求，模量根据需要选择。在本例中，如果选择25级耐候密封胶，则比20级的耐候密封胶在工程造价上会有所提高。2.2接缝宽度对密封胶的影响错误观点认为，幕墙面板伸缩缝的缝宽对密封胶没有任何影响，密封胶的模量选择主要应考虑基材的热胀冷缩系数，因此在建筑设计时对缝宽设计比较随意。有的则是在幕墙工程施工的过程中，由于工人粗心大意，不注重尺寸精度，对缝宽把握不好，将本来设计的较宽的伸缩缝变得较窄，而将较窄的伸缩缝变为较宽。事实上，幕墙的伸缩缝宽对接缝用密封胶使用效果有非常大的影响，举例来说，幕墙面板在热胀冷缩的情况下变位为3mm，设计伸缩缝宽为6mm，那需要接缝用密封胶达到50级产品要求；若设计伸缩缝的宽度为12mm，则同样幕墙面板需要接缝用密封胶达到25级产品要求；若设计伸缩缝的宽度为15mm，则同样幕墙面板需要接缝用密封胶达到20级产品要求。因此在设计中，不能忽略接缝宽度的设计，在施工中也需要精确掌握施工精度，不能随意增加，特别是不能随意减小接缝的宽度，否则很容易造成密封胶被拉裂的情况。在一些幕墙工程面板接缝处硅酮密封胶被拉裂，不能武断地断定使用了劣质的产品，而要仔细分析面板接缝宽度是否合理，面板热胀冷缩产生的位移是否已经超出了密封胶所能承受的极限。3.施工时应注意的事项硅酮密封胶按包装组分可分为单组份硅酮密封胶和双组分硅酮密封胶，由于受