中國幕墻網(wǎng) 2016年會論文集系列 未經(jīng)許可不得轉載 違者必究
引言
我國早在20世紀80年代開始推廣使用玻璃幕墻，如今各個城市玻璃幕墻隨處可見。玻璃幕墻中的硅酮結構膠是重要建筑材料，它粘結玻璃與副框，承載著風壓等荷載（詞條“荷載”由行業(yè)大百科提供）影響，硅酮結構膠的粘結可靠性（詞條“可靠性”由行業(yè)大百科提供），影響著整個幕墻的安全性能。然而，硅酮結構膠質保年限一般為10年，超質保期的玻璃幕墻粘結可靠與否關系著人民生命財產(chǎn)的安全。
近年來，由于硅酮結構膠的粘結失效，導致玻璃脫落傷人事件時有發(fā)生。如何有效檢測、評估既有玻璃幕墻硅酮結構膠的粘結可靠性是近年來研究人員致力解決的問題。《建筑用硅酮結構密封膠》(GB16776-2005)[1]雖然對硅酮結構膠力學性能及相關試驗方法有了一定的規(guī)定，但該規(guī)范評價的對象僅為膠產(chǎn)品本身，檢測方法也只針對試驗室內。既有幕墻硅酮結構粘結可靠性現(xiàn)場檢測、評估方法尚處研發(fā)、制訂中。筆者長期從事幕墻現(xiàn)場檢測，有針對性提出推桿法幕墻檢測新技術，可以現(xiàn)場快速、無損地檢測玻璃幕墻硅酮結構膠粘結性能。
1 推桿法檢測思路
如何評價硅酮結構膠、玻璃、副框之間的連接可靠性狀態(tài)，最直接的方法就是在一定荷載作用下，觀察三者之間連接有無異常現(xiàn)象或失效特征。根據(jù)該思路，最為可靠、準確的一種檢測方法是靜壓箱法，該方法把被檢測幕墻單元進行全部封閉，然后進行風壓試驗。所謂的可靠與準確，就是膠在試驗荷載作用下受力狀態(tài)與實際幕墻所受風荷載（詞條“風荷載”由行業(yè)大百科提供）受力狀態(tài)基本相同。不過該方法檢測成本較高，在既有玻璃幕墻現(xiàn)場實際運用有很大的局限性。推桿法檢測就是根據(jù)以上檢測思路，并與靜壓箱法能建立起等效的一種高效快捷檢測新技術。
推桿法檢測，利用幕墻立柱或橫梁為背面支撐結構，采用機械固定裝置鎖緊儀器與支撐結構。然后根據(jù)被測板塊尺寸的大小，把剛性桿件組合成一定尺寸，在特定的加載位置內，對板塊進行試驗力加載，檢驗硅酮結構膠粘結可靠性。該方法根據(jù)測試板塊尺寸不同，桿件可以自由組合來滿足尺寸要求。檢測操作簡單、設備便攜程度高，該方法與相關檢測設備已獲得中國國家發(fā)明專利(見圖1)。
3 推桿法檢測等效作用原理
3.1 風壓作用下玻璃板塊硅酮結構膠的受力特性分析
玻璃幕墻最常見荷載為風荷載，在水平風載作用下，玻璃會產(chǎn)生一定的彎曲變形，玻璃的彎曲變形，硅酮結構膠所受的拉力會減少，并產(chǎn)生一部分剪切分力。由于玻璃剛度較硅酮結構膠剛度大，根據(jù)《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》JGJ102-2003[2]設計規(guī)范，玻璃變形撓度限值應小于短邊長度的1/60，在此玻璃的變形彎曲限值作用下，其膠受拉力因變形減少為：30/(30×30+1)0.5=99%，增加的剪切力為1/(30×30+1)0.5=3%，兩種內力比1/30=3.3%。綜合以上，因玻璃彎曲變形導致對支承硅酮結構膠內力的影響程度不會超過10%。所以《玻璃幕墻工程（詞條“玻璃幕墻工程”由行業(yè)大百科提供）技術規(guī)范》(JGJ102-2003)第5.6.3條款硅酮結構膠設計規(guī)定，在風荷載作用下，板塊受力狀態(tài)相當于均勻荷載雙向板，支承邊緣最大線均布拉力為aw/2，該拉力由膠的粘結力（詞條“粘結力”由行業(yè)大百科提供）承受，即：
ƒ1cs=aw/2(1)
式中，ƒ1——硅酮結構膠在風荷載作用下的強度設計取值;
cs——硅酮結構膠寬度;
a——玻璃板塊短邊尺寸;
w——風荷載設計取值。
3.2 推桿法加載原理與等效作用
推桿法檢測思路是通過圖示編號4加載手柄產(chǎn)生集中試驗力，該集中試驗力通過推桿6分散成沿玻璃4條邊長方向均勻的線荷載，然后通過近處玻璃傳遞給周邊硅酮結構膠，考察硅酮結構膠、玻璃及副框之間的連接可靠性能。當桿件剛度符合一定技術要求時，加載位置一定時，根據(jù)試驗驗證，硅酮結構膠的受力狀態(tài)可以近似等效為均勻荷載沿雙向板傳遞，推桿法檢測結果與靜壓箱法測試膠的變形量基本相同。
4 推桿法檢測技術要求
4.1 推桿剛度技術要求
由于推桿法手柄所產(chǎn)生的試驗力為集中力，此集中力依靠四邊推桿進行分解成線荷載，如果桿件的剛度較小，在圖示中手柄4產(chǎn)生的集中力作用下，推桿著力部位會發(fā)生較大的彎曲變形，導致試驗力無法分解成均勻的線荷載。通過試驗驗證，加載所用各伸縮推桿剛度應滿足加載剛度要求，即在3倍設計載荷作用下，長邊推桿遠端與近端壓應變或拉應變差值不應大于5%，這樣推桿傳遞的荷載可以認為是集中力作用下沿桿件邊長分成的等效線荷載。
4.2 推桿加載位置
由于推桿法檢測硅酮結構膠，推桿剛度增加了玻璃板塊的剛度，在風荷作用下，玻璃板塊剛度的增加，玻璃的變形將會大大減少，由于變形減少，膠的受力角度將變小，tg值遠低于1/30，膠的側向剪切力更小，根據(jù)試驗研究結果，膠的變形值較靜壓箱偏小。為了與靜壓箱法建立等效受力效果，我們通過調節(jié)推桿離邊緣膠縫的距離，降低整個試驗板塊的相對剛度，以達到膠受力狀態(tài)與風壓作用基本等效。
以常見6mm鋼化玻璃（詞條“鋼化玻璃”由行業(yè)大百科提供）為例，制作長短比為1，1.5、2.0等不同比例試驗板塊，同一比例又制作了幾組不同尺寸，每種規(guī)格又分別制作了成單玻與中空玻璃，然后進行靜壓箱法試驗、推桿法比對試驗，測量不同載荷作用下膠的變形量，建立等效作用機理。試驗結果表明，推桿的等效作用位置為：單玻類型板塊，距玻璃板邊1/8邊長處位置布置推桿，每側推桿長度為0.75倍板塊邊長;中空玻璃，距玻璃板邊1/6邊長處布置桿件, 每側推桿長度為2/3倍板塊邊長。推桿布置如圖2所示。
4.3 儀表安裝與固定
推桿法現(xiàn)場檢測硅酮結構膠粘結可靠性，以膠的變形為主要監(jiān)測對象，試驗過程中采用分級加載，由于每級加載膠的變形增量較小，一般采用千分表監(jiān)測膠的變形。由于硅酮結構膠粘結玻璃而隱藏在玻璃內表面板（詞條“面板”由行業(yè)大百科提供）邊處，千分表應在玻璃外側固定，儀表指針應沿表面膠縫寬度方向垂直居中放置，只有此處測量的變形值才是膠的變形量，遠離膠縫所測的結果是玻璃與膠的綜合變形值，其量值上遠大于膠自身變形量。
4.4 試驗力加載與讀數(shù)
試驗力加載采用分級加載，每級加載等效風壓一般為250Pa;手動加載過程中應盡量保持勻速加載，加載速度及其均勻性直接影響著硅酮膠的變形量，每級加載時間一般以3～5分鐘為宜;分級加載時，每一級應穩(wěn)載一定時間，觀察膠縫有無撕裂、脫膠等異常現(xiàn)象發(fā)生，并記錄力值下降情況及膠的變形量。根據(jù)試驗驗證，膠的變形受穩(wěn)載時間影響很大， 5分鐘穩(wěn)載膠的變形量與1個小時穩(wěn)載變形量差值可達10%～30%，試驗結果表明，硅酮結構膠在分級試驗力作用下穩(wěn)載10～15分鐘，膠的變形趨勢趨于緩和與穩(wěn)定，所以檢測時應穩(wěn)載15分鐘，然后記錄相關試驗數(shù)據(jù)作為評價該級荷載作用下膠的連接可靠性依據(jù)。
5 推桿法檢測膠連接可靠性的評估方法
經(jīng)試驗驗證，推桿法檢測既有幕墻硅酮結構膠粘結可靠性，結構膠的粘結失效、破壞的特征為：在荷載作用下，硅酮結構膠、玻璃及副框界面出現(xiàn)撕裂、脫膠等宏觀異常現(xiàn)象發(fā)生;在加載穩(wěn)載期間，荷載下降值超過10%。
根據(jù)以上特征可以得知：既有幕墻硅酮結構膠連接可靠應符合以下技術規(guī)定：在設計荷載作用下，硅酮結構膠連接界面不應出現(xiàn)宏觀異常現(xiàn)象;在分級加載穩(wěn)載過程中，儀器儀表力的下降值不應超過10%。否則，既有幕墻硅酮結構膠的粘結可靠性能視為不可靠，存在安全隱患。
6 結語
推桿法是一種近似等效靜壓箱法用于現(xiàn)場無損檢測既有幕墻硅酮結構膠粘結可靠性的方法之一，鑒于研究深度及筆者專業(yè)水平限制，不妥之處請同行指正，同時也希望國內既有幕墻結構膠粘結可靠性行業(yè)標準能盡早出臺，以規(guī)范既有幕墻檢測工作行為。
參考文獻：
1、 全國輕質與裝飾裝修材料標準化技術委員會. GB16776-2005建筑用硅酮結構密封膠[S].中國標準出版社，2005..
2、中國建筑科學研究院.JGJ102-2003玻璃幕墻工程技術規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社，2004.
中國幕墻網(wǎng) 2016年會論文集系列 未經(jīng)許可不得轉載 違者必究
