幕墻變形縫膠條應(yīng)用的探討

文/尹紹忠 陳前

1 前言

建筑物在溫度和濕度等外界因素影響下會(huì)產(chǎn)生變形、位移，可導(dǎo)致建筑物開裂，損壞甚至倒塌。為此，現(xiàn)代建筑大量采用各種設(shè)計(jì)方案，以提高建筑物的耐用性和安全性，其中變形縫裝置是普遍使用的方案之一。

2 變形縫的分類

變形縫的種類多種多樣，通常按照功能分有三種：伸縮縫，抗震縫，沉降縫。

按照使用部位分：樓面、地面變形縫，內(nèi)墻、頂棚及吊頂變形縫，外墻變形縫，屋面變形縫。

此外，還有很多衍生而來的多功能型，如配置了止水帶和阻火帶，設(shè)計(jì)為防水、阻燃、保溫的變形縫等。

3 常用變形縫密封膠條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材質(zhì)性能的比較

依照GB/T 24498標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和實(shí)際使用需要，選擇建筑幕墻行業(yè)用的變形縫膠條時(shí)，除了常規(guī)的物理機(jī)械性能外，還需要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：

3.1 相容性

相容性對(duì)于建筑密封條的重要性不言而喻，而相容性與密封膠條的增塑劑，炭黑補(bǔ)強(qiáng)劑和硫化方式有直接關(guān)系。

常規(guī)的EPDM膠條必須大量使用環(huán)烷油或石蠟油等礦物油，使用高量的炭黑做補(bǔ)強(qiáng)劑，使用硫磺或硫載體等含硫材料做硫化劑，相容性最差；經(jīng)過改良的EPDM膠條，通常采用液體EPDM或者其它特殊材料做增塑劑，使用特殊的納米材料為補(bǔ)強(qiáng)劑，采用過氧化物硫化，這樣做既增加了制造工藝的復(fù)雜程度，又大幅度提高成本，使得EPDM失去了價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，也僅僅只是改善了相容性，也不能做到完全相容。

而TPV屬于EPDM和PP的橡塑共混材料，不需要或者僅少量使用增塑劑調(diào)節(jié)硬度，可以不依賴炭黑做補(bǔ)強(qiáng)劑，可以選擇過氧化物做交聯(lián)劑，做高分散的動(dòng)態(tài)硫化，可以滿足相容性的要求。

硅橡膠一般不使用增塑劑，僅使用微量的液態(tài)結(jié)構(gòu)控制劑，甚至可以完全不用液態(tài)的材料，使用過氧化物硫化，其相容性為所有密封膠條材料中最佳。

3.2 污染性

抗污染性也是建筑幕墻密封條行業(yè)需要關(guān)注的重要指標(biāo)。與材料的相關(guān)性最大之處在于炭黑不可避免的遷移性和增塑劑的牌號(hào)選擇。同相容性章節(jié)論述結(jié)果類似，EPDM材質(zhì)的抗污染性較差，TPV和硅橡膠為優(yōu)。

3.3 單層膠條

單層膠條的高度一般在25mm以內(nèi)，可用三種材質(zhì)生產(chǎn)，通常EPDM和硅橡膠可做到縫寬約300mm以內(nèi)，而TPV可做到500mm左右。

3.4 雙層多腔中空膠條的幾何尺寸穩(wěn)定性

基于防風(fēng)、隔音和大變形的設(shè)計(jì)理念，幕墻變形縫多腔雙層中空膠條通常設(shè)計(jì)的縫寬尺寸約為25～500mm，高度約15～140mm，故該類型變形縫膠條的幾何尺寸穩(wěn)定性相比幕墻門窗密封條要復(fù)雜。

傳統(tǒng)的硅橡膠和EPDM橡膠的生產(chǎn)方式是先擠出成型，后硫化定形，在完全硫化之前容易產(chǎn)生塌陷，縫寬越大，擠出越慢；高度越高，塌陷越大；腔數(shù)越多，幾何尺寸變形也越大。常規(guī)的工藝只能穩(wěn)定擠出縫寬×高度約300×20mm左右，通過大幅度增加材料成本和調(diào)節(jié)工藝、設(shè)備、模具，同時(shí)增加壁厚，改善加工挺性，并盡可能縮短擠出成型與硫化定型的時(shí)間，控制塌陷的程度，一般也只能做到縫寬×高度約300×50mm左右。

而TPV是EPDM和PP的橡塑合金熱塑性彈性體，屬于部分預(yù)交聯(lián)，高挺性材料，具備熱塑性材料擠出加工快速定型的加工特點(diǎn)，大大減小了塌陷的程度，可以做到縫寬×高度約500×100mm雙層多腔空心風(fēng)琴結(jié)構(gòu)膠條而基本無變形，通過優(yōu)化處理，還可以滿足更高設(shè)計(jì)的要求。

3.5 施工現(xiàn)場(chǎng)接駁的可操作性

變形縫膠條接駁性能需要考慮兩個(gè)方面：即膠條與膠條之間的接駁；膠條與硅酮膠之間的相容。

門窗密封膠條，可以在膠條生產(chǎn)廠家用橡膠專用接角機(jī)和接頭模具，按需定制做好接頭，到組裝現(xiàn)場(chǎng)可以直接安裝；而變形縫需要現(xiàn)場(chǎng)施工，不可避免的存在膠條與膠條接駁和膠條與基材之間的密封問題；接頭質(zhì)量的好壞，直接影響著工程的質(zhì)量。

EPDM橡膠屬于熱硫化熱固性橡膠，如果使用常規(guī)的熱硫化方法接頭，現(xiàn)場(chǎng)接頭的可能性幾乎為零；如果使用膠水冷粘，膠條與膠條之間普遍存在接頭發(fā)白、發(fā)脆，易開裂的現(xiàn)象；同時(shí)因EPDM膠條與硅酮膠的相容性較差，防水密封效果一般。

硅橡膠與硅橡膠膠條本身之間的接駁，可以使用專用的快干膠水冷粘；因其優(yōu)異的相容性，其施工縫隙的防水處理可以方便的使用硅酮膠。

而TPV與TPV膠條之間可以非常方便的使用各種焊接設(shè)備和工具，屬于熱熔粘接，其接頭的粘合強(qiáng)度可以達(dá)到膠條材質(zhì)的本體強(qiáng)度，在三種材質(zhì)中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接駁的可行性，可靠性最好；其與硅酮膠良好的相容性，也能夠較好的解決施工縫隙的密封問題。

3.6 膠條的著色性

變形縫膠條與門窗膠條相比，應(yīng)考慮膠條外露件的顏色與整體建筑風(fēng)格的匹配。傳統(tǒng)的EPDM密封膠條，絕大多數(shù)使用大量的炭黑做補(bǔ)強(qiáng)劑，只能做出高光澤或亞光的黑色；采用淺色礦物填料做成彩色，增加了生產(chǎn)加工復(fù)雜的程度，且目前一方面存在顏色發(fā)暗，日光變色和膠條硬化的技術(shù)問題，另一方面存在成本大幅度增加的現(xiàn)實(shí)問題。

TPV材料本體為米黃色或淡黃色，可以按需制造除透明以外的任何顏色；硅橡膠本體為透明或者半透明，可以非常容易的調(diào)配各種顏色甚至無色透明。TPV和硅橡膠調(diào)配的顏色美觀、明亮，可以完全滿足設(shè)計(jì)風(fēng)格的需要。

3.7 硬度的選擇

同一種材質(zhì)，不同的硬度，有不同的特性，硬度越低不代表彈性越好，硬度越高也不代表強(qiáng)度越大，通常選擇邵氏硬度（A）為65時(shí)，膠條的各種綜合性能最優(yōu)。

3.8 最大變形量的確定

依照美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM E1399的規(guī)定，無論哪種材質(zhì)，任何規(guī)格，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意變形縫的最大變形量應(yīng)小于等于對(duì)角線的25%；最大變形量的設(shè)計(jì)范圍，與產(chǎn)品的使用壽命有直接關(guān)系，過大將導(dǎo)致變形縫膠條材質(zhì)和整體結(jié)構(gòu)的提前損壞，給后期的維修保養(yǎng)帶來隱患和增加費(fèi)用。三種材質(zhì)的膠條性能對(duì)比如表1。

表1 三種材質(zhì)膠條性能

4 變形縫膠條物理性能的檢測(cè)方法

4.1 檢測(cè)依據(jù)：依照GB/T 24498-2009國家標(biāo)準(zhǔn)

4.2 試樣制備：

4.2.1 硅橡膠和EPDM橡膠，采用模壓標(biāo)準(zhǔn)試片方法。

4.2.2 TPV為熱塑性材料，不能與橡膠材料一樣進(jìn)行模壓硫化進(jìn)行試樣制備，

通常參照模壓試片方法，選擇塑料注塑成型機(jī)，采用專門的試片標(biāo)準(zhǔn)模具制備標(biāo)準(zhǔn)試片；也可模擬實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)，擠出寬度為200mm，厚度為2.0mm的膠片，裁切為長(zhǎng)×寬×厚為150×150×2mm的試片。

5 變形縫結(jié)構(gòu)與膠條使用性能的臺(tái)架檢測(cè)方法

當(dāng)前變形縫尚無國家標(biāo)準(zhǔn)，深圳市聯(lián)和強(qiáng)實(shí)業(yè)有限公司于2002年國內(nèi)首創(chuàng)了變形縫臺(tái)架測(cè)試儀，經(jīng)過多年的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，由聯(lián)和強(qiáng)技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)所編制的技術(shù)性書籍——“變形縫建筑構(gòu)造”，于2004年經(jīng)“中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院”出版，從而改變了“變形縫裝置”在我國尚無國家標(biāo)準(zhǔn)和參考資料的現(xiàn)狀，使我國變形縫裝置翻開了歷史性的新一頁。

5.1 變形縫覆蓋連接性能檢測(cè)方案

5.1.1 檢測(cè)依據(jù)：參照美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM E 1399-1997。

表2 周期移動(dòng)檢測(cè)

5.1.2 試驗(yàn)方法：將試件按照在伸縮試驗(yàn)機(jī)上，伸縮縫連接裝置通過伸縮試驗(yàn)機(jī)的相對(duì)移動(dòng)，模擬建筑結(jié)構(gòu)在受熱動(dòng)、風(fēng)動(dòng)、地震影響，導(dǎo)致伸縮縫連接裝置產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)（或建筑結(jié)構(gòu)受熱，風(fēng)影響產(chǎn)生的膨脹和收縮移動(dòng)）。移動(dòng)量根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，移動(dòng)周期，速度按ASTM標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在試件檢測(cè)時(shí)按相關(guān)要求進(jìn)行變換。

6 變形縫前景展望

隨著現(xiàn)在環(huán)保節(jié)能的理念深入人心，變形縫作為建筑材料不可或缺的關(guān)鍵配套件，也在飛速的發(fā)展。各種新型復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不斷誕生，同時(shí)各種新型特性的TPV材質(zhì)不斷問世，多項(xiàng)新型的表面處理技術(shù)不斷應(yīng)用，設(shè)計(jì)上的進(jìn)步及新型材料不斷問世，大大推動(dòng)了建筑物的安全性，舒適性和功能化的進(jìn)一步發(fā)展。

[1]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院主編.變形縫建筑構(gòu)造（一）. 中國計(jì)劃出版社出版2004

[2]GB/T 24498《建筑門窗、幕墻用密封膠條》 2009

[3]美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì) ADTM E 1399建筑連接系統(tǒng)最小和最大連接寬度的測(cè)量和循環(huán)運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)方法 1997

[4]日本橡膠協(xié)會(huì).橡膠試驗(yàn)法.日本丸善株式會(huì)社 2006

[5]約翰G.薩默（美）工程橡膠制品--設(shè)計(jì)·制造·性能測(cè)試.化學(xué)工業(yè)出版社 2010

[6]唐斌等.乙丙橡膠應(yīng)用技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社 2005