高溫高濕環境下的隱框玻璃幕墻結構膠加速老化設備*

何京波 ，余忠輝，謝宇芳，張道修

（1 深圳市房屋安全和工程質量檢測鑒定中心,廣東深圳518051；2 廣州合成材料研究院有限公司,廣東廣州510665）

建筑幕墻,作為現代建筑的重要組成部分廣泛應用于城市中高層建筑,主要由金屬支承結構（鋁橫梁立柱、鋼結構等）與板材（玻璃、石板、陶瓷板等）組成。近些年來,因幕墻面板高空墜落事故時常發生,對人們生命安全及財產損失帶來了重大威脅[1-2]。評估幕墻在冷熱循環、干濕循環、風荷載等多條件因子耦合作用下安全性能變化成為城市公共安全研究不可忽略的課題[3-4]。

玻璃幕墻主要包括明框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻、吊掛式全玻璃幕墻、點支式全玻璃幕墻。隱框玻璃幕墻擺脫了傳統鋁合金明框的限制,具有更好的感觀效果,近年來在高層、超高層建筑中得到廣泛應用。然而,隱框玻璃幕墻的面板依靠硅酮結構膠粘結于鋁型材副框上,硅酮結構膠需要承擔幕墻單元自身重量、風荷載、地震荷載等,隱框玻璃幕墻安全性能在某種程度上由硅酮結構膠性能所決定[5-6]。

目前,針對溫度和濕度對硅酮結構膠性能影響的研究常將硅酮結構膠制成特定尺寸的試件（如工字件、啞鈴型試件等）置于恒溫恒濕箱中,測試硅酮結構膠力學性能隨作用時間的變化[7-8]。然而,特定尺寸的工字件或啞鈴型試件不能代替足尺幕墻單元,應考慮玻璃幕墻實際的約束條件,采用實際工程應用的幕墻單元進行研究。為研究整體幕墻單元的性能隨溫度濕度條件作用時間的變化規律,需開發用于足尺隱框玻璃幕墻老化的恒溫恒濕裝置。

1 設備整體構成

高溫高濕環境下的隱框玻璃幕墻結構膠加速老化設備主要包括測試工作箱、溫度控制系統、濕度控制系統、預警保護系統以及主控系統,老化設備的實物圖如圖1所示。

圖1 高溫高濕環境下幕墻結構膠老化設備實物圖Fig. 1 Accelerated aging equipment of structural silicone sealant

試驗測試工作箱用于放置隱框玻璃幕墻單元,溫度控制系統及濕度控制系統受控于主控系統,并與試驗測試工作箱進行聯通,實現試驗測試工作箱中溫度及濕度可控,測試工作箱中的溫度以及濕度信息最終反饋給主控系統顯示于電腦客戶端。預警保護系統通過檢測試驗測試工作箱的溫度狀態以及系統工作狀態達到保護裝置的目的。老化設備的結構框圖如圖2所示。

圖2 幕墻結構膠老化設備結構框圖Fig. 2 Structure diagram of the accelerated aging equipment

2 設備模塊設計

設備采用模塊化的設計方式,整體設計如圖3～圖8所示。設備主要包括測試工作箱,及用于對箱體內的溫度和濕度進行調控的溫度調節裝置以及濕度調節裝置；箱體內設有多個中間隔層,每個中間隔層的位置固定連接有U型卡槽（U型卡槽固定在箱體上）,U型卡槽連接有推拉式承托架,推拉式承托架主要用于水平放置隱框玻璃幕墻,承擔足尺的隱框玻璃幕墻的重量。箱體的右側設有電柜,電柜內安裝有主控裝置,濕度調節裝置和濕度調節裝置與主控裝置通訊連接,箱體的前側設有箱門,箱門上設有用于觀察箱體內部情況的觀察窗口。

圖3 高溫高濕老化設備設計圖 （正視圖） Fig. 3 Design of the accelerated aging equipment (front view)

圖4 高溫高濕老化設備設計圖（左視圖） Fig. 4 Design of the accelerated aging equipment (left view)

圖5 高溫高濕老化設備設計圖 （右視圖） Fig. 5 Design of the accelerated aging equipment (right view)

圖6 高溫高濕老化設備設計圖（俯視圖）Fig. 6 Design of the accelerated aging equipment (vertical view)

圖7 高溫高濕老化設備設計圖 （樣品擺放圖） Fig. 7 Design of the accelerated aging equipment (samples in equipment)

圖8 高溫高濕老化設備設計圖（后視圖）Fig. 8 Design of the accelerated aging equipment (rear view)

2.1 測試工作箱

測試工作箱設計如圖3所示,測試工作箱內設有多個中間隔層,每個中間隔層設置有推拉式承托架,以用于水平放置玻璃幕墻面板。箱門為雙開門,箱門與箱體之間配有門鉸,使兩者進行轉動連接,兩個箱門與箱體之間設置有門鎖以及密封條,以保證密封效果。另外,設備的外形尺寸為D2030mm×W2160mm×H2040mm,箱體內部尺寸為D1600mm×W1600mm×H1600mm,該尺寸足以放置足尺的隱框玻璃幕墻。箱體由后壁、左側壁、右側壁、頂板、底板以及中間層組成,外面采用鐵板烤漆,內面采用304#不銹鋼板,底板采用2.0mm厚304#不銹鋼防滑板,承重大于等于2kg/cm2。

箱體的頂部設有氣壓平衡孔,箱體的底部設有排水管。當箱體內的空氣膨脹時,可通過氣壓平衡孔進行泄壓。此外,箱體的左側設有測試孔,測試孔內設有保溫隔熱件,測試孔通過設有的密封軟塞進行密封。保溫隔熱件選擇二氧化硅氣凝膠,二氧化硅氣凝膠涂覆于測試孔的內壁上。測試孔的直徑為100mm。由于恒溫恒濕設置是非標準設備,對箱體正常工作時內部的溫度和濕度校核時需放置小型的傳感器,因此通過此測試孔進行布線。

2.2 溫度控制系統

溫度控制系統包括氣體電加熱器、溫度傳感器以及循環風機。循環風機包括電機和旋轉風輪；電機固定于箱體后側的外表面,電機的輸出軸延伸至箱體的內部并與旋轉風輪連接；箱體內設有循環風道（循環風道的兩端有兩個箭頭,這兩個箭頭表示的是氣流的流向）,循環風道的一端為出風口,另一端為回風口；氣體電加熱器和溫度傳感器安裝于箱體內,且氣體電加熱器靠近于出風口布置。

溫度控制系統的控制原理為：氣體電加熱器靠近出風口布置以對空氣進行加熱,加熱后的空氣通過循環風道的出風口進入,最后通過回風口回到循環風道,溫度傳感器監測箱體內溫度并將溫度數據發送至主控裝置,主控裝置分析溫度數據后反饋調節氣體電加熱器的加熱功率。

2.3 濕度控制系統

濕度控制系統包括PTC加熱器、水箱、水泵以及濕度傳感器。PTC加熱器、水箱和水泵安裝于電柜內,電柜內還設有加濕桶,PTC加熱器置于加濕桶中,且PTC加熱器通過水泵與水箱連接,加濕桶設有向箱體內通入水蒸氣的蒸汽通入管。濕度調節裝置還包括制冷機；制冷機安裝于箱體內,以用于對箱體內的水蒸氣進行冷凝以改變箱體內的濕度。

濕度控制系統的控制原理為：水泵控制水箱中進入PTC加熱器的水量,PTC加熱器對這一部分水進行加熱使得這部分液態水轉化為水蒸氣進入箱體內,從而達到增加濕度的效果,濕度度傳感器監測箱體內濕度并將濕度數據發送至主控裝置,主控裝置分析濕度度數據后反饋調節PTC加熱器的輸出功率。另外,通過主控裝置調節制冷機的輸出功率,可對箱體內的水蒸氣進行冷凝以改變箱體內的濕度,從而達到減少濕度的效果。

2.4 報警保護系統

高溫高濕老化設備安裝了報警器,安裝于電柜內并與主控裝置通訊連接。報警器主要對恒溫恒濕設備所出現的異常工作狀態進行停機保護,異常工作狀態包括過高溫度和系統故障。對于溫度過高的異常狀態,報警器主要基于溫度傳感器傳至主控裝置的數據進行分析,若溫度高于設定的某一個閾值,報警器啟動報警并切斷電源。對于其他系統故障,比如制冷機電流過載,漏電/斷電保護失效等故障時,預警器啟動報警并切斷電源。

2.5 主控系統

主控系統包括控制器及與控制器電性連接的人機交互屏,人機交互屏嵌設于電柜的表面?？刂破髟O計有對溫度控制、濕度控制、預警保護控制等子系統程序的主控程序。人機交互屏可輔助操作者明晰當前箱體內的溫度、濕度和系統的安裝狀態,可單一通過人機交互屏輸入目標工作溫度、濕度達到調節箱體中溫度、濕度條件的效果,也可以通過輸入不同階段的目標工作溫度、濕度從而調節不同階段箱體內的工作狀態,從而達到程序化控制箱體內溫度、濕度條件的目的。

3 設備特征

本實用新型通過溫度調節裝置和濕度調節裝置來調節箱體內的溫度和濕度,使得箱體內的溫度和濕度情況與真實環境的溫度和濕度情況更接近,進而試驗測試出的數據更加準確,而且,在箱體的側面設有電柜,電柜內安裝有主控裝置,通過主控裝置可以清楚了解和掌握箱體內的情況,并能夠通過主控裝置做出及時的調整,更加智能化,使用更加方便。另外,利用電柜的空間來安裝PTC加熱器、水箱、水泵和制冷機,大大縮小了體積的占用,節省了空間,降低了制造成本。

（1）可模擬真實環境

通過溫度調節裝置和濕度調節裝置動態調節箱體內的溫度和濕度,使得箱體內的溫度和濕度情況與真實環境的溫度和濕度情況更接近,進而試驗測試出的數據更加準確。

（2）可智能控制

在箱體的側面設有電柜,電柜內安裝有主控裝置,通過主控裝置可以清楚了解和掌握箱體內的情況,并能夠通過主控裝置做出及時的調整,更加智能化,使用更加方便。

（3）體積小

利用電柜的空間來安裝PTC加熱器、水箱、水泵和制冷機,大大縮小了體積的占用,節省了空間,降低了制造成本。

（4）用途多

設備可模擬電子儀器儀表、新型材料、電工、車輛、金屬、電子產品、航空航天材料等在運輸、儲存、使用過程中可能會遇到的嚴酷高溫或濕熱環境,或高溫濕熱交變環境下,檢驗材料、配件或儀器設備耐高溫、耐濕熱性能及可能造成的損壞壽命縮減,能夠為產品的老化測試提供精確的數據。

4 結論

（1）本文設計了一種高溫高濕環境下的隱框玻璃幕墻結構膠加速老化設備,老化設備由測試工作箱、溫度控制系統、濕度控制系統、預警保護系統以及主控系統構成。

（2）設備可模擬高溫高濕環境,可對足尺幕墻單元副框與玻璃之間硅酮結構膠高溫高濕加速老化,可智能動態控制測試工作箱內的溫度和濕度,可容納足夠多的足尺幕墻單元樣品,這為隱框玻璃幕墻面板與副框間硅酮結構膠的老化研究提供了測試設備。