幕墻密封性能試驗分析

文／楊勝丹 通標標準技術服務（上海）有限公司 上海 201315

引言：

現階段，我國建筑規模與施工技術均有所進步，幕墻作為建筑重要組成部分，其質量與性能是否良好十分重要。然而，在幕墻設計與施工過程中，較易出現密封性較差問題，不僅影響建筑施工質量，而且對業主造成不良影響，為解決上述問題，有必要對幕墻的密封性能進行檢測，通過性能優化，使幕墻質量達到行業最新標準。

1.研究背景

幕墻的本質是無需承擔建筑結構相關作用力的裝飾結構、護墻結構，通常由支撐結構、面板共同組成，在適應能力、承載能力以及變形能力等方面具有突出表現[1]。作為新型結構形式的代表，幕墻能夠對建筑功能、結構與美學因素進行統一，在確保建筑通風、采光良好的前提下，起到隔熱保溫、防雨抗風還有防塵阻噪的效果。新時期，低碳節能成為主旋律，這也給建筑幕墻提出了相應的要求，考慮到圍護結構耗能占比可達建筑耗能的50%左右，因此，只有不斷優化幕墻性能，才能保證其給建筑耗能、室內環境產生正面影響。對幕墻性能加以分析可知，在目前的諸多性能中，密封性與建筑耗能的聯系最為緊密，增強幕墻密封性的重要性不言而喻，受工程屬性影響，施工人員需要以現場情況、環境條件及其他相關因素為依據，對幕墻結構、密封性能加以確定。以往評價幕墻所具有密封性能的方法，主要是將樣品置于100Pa 環境下，對單位面積滲透空氣總量加以測定，但建筑幕墻在使用過程中，極易受到微震、氣溫變化、風壓影響，僅分析理想條件下樣品氣密性所得出結論，通常無法直接反映密封構造所具有持久性、有效性，針對該情況，有關人員提出引入層間變形、抗風壓試驗的建議，希望能夠通過不同的試驗，準確掌握風振、風壓給密封構造所帶來影響。

2.項目情況

建筑占地面積在9 公頃左右，實測建筑面積能夠達到40 萬m3。建筑為鋼結構，東西側、北側外立面裝有數千塊不同材質的幕墻，南側由鋁合金格柵、蜂窩鋁板搭建而成，建筑頂層采光頂面積在3000m2左右，材質為玻璃，可以最大限度滿足業主采光、排煙和通風的需求。建筑幕墻為單元幕墻，東西側、北側外立面幕墻材質以鋁板、玻璃為主，指定區域裝有裝飾效果良好的搪瓷板幕墻，對幕墻構造進行分析能夠發現，東西側、北側幕墻密封工藝相同，均為密封膠條，但設計細節有所不同。實踐經驗表明，幕墻構造極易受到荷載作用的影響，進而出現變形、位移等問題，根據現場情況、外部環境科學設計幕墻構造，通過設置柔性材料、預留縫隙等方式，對不同材料進行過渡連接，能夠有效降低構造改變給幕墻密封效果產生的不良影響，本建筑東西側、北側幕墻插接區域所采用密封工藝有所不同，鑒于此，技術人員決定結合建筑情況建立實體模型，通過分析試驗模型的方式，掌握荷載作用與構造形式之間的關系。

3.密封試驗說明

3.1 前期準備

技術人員結合建筑構造及幕墻特點，對試驗區域進行選擇，確保試驗區域既包含搪瓷板幕墻，同時還包含玻璃+金屬板幕墻。建筑外立面幕墻結構大致相同，插接密封均為3 道密封，其中，內側密封發揮氣密功能，中層密封具有防水功能，外側密封發揮批水防塵功能，但插接細節存在細微差別，東西幕墻內側、中層使用密封膠條為單膠條，北幕墻內側、中層為雙膠條[2]。

3.2 試驗條件

技術人員根據項目情況將抗風試壓條件對應風荷載定為1060Pa、2100Pa，其中，北側幕墻對應1060Pa，東西側幕墻對應2100Pa。在確定熱循環條件時，應以建筑所在地區的氣候為依據，本項目位于東北地區，具有冬季長、溫度低的特點，因此，需要按照國標設計規范相關內容，分別對室內外濕度、溫度、太陽輻射照度加以確定。層間變形相關試驗僅需要提前確定層間位移角，本項目中，技術人員將該指標取值定為1/550，滿足相關設計要求，具體取值見表1：

表1 熱循環試驗條件

3.3 試驗過程

根據現行規定所提供方法，對處于不同工況的樣品空氣滲透程度進行測量。試驗需要在實驗室內完成，要求技術人員先以現場情況為依據，將樣品固定在對應試驗臺上，既要確保安裝工藝符合項目要求，還要對試驗臺四周做密封處理。將風向背離樣品的狀態設定為負壓狀態，反之設定為正壓狀態，隨后，分別在不同工況下，對樣品空氣滲透相關參數進行測定。

4.試驗結果討論

4.1 北側幕墻試驗結果

首先，理想環境下，試驗樣品空氣滲透程度與壓差情況密切相關，其中，正壓密封效果良好，由此可證，建筑處于正壓環境時，北側幕墻所采用密封方案更能夠發揮作用，原因在于幕墻內側膠條為單膠條，極易受負壓作用影響而發生變形，導致型材、膠條之間出現縫隙，進而使密封效果受到影響。其次，本次試驗中，技術人員分別將壓差設為-100Pa、+100Pa 并展開試驗，其中，熱循環、抗風壓相關試驗所得出結論可以直接反映樣品對外界溫度、風壓的適應能力，層間變形試驗則無法準確反映相關參數[3]。最后，正壓環境下，樣品密封效果極易受到風荷載影響，具體表現為性能快速衰減。待抗風試驗告一段落，技術人員對比空氣滲透量，發現-100Pa 環境下，樣品相關參數衰減率約為2%，+100Pa 環境下，對應參數衰減率約為14%，由此表明樣品密封具有不對稱性，同時其不對稱性將在風壓作用影響下進一步增強。熱循環試驗結束后，空氣滲透相關參數衰減率達到17%左右，-100Pa 環境下，對應衰減率僅為約10%，這表示樣品密封極易受到風壓方向影響，對風壓方向具有較高的敏感度。例：2021年6月30日進行靜態氣密性能測試。檢測室氣溫為26℃，大氣壓為100.3 kPa。幕墻開啟部分縫隙長度：4.21m。幕墻整體面積：18.90m2。按EN 12153:2000，進行600Pa壓差作用下的空氣滲透量檢測。測試記錄如表2。

表2 600Pa 壓差作用下的空氣滲透量檢測記錄

測試結果：Qt/A+ = 0.31 m3/ (m2.h) Qt/A - = 0.34 m3/ (m2.h)

Qj/Lo+ = 0.81 m3/ (m.h) Qj/Lo - = 0.90 m3/(m.h)

4.2 東西側幕墻試驗結果

不同工況下，樣品測試結果見圖1：

圖1 樣品測試結果

本項目中，技術人員出于全方位了解層間變形、熱循環、抗風壓相關測試給密封性能產生的影響的考慮，決定對理想環境下，樣品空氣滲透程度進行對比分析，分析所得出結論如下：其一，測試條件給空氣滲透相關參數取值的影響較小，這表示樣品所采用密封構造對壓差作用具有良好的適應性。其二，空氣滲透量與密封性能密切相關，本次所開展試驗均會在一定程度上影響樣品密封性能，其中，熱循環、抗風壓試驗會造成密封性能衰減，這表示以上試驗可用來驗證樣品密封對溫度、風壓的適應能力。層間變形試驗給相關參數所產生影響十分有限，這是因為開展該試驗前，技術人員完成抗風壓試驗，抗風壓、層間變形試驗所具有功效存在重合。其三，待抗風壓試驗告一段落，分析樣品密封性能，可以發現樣品該性能會受到風壓方向的影響，進而表現出明顯的不對稱性，+100Pa 環境下，樣品空氣滲透相關參數衰減率約為7.5%，-100Pa環境下，該參數衰減率提高到16%，由此可證，樣品密封構造所取得密封效果主要受風壓方向影響。熱循環給樣品密封性能所產生影響有限，+100Pa、-100Pa 環境下，空氣滲透參數對應衰減率取值為9.5%、8.5%，除極特殊情況外，均可以忽略不計。

4.3 最終結論

考慮到投入使用的幕墻，通常會受到地震、溫度還有風壓的影響，因此，對幕墻進行設計時，既要考慮可能影響其密封性能的因素，還要針對不同影響因素展開檢測試驗。本文所討論建筑所安裝幕墻的密封結構較為合理，可以快速適應外界環境的變化，安裝雙膠條的幕墻，其適應能力明顯優于僅安裝單膠條的幕墻，此外，雙膠條結構受風壓方向變更影響較小[4]。將測定空氣滲透量的方法用于熱循環、抗風壓相關測試，可使幕墻適應能力得到直觀展現，若將抗風壓測試提至層間變形相關測試前，則會使后續試驗效果受到影響，原因在層間變形、抗風壓的試驗原理相似，因此，抗風壓試驗給樣品所施加影響將被帶入后續試驗中，導致試驗出現效果減弱或是類似問題。

5.幕墻設計施工注意事項

5.1 設計環節

對建筑幕墻進行設計時，有關人員應做到細致且嚴謹，確保設計方案符合現場情況，根據各方人員所提出建議，對設計方案的細節加以調整，為后續施工提供科學指導。在選擇幕墻材料時，應明確幕墻材料能夠直接影響其性能，并以現行標準為依據，確定幕墻材料，保證進場材料均能夠提供相應的合格報告，且耐候性、物化性與建筑所提出要求相符。

5.2 施工環節

對比不同樣品的測試結果能夠發現，建筑北側幕墻密封效果與東西側存在較大差距，這是因為東西側幕墻所使用密封膠條為雙膠條，為密封效果提供雙重保障，此外，雙膠條能夠增強密封結構對外界風壓的適應能力。未來，對建筑幕墻進行設計與安裝期間，應重點關注以下幾點：

5.2.1 氣密性

氣密性指的是幕墻單位面積所滲透空氣總量，通常可以直接反映幕墻阻止外界空氣滲入建筑內部的能力。幕墻氣密性與建筑熱量損失情況密切相關，一般情況下，建筑熱交換會隨著幕墻氣密性的增強而減少，外界環境給建筑內部所產生影響隨之降低，其節能效果自然更加理想。目前，建筑所安裝幕墻通常分為固定區域、可以開啟的區域，要想使幕墻具有良好的氣密性，關鍵是要根據不同區域的特點，對密封結構加以調整。固定區域表面通常覆蓋有耐候膠，滲透程度相對較低，施工人員可以先使用聚氯乙烯材質的泡沫棒仔細填充該區域縫隙，再通過注入耐候膠的方式，對縫隙表面進行密封，由此保證密封效果達到預期，施工期間，應當重點關注打膠和注膠環節，以免由于耐候膠存在氣泡、注膠質量不達標，導致幕墻性能受到影響。明框幕墻所具有氣密性略差于隱框幕墻，原因在于明框幕墻需要單獨處理玻璃、主框的連接部位，該環節有一定概率出現空氣滲漏問題，需要施工人員沿主框邊緣注膠，由此降低主框邊緣滲入空氣的可能性。可以開啟的區域，其氣密性往往難以達到理想水平，導致該情況出現的原因如下：一是對窗扇組角、窗框進行施工時，沒有嚴格控制構件間隙；二是轉角存在明顯的缺口；三是施工所用密封膠條整體彈性不理想；四是開啟窗對應鎖點所在位置、數量與現場情況不符；五是固定所使用構件的螺釘位置不科學，沒有向螺釘孔內注入耐候膠[5]。日后，對建筑幕墻進行施工時，應將目光聚焦于以上環節，為幕墻密封效果提供強有力的保證。

5.2.2 水密性

導致幕墻滲水的原因較多，通常包括以下幾點：其一，開啟窗安裝密封膠條規格和窗扇尺寸存在出入，致使副框、開啟窗之間存在縫隙，積水受外界壓差影響，經由縫隙滲入幕墻內。其二，施工人員沒有按照規定在開啟窗附近安裝相應的擋水板。其三，五金件通過緊固螺釘與開啟窗相連，一旦螺釘、孔洞間存在縫隙，便會出現滲水問題。要想避免幕墻滲水，關鍵是要準確掌握問題成因，幕墻滲水的前提有三個，首先是幕墻表面存在縫隙，其次是縫隙附近有水，最后是外部存在能夠促使水滲入幕墻內的力，只有同時滿足以上因素，幕墻才會出現滲水情況。由此可見，施工人員應當以作用力、幕墻縫隙為切入點，對幕墻密封性能進行優化，其中，構件幕墻應重點關注縫隙情況，使用耐候膠、硅酮結構膠對幕墻縫隙進行封堵。

5.2.3 隔聲性

隔聲是指利用構件隔離接受者與噪聲源，通過阻斷聲能傳播途徑的方式，達到消除或是減小噪聲的目的。安裝在建筑外立面的幕墻，通常能夠發揮與隔聲構件相同的作用，可以通過阻隔噪聲的方式，為業主提供舒適的生活、工作環境。幕墻多用于外界噪聲的隔離，只有根據幕墻所處區域，對其隔聲量加以確定，才能使幕墻隔聲作用得到充分發揮。實踐經驗表明，聲波可以通過以下途徑進入建筑內部：一是空氣，即通過縫隙或是孔洞進入建筑內部；二是透射，簡單來說，就是聲波由幕墻一側傳播至另一側，其傳播過程可以概括為①聲波②結構振動③輻射。要想使幕墻具有良好的隔聲性，實證有效的方法如下：首先，若建筑對幕墻隔聲性所提出要求較為嚴格，則應酌情選用多層/雙層/單層厚度較厚的玻璃，盡量避免各層所安裝玻璃厚度完全一致，此外，還要避免玻璃互相平行。其次，幕墻優選隔熱斷橋鋁材，以免受熱膨脹、風荷載等因素影響，產生不必要的噪聲，搭配安裝可發揮阻尼作用的隔熱條，為隔聲效果提供雙重保障。再次，沿玻璃縫隙注入耐候膠，事實證明，該做法既能夠改善幕墻隔聲性，又可以在一定程度上增強幕墻水密性、氣密性。最后，嚴格控制縫隙數量、尺寸，若條件允許，則可通過構造法對幕墻進行安裝，根據現場情況調整密封數量，為幕墻隔聲性、整體氣密性提供有力保證。

結語：

開展了針對幕墻性能的試驗，對幕墻構造與荷載作用進行深度剖析。在具體研究中，以實際項目作為切入點，分析了幕墻特點，并對密封試驗準備工作和試驗條件加以說明，研究了單膠條、雙膠條在不同側幕墻中的應用效果。文章通過開展建筑幕墻密封性能試驗，證實層間變形、風壓與熱循環因素造成的實際影響，由此完成針對建筑幕墻密封性能的試驗研究。結果表明，層間密封良好、抗風壓與熱循環較強幕墻的密封性能更加可靠。