淺談建筑接縫密封膠的選擇

0 引言
接縫設(shè)計是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計的組成部分。幾乎任何建筑都有接縫，事實上，由于設(shè)計選材的不當(dāng)，即使使用優(yōu)質(zhì)材料、精心施工也難以奏效。實踐證明，滿足主要功能要求，達到預(yù)期效果的成功接縫，主要是正確的設(shè)計和恰當(dāng)?shù)倪x材，在取舍時要充分考慮到接縫的自由運動位移并設(shè)置適應(yīng)位移和環(huán)境要求的密封。
1 選擇密封膠的基本原則
1.1 選擇時應(yīng)首先考慮密封膠的以下條件：①良好的防滲透性能；②良好的嵌填施工性能；③與接縫基材相容不污染，有穩(wěn)定的粘接性能，不發(fā)生粘附破壞，在應(yīng)力集中的邊角區(qū)或其他局部區(qū)不剝離；④能承受接縫位移和隨位移速率變形，經(jīng)反復(fù)循環(huán)變形后保持并恢復(fù)原有性能和形狀；⑤在受力變形中不發(fā)生內(nèi)聚破壞；⑥在使用溫度下不發(fā)生過度永久變形、不軟化或發(fā)粘，也不發(fā)生硬化和過度脆化；⑦具有合理的使用壽命，足夠的耐老化、耐氣候性。
1.2 依據(jù)接縫設(shè)計功能要求、位移量和接縫寬度，選擇功能適用、經(jīng)濟合理、性能和位移能力滿足要求的密封材料；當(dāng)選擇的密封材料不能滿足接縫設(shè)計位移量時，應(yīng)適當(dāng)修改設(shè)計加大接縫寬度（增加用膠量），減少接縫相對位移，保證接縫的耐久密封。示例如下：
1.2.1 混凝土屋面接縫
為防止屋面裂縫、上拱、女兒墻被擠出等結(jié)構(gòu)破壞引起防水失效，混凝土屋面設(shè)定伸縮縫，若屋面構(gòu)件長度20米，陽光直射溫差可達80℃，伸縮位移計算值為16mm；當(dāng)設(shè)定伸縮縫間隔距離為3m時，計算接縫的理論位移量約5mm；設(shè)定接縫寬度為25mm，所選用的密封膠至少具有±12.5％的位移能力。
1.2.2 飾面磚外墻接縫
按規(guī)范要求設(shè)置飾面磚外墻伸縮縫（變形縫），用于控制構(gòu)件基體因沉降、震動、溫度和濕度變化等因素伸縮變形及位移運動。按每開間設(shè)置一道豎向伸縮縫，每層設(shè)一道水平伸縮縫，將接縫伸縮運動產(chǎn)生的位移控制在設(shè)計部位，伸縮縫的深度達到基體。保證接縫密封材料能夠承受接縫位移，接縫寬度為15mm—25mm，接縫寬度簡化的計算按W>△L/ε+δ計算。
其中W—縫寬（mm）；
△L—基體伸縮位移量（mm）；
ε—密封材料位移量（%）；
δ—接縫施工誤差（mm），(一般取2mm)。
其中△L=L·а·△T
L—構(gòu)件基本長度（mm）；
а—構(gòu)件基體材料熱膨脹系數(shù)（mm/℃·mm）；
△T—使用溫度范圍（℃），（一般選83℃）。
設(shè)混凝土構(gòu)件基體熱膨脹系數(shù)為10×10-6mm/℃·mm，長度為3m，△T為83℃，選用位移能力20%的密封膠，理論計算接縫寬度至少為：
W>△L/ε+δ=(3000×10×10-6×83)/20%+2=12.45+2=14.45（mm）
本例若用位移能力為10%的密封膠，則理論接縫寬度（W）應(yīng)大于(3000×10×10-6×83)/10% +2=24.9+2=26.9mm。
2 結(jié)構(gòu)密封膠的選擇原則
以玻璃幕墻為例，結(jié)構(gòu)密封膠的功能不僅起密封作用，還要將玻璃及其他材料同結(jié)構(gòu)框架粘接在一起，向結(jié)構(gòu)體系傳遞玻璃所受荷載并適應(yīng)玻璃及支持框架之間發(fā)生的位移。設(shè)計選材不僅要求密封膠密封接縫還必須有足夠的強度和一定的柔性，也就是要求密封膠的彈性模量介于某一用途所必須的最高值和最低值之間；當(dāng)某一結(jié)構(gòu)密封膠被指定采用，設(shè)計應(yīng)據(jù)荷載、位移量及該結(jié)構(gòu)膠的模量特性，確定結(jié)構(gòu)和接縫構(gòu)造尺寸。現(xiàn)在結(jié)構(gòu)密封膠具有能在廣泛范圍內(nèi)應(yīng)用的功能，如果用于指定的玻璃幕墻建筑，選用的材料就必須具備可以接受的模量。
2.1 最低模量計算
結(jié)構(gòu)密封膠允許的最低模量（最軟和允許的最大柔性），當(dāng)密封膠受力達到設(shè)計應(yīng)力時，密封膠應(yīng)有足夠的剛度，將玻璃板件保持在支撐定位塊上，極限狀態(tài)是當(dāng)負風(fēng)壓支撐玻璃板重量的定位塊實際支撐范圍。由于玻璃板件周邊應(yīng)力分布不均勻，應(yīng)精確計算設(shè)計風(fēng)壓荷載下密封膠所受最大應(yīng)力為Scale=(Ls/2)×W/B （2-1）
式中Scale—密封膠在設(shè)計風(fēng)荷下的計算應(yīng)力（kPa）；
Ls —玻璃板最短bianco長度（mm）；
W—設(shè)計風(fēng)壓載荷（kPa）；
B—密封膠粘接寬度（mm）。
這一條件下密封膠外方向產(chǎn)生的最大應(yīng)變或百分伸長（εal）與其對應(yīng)的最低模量用公式2-2求得：
Emin= Scale/εal （2-2）
Emin—最低模量（kPa）；
Scale—結(jié)構(gòu)密封膠設(shè)計荷載下所受壓力（kPa）；
εal—密封膠外方向允許應(yīng)變（%）。
2.2 最高模量的計算
密封膠的最高允許模量（最大硬度或最小允許柔性）決定以下要求：即結(jié)構(gòu)密封膠有足夠的柔性，以適應(yīng)風(fēng)壓應(yīng)變和玻璃板—支撐金屬框架之間熱位移，使應(yīng)力不致超過設(shè)計參數(shù)。在應(yīng)用中，玻璃板件安置在支撐定位塊上，玻璃板件的應(yīng)變不可能向下擴張，結(jié)構(gòu)膠接縫的熱位移空間僅限于玻璃板件頂端。忽略支撐框架的位移（使計算更安全），該玻璃板件將按公式2-3沿垂直方向伸縮。
△L=L·△T·Ct （2-3）
式中△L—玻璃板件長度變化（mm）；
L—玻璃板件原始長度（mm）；
△T—溫度變化（℃）；
Ct—熱膨脹系數(shù)（l/℃）。
以上計算的熱位移是垂直于結(jié)構(gòu)接縫深度方向發(fā)生的剪切位移。矢量疊加按勾股弦定律（式2-4）近似計算，結(jié)構(gòu)密封膠的實際疊加應(yīng)變?nèi)缦拢?BR>εcomb=[√△L2+（D+D·εal）2-D]÷D （2-4）
式中εcomb—疊加應(yīng)變（%）；
△L—玻璃板件長度變化（mm）;
εal—密封劑外向最大允許應(yīng)變（mm）；
D—密封劑最大深度（mm）。
由上式求得的疊加應(yīng)變，保證不過量拉伸密封膠，在該應(yīng)變下，模量應(yīng)保持密封膠應(yīng)力小于設(shè)計拉伸應(yīng)力，密封膠的最高模量按式（2-5）計算：
Emax=Sd/εcomb （2-5）
式中Emax—結(jié)構(gòu)膠允許最高模量；
Sd—結(jié)構(gòu)膠設(shè)計應(yīng)力（最大拉應(yīng)力和剪應(yīng)力）；
εcomb—熱及風(fēng)壓引發(fā)的疊加應(yīng)變。
2.3 模量的確定和選擇
幕墻設(shè)計選用的結(jié)構(gòu)密封膠，模量應(yīng)介于式（2-5）、式（2-2）計算的最高模量和最低模量之間。為正確評定選用的結(jié)構(gòu)密封膠，可在規(guī)定條件下按GB13477規(guī)定的試驗方法測定結(jié)構(gòu)密封膠相對伸長率和拉伸粘接強度，繪制出應(yīng)力-應(yīng)變曲線。在測試繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線時，試驗條件（如結(jié)構(gòu)密封膠接縫構(gòu)造形狀或周圍的環(huán)境條件）應(yīng)當(dāng)修正，同規(guī)定的條件或預(yù)計的使用條件相關(guān)聯(lián)。結(jié)合幕墻設(shè)計規(guī)范，應(yīng)力-應(yīng)變曲線就能評價推薦的結(jié)構(gòu)密封膠是否適合該用途。對于一個具體的密封膠產(chǎn)品，模量已由密封膠制造廠給定，此時密封膠接縫尺寸設(shè)計，可按公式計算。