鋁板幕墻密封失效原因分析與解決方案

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　　1 前言

　　幕墻是由金屬構架與板材組成的、不承擔主體結構荷載與作用的建筑外圍護結構，具有美觀、節能、容易維護等優點，是現代高層建筑和異形建筑的首選方案[1]。現代建筑幕墻的主要形式有玻璃幕墻、石材幕墻、金屬幕墻、人造板材幕墻（詞條“人造板材幕墻”由行業大百科提供）等。金屬幕墻選用的板材有鋁板、防火板、不銹鋼板、彩涂鋼板等。鋁板幕墻具有以下特點：1)色澤豐富、持久、外觀形狀多樣化，通過噴漆工藝能與玻璃、石材幕墻實現完美結合;2)自重輕，僅為石材幕墻的1/5，玻璃幕墻的1/3，大幅降低了建筑外墻的重量;3)維護成本低，性價比高。正因為鋁板幕墻具有如此多的優點，受到業主的廣泛青睞。目前，我國市場上鋁板幕墻主要選用鋁合金（詞條“鋁合金”由行業大百科提供）單層鋁板、鋁塑復合板、鋁蜂窩板。

　　隨著鋁板幕墻的大面積使用，越來越多的密封失效發生。鋁板幕墻密封失效帶來的危害是幕墻漏水，容易造成建筑物內飾的破壞、腐蝕幕墻錨固件、影響大樓的安全，同時密封失效還會增加建筑的能耗。本文針對引起鋁板幕墻密封失效的常見原因進行分析，并找出有效的解決方法。

　　2 鋁板幕墻密封失效的原因

　　造成鋁板幕墻密封失效的原因有很多，如設計不合理、密封膠選擇不當、粘結不良、施工操作不當等。

　　2.1 接口設計與密封膠位移能力不匹配

　　人們經常發現密封膠使用在鋁板幕墻接口時，有發生開裂的現象(如圖1)，特別是在季節變換時，晝夜溫差特別大，溫度降低時板片收縮后對密封膠的過度拉伸（詞條“拉伸”由行業大百科提供）造成。這主要是由于密封膠的位移能力達不到實際使用要求。設計師在計算接口密封膠寬度時，除了板片的熱脹冷縮外，還要考慮下列因素，例如樓層的動荷載（詞條“動荷載”由行業大百科提供）引起的位移，安裝誤差等[2]。一般按以下公式計算接口需要的最小寬度：

　　最小接口寬度=(100/X)*(Mt+Ml)+Tc

　　其中，X：密封膠的位移能力(%)

　　Mt：由于熱膨脹引起的位移(mm)

　　Ml：由于動荷載引起的位移(mm)

　　Tc：建筑誤差(mm)

　　設計師在進行設計時需選用合理位移能力的密封膠，避免因密封膠位移能力不夠而造成開裂，密封膠的位移能力還應有國家權威檢驗中心報告作為依據。在設計時還應該注意，密封膠在接口內應形成兩面粘結，而不是三面粘結。當三面粘結現象發生時，密封膠可承受的位移能力只有設計值的15%左右。對于較深的接口應采用PE泡沫棒填充，以控制密封膠的厚度;對于較淺的接縫，用防粘膠帶將密封膠與底部隔離開來。因為采用防粘膠帶或PE泡沫棒均能夠有效避免三面粘結。否則，密封膠在受外力作用時，容易被撕裂，將失去密封和防滲漏作用。

圖1密封膠選擇不合理造成鋁板幕墻開裂

　　2.2 密封膠選擇不當

　　目前，市面上用于耐候防水的密封膠產品有很多：聚氨酯密封膠、聚硫密封膠和硅酮密封膠（詞條“硅酮密封膠”由行業大百科提供）等。在工程案例上，很多人都沒有注意幾種密封膠的區別，而隨意選擇在鋁板幕墻上進行應用，經常出現密封膠表面龜裂、粉化的現象(如圖2)。

圖2密封膠出現龜裂、粉化現象

　　由于硅酮密封膠中所使用的基礎聚合物的主鏈結構為Si-O鍵，而聚氨酯密封膠的主鏈結構為C-O鍵，C-C鍵和C-N鍵，聚硫密封膠的主鏈結構為C-S、S-S鍵。在表1中，我們對不同密封膠化學鍵鍵能與陽光中強紫外線能量進行對比，除了Si-O鍵以外，其它化學鍵鍵能都低于300 nm紫外光的能量，這就是硅酮密封膠能長期在紫外線照射下仍保持良好的性能，其他密封材料在使用一段時間過后，會出現不同程度的開裂而導致漏水，喪失了密封防水功能的根本原因。

表1不同密封膠化學鍵鍵能與陽光中強紫外線能量對比

　　在選用密封膠進行鋁板幕墻密封時應該首選硅酮密封膠，還需選擇質量有保證的產品，不能貪圖便宜，選擇添加大量“白油”的硅酮密封膠。因為“白油”價格低廉，并且能讓剛打出來的密封膠表面更加光澤亮麗，一些不負責任的廠家甚至以此作為賣點。但隨著白油的逐漸揮發，造成膠體本身硬化，容易開裂。使用硅酮密封膠時還應該注意產品保質期，產品過期后使用容易導致膠縫產生氣泡、性能降低或者不固化的問題。

　　2.3 粘結不良

　　鋁板幕墻還經常出現的問題是密封膠與鋁板粘結不良。由于鋁板表面的處理方式有陽極氧化鋁、氟碳噴涂和粉末噴涂等，不同的處理方式和不同廠家的處理工藝均會對鋁板的表面結構及性能產生影響，從而對密封膠的粘結造成影響。若工程在施工前沒有按照規范要求進行相應的粘結性測試和相容性測試，結果硅酮密封膠與鋁板、膠條等等材料不相容，發生影響粘結性的化學變化，同時影響密封作用。因此必須按照GB 16776-2005《建筑用硅酮結構密封膠》附錄A和B進行硅酮密封膠與接觸材料的相容性測試、粘結性測試，從而保證系統的密封性。

　　在現場進行施工時，為了保證密封膠與鋁板間的良好粘結性，必須保證施工工藝嚴格按照規范進行：1)選用粘結性測試報告中建議的清潔溶劑進行清潔，醇類溶劑可能無法有效清除聚酯粉末涂裝材料上的污染物;2)采用兩步法進行清潔，使用白色、干凈、柔軟，吸水和不脫絨的棉布，先用一塊沾有溶劑的棉布擦拭，然后再用第二塊干凈的棉布擦拭;3)施打密封膠須注滿整個接口，并且緊緊貼住需要與密封膠相粘結的基材面。

　　2.4 其他施工操作不當

　　為了避免鋁板單元在加工和運輸過程中出現劃傷現象，通常都會在其表面覆蓋一層PE保護膜（詞條“保護膜”由行業大百科提供）。因此在鋁板安裝之后，需要對PE保護膜進行清理，然后才能施膠。如果PE保護膜未清理干凈就施膠，密封膠只是粘附在PE保護膜上，隨著板片接縫不斷拉伸壓縮就會出現密封膠與基材脫粘的現象(如圖3(a))。

圖3(a)鋁板保護膜未清理干凈造成的脫粘;(b)泡沫棒破損造成密封膠起泡;(c)密封膠施膠過薄造成的開裂。

　　在密封膠的施膠過程中，通常需要采用PE泡沫棒來控制施膠厚度。安裝PE泡沫棒時，需要防止其被尖銳的物體(例如小刀、刮刀、鉚釘等)刺破，以免造成密封膠在固化過程中出現起泡現象(如圖3(b))。密封膠的施工厚度應該控制在6mm左右，如果注膠太薄(2~3mm)，容易造成應力（詞條“應力”由行業大百科提供）集中導致密封膠開裂(如圖3(c))。同時密封膠施膠也不能太厚，否則易導致密封膠位移能力顯著降低。一般情況下，密封膠的施工厚度為實際接縫寬度的50%~100%。

　　鋁板的熱膨脹系數較大，當溫差較大時，鋁板的熱脹冷縮容易導致未固化完全的密封膠表面出現起鼓現象，特別是橫向接縫(如圖4)。起鼓現象發生時由于密封膠內部是實心的，不會對密封效果造成影響，主要是對接縫的美觀造成影響。針對這種現象，可采取分兩次施膠的解決辦法，或者是在環境溫度較為恒定的時段進行施膠作業。

圖4鋁板幕墻密封膠起鼓現象

　　當密封膠出現開裂時，如果不便于清理膠縫，可以采用如圖5所示的修補接口設計方案：1. 尺寸A至少有6mm;2. 尺寸B至少有3mm;3. 必須使用防粘膠帶，將新施工的密封膠與失效的密封膠相隔開，以便修補的密封膠能隨接口移動。

圖5密封膠修補接口設計示意圖

　　結語：

　　鋁板幕墻具有色澤豐富、持久、外觀形狀多樣化、維護成本低，性價比高等優點，在幕墻工程中得到廣泛應用，但密封失效是現在鋁板幕墻面臨的主要問題。通過本文的分析，接縫設計、密封膠選擇、施工質量、環境等均是影響鋁板幕墻完美密封的關鍵因素。同時，在施打密封膠前需進行粘結性測試，施工人員應按照標準施工流程進行操作。施工完成后進行現場抽樣割膠實驗，確保密封膠滿足設計圖紙要求，同時與基材粘結良好，保證整個鋁板幕墻的系統密封良好。

　　參考文獻：

　　[1] 中國建筑科學研究院.JGJ 102—2003 玻璃幕墻工程技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2004.

　　[2] 周文亮幕墻接口設計時選擇密封膠應注意的事項[C] 建筑師與建材，2010

　　[3] 邱澤皓，袁素蘭，王有治，王祖華. 有機硅密封膠在門窗上的應用[J] 有機硅材料，2008，22(5)：296-299