淺談建筑接縫密封膠的選擇

0 引言
接縫設計是整個結(jié)構(gòu)設計的組成部分。幾乎任何建筑都有接縫，事實上，由于設計選材的不當，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，達到預期效果的成功接縫，主要是正確的設計和恰當?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置適應位移和環(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)反復循環(huán)變形后保持并恢復原有性能和形狀；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；當選擇的密封材料不能滿足接縫設計位移量時，應適當修改設計加大接縫寬度（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；當設定伸縮縫間隔距離為3m時，計算接縫的理論位移量約5mm；設定接縫寬度為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。按每開間設置一道豎向伸縮縫，每層設一道水平伸縮縫，將接縫伸縮運動產(chǎn)生的位移控制在設計部位，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玻璃及支持框架之間發(fā)生的位移。設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；當某一結(jié)構(gòu)密封膠被指定采用，設計應據(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�，F(xiàn)在結(jié)構(gòu)密封膠具有能在廣泛范圍內(nèi)應用的功能，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），當密封膠受力達到設計應力時，密封膠應有足夠的剛度，將玻璃板件保持在支撐定位塊上，極限狀態(tài)是當負風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力分布不均勻，應精確計算設計風壓荷載下密封膠所受最大應力為Scale=(Ls/2)×W/B （2-1）
式中Scale—密封膠在設計風荷下的計算應力（kPa）；
Ls —玻璃板最短bianco長度（mm）；
W—設計風壓載荷（kPa）；
B—密封膠粘接寬度（mm）。
這一條件下密封膠外方向產(chǎn)生的最大應變或百分伸長（εal）與其對應的最低模量用公式2-2求得：
Emin= Scale/εal （2-2）
Emin—最低模量（kPa）；
Scale—結(jié)構(gòu)密封膠設計荷載下所受壓力（kPa）；
εal—密封膠外方向允許應變（%）。
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，以適應風壓應變和玻璃板—支撐金屬框架之間熱位移，使應力不致超過設計參數(shù)。在應用中，玻璃板件安置在支撐定位塊上，玻璃板件的應變不可能向下擴張，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變?nèi)缦拢?BR>εcomb=[√△L2+（D+D·εal）2-D]÷D （2-4）
式中εcomb—疊加應變（%）；
△L—玻璃板件長度變化（mm）;
εal—密封劑外向最大允許應變（mm）；
D—密封劑最大深度（mm）。
由上式求得的疊加應變，保證不過量拉伸密封膠，在該應變下，模量應保持密封膠應力小于設計拉伸應力，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)膠設計應力（最大拉應力和剪應力）；
εcomb—熱及風壓引發(fā)的疊加應變。
2.3 模量的確定和選擇
幕墻設計選用的結(jié)構(gòu)密封膠，模量應介于式（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，繪制出應力-應變曲線。在測試繪制應力-應變曲線時，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）應當修正，同規(guī)定的條件或預計的使用條件相關(guān)聯(lián)。結(jié)合幕墻設計規(guī)范，應力-應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計，可按公式計算。