二十(shi)多(duo)年(nian)來我國建筑幕(mu)墻迅速發(fa)展(zhan)，竣工(gong)面積已超過世界總量(近(jin)10億平米)的(de)(de)(de)一半(ban)，在(zai)這(zhe)一進(jin)程中業界始終關注玻璃(li)結(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)粘(zhan)接可(ke)靠性，早期(qi)擔心膠粘(zhan)玻璃(li)墜(zhui)落(luo)傷人(ren)，稱為“城市空(kong)中定時(shi)炸彈”，近(jin)年(nian)憂慮(lv)結(jie)構(gou)(gou)膠已超過十(shi)年(nian)質量保(bao)證(zheng)期(qi)的(de)(de)(de)幕(mu)墻安全性。對安全可(ke)靠性的(de)(de)(de)關注強(qiang)化了幕(mu)墻結(jie)構(gou)(gou)粘(zhan)接材料市場管理，促進(jin)相關規范標(biao)準的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)和應用技術的(de)(de)(de)提(ti)高，推進(jin)建筑結(jie)構(gou)(gou)粘(zhan)接可(ke)靠性深入研究。

1硅酮結構密封膠質量保證基本狀況
　　
　　我國建筑玻璃幕墻工程始于上世紀八十年代，設計施工技術及結構粘接材料均由國外引進，國家七五科技攻關項目“建筑用室溫硫化硅酮密封膠研究”九十年代初通過化工部技術鑒定,1996年合資企業的硅酮結構膠在個別工程應用。國家關注建筑幕墻用硅酮結構膠，1996年國務院領導批復國家經貿委等六部委發布專項通知，清理整頓玻璃幕墻用膠市場，對該材料的生產、使用、銷售和進口實施行政許可審批制度，同期相繼發布實施JGJ102-1996《玻璃幕墻工程技術規范》、GB16776-1997《建筑用硅酮結構密封膠》國家標準，為玻璃幕墻工程質量監管提供技術依據。至2003年僅國家批準硅酮結構膠生產企業5家和3個外企進口產品，認定條款要求企業建立完善的質量保證體系，承擔幕墻粘接結構設計和計算審核責任，承擔指導粘接施工技術的責任，企業對接受技術指導的工程承擔為期十年的質量擔保，這些做法對結構膠產品和粘接應用質量保證具有重要作用。2002年國務院取消了建筑用硅酮結構密封膠的行政審批后生產企業迅速增多，但這種做法在業內已成為常態。目前我國近百家企業建筑密封膠產能超過百萬噸，其中硅酮型密封膠用量約70萬噸，成為生產和應用量最大的國家,其中不少規模在5萬噸以上的科技型企業實現連續自動化生產，接受國家認監委批準的認證機構擔保產品質量一致性，個別產品已通過歐洲CE認證，成為幕墻工程建設的主要供應商，為工程粘接結構質量提供有效的保障。
　　
　　2地震臺風災害考驗玻璃幕墻粘接結構可靠性
　　
　　我國既有建筑玻璃幕墻經受了強地震和強臺風災害的多次襲擊，粘接結構經受了考驗。2008年汶川地震調查表明玻璃幕墻抗震位移耐受性能遠大于固定窗，2010年玉樹地震災害中建筑磚墻、固定窗、面磚發生明顯震害而同一建筑的幕墻卻完好無損。地震中的表現充分反映了這一規律：只要主體結構不倒塌，按照規范設計施工的幕墻在地震中將保持完好，如圖1、圖2。玻璃幕墻粘接結構還經受了超強臺風災害考驗，狂風襲擊下玻璃面板全部破裂但邊部仍粘結在框架上，如圖3。這種情況在幕墻鋼化玻璃自爆碎裂病害中也常見到。二十多年來未見規范設計施工的幕墻由于結構粘接引起玻璃墜落的報道。結構膠的良好表現基礎是硅橡膠聚合物獨特化學結構、優異性能和建筑玻璃幕墻規范規定的設計冗余。
　　
　　3硅酮密封膠特性和設計冗余是結構粘接可靠性基礎
　　
　　3.1硅酮密封膠的耐老化特性
　　
　　以聚硅(gui)氧烷(wan)為基礎的(de)硅(gui)酮密封膠主鏈(lian)由硅(gui)和(he)氧原子交替(ti)構成，SI-O鍵(jian)能(443.5KJ/MOL)高于(yu)C-C鍵(jian)(355KJ/MOL)，分(fen)子構型螺(luo)(luo)旋形(xing)和(he)較小分(fen)子間力以及(ji)螺(luo)(luo)旋外(wai)的(de)甲基可自(zi)由旋轉，使硅(gui)橡(xiang)膠表面(mian)具(ju)有獨特的(de)憎水性(xing)、表面(mian)防粘性(xing)、良好回彈性(xing)和(he)優(you)于(yu)其他橡(xiang)膠的(de)耐熱性(xing)、耐寒(han)性(xing)、耐候性(xing)和(he)化學穩(wen)定(ding)性(xing)。

3.2幕墻玻璃結構粘接設計冗余度
　　
　　隱框幕墻玻璃面板同金屬框架連接完全依靠結構膠粘結，交聯固化的彈性粘結體如同連續彈簧將玻璃“懸掛”成建筑外立面，如圖4，這種應用起始于1978年，美國首先用聚硫密封膠粘接幕墻玻璃，相繼發展了硅酮結構密封膠粘接。這種技術的應用遠不及傳統機械連接成熟。建筑規范考慮業主及行人的風險、系統老化及粘接性衰減、工程中未預見及未控制的因素和幕墻玻璃墜落的危險，要求工程采用高冗余設計。
　　
　　我國硅酮結構密封膠國家標準要求產品強度≥0.6MPa、延伸率≥100%，而建筑規范要求荷載作用下結構粘接和材料模量參數選擇，必須保證結構膠應力不大于0.14MPa,限定結構膠的位移不大于0.14MPa對應的伸長率，保證極限承載力狀態的設計系數大于4.3。目前企業產品性能均高于標準要求，如圖5典型產品試驗曲線，保證荷載下結構膠受力變形始終處于初始彈性階段。
　　
　　幕墻工程設計中實際采用結構膠的應力水平更低，如某建筑幕墻玻璃按規范驗算粘接寬度Cs1,≥10.7mm，而設計取值為12mm，工程結構膠在設計風荷載下最大應力值實際為0.125MPa，這種常見的處理方式為我國幕墻結構粘接承載能力提供更高冗余度。
　　
　　4粘接失效是玻璃幕墻結構粘接不確定因素
　　
　　粘(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)(jie)(jie)依賴界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)物理吸附、化學鍵生(sheng)成及機(ji)械(xie)咬(yao)合(he)實現連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)，粘(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)(jie)(jie)界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)力(li)學特性(xing)(xing)不連(lian)續，被(bei)粘(zhan)(zhan)(zhan)玻璃(li)、金屬(shu)為理想彈(dan)性(xing)(xing)體，密封膠(jiao)為粘(zhan)(zhan)(zhan)彈(dan)性(xing)(xing)體，接(jie)(jie)(jie)(jie)頭受(shou)(shou)拉位移伸(shen)長時(shi)粘(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)(jie)(jie)體界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)被(bei)約束(shu)不變形，界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)層(ceng)(ceng)(ceng)外緣受(shou)(shou)拉伸(shen)同時(shi)受(shou)(shou)剪切，集中應力(li)作用(yong)首先局部(bu)界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)層(ceng)(ceng)(ceng)剝(bo)離(li)。破壞面(mian)(mian)(mian)(mian)可能(neng)看不到膠(jiao)層(ceng)(ceng)(ceng)痕跡(ji)，但(dan)顯微鏡下可見殘膠(jiao)，有(you)時(shi)在(zai)(zai)電子能(neng)譜儀(yi)下檢(jian)查可見殘留的粘(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)(jie)(jie)材料分子層(ceng)(ceng)(ceng)，表明破壞實際(ji)發生(sheng)在(zai)(zai)界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)層(ceng)(ceng)(ceng)。界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)層(ceng)(ceng)(ceng)由被(bei)粘(zhan)(zhan)(zhan)表面(mian)(mian)(mian)(mian)層(ceng)(ceng)(ceng)、粘(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)(jie)(jie)咬(yao)合(he)面(mian)(mian)(mian)(mian)、受(shou)(shou)影響(xiang)粘(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)(jie)(jie)層(ceng)(ceng)(ceng)和(he)粘(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)(jie)(jie)材料多層(ceng)(ceng)(ceng)結(jie)(jie)構組成(圖(tu)6)，被(bei)粘(zhan)(zhan)(zhan)材料表面(mian)(mian)(mian)(mian)性(xing)(xing)質及狀態、涂(tu)膠(jiao)缺陷(xian)、氣(qi)泡、裂隙(xi)、使用(yong)形式和(he)應力(li)水平(ping)、低溫、高溫、紫(zi)外線(xian)輻照、鹽霧、濕(shi)熱、熱沖擊、介(jie)質腐蝕等(deng)因素，均會影響(xiang)粘(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)(jie)(jie)界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)穩定性(xing)(xing)。試驗表明幾(ji)種高性(xing)(xing)能(neng)硅酮(tong)結(jie)(jie)構膠(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)(jie)(jie)穩定，但(dan)在(zai)(zai)水-紫(zi)外線(xian)及鹽霧加速(su)(su)老化條件下仍有(you)脫膠(jiao)(表3);在(zai)(zai)陽極(ji)氧化、氟(fu)碳(tan)噴涂(tu)、無底漆粉(fen)末(mo)噴涂(tu)和(he)有(you)底漆粉(fen)末(mo)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)四種表面(mian)(mian)(mian)(mian)上粘(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)(jie)(jie)，多種品牌結(jie)(jie)構膠(jiao)剝(bo)離(li)試件經55℃濕(shi)熱2000小(xiao)時(shi)加速(su)(su)老化后，A膠(jiao)、C膠(jiao)在(zai)(zai)氟(fu)碳(tan)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表面(mian)(mian)(mian)(mian)脫膠(jiao)，B膠(jiao)僅(jin)在(zai)(zai)陽極(ji)化表面(mian)(mian)(mian)(mian)脫膠(jiao)，D膠(jiao)僅(jin)對氟(fu)碳(tan)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)粘(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)(jie)(jie)穩定，對其他表面(mian)(mian)(mian)(mian)均產生(sheng)脫膠(jiao)，可見脫膠(jiao)的離(li)散性(xing)(xing)和(he)隨機(ji)性(xing)(xing)。

玻璃-金屬框架結構變位和溫差位移產生對結構膠的拉力，熱脹冷縮的位移量每天有峰值，每年有幾個極大值，循環應力幅度取決于結構膠剛度模量和膠層厚度，通過6個模量不同結構膠粘結拉伸疲勞試驗,結果表明，應力幅度水平0.14MPa時粘結失效循環次數平均為50.2萬次，應力水平分別為0.19MPa、0.21MPa和0.28MPa時,粘接失效循環次數分別為7.3萬次(14%)、6.2萬次(12%)和3.1萬次(6%)。這種循環應力腐蝕現象也會在幕墻粘結結構中發生。
　　
　　脫膠是粘接界面變化的結果，發生和發展不僅涉及材料性能，還涉及工藝和使用性能，涉及力學、界面學和表面物理化學。研究表明金屬、玻璃、陶瓷等極性表面有利于粘結，但水也容易沿親水界面侵蝕粘結層，試驗證明水分子沿玻璃界面滲透的速度要比滲透粘接體快450倍，常用來處理玻璃或作為被粘表面底膠的硅烷偶聯劑是最易滲透水的已知聚合物，有人估算水沿界面通過硅烷偶聯劑底膠滲透的速度是通過粘接體滲透的20000倍，且不論其數據精確性，已足見沿界面滲透對粘接接頭的影響。由于多因素影響及作用機理的復雜性，粘接界面脫粘現象具有隱蔽性和偶發性，難以通過表面觀測，也難以被局部抽樣的粘接剝離或拉脫檢驗捕捉，成為潛在的影響建筑安全的不確定因素。
　　
　　5幕墻粘接可靠性試驗方法
　　
　　目前對幕墻現場結構膠可靠性測試方法研究，包括對結構膠物理力學性能關鍵技術研究，振動頻率變化識別結構膠老化程度檢測方法研究，現場切割拉拔檢測結構膠粘結強度的方法研究，超聲波檢測法、X-射線檢測法和紅外線檢測法等無損檢測的探討等，這些研究為既有幕墻結構膠老化進程提供了重要信息。建筑可靠性規范要求可靠性試驗應直接測定構件粘接的承載能力，在該能力衰變趨近極限狀態前提出預警，這就要求可靠性試驗只能通過現場使用試驗的效果數據綜合分析，提供可靠的有說服力的技術依據，這也是公認的檢驗結構粘接接頭可靠性的最好方法，這種方法顯然是既費力又費時。
　　
　　目(mu)(mu)前可(ke)操作(zuo)的(de)(de)(de)現場無損檢測(ce)方法主要(yao)有氣囊法、推桿法、多吸盤法等(deng)，原理(li)是(shi)對(dui)幕墻(qiang)施加(jia)(jia)模擬(ni)風(feng)荷(he)載(zai)的(de)(de)(de)均(jun)(jun)勻(yun)壓(ya)力(li)，測(ce)定(ding)設(she)計(ji)風(feng)壓(ya)下玻璃(li)-框(kuang)架間(jian)結(jie)構(gou)(gou)膠的(de)(de)(de)應力(li)和位(wei)移(yi)(yi)，判(pan)定(ding)其粘(zhan)(zhan)結(jie)承(cheng)載(zai)能力(li)水平，試驗需要(yao)設(she)立(li)包括防(fang)護(hu)網在內的(de)(de)(de)安全防(fang)護(hu)措(cuo)施，防(fang)止可(ke)能的(de)(de)(de)玻璃(li)破(po)裂(lie)。目(mu)(mu)前研究(jiu)更(geng)具操作(zuo)性的(de)(de)(de)方法是(shi)在幕墻(qiang)粘(zhan)(zhan)接(jie)(jie)邊玻璃(li)最大承(cheng)載(zai)位(wei)置(zhi)施加(jia)(jia)等(deng)效(xiao)(xiao)(xiao)點(dian)荷(he)載(zai)，將結(jie)構(gou)(gou)膠承(cheng)載(zai)能力(li)與設(she)計(ji)荷(he)載(zai)視為粘(zhan)(zhan)結(jie)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)概率分布(bu)(bu)的(de)(de)(de)隨(sui)機變(bian)量，通過有限元(yuan)分析設(she)定(ding)施加(jia)(jia)的(de)(de)(de)等(deng)同于均(jun)(jun)勻(yun)設(she)計(ji)荷(he)載(zai)的(de)(de)(de)點(dian)荷(he)載(zai)，采用簡單的(de)(de)(de)試驗程序(xu)和點(dian)載(zai)荷(he)裝置(zhi)，測(ce)定(ding)設(she)計(ji)荷(he)載(zai)下結(jie)構(gou)(gou)膠的(de)(de)(de)應力(li)、位(wei)移(yi)(yi)及粘(zhan)(zhan)接(jie)(jie)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)頻度，統計(ji)粘(zhan)(zhan)結(jie)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)概率分布(bu)(bu)，將組件粘(zhan)(zhan)接(jie)(jie)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)概率≤0.8%作(zuo)為玻璃(li)幕墻(qiang)可(ke)靠性標準評估粘(zhan)(zhan)接(jie)(jie)可(ke)靠性。ASTMC1392《密封膠粘(zhan)(zhan)接(jie)(jie)裝配結(jie)構(gou)(gou)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)評估標準指南》采用同樣的(de)(de)(de)加(jia)(jia)載(zai)裝置(zhi)，由(you)資深專家規定(ding)荷(he)載(zai)值(zhi)、加(jia)(jia)載(zai)位(wei)置(zhi)、數量和人為切(qie)割結(jie)構(gou)(gou)密封膠模擬(ni)粘(zhan)(zhan)接(jie)(jie)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)長度，通過試驗建(jian)立(li)完好的(de)(de)(de)及失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)密封膠加(jia)(jia)載(zai)時位(wei)移(yi)(yi)量值(zhi)間(jian)關系，利用荷(he)載(zai)下結(jie)構(gou)(gou)膠位(wei)移(yi)(yi)量和位(wei)置(zhi)對(dui)結(jie)構(gou)(gou)粘(zhan)(zhan)結(jie)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)做出評估。

　　盡管(guan)我國建筑玻璃幕(mu)墻(qiang)(qiang)(qiang)結構粘(zhan)接(jie)(jie)技術(shu)基礎良好，但服役時間畢(bi)竟多有超(chao)過二十(shi)年(nian)，迫切期望通過試(shi)驗(yan)(yan)(yan)檢結膠(jiao)(jiao)承(cheng)載(zai)能力并判定粘(zhan)接(jie)(jie)失效，為幕(mu)墻(qiang)(qiang)(qiang)可靠性(xing)(xing)(xing)(xing)鑒定提供依(yi)據。研究表明在幕(mu)墻(qiang)(qiang)(qiang)使用中硅酮結構密(mi)封膠(jiao)(jiao)呈現虎克(ke)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)(xing)固體特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)，可用表面錨固的(de)連續(xu)線性(xing)(xing)(xing)(xing)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)(xing)彈(dan)簧(huang)模(mo)擬，如(ru)同彈(dan)簧(huang)脫(tuo)錨改變規格彈(dan)簧(huang)荷載(zai)-位(wei)移特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)一樣，脫(tuo)膠(jiao)(jiao)可通過幕(mu)墻(qiang)(qiang)(qiang)粘(zhan)接(jie)(jie)構件結構膠(jiao)(jiao)承(cheng)載(zai)特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)檢驗(yan)(yan)(yan)并通過可參比的(de)人為割膠(jiao)(jiao)(脫(tuo)膠(jiao)(jiao))長度(du)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)結果判定失效程度(du)。建議參考ASTMC1392指南研制局部加載(zai)精(jing)密(mi)測(ce)量試(shi)驗(yan)(yan)(yan)裝(zhuang)置，進行現場大樣本試(shi)驗(yan)(yan)(yan)探明結構膠(jiao)(jiao)粘(zhan)接(jie)(jie)承(cheng)載(zai)特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)規律，通過位(wei)移特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)細微變化研究脫(tuo)膠(jiao)(jiao)及(ji)粘(zhan)接(jie)(jie)失效程度(du)的(de)關系，為建立幕(mu)墻(qiang)(qiang)(qiang)玻璃結構粘(zhan)接(jie)(jie)可靠性(xing)(xing)(xing)(xing)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)方法提供試(shi)驗(yan)(yan)(yan)基礎。