钢架构建筑工程中胶粘剂的应用研究

2020-12-08刘江华

粘接 2020年10期

刘江华

摘要：文章重点研究钢结构建筑工程中使用胶粘剂进行幕墙结构接缝密封施工的工程适用性。通过比较分析法分析2017～2019年我单位的现场施工数据，同时结合数据对现场遇到的具体问题进行综合分析，发现丁基橡胶填缝胶粘剂在幕墙施工中的性能优异，但其对施工条件的要求更高。所以文章认为，在后续的基于丁基橡胶的胶粘剂施工工法及使用工艺研究中，应重点针对温度变化对丁基橡胶施工效果的消极影响进行技术升级。

关键词：钢架结构;建筑工程;胶粘剂;丁基橡胶;幕墙密封

中图分类号：TQ433.4+32 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2020）10-0010-04

Abstract：This paper focuses on the applicability of using adhesives to seal the joints of curtain wall structure in steel structure construction. Through the comparative analysis method to analyze the site construction data of our unit from 2017 to 2019， and combined with the data to conduct a joint analysis of the specific problems encountered on the site， it is found that the theoretical performance of butyl rubber in curtain wall construction is excellent， but its requirements for construction conditions are higher. Therefore， this paper believes that in the following research of the construction method of butyl rubber， we should focus on the negative impact of temperature change on the construction effect of butyl rubber.

Key words：steel frame structure; construction engineering; adhesive; butyl rubber; curtain wall sealing

0 引言

钢结构建筑在国内的发展比较晚，早期钢结构的应用集中在钢结构厂房庫房设施和高层框剪结构建筑的钢结构幕墙及副楼结构。钢结构之所以不能早期在国内得到有效推广，主要原因是其密封性能难以得到有效保障，所以只能应用于对密封性能要求不高的厂房库房设施和外层幕墙结构中。近年来，因为我国在胶粘剂技术领域已经突破封锁，加之后方地产时代到来，房地产经济对更低成本更快建造周期的钢结构房屋需求量增加进一步导致国产胶粘剂的产量提升带来成本进一步降低，这才使得钢结构建筑在近年来的新建中高层建筑中得到了较为广泛的应用。文章重点从胶粘剂的使用方法和使用工艺方面，对钢结构建筑的胶粘剂应用进行研究。

1 胶粘剂的选型与应用

1.1 胶粘剂工作原理及工程应用

胶粘剂的本质是通过交联化学反应，以及交联后微观结构与被粘合表面的微观结构充分交叉互联，形成具有一定抗拉、抗剪、抗压能力的工程结构件。胶粘剂多由高分子含水稳定液或稳定膏构成，在其发生失水反应、氧化反应等过程时，触发其交联反应实现工程应用。

树脂、塑胶、橡胶等材料都可以在某种化学反应结构下形成胶粘剂，而胶粘剂分为固化胶、AB胶等多种形式。固化胶通过一定程度预先混合固化剂或后续添加固化剂的形式，在一定程度下阻止固化过程，而在相关结构发生失水、氧化等过程时再触发固化剂作用下的交联反应。AB胶将交联反应必须的两种高分子单链化合物分别保存，使用时进行混合，以触发其交联反应。

胶粘剂主要分为3种工程应用模式：

1）填缝胶。填缝胶的核心工程需求是填充工程组件之间的缝隙，并不需要其提供工程抗拉力或者抗剪力，其抗拉力和抗剪力仅用于保持其自身的结构稳定性。但大部分填缝胶均需要具有一定的闭气和阻水性能。

2）密封胶。与填缝胶相似，密封胶主要用于闭气或者阻水需求，但其可能应用于更加复杂的强酸、强碱、高粉尘、大压力环境中。所以，与填缝胶相比，其抗酸碱能力要求更高，其自身的抗拉能力和抗剪能力也要求更高。

3）结构胶。结构胶主要用于对工程结构的粘合，在胶粘剂快速发展的今天，结构胶更多取代栓接、铆接、焊接等连接方式，或与栓接、铆接等结构形式相配合，给系统提供足够的抗拉能力和抗剪能力，所以其在粘合稳定性得到保证的前提下，对接缝的抗拉能力和抗剪能力有较高要求。

文章研究的胶粘剂，主要为钢结构幕墙结构的幕墙板填缝胶的工程应用。

1.2 胶粘剂的选型方法

胶粘剂在钢结构工程中主要用作结构胶和填缝胶。结构胶利用其化学键内应力为结构连接处提供弹性拉力，确保结构在风切应力、震动应力、蠕变应力、自重应力等复杂应力环境下得到更好表现。填缝胶主要用于幕墙连接缝和幕墙与支撑结构连接螺孔结构中，增加幕墙结构的防风、防水、保温性能，使建筑在高温、高湿、高盐或低温、大风天候中对内部空间提供更全面的保护。目前的胶粘剂的核心技术是高分子聚合技术，通过高分子之间的交联化学键提供足够的具有一定弹性的化学键拉力，使胶粘结构被充分拉紧，同时，胶粘剂直接接触外界环境，高分子化学键对光照的敏感性、对高低温的敏感性，都直接影响到胶粘剂的稳定性[3]。早期的胶粘剂的稳定性不足，导致钢结构胶粘剂施工完成后快速风化分解，后期维护成本巨大。但当前技术条件下，新型胶粘剂的出现让钢结构工程的实际可用性和稳定性充分增加。

从表1中可以看到，与早期普遍使用的硅酮胶（玻璃胶）复合硅胶（密封胶泥）等材料相比，丁基橡胶在各种常见指标的表现，均优于前者，但目前收到产量、用量及应用场景影响，丁基橡胶的单价显著高于前两者。而考虑到丁基橡胶的实际寿命约为前者的2～5倍，同时考虑到后期维护时的人力资源成本和其他外围成本，使用丁基橡胶对持有型地产的业主来说，其选择丁基橡胶作为填缝胶的市场可行性存在。特别是当丁基橡胶的材料成本降低到前两者5倍以内时，即可实现较强的市场适应性。

从表2比较结果可以看出，3种填缝胶的存储方法均为密封和室温条件，目前一般的工程实现方式是将其密封在管状容器内，使用常溫压力式填胶枪将其挤出使用。而对被粘合材料的表面处理方式，均为使用中性洗涤剂充分洗涤后，使用压风充分吹干，即刻进行填缝作业。在材料适应性方面，3种材料均可以适应大部分的幕墙材料，但又各有侧重，硅酮胶对玻璃陶瓷等烧结材料的适应性较强，复合硅胶对橡胶、塑胶等材料的适应性较强，而丁基橡胶除在金属材料的适应性稍微逊色外，对玻璃、陶瓷、橡胶、塑胶等材料的适应性均较强。丁基橡胶在材料适应性方面略优于前两者。在维护期比较结果中，硅酮胶在24h内一般可以实现75%以上的化学键构成，而复合硅胶在48h内可以实现75%以上的化学键构成，丁基橡胶实现75%以上化学键构成的时间可短于12h。

综合上述分析，可以基本断定，使用丁基橡胶在钢结构工程填缝胶胶粘剂方面进行工程应用，我单位当前施工的钢结构建筑或钢结构幕墙项目中，已经有逾80%的工程使用了丁基橡胶作为幕墙填缝胶粘剂，有较为积极的施工效果。下文将重点探讨丁基橡胶的工程应用。

2 丁基橡胶的应用问题及对策分析

丁基橡胶，简称IIR，是Isobutylene Isoprene Rubber的缩写。具有良好的化学稳定性和热稳定性，最突出的是气密性和水密性。它对空气的透过率仅为天然橡胶的1/7，丁苯橡胶的1/5，而对蒸汽的透过率则为天然橡胶的1/200，丁苯橡胶的1/140。因此主要用于制造各种内胎、蒸汽管、水胎、水坝底层以及垫圈等各种橡胶制品。早期的丁基橡胶主要用于耐磨抗压要求较高的汽车轮胎、橡胶定位销等工程产品中，近年来，随着交联固化控制技术逐渐提升，丁基橡胶的胶粘剂发展较为迅猛，因为其出色的化学稳定性和热稳定性，以及其突出的气密性和水密性，其在胶粘剂领域快速占领市场。丁基橡胶在钢结构建筑和钢结构幕墙的施工中，属于近10年来逐渐普及的新技术，当前在全部在用钢结构建筑和钢结构幕墙的应用比例不高，但越来越多的新建钢结构建筑和钢结构幕墙工程开始倾向于选择丁基橡胶作为填缝胶粘剂，更多原有钢结构建筑和钢结构幕墙系统在后期维护中也开始选用丁基橡胶。在实际施工过程中，我单位发现了丁基橡胶的诸多现场问题，在此进行分析。

2.1 幕墙材料表面处理的现实难度

理论分析中，大部分填缝胶粘剂在幕墙施工过程中，均需要使用中性洗涤剂对幕墙接缝处充分洗涤，使用压缩空气吹干后，使用胶粘剂进行填缝粘合。但是，在丁基橡胶的施工过程中，面临着诸多问题。

1）部分幕墙板保护膜余胶对粘合效果有影响。金属幕墙板、橡胶幕墙板、塑胶幕墙板等板材在购入时，一般会在表面粘贴保护层，以增加幕墙板在仓储转运过程的化学稳定性。在施工中，高空作业人员撕去其保护层后，如果单纯使用中性冲洗剂进行重新，难以确保其余胶有效清除。而如果使用更容易去除余胶的碱性冲洗剂，且无法在后续冲洗中对其表面进行进行有效酸碱中和，就容易造成丁基橡胶的施工瑕疵。与硅酮胶和复合硅胶等硅胶材料相比，丁基橡胶的特质导致其对粘合表面的要求更高，所以在实际施工中，遇到了显著难度。目前，品牌幕墙板不再使用有胶粘合保护膜的幕墙板表面保护方式，而采用静电粘贴或无胶粘贴，但选用这些幕墙板，会给建设方带来更高的材料费成本。即丁基橡胶填缝胶粘剂在高端幕墙板的施工中适应性更强，与传统胶粘剂材料相比，其对幕墙板质量及品牌有更高要求。其实际施工效果如表3所示。

2）上部冲洗过程对下部工作面的干扰使梯度施工难以部署。后房地产时代，建筑建设工程的施工周期要求日益提高，在高层幕墙施工中，如果可以根据幕墙结构，布局两层工作面同步展开施工，可以大幅度提升工作效率。但丁基橡胶施工过程中，比较依赖对幕墙材料的冲洗过程，冲洗过程会直接影响下部施工工作面，导致无法进行两层工作面的同步施工。在实际施工中，尽可能缩短填缝施工的作业面宽度，增加作业面的横向作业密度，可以在使用单层工作面的前提下提升作业效率。但是，更复杂的作业面布局对高空作业的安全管理又带来一定程度压力，现场管理难度增加，实际施工的效率可能受到安全制约而下降。实际作业效率如表4所示。

综合分析表3及表4数据，2018年，我单位在施工工法上进行革新，使单组工作效率显著提升，工时施工效率从2017年的83.65mpd提升到107.33mpd，施工效率提升28.31%，验收合格率也从2017年的95.3%提升到2018年的95.7%。但与此同时，受到各种现场问题影响，其施工效果出现一定程度下降，后续跟踪考察中的30d开裂率和180d开裂率均出现一定程度提升，虽然这些开裂率数据在技术合同允许范围内，后续维修保养过程也没有使总施工成本增加，但也引起公司技术部门重视。2019年进一步对相关施工的效果进行工法革新，该问题得到一定程度缓解。

2.2 胶粘剂维护期的操作难度

填缝胶粘剂完成涂抹后，其所有化学键实现交联并使其产生一定的硬度和拉力，需要一定时间的维护期。丁基橡胶的维护期为12～24h，一般超过12h后，较高强度的震动和轻微拉力不再会对其稳定性和机械性能产生影响。但一般施工中，钢结构内部其他施工产生的震动和轻微结构形变，可能导致丁基橡胶因为维护期扰动而发生开裂、气泡、拉断等瑕疵。这是实际验收过程中，合格率很难突破96%的主要原因。同时，如果施工过程遇到突发大风、降雨、高温、寒流等恶劣天气影响，暴露在外层的丁基橡胶可能受到天气影响而产生瑕疵[6]。统计2017～2019年使用丁基橡胶进行填缝胶粘剂施工的瑕疵影响，如表5所示。

从表5可以看出，从2017年到2019年，其他相关施工影响从28.16%下降到18.92%，大风降水影响从37.57%下降到23.40%，二者对填缝施工效果的影响均出现显著下降，下降幅度均超过30%，但温差影响从2017年的34.28%上升到57.69%，上升68.29%。即通过技术手段，可以有效规避其他相关施工和突发大风降水对填缝胶粘剂的施工效果影响，但温差影响在目前的施工条件和工法工艺条件下，较难规避。所以在后续工法研究中，必须找到行之有效的克服突发高温和降温天候对丁基橡胶填缝胶粘剂施工的影响。

3 结语

通过比较分析，丁基橡胶在实际用作钢结构建筑和钢结构幕墙的填缝胶粘剂施工过程中时，其工程参数优于之前较普遍使用的硅酮胶和复合橡胶填缝胶粘剂。但施工过程中，丁基橡胶对施工条件要求更为苛刻，对价格相对低廉的幕墙板适应性不及硅酮胶和复合橡胶。笔者认为，丁基橡胶施工工法工艺的当前条件下，丁基橡胶可以满足大部分技术合同的具体要求，其施工成本也并未因为丁基橡胶的单价较高而增加额外施工成本。但其施工工艺工法应在未来相关研究中得到进一步提升。

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