玻璃幕墙隐框开启扇中空玻璃外片脱落问题研究

廖 拓

（广东省建设工程质量安全检测总站有限公司 广州 510500）

1 项目概况

某玻璃幕墙位于广州市天河区，该建筑为一栋办公楼，竣工至今已7年。幕墙固定玻璃为明框安装方式，开启扇玻璃为隐框安装方式（见图1），玻璃幕墙最高标高89 m，共有开启扇约700 个，玻璃均采用中空玻璃。

图1 隐框开启扇示意图Fig.1 Schematic Diagram of Hidden Framing Opening Lights

本项目玻璃幕墙发生玻璃坠落事件，坠落玻璃为隐框开启扇中空玻璃外片，外片玻璃坠落前未发生碎裂，为完整脱落，中空玻璃内片完好，内片上留有中空玻璃二道密封胶。

为确保中空玻璃的质量，中空玻璃密封结构一般采用双道密封结构（见图2）。邢凤群等人［1］在对中空玻璃密封胶的研究中指出，一道密封胶起预定位作用，并能隔离水汽、防止空气和惰性气体进出中空玻璃空腔；二道密封胶是的作用是作为胶粘剂将玻璃和间隔条粘结成一个中空玻璃单元整体。

图2 中空玻璃密封结构示意图Fig.2 Schematic Diagram of Insulating Glass Sealing Structure

初步判断本项目为中空玻璃二道密封胶粘结失效导致外片脱落，需对中空玻璃二道密封胶进行进一步的检查研究，为下一步采取处理措施提供技术依据。

2 制定研究方案

徐兵等人［2］指出，二道密封胶可由不同的材料制得，其中最主要的有3 种：聚硫密封胶、聚氨酯密封胶和硅酮密封胶。

马启元［3］曾对隐框幕墙中空玻璃脱胶坠落事故进行分析，认为事故多与结构粘结选材、粘结尺寸设计及施工缺陷相关联。

本项目将从质量检验和种类鉴别两个方面对二道密封胶开展研究分析。质量检验方面包括注胶尺寸、注胶情况、外观质量、与玻璃的粘结质量、邵氏硬度、最大拉伸强度时伸长率；种类鉴别包括红外光谱测试、元素分析、燃烧试验。

二道密封胶的检查研究按开启扇总数的1%且不少于5的比例进行抽样［4］，本项目开启扇总数为700 件，因此按均匀分布的原则在现场随机抽取7 件开启扇中空玻璃，并将其分解拆开后对二道密封胶进行检查研究。

3 检查结果及分析

3.1 注胶尺寸、注胶情况、外观质量检查

7 件开启扇中空玻璃均为5 mm+9A+5 mm厚中空玻璃。所检查1#～7#中空玻璃的二道密封胶注胶饱满，未开裂、起泡，但均出现变色发白现象（见图3）。密封胶出现变色，显示胶体已发生理化反应，可能出现粘结力下降、胶体硬化等问题。

图3 二道密封胶变色Fig.3 Discoloration of Secondary Sealant

1#～7#中空玻璃二道密封胶的宽度为3.50～4.56 mm（见表1），均小于5 mm，未达到文献［5］对二道密封胶宽度的最低要求：中空玻璃二道密封胶宽度应≥5 mm。中空玻璃二道密封胶起结构受力作用，承受风荷载、重力荷载，其宽度未达到最低要求，说明二道密封胶粘结尺寸设计存在问题，该中空玻璃为不合格产品，存在承载能力不足等安全隐患。

表1 二道密封胶尺寸测量结果Tab.1 Size Measurement Results of Secondary Sealant

3.2 与玻璃的粘结质量检查结果

为确保二道密封胶与玻璃基材粘结牢固，国家现行标准规定二道密封胶在受拉发生破坏时的破坏方式应为内聚破坏，即结构胶与玻璃基材的粘结强度应大于胶体本身的粘结强度，如发生粘结破坏，粘结破坏面积应≤10%［6］。

为检验二道密封胶的粘结质量，先将7 件中空玻璃分解，再分别进行二道密封胶与内、外片玻璃的剥离试验［7］。

剥离试验结果显示，7 件玻璃的二道密封胶与内、外片玻璃的的破坏方式均为粘结破坏（见图4），剥离粘结破坏面积均为100%，说明二道密封胶与玻璃的粘结强度远小于胶体本身的粘结强度。二道密封胶与内、外片玻璃均粘结失效，内、外片玻璃之间无有效粘结连接，外片玻璃随时存在脱落的风险。

图4 二道密封胶与玻璃粘结破坏Fig.4 Bonding Failure of Secondary Sealant and Glass

3.3 邵氏硬度试验

程鹏等人［8］在结构胶检测及评价综述中提到，邵氏硬度用于表征材料的软硬程度，是指材料抵抗外物压入、塑性变形等局部变形的能力。随着密封胶使用时间的增长，其硬度也会产生变化。二道密封胶老化失效的一个重要表现即邵氏硬度超出现行国家标准规定的范围（30～60）［6］。

对7 件中空玻璃的二道密封胶进行邵氏硬度试验，结果显示邵氏硬度为61～65，平均值为63（见表2），均大于60，超出允许范围。二道密封胶老化变硬，反映出其性能已发生改变，中空玻璃的粘结装配质量存在问题。

表2 邵氏硬度试验结果Tab.2 Test Results of Shore Hardness

3.4 最大拉伸强度时伸长率试验

二道密封胶除了应具有良好的粘结性能和一定的硬度以外，张凡等人［9］指出其还应具有优良的弹性，当其因动载荷引起变形后，能够恢复初始的形态及性能。

对7 件中空玻璃的二道密封胶进行最大拉伸强度时伸长率试验，结果为40%～47%，平均值为44%（见表3），均小于50%，低于国家现行标准要求：最大拉伸强度时伸长率≥50%［6］。二道密封胶弹性降低，变形能力变差。

表3 最大拉伸强度时伸长率试验结果Tab.3 Elongation Test Results at Maximum Tensile Strength

3.5 红外光谱测试

对7 件中空玻璃的二道密封胶进行红外光谱测试，红外光谱图显示，7 件密封胶光谱特性一致，在波长749～743 cm-1处出现C-S 键的伸缩振动峰，在波长1 283～1 279 cm-1处出现与S 相连接的亚甲基-CH2-振动峰，符合聚硫胶红外光谱图特征［10］，7 件密封胶均为聚硫胶。其中1#、4#、7#中空玻璃二道密封胶红外光谱图如图5所示。

图5 中空玻璃二道密封胶红外图谱Fig.5 IR Spectrum of Secondary Sealant of Insulating Glass

3.6 元素分析

对密封胶中元素周期表12 以后的部分元素成分进行分析，结果如表4所示。可见，7 件密封胶的元素组成及含量基本一致，说明为同一类型的密封胶。密封胶中含有S 元素，而未能检测到Si 成分，可以判断胶样非硅酮类密封胶，应为聚硫胶，与红外光谱测试结果一致。

表4 主要元素分析结果Tab.4 Analysis Results of Principal Elements （%）

3.7 燃烧试验

对密封胶进行燃烧试验，7 件密封胶燃烧时均具有较强的火焰，产生黑色烟雾，并产生刺激性气体，燃烧灰烬为较坚硬的块状。使用已知硅酮密封胶作为对比，硅酮密封胶燃烧时产生的火焰较弱，无刺激性气体产生，烟为白色，燃烧灰烬呈白色，易粉化。胶样燃烧状态及灰烬状态与硅酮胶不一致，对比情况如图6所示。

图6 燃烧状态及灰烬状态对比Fig.6 Combustion State and Ash State Comparison

3.8 结果分析

经检查，隐框开启扇中空玻璃二道密封胶已外观变色，胶体变硬、失去弹性，二道密封胶与内、外片玻璃均粘结失效，密封胶性能严重下降。

通过红外光谱测试、元素分析、燃烧试验等方法对胶体进行种类鉴别，可判断本项目隐框开启扇中空玻璃二道密封胶为聚硫胶。吴永昌［11］曾指出，玻璃坠落的一种情况，是用在开启部分的双层玻璃采用聚硫胶。聚硫胶耐紫外线性能差，一般用于明框幕墙，聚硫胶在隐框幕墙中受阳光长期照射，会出现老化、粘结质量下降等问题［7］。因此，本项目中空玻璃外片脱落的主要原因是二道密封胶使用了聚硫胶。

中空玻璃二道密封胶注胶宽度未达到最低要求，导致粘结力不足，也是外片玻璃脱落的原因之一。

4 结语

经对二道密封胶进行质量检验和种类鉴别，得出以下主要结论：

⑴隐框开启扇中空玻璃外片脱落的主要原因是二道密封胶使用了聚硫胶，需更换为二道密封胶采用硅酮胶的中空玻璃，才能确保本项目的安全。

⑵更换的玻璃需注意二道密封胶注胶宽度应≥5 mm。

⑶对于隐框幕墙用中空玻璃，可采用燃烧试验等简单、快速的方法鉴别二道密封胶种类，以防止二道密封胶选材错误，消除安全隐患，也避免后期因更换玻璃所带来的经济损失。