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中空玻璃的密封结构在建筑中的应用

发表时间:2020-04-13 17:36

中空玻璃的密封结构在建筑中的应用


       摘 要:中空玻璃的功能失效原因为:密封失败、玻璃破损。其中密封失败几乎占了90%以上。本文从中空玻璃在建筑中应用时,从中空玻璃结构、密封胶的特性、环境因素对中空玻璃密封胶施加的影响,来综合考虑各种中空玻璃的密封结构、密封胶在建筑中的应用。 在环境影响及结构稳定性综合方面,硅酮胶的表现又极其优秀;而在环境温度下的耐热、耐冷性能方面,聚异丁烯胶、热熔丁基胶显示了较差的性能。

  了解了密封胶的性能特点后,我们将可以通过中空玻璃在建筑应用中的气候、结构等方面的影响,来研究密封胶的变化。

  3、外界各种荷载对中空玻璃的影响

  在不考虑加工制作以及其它材料(如分子筛、玻璃品种等)的影响情况下,无论温度、风荷载、地震荷载引起的变形荷载,对中空玻璃的影响均表现为使中空玻璃产生凹凸现象,很多文章中描述的泵现象(如下图),使边部密封胶变形。

  3.1温度影响

  中空玻璃的中间空气隔热层空间如果不变,可用气体性质方面的等容变化—查理定律来分析。 公式:Pt=Po(1+rt)

  Pt:空气隔热层的压力

  Po:标准压力(取0.1MPa)

  rt:1/273×Δt(℃)

  Δt:环境温度与加工环境温度之差

  以次来研究中空玻璃的受压压力既要考虑地区环境同时也要考虑加工环境温度。我国地域辽阔不同地区环境有极大的差别。分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区。各个地区夏天太阳直射对于建筑表面温度可达70℃左右,冬天严寒地区最低可到-30℃左右。

  例:20℃时生产的中空玻璃,而夏天使用表面温度在70℃时,

  空气隔热层的压力Pt=0.1MPa{1+(1/273)×50}=0.118MPa

  中空玻璃承受正压0.118MPa-0.1MPa=0.018MPa

  3.2 风荷载、地震荷载的影响

  风荷载、地震荷载引起泵现象主要在建筑玻璃幕墙中产生,由于门窗固定玻璃边缘嵌入较深,相对的影响较小。而在建筑玻璃幕墙应用中空玻璃时,尤其对隐框玻璃幕墙(包括边支撑、点支撑、肋支撑结构)的中空玻璃,中空玻璃边部密封胶要承载结构安全性,选择硅酮结构密封胶进行中空玻璃的边部密封,其粘结尺寸不能仅按GB/T 11944《中空玻璃》标准中规定的5~7mm的密封宽度,必须经过安全荷载设计。目前国家JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》没有涉及该问题。大多数专家意见:胶缝设计:

  非抗震设计:Cs=wa/2000f1

   抗震设计:   Cs=(wa+0.5qE)/2000f1

   Cs:中空玻璃边部硅酮结构密封胶粘结宽度(mm);

  W:作用在中空玻璃外片玻璃的风荷载设计值(KN/m²);

   qE: 作用在中空玻璃外片玻璃的地震荷载设计值((KN/m²);

   a:   玻璃短边尺寸(mm)

  f1:   硅酮结构密封胶在风荷载或地震作用下的强度设计值,取0.2 N/m²

  影响中空玻璃内空腔的变形主要是作用在玻璃上的风荷载。在JGJ102的规范中规定:

  1) 直接承受风荷载作用的中空玻璃的单片玻璃:

     Wk1=1.1Wk×t1³/(t1³+ t2³)

  不直接承受风荷载作用的中空玻璃的单片玻璃:

     Wk2=Wk×t1³/(t1³+ t2³)

  则引起中空玻璃内空腔压力变化:ΔWk= Wk1 -Wk2

    通过各种荷载对中空玻璃空间层的影响,不同结构挠度限值、玻璃特性等进行各种膨胀量计算。

  关键词:中空玻璃、密封结构、建筑应用

  1、 前言

  中空玻璃在建筑中应用时,不同的应用部位、结构形式、不同环境、地区等对中空玻璃密封胶施加的影响具有很大差异。

  对于建筑来说,无论结构设计、不同材料的选择,要解决的根本问题在结构的、应用功能方面等的可靠与经济之间选择一种合理的平衡,力求以最经济的途径达到结构以适合的可靠度满足各种预定的功能要求。对于中空玻璃在建筑中的应用,作为一种建筑材料,一旦生产的单元中空玻璃应用于特定的建筑上,中空玻璃密封胶对其的各种预定的功能的影响最为关键。要从其不同的应用部位、结构形式、不同环境、地区等综合因素考虑,一味夸大某种密封胶应用的特殊性都是极其不可学的。

  2、各种中空玻璃密封胶在中空玻璃应用中的密封结构

  2.1密封结构

  2.1.1室温固化密封胶密封

     该结构采用双道密封形式,第一道为丁基类密封胶、第二道为室温固化密封胶包括聚硫胶、硅酮胶、聚胺酯。单纯用室温固化密封胶密封的结构不推荐使用。

  2.1.2   热融密封胶密封

   该类密封结构形式的密封胶均为热融类密封胶,包括聚异丁烯 、热熔丁基胶。

  2.2各种中空玻璃密封胶的性能比较

  中空玻璃胶的主要作用在外界各种荷载(温度、风荷载、地震荷载引起的变形荷载),以及高湿度和紫外线照射下的气候影响仍能够保持中空玻璃的结构整体性和防止外界的水汽进入中空玻璃空气层内。要更好地在建筑中应用中空玻璃时选择经济合理密封结构和密封胶,必须了解各种中空玻璃密封胶的性能:

  2.2.1水汽渗透率(MVTR )、渗透率、透气性(氩气)

  聚异丁烯胶、热熔丁基胶具有优异的抗水汽渗透性、透气性(氩气),这是采用室温固化密封胶密封结构时必须双道密封的原因。聚硫胶、聚胺酯的该性能较硅酮胶优异的多,在室温固化密封胶密封的中空玻璃应用中的密封性能方面,大量采用聚硫胶、聚胺酯制作中空玻璃对保证其长久密封,延长使用寿命起到关键作用。

  2.2.2环境影响及结构稳定性

 4、中空玻璃密封胶的位移影响

  由于外力引起的凹凸现象,使玻璃边部的密封胶产生变形。变形控制在GB/T 11944《中空玻璃》标准中5.4密封性能规定:在试验压力低于环境气压10KPa±0.5 KPa下(1)样品为4mm+12mm+4mm时,初始厚度偏差必须≥0.8mm;(2)样品为4mm+9mm+4mm时,初始厚度偏差必须≥0.5mm。然后在该气压下保持2.5h后,厚度偏差的减少不能超过初始偏差的15%。

  对于密封胶的弹性变形率最低要求经计算:(1)12mm的空间层初始约为≥7%,实验后的为≥8.05%;(2)9mm的空间层初始约为≥5.6%,实验后的为≥6.4%。

  对于中空玻璃密封胶的弹性要求,在JC/T486-2001《中空玻璃用弹性密封胶》标准中有明确规定。JC/T486-2001具体弹性规定值见下表4

  由于目前在我国,中空玻璃用弹性密封胶主要为聚硫胶、硅酮胶,聚胺酯类的中空玻璃用弹性密封胶应用还很少,由于硅酮的独特耐候性,则大量应用于隐框玻璃幕墙(包括边支撑、点支撑、肋支撑结构)中的中空玻璃制作。JC/T486-2001标准中仅包括聚硫胶、硅酮胶。可以看出JC/T486-2001标准规定的弹性密封胶可以满足GB/T 11944《中空玻璃》标准中5.4密封性能规定的弹性变形率。

  对于热融密封胶,包括聚异丁烯 、热熔丁基胶,由于其为塑性体,弹性变形率也没有标准规定。可以肯定的是:热融密封胶的弹性变形能力较中空玻璃用弹性密封胶小、不同温度的粘结性较中空玻璃用弹性密封胶差,但综合考虑热融密封胶密封的中空玻璃,有些制作方式的成本优势,部分结构又具有暖边性能,在合适的地区、门窗结构中也有很好的应用。

  5、结论

  建筑中空玻璃的应用时环境对中空玻璃密封胶的影响是综合性的。各种密封结构形式都有其良好的应用,力求以最经济的途径达到结构以适合的可靠度,满足各种预定的功能要求,不但是整个建筑要求的,也适用在中空玻璃密封结构、中空玻璃密封胶的选择。了解各种密封胶的特点、中空玻璃的结构形式、不同的应用部位、结构形式、不同环境、地区等综合因素影响,对选择怎样的密封结构具有很好的指导意义。

  作为玻璃幕墙用中空玻璃,选择室温固化密封胶密封的弹性密封结构较为合理,对在建筑玻璃幕墙隐框玻璃幕墙(包括边支撑、点支撑、肋支撑结构)中的中空玻璃,中空玻璃边部密封的密封胶,要承载结构安全性,同时受紫外线辐照、气候老化等作用,边部密封必须选择硅酮结构密封胶。玻璃幕墙的非隐框结构中,在中空玻璃应用40年的历史,从理论和实践中了解,聚硫、聚胺酯胶比硅酮具有更好的适用性。

  在建筑门窗结构中使用中空玻璃时,被选中空玻璃的密封结构一般都可适用,但要考虑综合因素,包括经济性、适用性。在严寒地区、寒冷地区,由于热融密封胶的弹性变形能力小、低温粘结性较差,不是所有热融密封胶密封的中空玻璃结构都适用。

  随着科技的不断进步,新材料、新工艺的不断出现,新型的中空玻璃密封材料、结构形式也会不断涌入。但是在建筑上,力求以最经济的途径达到结构以适合的可靠度满足各种预定的功能要求的原则不会变。科学的从其不同的应用部位、要求、结构形式、不同环境、地区等综合因素考虑,选择中空玻璃密封结构、中空玻璃密封胶。

  参考文献:1)GB/T 11944 《中空玻璃》

            2)JC/T 486 《中空玻璃用弹性密封胶》

            3)JGJ 102 -2003《玻璃幕墙工程技术规范》

            4)《建筑玻璃实用手册》 作者 王铁华

            5)《建筑幕墙技术手册》 作者 张 芹


文章分类: 玻璃知识
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