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金属屋面选择优质密封胶的重要性

作者：建筑钢结构网    
时间：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （美国GSSI公司 副总裁：Mark Platz（马克•普拉兹 先生）

    前言：对于从事钢结构的企业来说，屋面漏水的问题已经越来越成为衡量一个企业管理和质量水平的标志。漏水问题除了设计和施工原因以外，防水密封胶带的选择也是一个极其重要的原因。
    防水密封胶带在整个钢结构工程的造价中所占的比重只有0.5%，但是如果质量不过关其造成的后果却很严重。美国GSSI公司凭借着半个世纪的研究和生产经验，在钢结构密封防水胶带的配方和研制方面积累了一定的经验，产品获得了“美国金属建筑制造协会（M.B.M.A）”、“美国食品及药物管理局（F.D.A）”、“美国全国航空协会（N.A.A.M.M）”、“美国军用标准（MIL）”等一系列合格证书。
    下面给各位嘉宾介绍一下美国GSSI公司在产品的生产制造、质量监控等方面的做法和体会。
    一、金属屋面的优势
    1) 压制成型
    - 大批量生产刚性材料
    - 面板可以做得更长
    - 现代的成型设备
    2) 铝材
    - 强度重量性能比高
    - 面板结构完整
    - 抗腐蚀性能好
    - 经济性好
    3) 钢材涂层
    - 强度重量性能比高
    - 结构附件配套
    - 抗腐蚀性能好
    - 成本低
    4) 涂层
    - 颜色选择余地大
    - 保质期长
    5) 密封胶技术
    - 可使用于坡度小的屋面
    二、什么是丁基密封胶?
    丁基是一种合成橡胶，在1937年用石油副成品研制而成。
    A） 胶的组成部分
    a. 丁基?保证强度（基质）
    b. 增粘剂?提高粘度或粘性
    c. 填充料?保持稳定性
    d. 增塑剂?改善密封胶动态性能的润湿剂（保持柔韧性）
    e. 抗氧化剂?防止橡胶老化以及由于日照和臭氧引起的老化
    B） 丁基橡胶是由聚异丁烯和少量的（1%~4%）异戊二烯合成。聚异丁烯本身饱和烃结构，异戊二烯则可提供足够双键提供所需的硫化能力。
    C） 丁基密封胶相比其它密封胶的优点
    a) 不起皮
    b) 不固化
    c) 优良的抗紫外线性能
    d) 适应温度范围广，保持弹性
    e) 优良的延伸性能
    f) 柔韧不断
    g) 始终保持黏性
    h) 不冷流（不冷变形）
    i) 耐高温
    j) 良好的耐化学介质性能
    k) 优良的耐候性能
    l) 经济性好
    三、何时需用丁基密封胶？为什么？
    丁基密封胶是顺应人们对“功能金属屋面”的需要，所谓“功能金属屋面”是指同时符合静水力学又具有结构性能屋面系统，通常屋面坡度较小。
    提到静水力学，我们应首先解释一下液体动力学和毛细作用或毛细力，当你把两块玻璃合在一起，并把这两块玻璃的边缘浸在装有颜色水的容器中，观察发生的现象：水就沿着两块玻璃吸了上来。这就称为毛细作用或毛细现象。
    这种现象同样发生在两块金属面板之间，因此我们不能保证水会沿着斜坡向下流。
    首先来谈谈液体动力学中的连接点。Hgdro?是指水的意思，Kinetic?意思是运动。因此我们要讨论的是一个用来处理运动水的连接点。毛细现象仍然存在，为了防止发生毛细现象，在连接处设计一个凹槽或突起来隔断，有了这个隔断就可以防止发生毛细现象或防止水往上流。
    虽然已经防止了毛细现象，但是我们的屋面是利用自然重力来排水的。这只有适用于坡度比较大的屋面，即在水还来不及沿着缝往上流时就已经流下了屋面。但遇到坡度小的屋面或水已往上流的时侯，这个隔断就不起作用了，因为整个连接处就已充满了水。

    不论搭接处有多长，毛细现象仍然存在…

    （附图版权：金属屋面顾问集团公司版权1995）

    4条密封胶和12英寸的搭接仍不管用（紧固件安装在密封胶的“湿侧”）

    1条密封胶和4英寸的搭接就可管用 （紧固件安装在密封胶的“干侧”）
    （附图版权：金属屋面顾问集团公司版权1995）

    现在来解释静水连接点。Hgdro?是指水的意思，Static?意思是静态，静水连接点是对静止的水起作用的。用丁基密封胶带可以防止毛细现象，还可以在连接点全部浸水时起到保护作用。现在我们用一个垫衬接点用来防止静水或全部浸水时侵入。
    这样不仅可以提高屋面系统的完整性和水密性，通过使用坡度小的屋面还可以降低用钢量。

    暴露式紧固件梯形肋板的嵌套侧向搭接

    情况一：基本嵌套搭接(普通搭接)??没有毛细隔断，没有密封胶胶带

    情况二：液体动力学接点??毛细隔断

    情况三：静水接点??有密封胶带
    （附图版权：金属屋面顾问集团公司版权1995）

    四、静力接点注意事项（使用密封胶带的普通搭接接点）
    1）使用不起皮、不固化的丁基橡胶，最好使用预先成型的密封胶带，而不要使用固化硅胶
    或聚氨酯。
    2）密封胶必须安装在“湿侧”，最好安装在紧固件下面，并隐藏在接点里面，不要暴露在紫
    外线下。
    3）尽量减少或消除接点各附件的不同位移。
    4）按压密封胶，并保证与板之间密实接触。
    五、优质密封胶的性能标准
    在屋面设计时有许多因素使得密封胶显得尤其重要。如坡小、直立缝和屋面板长的屋面系统。如今密封胶需要适应冷热气候。正因如此，粘结力和内聚力这两种性能之间必须达到平衡。粘结力是指两个表面黏合在一起的吸引力或者叫“粘性”。内聚力是指一种物质分子聚合在一起的内在力或者叫“粘稠性”。内聚力需使密封胶在极端炎热的气候下经受往屋面高温，不流淌不下垂，这也确定了产品内聚力的下限。
    在寒冷的天气下，质量不好的密封胶会与其黏着的一个或两个表面脱开。粘结力性能损失后，便形成漏水通道，而且在屋面温度上升到32?/0℃后仍然如此。在冬季积雪，屋面收缩和冰坝情况下，密封接头处就会形成巨大的剪功力和剥离力。正因如此，密封胶的粘接力应大于内聚力。最后密封胶的破坏类型应是内聚力破坏，而对粘结力没有破坏，密封胶应始终粘接在两个表面。
    在拉伸优质密封胶带时，胶带的内聚力可以使胶带均匀地覆盖在整个接点长度，使其密封均匀连续。大家普遍接受的标准是胶带最大撕裂伸长率至少达到胶带长度的十倍或者接头宽度的10倍。温度下降内聚力上升，伸长率也提高。因为温度下降时密封胶变硬，内聚力上升。当温度下降到一定的温度时，升高的密封胶内聚力便超过其对接头表面的粘结力。当温度达到关键的“破坏过渡温度”时，密封胶的破坏类型就从内聚力破坏变为粘结力脱离。

    （曲线图）
    低于这个温度，伸长率下降，粘结力上升。为了保证有足够的粘结力，密封胶制造商应规定：根据ASTM C-765-73标准（ASTM?美国材料检测协会标准），密封胶在-60?/-51℃时用1/2英寸圆棒弯曲仍能保持柔韧。
    当发生冰坝现象时，密封胶的剥离力达到最大。其它液体随着温度下降其体积变小，但水则不同，温度从40?/4℃降至32?/0℃时，水的体积变大。这种体积膨胀大约是11%，其所产生的力足够可以破坏屋面搭接缝。
    使情况变得更为复杂的是金属屋面板低温收缩。约大多数直立缝屋面设计时，200英寸长的面板热胀冷缩量为2英寸。
    六、黏结性能和内聚力性能
    （曲线图）为推荐的密封胶带各温度的伸长曲线，对于发生冰坝现象的屋面搭接，“破坏过渡温度”低于25?/-4℃是很重要的。
    考虑到冰坝和屋面收缩产生的共同效果，“破坏过渡温度”应低于25?/-4℃。当温度低于25?/-4℃时，冰开始收缩，这样可以减轻密封胶上的一些压力。
    优质密封胶的伸长率在32?/0℃应达到最大值。因为此时冰坝和屋面收缩产生的合力最大。77?/25℃时1000%伸长率的标准是针对正常情况下的，但在32?/0℃时受力变大，伸长率应至少提高到3000%。“破坏过渡温度”必须低于25?/-4℃。低温会使内聚力过大，所以在安装时，应避免交叉连接丁基橡胶。
    七、影响粘结力/内聚力的其它因素
    应避免污染物，如泥土、灰尘、过量机油和潮气，因为这些会影响密封胶与金属面板之间的粘结效果。
    密封胶受压力影响较大，与金属面板的粘结需用力按压。压力越大，密封胶和金属面板之间的接触面越大。密封胶一开始由安装人没用力按压到安装位置，但是密封胶和金属面板之间的最佳粘结力是发生在紧固件锁紧搭接之后，随着密封胶“渗透“到金属面板，其粘结力会增强。
    这些初始力把胶泥粘到金属面板的粗糙表面，扩大接触面积，提高粘结强度。内聚力也随着内力的平衡和稳定而增强。
    密封胶必须用耐化学腐蚀和耐老化的惰性材料研制而成。恶劣的大气环境、酸雨、风中含有的化学物质以及紫外线会影响密封胶的使用寿命。
    八、重要的测试方法
    美国GSSI公司通过一些测试方法，可以确保你是否得到了优质的产品。这里介绍一些我们认为重要的测试方法。
    ASTM D?750耐候性
    把一条密封胶胶带放在一块面板上，放置在荧光紫外线试验箱中连续几个周期的紫外线照射和高温冷凝。
    GSSI公司认为耐候性对于安装在金属面板之间的搭接接头处的隐蔽密封胶来说不是十分重要的，但是对于用在玻璃或玻璃纤维上的密封胶来说，由于受阳光紫外线辐射和冷凝水的双重影响，耐候性就显得十分重要了。

    ASTMD-750耐候性：荧光紫外线试验箱中1000个小时。 结果
    一个周期是指150?/66℃紫外线照射8小时后 不褪色、不开裂、不龟裂、粘结不破坏
    104?/40℃冷凝4小时

    ASTM C?765低温柔性（1/2”圆棒弯曲 -60?/-51℃）
    在试验时,把密封胶粘在镀锌金属上。温度调至-60?/-51℃，然后绕1/2英寸圆棒弯曲。密封胶胶带应不开裂，粘结不破坏。
    GSSI公司这个试验用来区别柔性和非柔性密封胶胶带。非柔性密封胶在低温时变硬，而且粘结破坏。

    ASTM C?765低温柔性 结果
    MB?10A密封胶胶带 通过试验，不脱胶、不开裂
    ASTM C?771 热老化重量损失、耐热老化
    耐热老化
    在220?/104℃老化2周后，目测其变化。应不开裂、不龟裂，粘接不破坏、不变形、不变色，这样保证胶带耐老化，接点密封完好。
    热老化比重损失
    一定重量的密封胶放在一块面板上，在高温环境下放置2周。GSSI公司通过这个试验，可以判断密封胶中是否含有挥发性物质，这些物质会从密封胶中挥发出来，并引起收缩或开裂。最好有少量重量损失，说明密封胶在接头处密封完好。

    ASTM C?771 结果
    耐热老化， 220?/104℃2周
    MB?10A密封胶胶带 没有变化
    热老化损失（%） 200?/93℃2周
    MB?10A密封胶胶带 0.75%
    GSTM#1（GSSI公司测试标准1#）
    黏结力?内聚力破坏模盘测试
    黏结力?内聚力破坏类型
    GSSI公司在实验室把试样放在两个圆盘之间，两个圆盘之间的距离从1/16英寸开始一直拉至试样完全破坏。应注意密封胶破坏类型（是黏结力还是内聚力）和试样破坏前两个圆盘的分开距离，对于优质的密封胶，其内聚力破坏应该达到的指标是95?100%。拉伸接头中的密封胶直至密封胶破坏，密封胶应总是内聚力破坏。也即在接头两侧应留有部分密封胶，两侧不发生脱胶，这样保证了密封胶周围没有漏水间隙。

    GSTM#6硬度（GSSI公司测试标准6#）
    ASTM D?217锥入度
    锥入度
    本试验是使用铜锥和润滑脂、锥入度仪。试样温度达到77?/25℃后持续一小时（或其他合适的温度）。锥入度仪在5秒钟内以150克的活动荷载刺入试样的深度，长度单位用0.1mm（丝米）表示。
    GSSI公司的这个试验是用来测量不同温度下密封胶的粘稠度或内聚力。这广泛用来测试建筑工程用密封胶胶带的硬度。本试验仅是使用圆锥体在一定荷载下测试密封胶材料的一种方法，而不能用来测试密封胶的耐磨性。

    GSTM#9撕裂伸长率和扯断伸长率（GSSI公司测试标准9#）
    本试验对于挤压成型的密封胶来说是最主要的。撕裂伸长率是指均匀拉伸密封胶直至出现小孔前的延伸性能。扯断伸长率是指未扯断前密封胶的拉伸距离。
    试验时用两块竖直的金属面板夹住“U”型密封胶带，浸水，并以一定的速度分离这两块板，密封胶必须均匀地受到拉伸并不出现小孔漏水。
    GSSI公司的这个试验是模拟实际屋面搭接情况，来测量密封胶出现小孔而漏水前的最大伸长率。在不同温度下做这个试验，可以事先了解密封胶胶带的性能和最大受力情况下的预期破坏类型。
    不论在什么温度下，黏结力必须大于内聚力并保持连续延伸。这样的密封胶才不漏水。

    GSTM#9撕裂伸长率和扯断伸长率 结果
    MB?10A密封胶胶带（在77?/25℃下） 1050%+
    MB?10A密封胶胶带（在32?/0℃下） 3050%+

    GSTM#11适用温度范围（GSSI公司测试标准11#）
    GSSI公司的这个试验是用来确定密封胶静态适用温度范围，不允许出现开裂、龟裂、脱落或黏结破坏。通过本试验可以确定胶带在工程现场的适用温度范围。

    GSTM#12 180°剥离（GSSI公司测试标准12#）
    把一条密封胶带粘在一块金属面板上，然后在密封胶上粘上铝箔以提高强度。试样可以放在不同温度条件下，然后在INSTRON牌试验机中试验。180°（直线）拉扯密封胶上的铝箔，测量拉铝箔的力量并注意破坏类型。
    GSSI公司的这个试验用来测量密封胶黏结两块金属的力量大小。也可以用来确定破坏密封胶所需用力大小。破坏类型应该是内聚力破坏，以确保密封胶处不形成渗漏通道。虽然这种破坏类型在金属建筑中是很少见的，但是当紧固件从端板中脱离出来后会发生这种情况。

    GSTM#16 下垂度 [在160?/71℃下3周]（GSSI公司测试标准16#）
    高温抗下垂
    把1/4英寸直径的密封胶胶条粘在竖直金属面板上，在160?/71℃中垂挂3周，测量其抗下垂性能，之所以用1/4英寸直径的密封胶胶条作为试件，是因为这种形状的密封胶与扁平的密封胶胶带相比容易变形（因为同样重量的密封胶，圆形胶条的表面积更小）试验时不应出现下垂或流淌。
    GSSI公司的这个试验是用来说明即使在高温的条件下，胶带不应流淌，仍保持原位。

    GSTM#18剪切强度试验
    把密封胶胶带放在两块金属面板之间。根据试验步骤，把它们放在不同条件下，然后用INSTRON牌的夹紧装置拉开。记录破坏类型和剪切密封胶所需的力大小。
    GSSI公司通过剪切强度试验，可以让工程承包商确信，在面板热胀冷缩时不会被拉开以免漏水。破坏类型应该是内聚力破坏，这样密封胶和面板之间就不会漏水。

    九、选择优质密封胶的重要性
    密封胶的成本在一般金属屋面系统中大约占一个建筑物总成本的0.5%，但是若没有正确使用密封胶，则如修复所需花费的建筑维修费用却要高得多。水是建筑物的首要敌人。建筑围护结构不渗漏是至关重要的。水透过接点渗漏到建筑物内部会导致一些严重的问题，如隐藏的金属部件锈蚀、木材腐烂、保温材料浸水。结果冬天热量损失过多、隐藏的霉菌生长，客户抱怨，甚至引发高代价的结构问题。租户抱怨受损的板墙和锈蚀的屋面，租户可能不再续租，最终导致办公房的空置，使事情更为糟糕的是：水的渗透现象一般要等到已造成了大量破坏后才能被人们发现。
    金属面板不会漏水，而紧固件和面板之间的接点处则是容易发生渗漏现象的地方。
    十、当今市场
    金属屋面的发展速度比其它所有屋面类型的发展都要快。
    丁基橡胶供不应求
    -需求大：美国、欧洲特别是中国和其他亚洲国家的用量增加
    -已多年没有扩建或新建合成橡胶的生产工厂
    -用丁基橡胶制成的其它产品的需求量上升，主要是汽车轮胎。车型越大所配套的轮胎也越大，所需要的丁基橡胶越多。
    与许多其它产品一样，我们希望世界上丁基橡胶的供应能满足当今社会不断增大的需求。
    非常感谢中国钢结构协会能给我这次发言的机会。 同时也要感谢所有参加这次会议的朋友。
    特别感谢上海美建钢结构有限公司（ABC）给了我们巨大的支持，他们在中国市场第一个使用GSSI产品，并始终对我们的产品质量抱有信心。
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