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金屬屋面選擇優質密封膠的重要性

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （美國GSSI公司 副總裁：Mark Platz（馬克•普拉茲 先生）

    前言：對于從事鋼結構的企業來說，屋面漏水的問題已經越來越成為衡量一個企業管理和質量水平的標志。漏水問題除了設計和施工原因以外，防水密封膠帶的選擇也是一個極其重要的原因。
    防水密封膠帶在整個鋼結構工程的造價中所占的比重只有0.5%，但是如果質量不過關其造成的后果卻很嚴重。美國GSSI公司憑借著半個世紀的研究和生產經驗，在鋼結構密封防水膠帶的配方和研制方面積累了一定的經驗，產品獲得了“美國金屬建筑制造協會（M.B.M.A）”、“美國食品及藥物管理局（F.D.A）”、“美國全國航空協會（N.A.A.M.M）”、“美國軍用標準（MIL）”等一系列合格證書。
    下面給各位嘉賓介紹一下美國GSSI公司在產品的生產制造、質量監控等方面的做法和體會。
    一、金屬屋面的優勢
    1) 壓制成型
    - 大批量生產剛性材料
    - 面板可以做得更長
    - 現代的成型設備
    2) 鋁材
    - 強度重量性能比高
    - 面板結構完整
    - 抗腐蝕性能好
    - 經濟性好
    3) 鋼材涂層
    - 強度重量性能比高
    - 結構附件配套
    - 抗腐蝕性能好
    - 成本低
    4) 涂層
    - 顏色選擇余地大
    - 保質期長
    5) 密封膠技術
    - 可使用于坡度小的屋面
    二、什么是丁基密封膠?
    丁基是一種合成橡膠，在1937年用石油副成品研制而成。
    A） 膠的組成部分
    a. 丁基?保證強度（基質）
    b. 增粘劑?提高粘度或粘性
    c. 填充料?保持穩定性
    d. 增塑劑?改善密封膠動態性能的潤濕劑（保持柔韌性）
    e. 抗氧化劑?防止橡膠老化以及由于日照和臭氧引起的老化
    B） 丁基橡膠是由聚異丁烯和少量的（1%~4%）異戊二烯合成。聚異丁烯本身飽和烴結構，異戊二烯則可提供足夠雙鍵提供所需的硫化能力。
    C） 丁基密封膠相比其它密封膠的優點
    a) 不起皮
    b) 不固化
    c) 優良的抗紫外線性能
    d) 適應溫度范圍廣，保持彈性
    e) 優良的延伸性能
    f) 柔韌不斷
    g) 始終保持黏性
    h) 不冷流（不冷變形）
    i) 耐高溫
    j) 良好的耐化學介質性能
    k) 優良的耐候性能
    l) 經濟性好
    三、何時需用丁基密封膠？為什么？
    丁基密封膠是順應人們對“功能金屬屋面”的需要，所謂“功能金屬屋面”是指同時符合靜水力學又具有結構性能屋面系統，通常屋面坡度較小。
    提到靜水力學，我們應首先解釋一下液體動力學和毛細作用或毛細力，當你把兩塊玻璃合在一起，并把這兩塊玻璃的邊緣浸在裝有顏色水的容器中，觀察發生的現象：水就沿著兩塊玻璃吸了上來。這就稱為毛細作用或毛細現象。
    這種現象同樣發生在兩塊金屬面板之間，因此我們不能保證水會沿著斜坡向下流。
    首先來談談液體動力學中的連接點。Hgdro?是指水的意思，Kinetic?意思是運動。因此我們要討論的是一個用來處理運動水的連接點。毛細現象仍然存在，為了防止發生毛細現象，在連接處設計一個凹槽或突起來隔斷，有了這個隔斷就可以防止發生毛細現象或防止水往上流。
    雖然已經防止了毛細現象，但是我們的屋面是利用自然重力來排水的。這只有適用于坡度比較大的屋面，即在水還來不及沿著縫往上流時就已經流下了屋面。但遇到坡度小的屋面或水已往上流的時侯，這個隔斷就不起作用了，因為整個連接處就已充滿了水。

    不論搭接處有多長，毛細現象仍然存在…

    （附圖版權：金屬屋面顧問集團公司版權1995）

    4條密封膠和12英寸的搭接仍不管用（緊固件安裝在密封膠的“濕側”）

    1條密封膠和4英寸的搭接就可管用 （緊固件安裝在密封膠的“干側”）
    （附圖版權：金屬屋面顧問集團公司版權1995）

    現在來解釋靜水連接點。Hgdro?是指水的意思，Static?意思是靜態，靜水連接點是對靜止的水起作用的。用丁基密封膠帶可以防止毛細現象，還可以在連接點全部浸水時起到保護作用。現在我們用一個墊襯接點用來防止靜水或全部浸水時侵入。
    這樣不僅可以提高屋面系統的完整性和水密性，通過使用坡度小的屋面還可以降低用鋼量。

    暴露式緊固件梯形肋板的嵌套側向搭接

    情況一：基本嵌套搭接(普通搭接)??沒有毛細隔斷，沒有密封膠膠帶

    情況二：液體動力學接點??毛細隔斷

    情況三：靜水接點??有密封膠帶
    （附圖版權：金屬屋面顧問集團公司版權1995）

    四、靜力接點注意事項（使用密封膠帶的普通搭接接點）
    1）使用不起皮、不固化的丁基橡膠，最好使用預先成型的密封膠帶，而不要使用固化硅膠
    或聚氨酯。
    2）密封膠必須安裝在“濕側”，最好安裝在緊固件下面，并隱藏在接點里面，不要暴露在紫
    外線下。
    3）盡量減少或消除接點各附件的不同位移。
    4）按壓密封膠，并保證與板之間密實接觸。
    五、優質密封膠的性能標準
    在屋面設計時有許多因素使得密封膠顯得尤其重要。如坡小、直立縫和屋面板長的屋面系統。如今密封膠需要適應冷熱氣候。正因如此，粘結力和內聚力這兩種性能之間必須達到平衡。粘結力是指兩個表面黏合在一起的吸引力或者叫“粘性”。內聚力是指一種物質分子聚合在一起的內在力或者叫“粘稠性”。內聚力需使密封膠在極端炎熱的氣候下經受往屋面高溫，不流淌不下垂，這也確定了產品內聚力的下限。
    在寒冷的天氣下，質量不好的密封膠會與其黏著的一個或兩個表面脫開。粘結力性能損失后，便形成漏水通道，而且在屋面溫度上升到32?/0℃后仍然如此。在冬季積雪，屋面收縮和冰壩情況下，密封接頭處就會形成巨大的剪功力和剝離力。正因如此，密封膠的粘接力應大于內聚力。最后密封膠的破壞類型應是內聚力破壞，而對粘結力沒有破壞，密封膠應始終粘接在兩個表面。
    在拉伸優質密封膠帶時，膠帶的內聚力可以使膠帶均勻地覆蓋在整個接點長度，使其密封均勻連續。大家普遍接受的標準是膠帶最大撕裂伸長率至少達到膠帶長度的十倍或者接頭寬度的10倍。溫度下降內聚力上升，伸長率也提高。因為溫度下降時密封膠變硬，內聚力上升。當溫度下降到一定的溫度時，升高的密封膠內聚力便超過其對接頭表面的粘結力。當溫度達到關鍵的“破壞過渡溫度”時，密封膠的破壞類型就從內聚力破壞變為粘結力脫離。

    （曲線圖）
    低于這個溫度，伸長率下降，粘結力上升。為了保證有足夠的粘結力，密封膠制造商應規定：根據ASTM C-765-73標準（ASTM?美國材料檢測協會標準），密封膠在-60?/-51℃時用1/2英寸圓棒彎曲仍能保持柔韌。
    當發生冰壩現象時，密封膠的剝離力達到最大。其它液體隨著溫度下降其體積變小，但水則不同，溫度從40?/4℃降至32?/0℃時，水的體積變大。這種體積膨脹大約是11%，其所產生的力足夠可以破壞屋面搭接縫。
    使情況變得更為復雜的是金屬屋面板低溫收縮。約大多數直立縫屋面設計時，200英寸長的面板熱脹冷縮量為2英寸。
    六、黏結性能和內聚力性能
    （曲線圖）為推薦的密封膠帶各溫度的伸長曲線，對于發生冰壩現象的屋面搭接，“破壞過渡溫度”低于25?/-4℃是很重要的。
    考慮到冰壩和屋面收縮產生的共同效果，“破壞過渡溫度”應低于25?/-4℃。當溫度低于25?/-4℃時，冰開始收縮，這樣可以減輕密封膠上的一些壓力。
    優質密封膠的伸長率在32?/0℃應達到最大值。因為此時冰壩和屋面收縮產生的合力最大。77?/25℃時1000%伸長率的標準是針對正常情況下的，但在32?/0℃時受力變大，伸長率應至少提高到3000%。“破壞過渡溫度”必須低于25?/-4℃。低溫會使內聚力過大，所以在安裝時，應避免交叉連接丁基橡膠。
    七、影響粘結力/內聚力的其它因素
    應避免污染物，如泥土、灰塵、過量機油和潮氣，因為這些會影響密封膠與金屬面板之間的粘結效果。
    密封膠受壓力影響較大，與金屬面板的粘結需用力按壓。壓力越大，密封膠和金屬面板之間的接觸面越大。密封膠一開始由安裝人沒用力按壓到安裝位置，但是密封膠和金屬面板之間的最佳粘結力是發生在緊固件鎖緊搭接之后，隨著密封膠“滲透“到金屬面板，其粘結力會增強。
    這些初始力把膠泥粘到金屬面板的粗糙表面，擴大接觸面積，提高粘結強度。內聚力也隨著內力的平衡和穩定而增強。
    密封膠必須用耐化學腐蝕和耐老化的惰性材料研制而成。惡劣的大氣環境、酸雨、風中含有的化學物質以及紫外線會影響密封膠的使用壽命。
    八、重要的測試方法
    美國GSSI公司通過一些測試方法，可以確保你是否得到了優質的產品。這里介紹一些我們認為重要的測試方法。
    ASTM D?750耐候性
    把一條密封膠膠帶放在一塊面板上，放置在熒光紫外線試驗箱中連續幾個周期的紫外線照射和高溫冷凝。
    GSSI公司認為耐候性對于安裝在金屬面板之間的搭接接頭處的隱蔽密封膠來說不是十分重要的，但是對于用在玻璃或玻璃纖維上的密封膠來說，由于受陽光紫外線輻射和冷凝水的雙重影響，耐候性就顯得十分重要了。

    ASTMD-750耐候性：熒光紫外線試驗箱中1000個小時。 結果
    一個周期是指150?/66℃紫外線照射8小時后 不褪色、不開裂、不龜裂、粘結不破壞
    104?/40℃冷凝4小時

    ASTM C?765低溫柔性（1/2”圓棒彎曲 -60?/-51℃）
    在試驗時,把密封膠粘在鍍鋅金屬上。溫度調至-60?/-51℃，然后繞1/2英寸圓棒彎曲。密封膠膠帶應不開裂，粘結不破壞。
    GSSI公司這個試驗用來區別柔性和非柔性密封膠膠帶。非柔性密封膠在低溫時變硬，而且粘結破壞。

    ASTM C?765低溫柔性 結果
    MB?10A密封膠膠帶 通過試驗，不脫膠、不開裂
    ASTM C?771 熱老化重量損失、耐熱老化
    耐熱老化
    在220?/104℃老化2周后，目測其變化。應不開裂、不龜裂，粘接不破壞、不變形、不變色，這樣保證膠帶耐老化，接點密封完好。
    熱老化比重損失
    一定重量的密封膠放在一塊面板上，在高溫環境下放置2周。GSSI公司通過這個試驗，可以判斷密封膠中是否含有揮發性物質，這些物質會從密封膠中揮發出來，并引起收縮或開裂。最好有少量重量損失，說明密封膠在接頭處密封完好。

    ASTM C?771 結果
    耐熱老化， 220?/104℃2周
    MB?10A密封膠膠帶 沒有變化
    熱老化損失（%） 200?/93℃2周
    MB?10A密封膠膠帶 0.75%
    GSTM#1（GSSI公司測試標準1#）
    黏結力?內聚力破壞模盤測試
    黏結力?內聚力破壞類型
    GSSI公司在實驗室把試樣放在兩個圓盤之間，兩個圓盤之間的距離從1/16英寸開始一直拉至試樣完全破壞。應注意密封膠破壞類型（是黏結力還是內聚力）和試樣破壞前兩個圓盤的分開距離，對于優質的密封膠，其內聚力破壞應該達到的指標是95?100%。拉伸接頭中的密封膠直至密封膠破壞，密封膠應總是內聚力破壞。也即在接頭兩側應留有部分密封膠，兩側不發生脫膠，這樣保證了密封膠周圍沒有漏水間隙。

    GSTM#6硬度（GSSI公司測試標準6#）
    ASTM D?217錐入度
    錐入度
    本試驗是使用銅錐和潤滑脂、錐入度儀。試樣溫度達到77?/25℃后持續一小時（或其他合適的溫度）。錐入度儀在5秒鐘內以150克的活動荷載刺入試樣的深度，長度單位用0.1mm（絲米）表示。
    GSSI公司的這個試驗是用來測量不同溫度下密封膠的粘稠度或內聚力。這廣泛用來測試建筑工程用密封膠膠帶的硬度。本試驗僅是使用圓錐體在一定荷載下測試密封膠材料的一種方法，而不能用來測試密封膠的耐磨性。

    GSTM#9撕裂伸長率和扯斷伸長率（GSSI公司測試標準9#）
    本試驗對于擠壓成型的密封膠來說是最主要的。撕裂伸長率是指均勻拉伸密封膠直至出現小孔前的延伸性能。扯斷伸長率是指未扯斷前密封膠的拉伸距離。
    試驗時用兩塊豎直的金屬面板夾住“U”型密封膠帶，浸水，并以一定的速度分離這兩塊板，密封膠必須均勻地受到拉伸并不出現小孔漏水。
    GSSI公司的這個試驗是模擬實際屋面搭接情況，來測量密封膠出現小孔而漏水前的最大伸長率。在不同溫度下做這個試驗，可以事先了解密封膠膠帶的性能和最大受力情況下的預期破壞類型。
    不論在什么溫度下，黏結力必須大于內聚力并保持連續延伸。這樣的密封膠才不漏水。

    GSTM#9撕裂伸長率和扯斷伸長率 結果
    MB?10A密封膠膠帶（在77?/25℃下） 1050%+
    MB?10A密封膠膠帶（在32?/0℃下） 3050%+

    GSTM#11適用溫度范圍（GSSI公司測試標準11#）
    GSSI公司的這個試驗是用來確定密封膠靜態適用溫度范圍，不允許出現開裂、龜裂、脫落或黏結破壞。通過本試驗可以確定膠帶在工程現場的適用溫度范圍。

    GSTM#12 180°剝離（GSSI公司測試標準12#）
    把一條密封膠帶粘在一塊金屬面板上，然后在密封膠上粘上鋁箔以提高強度。試樣可以放在不同溫度條件下，然后在INSTRON牌試驗機中試驗。180°（直線）拉扯密封膠上的鋁箔，測量拉鋁箔的力量并注意破壞類型。
    GSSI公司的這個試驗用來測量密封膠黏結兩塊金屬的力量大小。也可以用來確定破壞密封膠所需用力大小。破壞類型應該是內聚力破壞，以確保密封膠處不形成滲漏通道。雖然這種破壞類型在金屬建筑中是很少見的，但是當緊固件從端板中脫離出來后會發生這種情況。

    GSTM#16 下垂度 [在160?/71℃下3周]（GSSI公司測試標準16#）
    高溫抗下垂
    把1/4英寸直徑的密封膠膠條粘在豎直金屬面板上，在160?/71℃中垂掛3周，測量其抗下垂性能，之所以用1/4英寸直徑的密封膠膠條作為試件，是因為這種形狀的密封膠與扁平的密封膠膠帶相比容易變形（因為同樣重量的密封膠，圓形膠條的表面積更小）試驗時不應出現下垂或流淌。
    GSSI公司的這個試驗是用來說明即使在高溫的條件下，膠帶不應流淌，仍保持原位。

    GSTM#18剪切強度試驗
    把密封膠膠帶放在兩塊金屬面板之間。根據試驗步驟，把它們放在不同條件下，然后用INSTRON牌的夾緊裝置拉開。記錄破壞類型和剪切密封膠所需的力大小。
    GSSI公司通過剪切強度試驗，可以讓工程承包商確信，在面板熱脹冷縮時不會被拉開以免漏水。破壞類型應該是內聚力破壞，這樣密封膠和面板之間就不會漏水。

    九、選擇優質密封膠的重要性
    密封膠的成本在一般金屬屋面系統中大約占一個建筑物總成本的0.5%，但是若沒有正確使用密封膠，則如修復所需花費的建筑維修費用卻要高得多。水是建筑物的首要敵人。建筑圍護結構不滲漏是至關重要的。水透過接點滲漏到建筑物內部會導致一些嚴重的問題，如隱藏的金屬部件銹蝕、木材腐爛、保溫材料浸水。結果冬天熱量損失過多、隱藏的霉菌生長，客戶抱怨，甚至引發高代價的結構問題。租戶抱怨受損的板墻和銹蝕的屋面，租戶可能不再續租，最終導致辦公房的空置，使事情更為糟糕的是：水的滲透現象一般要等到已造成了大量破壞后才能被人們發現。
    金屬面板不會漏水，而緊固件和面板之間的接點處則是容易發生滲漏現象的地方。
    十、當今市場
    金屬屋面的發展速度比其它所有屋面類型的發展都要快。
    丁基橡膠供不應求
    -需求大：美國、歐洲特別是中國和其他亞洲國家的用量增加
    -已多年沒有擴建或新建合成橡膠的生產工廠
    -用丁基橡膠制成的其它產品的需求量上升，主要是汽車輪胎。車型越大所配套的輪胎也越大，所需要的丁基橡膠越多。
    與許多其它產品一樣，我們希望世界上丁基橡膠的供應能滿足當今社會不斷增大的需求。
    非常感謝中國鋼結構協會能給我這次發言的機會。 同時也要感謝所有參加這次會議的朋友。
    特別感謝上海美建鋼結構有限公司（ABC）給了我們巨大的支持，他們在中國市場第一個使用GSSI產品，并始終對我們的產品質量抱有信心。
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