浅谈建筑接缝密封胶的选择

0 引言
接缝设计是整个结构设计的组成部分。几乎任何建筑都有接缝，事实上，由于设计选材的不当，即使使用优质材料、精心施工也难以奏效。实践证明，满足主要功能要求，达到预期效果的成功接缝，主要是正确的设计和恰当的选材，在取舍时要充分考虑到接缝的自由运动位移并设置适应位移和环境要求的密封。
1 选择密封胶的基本原则
1.1 选择时应首先考虑密封胶的以下条件：①良好的防渗透性能；②良好的嵌填施工性能；③与接缝基材相容不污染，有稳定的粘接性能，不发生粘附破坏，在应力集中的边角区或其他局部区不剥离；④能承受接缝位移和随位移速率变形，经反复循环变形后保持并恢复原有性能和形状；⑤在受力变形中不发生内聚破坏；⑥在使用温度下不发生过度永久变形、不软化或发粘，也不发生硬化和过度脆化；⑦具有合理的使用寿命，足够的耐老化、耐气候性。
1.2 依据接缝设计功能要求、位移量和接缝宽度，选择功能适用、经济合理、性能和位移能力满足要求的密封材料；当选择的密封材料不能满足接缝设计位移量时，应适当修改设计加大接缝宽度（增加用胶量），减少接缝相对位移，保证接缝的耐久密封。示例如下：
1.2.1 混凝土屋面接缝
为防止屋面裂缝、上拱、女儿墙被挤出等结构破坏引起防水失效，混凝土屋面设定伸缩缝，若屋面构件长度20米，阳光直射温差可达80℃，伸缩位移计算值为16mm；当设定伸缩缝间隔距离为3m时，计算接缝的理论位移量约5mm；设定接缝宽度为25mm，所选用的密封胶至少具有±12.5％的位移能力。
1.2.2 饰面砖外墙接缝
按规范要求设置饰面砖外墙伸缩缝（变形缝），用于控制构件基体因沉降、震动、温度和湿度变化等因素伸缩变形及位移运动。按每开间设置一道竖向伸缩缝，每层设一道水平伸缩缝，将接缝伸缩运动产生的位移控制在设计部位，伸缩缝的深度达到基体。保证接缝密封材料能够承受接缝位移，接缝宽度为15mm—25mm，接缝宽度简化的计算按W>△L/ε+δ计算。
其中W—缝宽（mm）；
△L—基体伸缩位移量（mm）；
ε—密封材料位移量（%）；
δ—接缝施工误差（mm），(一般取2mm)。
其中△L=L·а·△T
L—构件基本长度（mm）；
а—构件基体材料热膨胀系数（mm/℃·mm）；
△T—使用温度范围（℃），（一般选83℃）。
设混凝土构件基体热膨胀系数为10×10-6mm/℃·mm，长度为3m，△T为83℃，选用位移能力20%的密封胶，理论计算接缝宽度至少为：
W>△L/ε+δ=(3000×10×10-6×83)/20%+2=12.45+2=14.45（mm）
本例若用位移能力为10%的密封胶，则理论接缝宽度（W）应大于(3000×10×10-6×83)/10% +2=24.9+2=26.9mm。
2 结构密封胶的选择原则
以玻璃幕墙为例，结构密封胶的功能不仅起密封作用，还要将玻璃及其他材料同结构框架粘接在一起，向结构体系传递玻璃所受荷载并适应玻璃及支持框架之间发生的位移。设计选材不仅要求密封胶密封接缝还必须有足够的强度和一定的柔性，也就是要求密封胶的弹性模量介于某一用途所必须的最高值和最低值之间；当某一结构密封胶被指定采用，设计应据荷载、位移量及该结构胶的模量特性，确定结构和接缝构造尺寸。现在结构密封胶具有能在广泛范围内应用的功能，如果用于指定的玻璃幕墙建筑，选用的材料就必须具备可以接受的模量。
2.1 最低模量计算
结构密封胶允许的最低模量（最软和允许的最大柔性），当密封胶受力达到设计应力时，密封胶应有足够的刚度，将玻璃板件保持在支撑定位块上，极限状态是当负风压支撑玻璃板重量的定位块实际支撑范围。由于玻璃板件周边应力分布不均匀，应精确计算设计风压荷载下密封胶所受最大应力为Scale=(Ls/2)×W/B （2-1）
式中Scale—密封胶在设计风荷下的计算应力（kPa）；
Ls —玻璃板最短bianco长度（mm）；
W—设计风压载荷（kPa）；
B—密封胶粘接宽度（mm）。
这一条件下密封胶外方向产生的最大应变或百分伸长（εal）与其对应的最低模量用公式2-2求得：
Emin= Scale/εal （2-2）
Emin—最低模量（kPa）；
Scale—结构密封胶设计荷载下所受压力（kPa）；
εal—密封胶外方向允许应变（%）。
2.2 最高模量的计算
密封胶的最高允许模量（最大硬度或最小允许柔性）决定以下要求：即结构密封胶有足够的柔性，以适应风压应变和玻璃板—支撑金属框架之间热位移，使应力不致超过设计参数。在应用中，玻璃板件安置在支撑定位块上，玻璃板件的应变不可能向下扩张，结构胶接缝的热位移空间仅限于玻璃板件顶端。忽略支撑框架的位移（使计算更安全），该玻璃板件将按公式2-3沿垂直方向伸缩。
△L=L·△T·Ct （2-3）
式中△L—玻璃板件长度变化（mm）；
L—玻璃板件原始长度（mm）；
△T—温度变化（℃）；
Ct—热膨胀系数（l/℃）。
以上计算的热位移是垂直于结构接缝深度方向发生的剪切位移。矢量叠加按勾股弦定律（式2-4）近似计算，结构密封胶的实际叠加应变如下：
εcomb=[√△L2+（D+D·εal）2-D]÷D （2-4）
式中εcomb—叠加应变（%）；
△L—玻璃板件长度变化（mm）;
εal—密封剂外向最大允许应变（mm）；
D—密封剂最大深度（mm）。
由上式求得的叠加应变，保证不过量拉伸密封胶，在该应变下，模量应保持密封胶应力小于设计拉伸应力，密封胶的最高模量按式（2-5）计算：
Emax=Sd/εcomb （2-5）
式中Emax—结构胶允许最高模量；
Sd—结构胶设计应力（最大拉应力和剪应力）；
εcomb—热及风压引发的叠加应变。
2.3 模量的确定和选择
幕墙设计选用的结构密封胶，模量应介于式（2-5）、式（2-2）计算的最高模量和最低模量之间。为正确评定选用的结构密封胶，可在规定条件下按GB13477规定的试验方法测定结构密封胶相对伸长率和拉伸粘接强度，绘制出应力-应变曲线。在测试绘制应力-应变曲线时，试验条件（如结构密封胶接缝构造形状或周围的环境条件）应当修正，同规定的条件或预计的使用条件相关联。结合幕墙设计规范，应力-应变曲线就能评价推荐的结构密封胶是否适合该用途。对于一个具体的密封胶产品，模量已由密封胶制造厂给定，此时密封胶接缝尺寸设计，可按公式计算。