幕墻密封性能試驗(yàn)分析

引言：現(xiàn)階段，我國(guó)建筑規(guī)模與施工技術(shù)均有所進(jìn)步，幕墻作為建筑重要組成部分，其質(zhì)量與性能是否良好十分重要。然而，在幕墻設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中，較易出現(xiàn)密封性較差問(wèn)題，不僅影響建筑施工質(zhì)量，而且對(duì)業(yè)主造成不良影響，為解決上述問(wèn)題，有必要對(duì)幕墻的密封性能進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)性能優(yōu)化，使幕墻質(zhì)量達(dá)到行業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)。1.研究背景幕墻的本質(zhì)是無(wú)需承擔(dān)建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)作用力的裝飾結(jié)構(gòu)、護(hù)墻結(jié)構(gòu)，通常由支撐結(jié)構(gòu)、面板共同組成，在適應(yīng)能力、承載能力以及變形能力等方面具有突出表現(xiàn)[1]。作為新型結(jié)構(gòu)形式的代表，幕墻能夠?qū)ㄖδ?、結(jié)構(gòu)與美學(xué)因素進(jìn)行統(tǒng)一，在確保建筑通風(fēng)、采光良好的前提下，起到隔熱保溫、防雨抗風(fēng)還有防塵阻噪的效果。新時(shí)期，低碳節(jié)能成為主旋律，這也給建筑幕墻提出了相應(yīng)的要求，考慮到圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗能占比可達(dá)建筑耗能的50%左右，因此，只有不斷優(yōu)化幕墻性能，才能保證其給建筑耗能、室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生正面影響。對(duì)幕墻性能加以分析可知，在目前的諸多性能中，密封性與建筑耗能的聯(lián)系最為緊密，增強(qiáng)幕墻密封性的重要性不言而喻，受工程屬性影響，施工人員需要以現(xiàn)場(chǎng)情況、環(huán)境條件及其他相關(guān)因素為依據(jù)，對(duì)幕墻結(jié)構(gòu)、密封性能加以確定。以往評(píng)價(jià)幕墻所具有密封性能的方法，主要是將樣品置于100Pa環(huán)境下，對(duì)單位面積滲透空氣總量加以測(cè)定，但建筑幕墻在使用過(guò)程中，極易受到微震、氣溫變化、風(fēng)壓影響，僅分析理想條件下樣品氣密性所得出結(jié)論，通常無(wú)法直接反映密封構(gòu)造所具有持久性、有效性，針對(duì)該情況，有關(guān)人員提出引入層間變形、抗風(fēng)壓試驗(yàn)的建議，希望能夠通過(guò)不同的試驗(yàn)，準(zhǔn)確掌握風(fēng)振、風(fēng)壓給密封構(gòu)造所帶來(lái)影響。2.項(xiàng)目情況建筑占地面積在9公頃左右，實(shí)測(cè)建筑面積能夠達(dá)到40萬(wàn)m3。建筑為鋼結(jié)構(gòu)，東西側(cè)、北側(cè)外立面裝有數(shù)千塊不同材質(zhì)的幕墻，南側(cè)由鋁合金格柵、蜂窩鋁板搭建而成，建筑頂層采光頂面積在3000m2左右，材質(zhì)為玻璃，可以最大限度滿足業(yè)主采光、排煙和通風(fēng)的需求。建筑幕墻為單元幕墻，東西側(cè)、北側(cè)外立面幕墻材質(zhì)以鋁板、玻璃為主，指定區(qū)域裝有裝飾效果良好的搪瓷板幕墻，對(duì)幕墻構(gòu)造進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，東西側(cè)、北側(cè)幕墻密封工藝相同，均為密封膠條，但設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)有所不同。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，幕墻構(gòu)造極易受到荷載作用的影響，進(jìn)而出現(xiàn)變形、位移等問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況、外部環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)幕墻構(gòu)造，通過(guò)設(shè)置柔性材料、預(yù)留縫隙等方式，對(duì)不同材料進(jìn)行過(guò)渡連接，能夠有效降低構(gòu)造改變給幕墻密封效果產(chǎn)生的不良影響，本建筑東西側(cè)、北側(cè)幕墻插接區(qū)域所采用密封工藝有所不同，鑒于此，技術(shù)人員決定結(jié)合建筑情況建立實(shí)體模型，通過(guò)分析試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆绞?，掌握荷載作用與構(gòu)造形式之間的關(guān)系。3.密封試驗(yàn)說(shuō)明3.1前期準(zhǔn)備技術(shù)人員結(jié)合建筑構(gòu)造及幕墻特點(diǎn)，對(duì)試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行選擇，確保試驗(yàn)區(qū)域既包含搪瓷板幕墻，同時(shí)還包含玻璃+金屬板幕墻。建筑外立面幕墻結(jié)構(gòu)大致相同，插接密封均為3道密封，其中，內(nèi)側(cè)密封發(fā)揮氣密功能，中層密封具有防水功能，外側(cè)密封發(fā)揮批水防塵功能，但插接細(xì)節(jié)存在細(xì)微差別，東西幕墻內(nèi)側(cè)、中層使用密封膠條為單膠條，北幕墻內(nèi)側(cè)、中層為雙膠條[2]。3.2試驗(yàn)條件技術(shù)人員根據(jù)項(xiàng)目情況將抗風(fēng)試壓條件對(duì)應(yīng)風(fēng)荷載定為1060Pa、2100Pa，其中，北側(cè)幕墻對(duì)應(yīng)1060Pa，東西側(cè)幕墻對(duì)應(yīng)2100Pa。在確定熱循環(huán)條件時(shí)，應(yīng)以建筑所在地區(qū)的氣候?yàn)橐罁?jù)，本項(xiàng)目位于東北地區(qū)，具有冬季長(zhǎng)、溫度低的特點(diǎn)，因此，需要按照國(guó)標(biāo)設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)內(nèi)容，分別對(duì)室內(nèi)外濕度、溫度、太陽(yáng)輻射照度加以確定。層間變形相關(guān)試驗(yàn)僅需要提前確定層間位移角，本項(xiàng)目中，技術(shù)人員將該指標(biāo)取值定為1/550，滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求，具體取值見表1：表1熱循環(huán)試驗(yàn)條件3.3試驗(yàn)過(guò)程根據(jù)現(xiàn)行規(guī)定所提供方法，對(duì)處于不同工況的樣品空氣滲透程度進(jìn)行測(cè)量。試驗(yàn)需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，要求技術(shù)人員先以現(xiàn)場(chǎng)情況為依據(jù)，將樣品固定在對(duì)應(yīng)試驗(yàn)臺(tái)上，既要確保安裝工藝符合項(xiàng)目要求，還要對(duì)試驗(yàn)臺(tái)四周做密封處理。將風(fēng)向背離樣品的狀態(tài)設(shè)定為負(fù)壓狀態(tài)，反之設(shè)定為正壓狀態(tài)，隨后，分別在不同工況下，對(duì)樣品空氣滲透相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。4.試驗(yàn)結(jié)果討論4.1北側(cè)幕墻試驗(yàn)結(jié)果首先，理想環(huán)境下，試驗(yàn)樣品空氣滲透程度與壓差情況密切相關(guān)，其中，正壓密封效果良好，由此可證，建筑處于正壓環(huán)境時(shí)，北側(cè)幕墻所采用密封方案更能夠發(fā)揮作用，原因在于幕墻內(nèi)側(cè)膠條為單膠條，極易受負(fù)壓作用影響而發(fā)生變形，導(dǎo)致型材、膠條之間出現(xiàn)縫隙，進(jìn)而使密封效果受到影響。其次，本次試驗(yàn)中，技術(shù)人員分別將壓差設(shè)為-100Pa、+100Pa并展開試驗(yàn)，其中，熱循環(huán)、抗風(fēng)壓相關(guān)試驗(yàn)所得出結(jié)論可以直接反映樣品對(duì)外界溫度、風(fēng)壓的適應(yīng)能力，層間變形試驗(yàn)則無(wú)法準(zhǔn)確反映相關(guān)參數(shù)[3]。最后，正壓環(huán)境下，樣品密封效果極易受到風(fēng)荷載影響，具體表現(xiàn)為性能快速衰減。待抗風(fēng)試驗(yàn)告一段落，技術(shù)人員對(duì)比空氣滲透量，發(fā)現(xiàn)-100Pa環(huán)境下，樣品相關(guān)參數(shù)衰減率約為2%，+100Pa環(huán)境下，對(duì)應(yīng)參數(shù)衰減率約為14%，由此表明樣品密封具有不對(duì)稱性，同時(shí)其不對(duì)稱性將在風(fēng)壓作用影響下進(jìn)一步增強(qiáng)。熱循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束后，空氣滲透相關(guān)參數(shù)衰減率達(dá)到17%左右，-100Pa環(huán)境下，對(duì)應(yīng)衰減率僅為約10%，這表示樣品密封極易受到風(fēng)壓方向影響，對(duì)風(fēng)壓方向具有較高的敏感度。例：2021年6月30日進(jìn)行靜態(tài)氣密性能測(cè)試。檢測(cè)室氣溫為26℃，大氣壓為100.3kPa。幕墻開啟部分縫隙長(zhǎng)度：4.21m。幕墻整體面積：18.90m2。按EN12153:2000，進(jìn)行600Pa壓差作用下的空氣滲透量檢測(cè)。測(cè)試記錄如表2。表2600Pa壓差作用下的空氣滲透量檢測(cè)記錄測(cè)試結(jié)果：Qt/A+=0.31m3/(m2.h)Qt/A-=0.34m3/(m2.h)Qj/Lo+=0.81m3/(m.h)Qj/Lo-=0.90m3/(m.h)4.2東西側(cè)幕墻試驗(yàn)結(jié)果不同工況下，樣品測(cè)試結(jié)果見圖1：圖1樣品測(cè)試結(jié)果本項(xiàng)目中，技術(shù)人員出于全方位了解層間變形、熱循環(huán)、抗風(fēng)壓相關(guān)測(cè)試給密封性能產(chǎn)生的影響的考慮，決定對(duì)理想環(huán)境下，樣品空氣滲透程度進(jìn)行對(duì)比分析，分析所得出結(jié)論如下：其一，測(cè)試條件給空氣滲透相關(guān)參數(shù)取值的影響較小，這表示樣品所采用密封構(gòu)造對(duì)壓差作用具有良好的適應(yīng)性。其二，空氣滲透量與密封性能密切相關(guān)，本次所開展試驗(yàn)均會(huì)在一定程度上影響樣品密封性能，其中，熱循環(huán)、抗風(fēng)壓試驗(yàn)會(huì)造成密封性能衰減，這表示以上試驗(yàn)可用來(lái)驗(yàn)證樣品密封對(duì)溫度、風(fēng)壓的適應(yīng)能力。層間變形試驗(yàn)給相關(guān)參數(shù)所產(chǎn)生影響十分有限，這是因?yàn)殚_展該試驗(yàn)前，技術(shù)人員完成抗風(fēng)壓試驗(yàn)，抗風(fēng)壓、層間變形試驗(yàn)所具有功效存在重合。其三，待抗風(fēng)壓試驗(yàn)告一段落，分析樣品密封性能，可以發(fā)現(xiàn)樣品該性能會(huì)受到風(fēng)壓方向的影響，進(jìn)而表現(xiàn)出明顯的不對(duì)稱性，+100Pa環(huán)境下，樣品空氣滲透相關(guān)參數(shù)衰減率約為7.5%，-100Pa環(huán)境下，該參數(shù)衰減率提高到16%，由此可證，樣品密封構(gòu)造所取得密封效果主要受風(fēng)壓方向影響。熱循環(huán)給樣品密封性能所產(chǎn)生影響有限，+100Pa、-100Pa環(huán)境下，空氣滲透參數(shù)對(duì)應(yīng)衰減率取值為9.5%、8.5%，除極特殊情況外，均可以忽略不計(jì)。4.3最終結(jié)論考慮到投入使用的幕墻，通常會(huì)受到地震、溫度還有風(fēng)壓的影響，因此，對(duì)幕墻進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮可能影響其密封性能的因素，還要針對(duì)不同影響因素展開檢測(cè)試驗(yàn)。本文所討論建筑所安裝幕墻的密封結(jié)構(gòu)較為合理，可以快速適應(yīng)外界環(huán)境的變化，安裝雙膠條的幕墻，其適應(yīng)能力明顯優(yōu)于僅安裝單膠條的幕墻，此外，雙膠條結(jié)構(gòu)受風(fēng)壓方向變更影響較小[4]。將測(cè)定空氣滲透量的方法用于熱循環(huán)、抗風(fēng)壓相關(guān)測(cè)試，可使幕墻適應(yīng)能力得到直觀展現(xiàn)，若將抗風(fēng)壓測(cè)試提至層間變形相關(guān)測(cè)試前，則會(huì)使后續(xù)試驗(yàn)效果受到影響，原因在層間變形、抗風(fēng)壓的試驗(yàn)原理相似，因此，抗風(fēng)壓試驗(yàn)給樣品所施加影響將被帶入后續(xù)試驗(yàn)中，導(dǎo)致試驗(yàn)出現(xiàn)效果減弱或是類似問(wèn)題。5.幕墻設(shè)計(jì)施工注意事項(xiàng)5.1設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)建筑幕墻進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有關(guān)人員應(yīng)做到細(xì)致且嚴(yán)謹(jǐn)，確保設(shè)計(jì)方案符合現(xiàn)場(chǎng)情況，根據(jù)各方人員所提出建議，對(duì)設(shè)計(jì)方案的細(xì)節(jié)加以調(diào)整，為后續(xù)施工提供科學(xué)指導(dǎo)。在選擇幕墻材料時(shí)，應(yīng)明確幕墻材料能夠直接影響其性能，并以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，確定幕墻材料，保證進(jìn)場(chǎng)材料均能夠提供相應(yīng)的合格報(bào)告，且耐候性、物化性與建筑所提出要求相符。5.2施工環(huán)節(jié)對(duì)比不同樣品的測(cè)試結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，建筑北側(cè)幕墻密封效果與東西側(cè)存在較大差距，這是因?yàn)闁|西側(cè)幕墻所使用密封膠條為雙膠條，為密封效果提供雙重保障，此外，雙膠條能夠增強(qiáng)密封結(jié)構(gòu)對(duì)外界風(fēng)壓的適應(yīng)能力。未來(lái)，對(duì)建筑幕墻進(jìn)行設(shè)計(jì)與安裝期間，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：5.2.1氣密性氣密性指的是幕墻單位面積所滲透空氣總量，通?？梢灾苯臃从衬粔ψ柚雇饨缈諝鉂B入建筑內(nèi)部的能力。幕墻氣密性與建筑熱量損失情況密切相關(guān)，一般情況下，建筑熱交換會(huì)隨著幕墻氣密性的增強(qiáng)而減少，外界環(huán)境給建筑內(nèi)部所產(chǎn)生影響隨之降低，其節(jié)能效果自然更加理想。目前，建筑所安裝幕墻通常分為固定區(qū)域、可以開啟的區(qū)域，要想使幕墻具有良好的氣密性，關(guān)鍵是要根據(jù)不同區(qū)域的特點(diǎn)，對(duì)密封結(jié)構(gòu)加以調(diào)整。固定區(qū)域表面通常覆蓋有耐候膠，滲透程度相對(duì)較低，施工人員可以先使用聚氯乙烯材質(zhì)的泡沫棒仔細(xì)填充該區(qū)域縫隙，再通過(guò)注入耐候膠的方式，對(duì)縫隙表面進(jìn)行密封，由此保證密封效果達(dá)到預(yù)期，施工期間，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注打膠和注膠環(huán)節(jié)，以免由于耐候膠存在氣泡、注膠質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致幕墻性能受到影響。明框幕墻所具有氣密性略差于隱框幕墻，原因在于明框幕墻需要單獨(dú)處理玻璃、主框的連接部位，該環(huán)節(jié)有一定概率出現(xiàn)空氣滲漏問(wèn)題，需要施工人員沿主框邊緣注膠，由此降低主框邊緣滲入空氣的可能性?？梢蚤_啟的區(qū)域，其氣密性往往難以達(dá)到理想水平，導(dǎo)致該情況出現(xiàn)的原因如下：一是對(duì)窗扇組角、窗框進(jìn)行施工時(shí)，沒(méi)有嚴(yán)格控制構(gòu)件間隙；二是轉(zhuǎn)角存在明顯的缺口；三是施工所用密封膠條整體彈性不理想；四是開啟窗對(duì)應(yīng)鎖點(diǎn)所在位置、數(shù)量與現(xiàn)場(chǎng)情況不符；五是固定所使用構(gòu)件的螺釘位置不科學(xué)，沒(méi)有向螺釘孔內(nèi)注入耐候膠[5]。日后，對(duì)建筑幕墻進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)將目光聚焦于以上環(huán)節(jié)，為幕墻密封效果提供強(qiáng)有力的保證。5.2.2水密性導(dǎo)致幕墻滲水的原因較多，通常包括以下幾點(diǎn)：其一，開啟窗安裝密封膠條規(guī)格和窗扇尺寸存在出入，致使副框、開啟窗之間存在縫隙，積水受外界壓差影響，經(jīng)由縫隙滲入幕墻內(nèi)。其二，施工人員沒(méi)有按照規(guī)定在開啟窗附近安裝相應(yīng)的擋水板。其三，五金件通過(guò)緊固螺釘與開啟窗相連，一旦螺釘、孔洞間存在縫隙，便會(huì)出現(xiàn)滲水問(wèn)題。要想避免幕墻滲水，關(guān)鍵是要準(zhǔn)確掌握問(wèn)題成因，幕墻滲水的前提有三個(gè)，首先是幕墻表面存在縫隙，其次是縫隙附近有水，最后是外部存在能夠促使水滲入幕墻內(nèi)的力，只有同時(shí)滿足以上因素，幕墻才會(huì)出現(xiàn)滲水情況。由此可見，施工人員應(yīng)當(dāng)以作用力、幕墻縫隙為切入點(diǎn)，對(duì)幕墻密封性能進(jìn)行優(yōu)化，其中，構(gòu)件幕墻應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注縫隙情況，使用耐候膠、硅酮結(jié)構(gòu)膠對(duì)幕墻縫隙進(jìn)行封堵。5.2.3隔聲性隔聲是指利用構(gòu)件隔離接受者與噪聲源，通過(guò)阻斷聲能傳播途徑的方式，達(dá)到消除或是減小噪聲的目的。安裝在建筑外立面的幕墻，通常能夠發(fā)揮與隔聲構(gòu)件相同的作用，可以通過(guò)阻隔噪聲的方式，為業(yè)主提供舒適的生活、工作環(huán)境。幕墻多用于外界噪聲的隔離，只有根據(jù)幕墻所處區(qū)域，對(duì)其隔聲量加以確定，才能使幕墻隔聲作用得到充分發(fā)揮。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，聲波可以通過(guò)以下途徑進(jìn)入建筑內(nèi)部：一是空氣，即通過(guò)縫隙或是孔洞進(jìn)入建筑內(nèi)部；二是透射，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是聲波由幕墻一側(cè)傳播至另一側(cè)，其傳播過(guò)程可以概括為①聲波②結(jié)構(gòu)振動(dòng)③輻射。要想使幕墻具有良好的隔聲性，實(shí)證有效的方法如下：首先，若建筑對(duì)幕墻隔聲性所提出要求較為嚴(yán)格，則應(yīng)酌情選用多層/雙層/單層厚度較厚的玻璃，盡量避免各層所安裝玻璃厚度完全一致，此外，還要避免玻璃互相平行。其次，幕墻優(yōu)選隔熱斷橋鋁材，以免受熱膨脹、風(fēng)荷載等因素影響，產(chǎn)生不必要的噪聲，搭配安裝可發(fā)揮阻尼作用的隔熱條，為隔聲效果提供雙重保障。再次，沿玻璃縫隙注入耐候膠，事實(shí)證明，該做法既能夠改善幕墻隔聲性，又可以在一定程度上增強(qiáng)幕墻水密性、氣密性。最