CN115452694B - 一种玻璃-结构胶界面粘结强度受老化因素影响的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种玻璃‑结构胶界面粘结强度受老化因素影响的测试方法，包括：玻璃‑结构胶界面粘结强度试样制备与测试方法；确定老化因素，并确定老化因素对界面粘结强度的定量影响；确定不同的界面处理方式对玻璃‑结构胶界面粘结强度的影响；综合计算老化因素和不同的界面处理方式对粘结强度的影响。本发明可用于评估玻璃与结构胶界面脱胶粘结强度大小，并利用玻璃幕墙所处的外界环境及使用年限信息可分析界面粘结强度的剩余值；该剩余值可以应用于评估以结构胶粘结固定的玻璃面板的脱落风险；与已有方法相比，该方法考虑了不同老化因素及使用年限的影响，分析方法简单、计算结果合理。

Description

一种玻璃-结构胶界面粘结强度受老化因素影响的测试方法

技术领域

本发明涉及结构胶粘结强度检测技术领域，具体涉及一种玻璃-结构胶界面粘结强度受老化因素影响的测试方法。

背景技术

同所有建筑结构材料一样，玻璃幕墙在长期使用过程中，其各部件和材料均存在松动、连接刚度减弱、性能退化等现象。上述因素导致玻璃幕墙上的玻璃板块与其后方的骨架结构之间的多个连接环节的连接强度降低甚至失效，在外荷载作用下有可能导致连接破坏，从而造成玻璃板块脱落。玻璃板块的高空坠落会导致的人员伤亡和财产损失，造成严重后果。

隐框玻璃幕墙中，外层玻璃面板通过硅酮结构胶与内层玻璃粘结在一起，再通过硅酮结构胶粘结于金属附框。其中，内外层玻璃之间结构胶与外层玻璃间的粘结界面，直接暴露在阳光下，受到阳光直射，阳光中的紫外线会加速结构胶老化；同时也可能因密封性不好而受到外界湿热、化学物质等作用，同样会对结构胶的粘结性能，尤其对界面粘结强度产生不利影响。最严重的后果就是结构胶与玻璃面板之间的粘结界面遭到破坏，结构胶与玻璃面板部分脱粘，此时虽然其他部分结构胶还提供粘结力以抵抗外荷载，但与完好结构相比，更容易产生玻璃面板整体脱落的事故。对于外层玻璃面板，其结构抗力由结构胶粘结力唯一提供。因此，玻璃脱落意味着作用在玻璃上的外力，主要包括水平方向的负风压和竖向的玻璃自重等，超过了结构胶粘结力。借用结构设计中荷载效应与结构抗力需要满足的关系来表示隐框玻璃正常工作所需满足的条件，即：

R≥S(1)

式中R为玻璃和结构胶之间的粘结力；S为作用在玻璃上的外力。

一般来讲，结构胶粘结力取决于两个因素，其一为结构胶的拉伸粘结强度f₁；其二为结构胶与玻璃面板界面之间的粘结强度f_i。假设结构胶与玻璃面板之间的粘结面积为A，那么前者提供的极限粘结力为R₁＝Af₁，后者提供的极限粘结力为R_i＝Af_i，可见，玻璃和结构胶之间的粘结力取决于上述两个力之间的较小者。但目前幕墙的设计和应用过程中，一般认为结构胶与玻璃之间的界面粘结质量很高，即R_i很大，因此直接将R取值为R₁。而实际的玻璃幕墙由于施工质量、玻璃表面清洁度、结构胶质量、结构胶老化、紫外线直射等因素的影响，结构胶与玻璃面板之间的粘结力往往随使用年限逐渐下降，出现R_i<R₁的情况。此时，在外力作用下，玻璃脱落表现为玻璃与结构胶之间的界面破坏。

由以上分析可以看出，R_i与两个因素相关，其一是结构胶与玻璃的粘结面积A，当结构胶脱胶时，A减小，极限粘结力降低，造成脱落风险升高；其二是粘结强度fi直接降低，从而也造成玻璃脱落风险升高。因此，对界面粘结强度f_i的准确估计有助于更精确地判断结构胶的极限粘结力，对估计玻璃面板的脱落风险具有重要的研究意义。

结构胶的拉伸粘结强度f₁已经得到了广泛研究，并在玻璃幕墙工程技术规范中得到应用。如竖向隐框、半隐框玻璃幕墙中玻璃和铝框之间硅酮结构密封胶在风荷载或地震荷载作用下的粘结宽度计算均使用硅酮结构密封胶在风荷载或地震荷载作用下的强度设计值f₁；在永久荷载作用下的粘结宽度使用相应的强度设计值f₂。国家标准《建筑用硅酮结构密封胶GB 16776-2005》中也将不同温度下的拉伸粘结强度作为硅酮结构胶物理力学性能的关键技术指标。朱瑞娟等在《既有玻璃幕墙安全性能检测技术发展现状》一文中总结了各种结构胶的检测方法，其中切割拉拔法可得到胶体最大拉伸强度，但未提及界面粘结强度f_i的检测方法。孙与康在《玻璃幕墙用硅酮胶耐候性及现场检测技术的研究》一文中通过十字交叉样品测试了不同老化环境对硅酮结构胶耐候性的影响，其中包括其拉伸粘结强度。其文中分析道：“硅酮结构胶试样在未发生老化或老化程度较低时，界面粘结强度高于胶体本身拉伸粘结强度……而温度和湿度的协同作用对试样界面粘结造成的老化强于胶体本身，导致界面处因老化导致的性能衰退更明显，因此破坏形式由内聚破坏转变成界面破坏”，由此可见，老化对界面粘结强度影响很大，但作者在论文中未进一步分析老化对界面粘结强度的影响。国家标准《建筑玻璃幕墙粘接结构可靠性试验方法GB/T 34554-2017》中规定了既有隐框和半隐框玻璃幕墙粘结结构的可靠性原位检测试验方法，主要通过测量点荷载作用下的位移量来判断硅酮结构胶的可靠性，不涉及到粘结界面的评估。住建部行业标准《玻璃幕墙粘结可靠性检测评估技术标准JGJ/T413-2019》中4.6.1条指出“玻璃幕墙粘结材料拉伸粘结强度和最大拉伸强度时伸长率检测宜用于对玻璃幕墙粘结材料自身物理力学性能的检测，不宜用于粘结面破坏情况及粘结破坏面积的检测”，在粘结力不够时，采用底涂液增强粘结面的粘结性能，因此也就无法检测界面粘结力；在后续试验中，将粘结面开裂视为试验异常而终止。

目前，与界面粘结强度相关的资料仅在广州市白云化工实业有限公司所提供的资料中提到：“结构胶的施工过程质量控制”包括现场结构胶剥离粘接试验。在该试验中，通过手拉剥离判断结构胶产生粘结破坏或内聚破坏。

综上所述，为更精确地对结构胶粘结的玻璃面板脱胶风险进行估算，有必要提出一种玻璃-结构胶界面粘结强度的标准测试方法，然后对不同老化程度、不同界面处理方式等条件下的玻璃-结构胶界面粘结强度进行系统定量研究，用于粘结面破坏情况综合评定。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种玻璃-结构胶界面粘结强度受老化因素影响的测试方法。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

本发明提供一种玻璃-结构胶界面粘结强度受老化因素影响的测试方法，该方法包括如下步骤：

S1，玻璃-结构胶界面粘结强度测试的试样制备与测试方法；

S2，确定老化因素，并确定老化因素对界面粘结强度的定量影响；

S3，确定不同的界面处理方式对玻璃-结构胶界面粘结强度的影响；

S4，综合计算老化因素和不同的界面处理方式对粘结强度的影响。

在步骤S1中，试样制备与测试方法包括如下步骤：

S11，选取两块玻璃，玻璃之间设置一结构胶，玻璃和结构胶之间形成粘结界面；

S12，对其中一块玻璃施加一个力，对另外一块玻璃施加相反方向的力；

S13，施加的力逐渐增大直到其中一块玻璃与结构胶分离。

在步骤S2中，确定的老化因素包括：温湿、紫外线、盐溶液和冻融循环。

通过如下四个公式来确定老化因素的影响：

其中

σ_t,rh表示经过y年温湿作用之后的界面粘结强度剩余值；

σ_uv表示经过y年紫外线作用之后的界面粘结强度剩余值；

σ_cl表示经过y年盐环境作用之后的界面粘结强度剩余值；

σ_ft表示经过y年冻融循环作用之后的界面粘结强度剩余值；

表示经历y年温湿作用之后的强度折减系数；

表示经历y年紫外线作用之后的强度折减系数；

表示经历y年盐环境作用之后的强度折减系数；

表示经历y年冻融循环作用之后的强度折减系数；

上述四个系数与经历年数y的关系曲线均需通过加速老化试验获得，为无量纲数值；

y表示老化因素作用的年数，单位为年；

σ₀表示界面粘结强度初始值；

上述参数单位为MPa。

当多种因素共同作用时，剩余的界面粘结强度表示为式(e)：

σ_all表示剩余的界面粘结强度。

在步骤S3中，参考现场常见的幕墙安装工艺，除正常处理方式之外，再选取若干种不完善的玻璃-结构胶界面处理方式，通过步骤S12-S13所述的测试方法得到第i种界面处理方式对应的界面粘结强度折减系数

式中σ_i为采用第i种不完善的界面处理方式时通过步骤S12-S13所述的测试方法得到的界面粘结强度，该强度值小于使用常规界面处理方式时得到的界面粘结强度初始值σ₀，亦即

小于1，

当考虑界面处理工艺时，需将

与式(e)中的其他系数一起相乘；即最终剩余的界面粘结强度为：/>

通过上述试验手段，可得到玻璃-结构胶界面粘结强度的剩余值，采用该剩余值可对以结构胶粘结固定的玻璃面板的脱落风险进一步分析计算。

采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

可用于评估玻璃与结构胶界面脱胶粘结强度大小，并利用玻璃幕墙所处的外界环境及使用年限信息可分析界面粘结强度的剩余值；该剩余值可以应用于评估以结构胶粘结固定的玻璃面板的脱落风险；与已有方法相比，该方法考虑了不同老化因素及使用年限的影响，分析方法简单、计算结果合理。

附图说明

图1是本发明进行玻璃-结构胶界面粘结强度测量的一种试样制备方法；

图2是本发明进行玻璃-结构胶界面粘结强度测量的另一种试样制备方法；

图3是本发明的折减系数随时间变化的关系曲线。

图4是本发明的整体流程图。

图中：1、结构胶粘结区域；2、受紫外线影响的界面粘结强度折减系数；3、受盐环境影响的界面粘结强度折减系数；4、为受冻融循环影响的界面粘结强度折减系数；5、玻璃幕墙使用年数。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图4所示，本发明提供一种玻璃-结构胶界面粘结强度受老化因素影响的测试方法，该方法包括如下步骤：

S1，玻璃-结构胶界面粘结强度测试的试样制备与测试方法；

S2，确定老化因素，并确定老化因素对界面粘结强度的定量影响；

S3，确定不同的界面处理方式对玻璃-结构胶界面粘结强度的影响；

S4，综合计算老化因素和不同的界面处理方式对粘结强度的影响。

在步骤S1中，试样制备与测试方法包括如下步骤：

S11，选取两块玻璃，玻璃之间设置一结构胶，玻璃和结构胶之间形成粘结界面；

S12，对其中一块玻璃施加一个力，对另外一块玻璃施加相反方向的力；

S13，施加的力逐渐增大直到其中一块玻璃与结构胶分离。

如图3所示，在步骤S2中，确定的老化因素包括：温湿、紫外线、盐溶液和冻融循环。

通过如下四个公式来确定老化因素的影响：

其中

σ_t,rh表示经过y年温湿作用之后的界面粘结强度剩余值；

σ_uv表示经过y年紫外线作用之后的界面粘结强度剩余值；

σ_cl表示经过y年盐环境作用之后的界面粘结强度剩余值；

σ_ft表示经过y年冻融循环作用之后的界面粘结强度剩余值；

表示经历y年温湿作用之后的强度折减系数；

表示经历y年紫外线作用之后的强度折减系数；

表示经历y年盐环境作用之后的强度折减系数；

表示经历y年冻融循环作用之后的强度折减系数；

上述四个系数与经历年数y的关系曲线均需通过加速老化试验获得，为无量纲数值；

y表示老化因素作用的年数，单位为年；

σ₀表示界面粘结强度初始值；

上述参数单位为MPa。

当多种因素共同作用时，剩余的界面粘结强度表示为式(e)：

σ_all表示剩余的界面粘结强度。

在步骤S3中，参考现场常见的幕墙安装工艺，除正常处理方式之外，再选取若干种不完善的玻璃-结构胶界面处理方式，通过步骤S12-S13所述的测试方法得到第i种界面处理方式对应的界面粘结强度折减系数

式中σ_i为采用第i种不完善的界面处理方式时通过步骤S12-S13所述的测试方法得到的界面粘结强度，该强度值小于使用常规界面处理方式时得到的界面粘结强度初始值σ₀，亦即

小于1，

当考虑界面处理工艺时，需将

与式(e)中的其他系数一起相乘；即最终剩余的界面粘结强度为：/>

通过上述试验手段，可得到玻璃-结构胶界面粘结强度的剩余值，采用该剩余值可对以结构胶粘结固定的玻璃面板的脱落风险进一步分析计算。

如图1-2所示，为两种玻璃-结构胶界面粘结强度测试的试件制备方法；

在步骤S1中，采用如图2所示的两种试样制备方法进行玻璃-结构胶界面粘结强度测量。

图中区域1为结构胶粘结区域，其与两侧玻璃有两个粘结界面；测试粘结界面的加载方式为，将集中力F竖向施加于竖向玻璃试件，两个反力q施加于水平方向试件。通过该方法可以测得玻璃-结构胶界面粘结强度。

如图3所示，表示折减系数随时间变化的关系曲线。

图中2为受紫外线影响的界面粘结强度折减系数、3为受盐环境影响的界面粘结强度折减系数、4为受冻融循环影响的界面粘结强度折减系数、5为玻璃幕墙使用年数。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种玻璃-结构胶界面粘结强度受老化因素影响的测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1，玻璃-结构胶界面粘结强度测试的试样制备与测试方法；

S2，确定老化因素，并确定老化因素对界面粘结强度的定量影响；

S3，确定不同的界面处理方式对玻璃-结构胶界面粘结强度的影响；

S4，综合计算老化因素和不同的界面处理方式对粘结强度的影响；

在步骤S1中，试样制备与测试方法包括如下步骤：

S11，选取两块玻璃，玻璃之间设置一结构胶，玻璃和结构胶之间形成粘结界面；

S12，对其中一块玻璃施加一个力，对另外一块玻璃施加相反方向的力；

S13，施加的力逐渐增大直到其中一块玻璃与结构胶分离；

在步骤S2中，确定的老化因素包括：温湿、紫外线、盐溶液和冻融循环；

通过如下四个公式来确定老化因素的影响：

其中

σ_t,rh表示经过y年温湿作用之后的界面粘结强度剩余值；

σ_uv表示经过y年紫外线作用之后的界面粘结强度剩余值；

σ_cl表示经过y年盐环境作用之后的界面粘结强度剩余值；

σ_ft表示经过y年冻融循环作用之后的界面粘结强度剩余值；

表示经历y年温湿作用之后的强度折减系数；

表示经历y年紫外线作用之后的强度折减系数；

表示经历y年盐环境作用之后的强度折减系数；

表示经历y年冻融循环作用之后的强度折减系数；

上述四个系数与经历年数y的关系曲线均需通过加速老化试验获得，为无量纲数值；

y表示老化因素作用的年数，单位为年；

σ₀表示界面粘结强度初始值；

上述参数单位为MPa；

当多种因素共同作用时，剩余的界面粘结强度表示为式(e)：

σ_all表示剩余的界面粘结强度；

在步骤S3中，参考现场常见的幕墙安装工艺，除正常处理方式之外，再选取若干种不完善的玻璃-结构胶界面处理方式，通过步骤S12-S13所述的测试方法得到第i种界面处理方式对应的界面粘结强度折减系数

式中σi为采用第i种不完善的界面处理方式时通过步骤S12-S13所述的测试方法得到的界面粘结强度，该强度值小于使用常规界面处理方式时得到的界面粘结强度初始值σ0，亦即

小于1，

当考虑界面处理工艺时，需将

与式(e)中的其他系数一起相乘；

即最终剩余的界面粘结强度为：

Images