高強度硅酮結構膠在抗爆玻璃幕墻中的應用，抗爆玻璃幕墻實際爆炸測試

玻璃幕墻作為建筑外圍護結構，在遭受爆炸沖擊荷載作用時，玻璃短時間承受巨大的沖擊荷載容易發生破碎并飛濺，造成室內外人員的重大傷亡。提高玻璃幕墻的抗爆性能，可以有效減小爆炸襲擊所造成的傷害。

目前，國外對玻璃幕墻爆炸條件下的材料性能、抗爆機理等方面從計算機模擬到實際測試都有系統研究。國內對玻璃幕墻的研究側重于材料的性能、抗震、抗風壓等常規性能，對抗爆性能的研究則相對較少，且主要集中在強化玻璃自身的抗沖擊性能研究。

隨著國內經濟社會的發展和對公共安全重視度的空前提高，對于標志性建筑，尤其是在人員密集且流動性大的重要建筑區域的幕墻抗爆安全性能已經逐步提上規范要求。上海市DGJ 08—56—2012《建筑幕墻工程技術規范》中就規定：特別重要的幕墻建筑或者建筑設計規定有抗爆要求的幕墻建筑需要引入抗爆設計的理念。國標GB/T 29908—2013《玻璃幕墻和門窗抗爆炸沖擊波性能分級及檢測方法》參照標準ISO 16933《建筑玻璃防爆炸沖擊波性能分級及檢測方法（場地試驗法）》對玻璃幕墻和門窗抗爆性能的分級及測試方法進行了規定。

考慮到幕墻玻璃通過結構膠粘結在金屬框架上的特性，單方面加強玻璃面板自身的抗爆性能，結構膠粘結體系在爆炸荷載沖擊下可靠性發生問題（如發生自身撕裂或粘結破壞），將發生玻璃成片的脫落（向室內側），依然無法確保人員的安全性。因此，同時考慮結構膠自身在短時爆炸沖擊荷載作用下的可靠性是非常必要的。本研究將高強度結構膠用在抗爆幕墻結構粘結系統中，利用100kg TNT當量的炸藥在一定距離對抗爆幕墻樣品進行實際爆炸測試，考察采用高強度結構膠提高玻璃幕墻抗爆性能的可行性。高風壓，如臺風、颶風等對幕墻玻璃造成的沖擊力效果類似于爆炸所產生的高強度應力，可以按照抗爆幕墻的設計思路進行考慮。

1幕墻結構性粘結

歐標ETAG 002《結構密封膠裝配體系歐洲技術認證指南》采用規定力學性能保持率的方法來衡量密封膠性能的長期可靠性，國內最新制定的行業標準《建筑幕墻用中空玻璃彈性密封膠》及《建筑幕墻用硅酮結構密封膠》已經等效借鑒歐標測試及評估體系。ETAG 002對結構膠的最大強度值無具體數值要求，但其要求結構膠產品經高溫、低溫、鹽霧、酸霧、水-紫外輻照等處理后，強度值保持率必須高于0.75。ETAG 002規定結構膠設計強度值取23℃時結構膠拉伸強度標準值與安全系數的比值。按照ETAG規范的取值思路，原則上允許結構膠設計強度高于0.14MPa的常規取值。

需要注意的是，歐標繁多的老化項目種類及苛刻的單項老化強度要求，以及老化后強度保持率不低于0.75的強制規定，實際上已將國內絕大多數硅酮結構膠排除在規范以外。從1999年第1版ETAG 002正式生效，到2011年終于有廠家的雙組分硅酮結構膠歷史性超越了0.14MPa的設計強度，達到了0.20MPa的設計強度。在此之前，國內只有一款單組分結構膠達到了0.17MPa的設計強度，但由于單組分硅酮結構膠最大允許的膠寬只能維持在15~18mm（更寬的膠深，單組分硅酮膠將無法實現深層固化），因此使用同樣受限。

出于采光及視覺的考量，玻璃幕墻愈來愈趨向于選用超大面積的玻璃。按照傳統設計思路，高風壓和大板面的結合，勢必需要很大的結構膠尺寸（膠寬和膠深）來滿足受力要求。選用高強度結構膠，通過穩定提高膠體自身的強度，增加結構性粘結系統單位面積的允許受力極限，能夠在維持結構性粘結體系安全系數不變的同時，縮減結構膠的設計寬度。設計強度0.20MPa的高強度雙組分硅酮結構膠的出現，使得高風壓和大板面的設計成為可能。

2實驗室高速剪切拉伸測試

為模擬實際爆炸狀況下結構膠受力后的反應狀況，實驗室選用4m/s的拉伸速度進行剪切測試。該拉伸速度50000倍于常規的拉伸測試速度（5 mm/min，ISO 8339）。以西卡普通強度雙組分硅酮結構膠為例，低速測試（5mm/min）條件下強度為0.9MPa左右，高速測試（4m/s）條件下強度高達2.8MPa；西卡高強度雙組分硅酮結構膠在低速測試條件下強度在1.6MPa左右，高速測試條件下強度將高達4.2MPa。較高的測試速度將導致較高的強度數據，這是因為高速測試條件下結構膠所承受的短時應變導致了結構膠分子結構變形的不同表現。上述結論為玻璃幕墻的抗爆安全設計提供了基本依據。

可以推斷，在測試速度進一步提升的情況下，結構膠的剪切強度數據還會有進一步的提高。但是，考慮到高于4m/s的沖擊速度將導致玻璃自身的直接內聚破壞（不同類型的玻璃可能稍有差別），實驗室模擬將測試速度設定在該臨界值。

3抗爆玻璃幕墻實際爆炸測試

基于結構膠在實驗室高速拉伸測試結論，西卡公司于2012年10月在英國GL Noble Denton測試中心組織了玻璃幕墻的實際爆炸測試。按照ISO 16933規范要求，玻璃為兩片4mm的浮法玻璃，通過1.52mm杜邦PVB進行夾層復合，通過特定的結構膠類型及尺寸粘結固定于鍍鋅鋼材質的U型槽內。分別為選用普通強度結構膠、高強結構膠及設計優化后的高強結構膠3種情況下的幕墻玻璃粘結結構。實驗采用100kg TNT當量的高爆炸藥在距離幕墻玻璃25m和19m的位置進行爆炸測試。結果表明，選用常規結構膠的情況下，即使膠寬高達25mm，高爆產生的短時大變形將導致結構膠內部破壞并導致四周粘結部位的玻璃飛濺出框架外。而選用高強結構膠的情況下，即使膠寬尺寸縮減幅度較大（32%~52%），爆炸產生的短時應力也未造成結構膠的內部破壞，玻璃四周粘結部位被安全穩定地固定在框架內，無大塊玻璃向外飛濺。

4結語

抗爆玻璃幕墻的實際爆炸測試證實了選用高強度結構膠實現玻璃幕墻抗爆的可行性。高強度所帶來的較高的設計參數，允許幕墻結構設計選用更小的結構膠尺寸并可由此縮減型材的寬度�？傮w而言，高強結構膠能夠為設計師提供更廣的可視區域，設計更自由；為幕墻公司節省物料、時間、人工；為業主降低成本，實現節能，值得在相關設計中推廣應用。