幕墙论文——探讨三元乙丙EPDM胶条在玻璃幕墙中的设计应用

探讨三元乙丙EPDM胶条在玻璃幕墙中的设计应用

——歌德幕墙设计咨询有限公司 王达波

【摘  要】本文对三元乙丙EPDM胶条进行详细介绍,并结合玻璃幕墙工程设计、施工安装等,对EPDM胶条的结构选型、设计应用等进行探讨,有助于相关技术人员加深对EPDM胶条的理解,对今后玻璃幕墙工程用三元乙丙EPDM胶条的设计应用提供参考;

【关键字 】三元乙丙EPDM胶条    设计应用    玻璃幕墙

1. 引言

 随着幕墙行业的发展,密封材料的发展也与时俱进,三元乙丙EPDM胶条作为幕墙应用最广泛的密封材料,其种类构造也日益繁多。然而在幕墙工程设计中,往往容易忽视或不够重视对EPDM胶条的设计,从而使幕墙气密性及水密性不能达到预期效果。尤其是单元式幕墙设计,EPDM胶条的构造设计及应用对工程系统的起着至关重要的作用,直接影响整个工程的成败。

本文将对三元乙丙EPDM胶条在玻璃幕墙中的应用进行探讨,为相关技术人员对玻璃幕墙用EPDM胶条的造型选取和构造设计提供参考,以便更好满足幕墙气密性及水密性要求;

2.玻璃幕墙用橡胶制品的性能对比

玻璃幕墙的橡胶制品,宜采用三元乙丙橡胶、氯丁橡胶及硅橡胶。

硅橡胶以MVQ表示,其弹性是所有合成橡胶里最好的,压缩永久变形非常好,在开启部分采用硅橡胶,可以保证有很好的弹性。同时硅橡胶耐低温和耐高温要比三元乙丙橡胶好,在低温的国家,特别是俄罗斯高纬度建议不要用三元乙丙橡胶,而用硅橡胶胶条,但缺点是成本比三元乙丙橡胶高很多。

氯丁橡胶以CR表示,其跟天然橡胶结合度相溶性非常好,同时由于氯离子在里面,也有一定阻燃性,缺点是加工工艺难,同时比重高。

三元乙丙橡胶以EPDM表示,其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异,在一般的纬度耐高温和耐低温非常优秀,性价比最高,故广泛用于玻璃幕墙等领域。

3. EPDM胶条的设计应用

胶条一般用于密封,但不同的位置,不同的使用功能,则需不同的胶条结构(即外观形状及内腔)。如门窗的密封,固定的玻璃密封一般考虑其冬夏冷热变化的形变以及伸缩的弹性变量,对胶条压缩变形量要求不用很高,一般为后塞式胶条(图1-1);而开启窗的胶条除考虑固定玻璃密封胶条的特点外还要考虑开启时,开的要顺畅,舒适,关闭的要严实,且关闭需求的力量不能太大,在开启窗受力变形时胶条需有更好的变形能力,保证气密性和水密性(图1-2);而开启窗处的披水条因开启时使胶条产生侧向力,要求胶条与型材结构配合紧凑不易掉落,用穿条式胶条(图1-3)更稳定可靠。

 可见胶条设计涉及胶条的安装方式、应用位置和压缩变形量等诸多方面,而压缩变形量与胶条结构息息相关。

 

图1  

3.1 EPDM胶条的方装方式及各自应用范围

EPDM胶条按安装方式可分为穿条式、嵌条式及后塞式胶条,三者最大的不同是胶条底座在设计当中有孔一般是嵌条式的,没有底座的一般是后塞式,其余是穿条式。

穿条式胶条(图1-3)与型材结合紧密,结构紧凑不容易脱落。但同时意味着安装须按次序,更换困难,不如嵌条式方便灵活,所以设计时需考虑胶条的应用位置,其多用于受侧向力的位置,如开启窗披水条、单元幕墙公母立柱插接位等。

嵌条式胶条(图1-2)因胶条底座处有空腔,利用胶条材质较软的特性,施加压力使底座在型材槽口时发生一定变形以通过槽口,安装到位后,底座恢复原来形状,所以嵌条式胶条安装灵活方便,被广泛的用于各种门窗幕墙系统上。

后塞式胶条(图1-1)一般无底座,在型材部件安装到位后再施加压力使胶条变形压入型材部件间隙从而实现两者完好的装配配合,同时胶条为后塞胶条,直接运至工地现场再安装,胶条性能得到保证。故名思义,该胶条用于胶条需后塞的位置,如固定玻璃密封位置等。

3.2 EPDM胶条结构设计

3.2.1 EPDM胶条底座设计    

穿条式胶条必须要在胶条底座和型材槽口之间留有合适的间隙,以便安装时轻松从型材一侧穿入,并根据胶条使用部位和功能保证其相对于槽口的稳固状态。胶条(2-1)与型材有相对的摩擦运动,要求底座有更好的稳定性,所以它的底座厚度取1.5mm。胶条底座的宽度也不能太小,否则容易造成胶条使用时脱出。胶条(2-2)主要是正面压缩变形来进行减震和密封的,同时还往复开关,故其颈部宽度尺寸取值2mm。另需注意一个小细节,图1-1的胶条底座设有一个小凸台,此凸台可使型材穿条时更容易穿过。比如2米的型材穿条时能穿过,但若用于7米型材穿条时受到的摩擦力则大很多,胶条可能弯曲变形造成穿条困难同时影响胶条性能,所以在穿条式胶条底座设计中留一个2mm或1mm的凸台,以使胶条更稳定,对穿条时减少摩擦非常有帮助。

嵌条式胶条(图2-3)底座一般为蘑菇形,内有长方形空腔,底座颈宽尺寸一般略小于槽口肩部尺寸 ,这样可避免胶条左右窜动。底座宽度要比槽口宽度大一定的数值,保证胶条不脱落,安装容易。图中胶条底座宽度取5.6mm,比型材槽口肩宽大了2.2 mm,在胶条底座中的空腔宽不应大于2.2 mm,否则因胶条底座变形主要是空腔压缩变形,空腔宽度过大,胶条受力时容易变形脱出。胶条底座中设置空腔后,要保证剩余壁厚不要太薄,否则胶条底座的强度不够,也容易脱出。同时胶条颈部与头部之间的圆角0.3 mm是一个非常重要的细节,并非可有可无。有此圆角,一是有利于胶条底座向空腔内变形,二是减少应力集中,提高胶条寿命。 

后塞式胶条(图1-1)一般无底座,但其底部有齿槽或凸起以保证胶条安装到位和稳固不易挤出。  

 

图2

3.2.2 EPDM胶条中部设计

胶条中部一般分为实心(图3-1)、圆(图3-3)、长圆类内腔(图3-4)等几种情况;实心胶条提供的压缩量和变形能力小,弹性不好,同时成本也相对较高;腔体设计成圆形,胶条弹性好(因为胶条腔内的空气很难迅速排出),但形变显然不如长方形或椭圆形腔体顺畅,需要的力也相对较大,可用于开启窗密封但最好不用于门,否则关闭时很费力。长圆类内腔包括椭圆(图3-4)、蘑菇形(图2-2),前者有较大的压缩量的同时又有较好的弹性,可以有效的缓冲风荷载和地震作用的冲击;并且胶条的上下两侧壁可以产生相对错移,不会阻碍板块与杆件之间的平面内变形。后者与前者特点相近,区别在于它的胶条顶部相对小点,在压缩初始阶段,产生相同的压缩量所需的压力比前者要小。所以密封性不如前者,但是有比较好的导向作用。

 

图3

3.2.3 EPDM胶条表面设计及等压原理的应用

等压原理的核心是外壁(雨幕)内、外侧等压,使雨水进不了等压腔,达到内壁缝隙周围无水。我们在胶条表面设计时也可以利用该原理,如图3-2,我们可以把胶条前端须条间隙想像为一个个空腔,因胶条是有弹性的,而风是动态的,胶条的各个须条在受到波动荷载时变形也是不一样或者是不同步的,形成部分须条间隙空腔有风雨进入,逐渐形成等压腔,限制雨水的进一步进入,从而达到防水效果。所以EPDM胶条表面可设计为齿形槽、须条或两者兼有的情况,使胶条自身系统形成等压密封、气室分割、多腔减压可实现更好的气密性和水密性。

3.3 EPDM胶条应用注意事项

1.对于面板位置胶条选用时需特别注意:1、当面板外部采用后塞式胶条时,内部最好选用实心的胶条(图4-1);否则面板受荷载时,荷载是波动的,室内胶条压缩变形过大,以至室外雨水透过后塞胶条渗漏到a腔,甚至造成后塞胶条脱落(图4-2)。2、当面板内外均不用后塞胶条时,若采用图4-3的构造,因胶条为实心,压缩变形量相当小,面板与胶条存在间隙,室外雨水容易渗漏到a腔,同时安装时不可避免存在面板与胶条间预紧力过大的情况,玻璃更容易发生自爆;若采用图4-4则应在工厂完成装配调试,以保证压缩变形量在适当范围。

2.玻璃幕墙中总存在胶条外打密封胶的情况,我们不能忽略两个问题:1、密封胶与胶条是否相溶;2、密封胶和胶条之间多长时间它能够相溶;3、相溶以后是不是会变黄?上述情况基本与胶条和密封胶本身材质有关,所以在胶条选取应用时需注意,最好做相溶性试验以保证幕墙工程质量。

3.开启窗及单元式幕墙设计中,为了保证整体的气密及水密效果,EPDM胶条通常要求胶条交圈处理,但在很多工程中发现由于胶条交圈未处理好出现渗漏水的情况。建议设计采用专用的EPDM粘结胶水,它具有快干、粘结强度高、固化后具有弹性、永久防水、永不老化等特点。

4.在规范的允许的前提下,尽量减少胶条的用量,不但有利节省构造空间尺寸,同时也可以减少胶条用量,间接减少了铝材用量,且胶条不便宜,同等截面的硅胶条与铝材相差不大。

5.温差差异较大的地区,大跨度大分格的幕墙中,立柱横梁容易产生较大变形,应尽量避免使用后塞式胶条的设计,以防胶条脱落。

6.对于穿条式和嵌条式胶条基本是在工厂就被安装到型材内,在板块运输中胶条可能被挤压,产生永久变形,影响胶条寿命和性能,所以在运输和贮存板块时须采取一些保护措施。

 

图4

4. 总结

本文通过对三元乙丙EPDM胶条在玻璃幕墙中的应用设计进行探讨,剖析了EPDM胶交构造设计和造型选取的重点难点;在玻璃幕墙设计中,对三元乙丙EPDM胶条的选取时,须根据幕墙具体构造特点出发,设计及应用相匹配的EPDM胶条以便实现幕墙系统性能。

受到笔者知识水平限制,本文仅为幕墙工程相关技术人员提供借鉴和参考。

参考文献

[1]  唐斌,李晓强,王进文.《乙丙橡胶应用技术》 化学工业出版社,2005

[2] 《建筑门窗、幕墙用密封胶条》    GB/T 24498-2009

[3] 《玻璃幕墙工程技术规范》        JGJ 102-2003

 

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