摘要:
鋁板 具有色彩豐富、耐久性佳、外觀及形狀多樣化等優點，廣泛應用於帷幕牆工程。在鋁帷幕牆的施工過程中，通常會使用填縫劑來密封鋁板之間的接縫，但密封失效的情況時有發生。鋁帷幕牆密封失效的原因有很多，例如設計不合理、填縫劑選擇不當、黏合不良以及施工不當等。本文針對鋁帷幕牆的密封失效進行分析和論證，並提出解決方法。
關鍵詞：鋁帷幕牆、填縫劑、密封失效、漏水、裂縫
1. 前言
帷幕牆由金屬框架和面板組成，不承受主體結構的載荷，而是作為建築外圍護結構。它們具有美觀、節能和易於維護等優點，使其成為現代高層建築和異形結構的首選。現代建築帷幕牆的主要形式包括玻璃帷幕牆、石材帷幕牆、金屬帷幕牆和人造板帷幕牆。金屬帷幕牆面板選用鋁、防火板、不鏽鋼板、彩色塗層鋼等。鋁帷幕牆具有以下特點：
- 色彩豐富、持久耐用、外觀和形狀多樣化，可通過噴漆工藝與玻璃和石材帷幕牆完美結合；
- 重量輕，僅為石材帷幕牆的 1/5 和玻璃帷幕牆的 1/3，顯著減輕建築立面的重量；
- 維護成本低，性價比高。
由於這些優點， 鋁帷幕牆 廣受建築業主的青睞。目前，台灣的鋁帷幕牆市場主要使用鋁合金單層鋁板、鋁複合板和鋁蜂窩板。
隨著鋁帷幕牆的大規模使用，越來越多的密封失效情況發生。密封失效 鋁帷幕牆 會對帷幕牆造成損害，例如漏水，可能導致建築內部結構的破壞和帷幕牆錨固件的腐蝕，影響建築物的安全。此外，密封失效還會增加建築物的能源消耗。在本文中，我們分析了鋁帷幕牆密封失效的常見原因，並找到了有效的解決方案。
2. 鋁帷幕牆密封失效的原因
鋁帷幕牆密封失效的原因有很多，包括設計不合理、填縫劑選擇不當、黏合不良以及施工操作不當。
2.1 介面設計與填縫劑位移能力不匹配
人們經常發現鋁帷幕牆介面中使用的填縫劑出現裂縫現象（圖 1），尤其是在季節變化期間，白天和夜晚之間的溫差特別大。當溫度下降時，面板的收縮會導致填縫劑過度拉伸。這主要是由於填縫劑的位移能力不符合實際使用要求。在計算介面的填縫劑寬度時，設計人員應考慮諸如面板的熱膨脹和收縮、樓層動態載荷引起的位移以及安裝誤差等因素。通常使用以下公式來計算介面所需的最小寬度：
最小介面寬度=(X100)×(Mt+Ml)+Tc
位置：
- X：填縫劑位移能力 (%)
- Mt：熱膨脹造成的位移 (mm)
- Ml：動態負載造成的位移 (mm)
- Tc：施工誤差 (mm)
設計者需要為填縫劑選擇合理的位移能力，以避免因位移能力不足而導致的裂縫。填縫劑的位移能力也應有國家級檢驗中心的報告支持。在設計中，重要的是要確保填縫劑在介面中形成雙面黏合，而不是三面黏合。當發生三面黏合時，填縫劑只能承受約 15% 的設計位移能力。對於較深的介面，應使用 PE 發泡棒填充並控制填縫劑的厚度；對於較淺的接縫，應使用防黏膠帶將填縫劑與底部隔離。使用防黏膠帶或 PE 發泡棒可以有效避免三面黏合。否則，填縫劑在受到外力時容易撕裂，失去其密封和防水效果。
圖 1：因不合理選擇填縫劑而導致的 鋁質帷幕牆 裂縫。
2.2 填縫劑選擇不當
目前，市面上有許多用於耐候和防水的填縫劑產品，包括聚氨酯填縫劑、聚硫填縫劑和矽酮填縫劑。在工程案例中，許多人沒有注意到這些填縫劑之間的差異，並隨意選擇將它們應用於 鋁帷幕牆，經常導致填縫劑表面開裂和粉化現象（圖 2）。
圖 2：填縫劑開裂和粉化現象。
矽酮填縫劑中使用的基礎聚合物的主鏈結構是 Si-O 鍵，而聚氨酯填縫劑的主鏈結構包括 C-O、C-C 和 C-N 鍵，聚硫填縫劑的主鏈結構包括 C-S 和 S-S 鍵。表 1 比較了不同填縫劑的化學鍵能與陽光中強紫外線能量。除了 Si-O 鍵外，其他化學鍵能均低於 300nm 紫外線的能量。這意味著矽酮填縫劑即使在長期暴露於紫外線輻射下也能保持良好的性能，而其他密封材料可能會隨著時間的推移而開裂並失去其防水功能。
表 1：不同填縫劑的化學鍵能與陽光中強紫外線能量的比較。
| 化學鍵 | 鍵能 (kJ/mol) | 紫外線能量 (300nm) (kJ/mol) |
|---|---|---|
| Si-O | 452 | 398 |
| C-O | 358 | 398 |
| C-C | 348 | 398 |
| C-N | 305 | 398 |
| C-S | 260 | 398 |
| S-S | 226 | 398 |
在鋁製幕牆密封膠選擇中，應優先選用硅橡膠密封膠。然而，也有必要選擇品質有保障的產品，避免使用添加大量「白油」的低價產品。雖然「白油」價格低廉，能使密封膠表面看起來光亮，但它會逐漸揮發，導致膠體硬化和開裂。使用硅橡膠密封膠時，也應注意產品的保存期限。過期產品可能導致粘合縫泡泡、性能下降或無法固化。
2.3 粘結不良
鋁製幕牆 也常出現密封膠與鋁材之間粘結不良的情況。這是由於鋁材的不同表面處理方式，例如陽極氧化、氟碳噴涂和粉末塗層。不同的處理工藝和製造商的工藝會影響鋁板的表面結構和性能，進而影響密封膠的粘結性。如果工程未按照規定進行必要的粘結性和相容性測試，可能會導致硅橡膠密封膠與鋁板或膠帶之間產生化學變化，影響粘合和密封效果。因此，必須按照GB 16776-2005《建築用硅橡膠結構密封膠》附錄A和B，對硅橡膠密封膠與接觸材料進行相容性和粘結性測試，以確保系統密封。
在現場施工過程中，為確保密封膠與鋁板之間的良好粘結，必須嚴格遵守以下步驟：
- 使用粘結測試報告中推薦的清洗溶劑。酒精溶劑可能無法有效去除聚酯粉末塗層材料上的污染物。
- 採用兩步清洗法，使用白色、乾淨、柔軟、吸水性強且不掉絮的棉布。首先用一塊浸有溶劑的棉布擦拭，然後用另一塊乾淨的棉布再次擦拭。
- 密封膠應填滿整個界面，並緊密附著在需要與密封膠粘合的基材表面上。
2.4 其他不當施工操作
為了避免鋁材在加工和運輸過程中產生刮痕，通常會在表面貼上一層 PE 保護膜。因此，在安裝鋁板後，需要在塗膠前清潔 PE 保護膜。如果未在塗膠前清除 PE 保護膜，密封膠將僅黏附在 PE 保護膜上。隨著板材接縫不斷拉伸和壓縮，將會發生密封膠與基材脫黏的現象。
圖 3:
(a) 鋁板保護膜未清除，導致脫黏；
(b) 密封膠起泡導致泡棉棒損壞；
(c) 密封膠施打厚度過薄，導致龜裂。
在密封膠施打過程中，通常使用 PE 泡棉棒來控制施打厚度。安裝 PE 泡棉棒時，必須防止其被尖銳物體（例如：刀、刮刀、鉚釘等）刺穿，以避免在固化過程中密封膠起泡（例如：圖 3(b)）。密封膠的施工厚度應控制在約 6mm。如果注膠太薄（2~3mm），容易造成應力集中，導致密封膠龜裂（如圖 3(c)）。同時，密封膠的施打厚度也不宜過厚，因為這會顯著降低密封膠的位移能力。一般來說，密封膠的施工厚度應為實際接縫寬度的 50% 至 100%。
鋁板的熱膨脹係數較大。當溫差顯著時，鋁板的熱脹冷縮容易導致密封膠表面在完全固化前鼓起，尤其是在橫向接縫中（圖 4）。這種「鼓包」現象的發生是因為密封膠內部是固體的，並不會影響密封效果；它主要影響接縫的美觀。對於這種現象，解決方案可以是分兩次施打密封膠，或在環境溫度更恆定的時間施打。
圖 4：鋁帷幕牆密封膠鼓包現象。
當密封膠龜裂且不易清理膠縫時，可以使用圖 5 所示的修復介面設計：
- 尺寸 A 至少為 6mm。
- 尺寸 B 至少為 3mm。
- 必須使用防黏膠帶將新施作的密封膠與失效的密封膠隔開，以便修復後的密封膠可以隨著介面移動。
圖 5：密封膠修復介面示意圖。
結論
鋁帷幕牆具有色彩豐富、持久耐用、外觀造型多樣化、維護成本低以及高性價比等優點。它們被廣泛應用於帷幕牆工程中。然而，密封失效是當今鋁帷幕牆面臨的主要問題。透過本文的分析，接縫設計、密封膠選擇、施工品質和環境是影響完美密封的關鍵因素 鋁帷幕牆。在施打密封膠之前應進行黏著力測試，施工人員應按照標準施工流程進行操作。施工完成後，應進行現場取樣和切割實驗，以確保密封膠符合設計圖的要求，並與基材良好黏合，從而確保整個鋁帷幕牆系統密封良好。
