既有玻璃幕墙结构胶无损检测技术回顾_李倩
第39卷第5期2013年10月四川建筑科学研究Sichuan Building Science
131
既有玻璃幕墙结构胶无损检测技术回顾
李
1倩，邓
1，2
晓，李
13
怡，饶惠芳
（1．重庆交通大学河海学院，重庆400074；2．重庆水利电力职业技术学院，重庆402106；3．深圳市昊诚建筑科技有限公司，广东深圳518000）
摘
要：玻璃幕墙结构胶的质量直接影响幕墙结构的可靠性，结构胶的质量检测是评价幕墙整体的安全性和耐久
性的重要组成部分。通过对目前的几种结构胶无损检测技术进行介绍和比较，并综合考虑检测方法的效率、准确X-性、实用性，认为超声波检测法是最有前途的方法，射线检测法和红外线检测法也具有较好的发展前景。最后，对结构胶无损检测今后的发展提出了相关建议。关键词：玻璃幕墙；结构胶；无损检测中图分类号：TU58
文献标志码：A
文章编号：1008－1933（2013）05－131－04
Non-destructive testing for structural sealant in existing
glass curtain walls
2
LI Qian 1，DENG Xiao 1，，LI Yi 1，RAO Huifang 3
（1．School of River ＆Ocean Engineering ，Chongqing Jiaotong University ，Chongqing 400074，China ；2．Chongqing Water Resources and Electric Engineering College ，Chongqing 402106，China ；3．Shenzhen Hao Cheng Construction Technology Ltd．，Shenzhen 518000，China ）
Abstract ：The performance of structural sealant has a significant impact on the reliability of glass curtain walls ，and the quality testing of the structural sealant plays a critical role in assessing the safety and durability of the walls．This paper conducts an extensive literature review on the existing non-destructive testing technologies．It is found that ，considering the efficiency ，accuracy ，and practicality ，the ultrasonic testing is the most promising ，followed by X-ray and infrared technologies．Suggestions for future development in non-destructive testing technologies of structural sealant are also presented．Key words ：glass curtain wall ；structural sealant ；non-destructive testing
0前言
由于受被粘物表面质量、施工工艺、环境等因素影响，结构胶的性能会随时间而减弱
［4－5］
，使用时间的
在幕墙结构中，硅酮结构胶连接着幕墙玻璃与玻璃或铝合金等金属配件，将玻璃面板所承受的直接荷载和间接作用传递到铝合金框架或其他支承结结构胶主要依靠表面的化学力构中。在胶结面上，
和机械咬合力将两个被粘接物胶结在一起
［1］
增加，结构密封胶会发生粘结强度和变形性能等力学性能的劣化，影响幕墙的使用寿命，甚至会发生脱粘和老化，引发安全事故出
［7］
［6］
。因此，为评价玻璃幕
墙的安全性和耐久性，结构胶检测的重要性日益突
。
目前的胶接质量无损检测方法主要通过声波、射线、振动信号等对胶体进行检测。但这些方法还不够成熟，且无标准，没有详尽的理论一领域的未来发展提出建议。
［8］
。化
学力作用是指主要是在界面分子力作用下，胶粘剂在被粘物体表面上均匀铺展，并且取代表面上可能产生粘附力；机械咬合力作用是指胶存在的吸附物，
粘剂渗入到基材表面的凹坑、孔隙中，从而形成钉、钩、锚等机械咬合力作用
［2-3］
，有待进一
步完善。本文总结了一些常用的检测方法，并对这
。
结构胶的质量直接影响着幕墙结构的可靠性。
03-29收稿日期：2012-作者简介：李倩（1988－），女，硕士研究生，主要从事水工结构方
面的研究。
E －mail ：liqian0923@126．com
1
1．1
结构胶无损检测基本方法
目视检测法
目视法是最简单、最早的无损检测法。检测人
员用肉眼或放大镜等对胶接缝中的结构胶进行外观
检测。检查结构胶是否连续，胶接面的胶是否分布均匀，表面是否光滑等1．2
敲击检测法
敲击检测法也是较早、较简单的一种无损检测。利用木棒或塑料小锤等敲击工具，对胶接面的各个部分敲击，胶接良好的部位作为一个整体在振动。胶接缺陷的部分，该处两个被粘物分别振动，由于与整体振动不同，发出的响声也不同，这样就可以大致判断出胶接缺陷的位置大关系。1．3
超声波检测法
超声波在介质中传播，会发生发射和折射现象。利用这一原理使超声波入射胶接结构，当结构胶存在缺陷时，正常界面和缺陷处都发生反射和折射，这些反射波和折射波会反映缺陷的信息。对这些信息进行处理，就有可能检测到结构胶的缺陷
胡绍海等人
［10］
［10］
［9］［9］
程中产生的声发射信号幅度分布。β函数分布被认为是分析声发射检测信号幅度分布的一种有效方法，已经在声发射信号的实时统计分析中取得了较好的实验结果
［13］
。目视法只能发现一些表
现缺陷、初步判断结构胶质量，其准确性较差。
。β函数的分布曲线与声发射信
号幅度分布基本符合，因此利用β函数分布来表征该幅度分布并从β函数中提取特征参数以实现对胶接结构缺陷分析和胶接强度的估计。声发射检测方法通常在现场采集胶体样本，然后带回实验室做具体测试。
实验结果还表明，声发射检测与超声波检测相比，对于胶接结构的缺陷识别更准确，胶接强度的估计精度与超声波检测相差甚微。1．5
振动信号分析法
振动信号分析法目前主要是针对隐框玻璃幕墙，此方法是通过对玻璃面板进行激振，测量其频率和振型并对信号进行处理分析，从而达到对隐框玻璃幕墙结构胶的检测。
然而，由于需要对玻璃面板进行激振，这种方法受边界条件影响较大，现场结果可能与实验室结果有一定出入。实验室检测多以单块玻璃为主，边界条件相对简单；而现场情况受框架刚度和周边玻璃布置的影响，边界条件比较复杂。
目前，有两种利用振动信号分析法的结构胶无损检测的方法。1．5．1人
［14］
。敲击法通常作为胶接
质量的初步无损检测，并且跟检测人员的经验有很
。
在利用超声波对胶接结构进行
无损检测方面做了大量的研究，首先提出了胶接结构超声无损检测特征参数分析。他们根据胶接结构将胶接缺陷分为两类：一缺陷类型及其产生的原因，
类是发生在胶粘剂和被粘物之间，称为粘附缺陷，常见的粘附缺陷有脱粘伤、夹杂物、紧贴伤和没有明显缺陷形式的粘附缺陷
［10］
；另一类是发生在胶粘剂内基于模态参数的结构胶损伤检测
部的缺陷，称之为内聚缺陷，如气孔、裂纹等。特征参数应尽可能采用与胶接结构缺陷和强度关系密切的参数。
胡绍海等人
［11］
模态是指结构固有的振动特性。刘小根等提出了一种针对全隐框玻璃幕墙结构胶损伤的无损检测方法。该方法在结构振动特性实验中测
又应用超声脉冲回波法，基于之量玻璃的频率及振型的变化，以此来确定结构胶的界面脱胶和老化对幕墙玻璃板振动特性的影响。实验分为两部分：一部分是测量结构胶脱胶失效前后玻璃的振型及频率；另一部分是测量结构胶老化前后玻璃的振型及频率。通过研究发现结构胶的脱胶失效会引起玻璃位移模态发生明显改变，具体来说而未就是脱胶部位玻璃边界振型图的振幅会增大，脱胶部位玻璃边界振型图没有振动起伏
［15］
前的特征参数分析方法，对金属铝胶接结构的缺陷进行了识别，其识别的结果令人满意。之后，他们把超声波脉冲应用到了对含气孔缺陷的胶接结构的检测中，并对反射情况进行模拟；模拟结果发现含有气夹杂缺陷等信息的孔信息的反射波与含脱粘缺陷、结构胶的反射波有较大的差异结构的缺陷检测提供了依据。1．4
声发射检测法
在应用超声波对胶接结构检测的基础上，胡绍海等人
［13］
［12］
，这一结果为胶接
。
现场检测时，可以通过模态振型图中玻璃边界的相对振动幅度变化，识别出结构胶的脱胶或龟裂的位置。另外，结构胶发生脱胶或龟裂后，玻璃边界玻璃的固有频率降受结构胶的粘结约束力降低，低
［16］
又提出了胶接结构的声发射检测。对胶
接件进行拉伸，由于产生微观结构破坏而发声，结构胶有缺陷的地方发声更明显，在拉伸中同时进行声发射检测，就能检测出缺陷的位置和低胶接强度区。
胡绍海等人
［13］
，因此通过测量隐框幕墙玻璃的固有频率，并
与未脱胶或龟裂前玻璃频率相互比较，就可以定量地识别结构胶的脱胶或龟裂损伤失效程度。另一方面，通过加速老化试验研究发现结构胶的老化程度
对金属铝的单搭接胶接结构在
记录胶接结构拉伸过拉伸的同时进行声发射检测，
会对玻璃的固有频率造成影响，随着结构胶的老化，结构胶对玻璃的粘结力也降低，对玻璃边界的粘结因此其固有频率也会降低。约束力也降低，
基于模态参数检测法，通过测量玻璃四边的振幅，可以识别结构胶与玻璃的粘接界面是否发生脱胶和龟裂；测量玻璃频率的变化率，可以判断结构胶的老化程度。1．5．2
基于FFT 功率谱的脱粘长度检测法功率谱估计是对数字信号进行处理，通过估计接受到的信号的功率随频率变化的关系来研究信号的各种特征。
FFT 是一种高效实现离散傅立叶变换的快速算是数字信号处理最为重要的工具之一法，
［17］
2现有结构胶无损检测方法的比较
目视法和敲击法准确度差，不能满足结构胶构
［9］
件质量的控制要求是穿透力强
［20］
。
超声波检测法与其他无损检测相比，最大特点
，超声波在两种不同声阻抗的介质的
［21］
界面上会发生反射，几乎可以在任何物体中传
播，对缺陷的分辨速度快，准确度高。但超声波检测法只能用于探伤检测，还不能定量的检测胶结件的结构强度。目前的超声波检测手段不是实时的，对数据的处理分析是在检测后，因此分析速度较慢。在我国，总的来看，进行超声检测的力量很分散，一些先进的超声检测仪器、设备还要依靠进口，由此带来了很多弊端
［22-23］
。通过
玻璃面板板中激振与测点响应信号的分析，对信号可以实现检测全隐框玻璃幕墙功率谱的测试研究，结构胶脱粘长度的目的。
陈振宇等人
［17］
。
声发射检测与超声波检测相比，缺陷识别准确率更高，同样声发射检测只能用于结构胶缺陷识别和估计结构胶的低应力强度区，也不能定量地检测胶接件的强度，并且胶接结构产生的声发射信号较复合材料等材料在拉伸过程中产生的声发射信号要弱的多
［13］
在实验中将幕墙玻璃板四边用
硅酮结构胶固定在铝合金框架上，采用瞬态脉冲激励法，在幕墙单元试件中心进行激振，用示波器对脉冲动力响应信号进行采集。之后对信号进行分析，并对数据进行拟合，得到结构胶脱粘长度的函数关系式。
实验中对全隐框玻璃幕墙结构胶脱粘长度的检与预设损伤长度基本吻合。测判断，1．6
红外线检测法
红外线检测法是通过测量胶接表面温度差异来对胶接件进行无损检测。用红外线检测仪跟踪移动加热源，对胶接件的表面进行扫描，使胶接件受热。由于有胶接缺陷的部位传热性能差，对应的表面温度要比胶接良好部位的温度高
［18］
。目前的声发射检测方法仅限于铝制构
件的胶结的检测。
基于模态参数的结构胶损伤检测法只需在现场利用设备分析出玻璃固有频率就可以对结构胶的服役现状（如结构胶的脱胶部位、脱胶的长度、粘结强度是否高于临界强度等）进行识别。但是此方法只能应用于隐框玻璃幕墙结构胶，且不能对缺陷类型进行识别，也不能对粘结强度进行定量的测定。
基于FFT 功率谱的脱粘长度检测法是一种新颖的结构胶粘结性能检测手段
［1］
。但该检测技术
，红外线检测仪可
只适用于全隐框幕墙结构胶，而且只能检测出已失效结构胶的脱粘长度，不能对将要失效的胶体做出预警，并且不能识别缺陷类型和粘接强度，在实际的幕墙检测工作中还具有较大的局限。
红外线检测法自动化程度高，灵敏，温度分辨率高，只能对结构胶缺陷识别，不能测出其强度，而且国内处于起步状态，大多数处于试验阶段，设备研制成本高。
X-射线检测法能提供直观、详尽的缺陷图像，是各种蜂窝胶接质量无损检测的主要方法。同超声波检测和声发射检测一样，只能对结构胶进行缺陷识别，不能检测其强度。而且由于胶层的密度要比金X-属等其他材料密度低的多，射线通过胶层时强度要减弱，不易于检测。
以上几种主要无损检测技术的比较列于表1。
以精确的分辨温度差异，就可以确定胶接缺陷的位置和大小。红外线检测法，在国内属于起步阶段，大多数处于试验状态，而且设备研制成本高，应用推广有些困难。1．7
X-射线检测法
X-射线的穿透力强，利用X-射线透视拍片能够提供直观、详细的肉眼看不到的内部缺陷的图像
［19］
，尤其对于胶接结构蜂窝型缺陷。X-射线检测
法是通过X-射线照射胶接件后发生的衰减来进行检测的。由于结构胶胶层的密度要比铝合金或其他金属材料的密度要低得多，射线强度在胶层中要衰减。通常，在胶体中加入金属粉末填料可以增强对X-射线的吸收，从而提高检测精度。
134
表1
目前几种主要无损检测技术的比较Currently several non-destructive testing technology
检测方法超声波检测声发射检测红外线检测X-射线检测基于模态参数的检测基于FFT 功率谱的检测
优点
定对缺陷分辨率快，
位准确准确率高
自动化程度高，灵
温度分辨率高敏，
详尽，对体积直观、
型缺陷敏感，如蜂窝、气孔等可以识别结构胶脱胶和老化
缺点
四川建筑科学研究第39卷
一体化设备，以有效缩短检测时间。参考文献：
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望，邱
Table 1
可以探伤，不能明确测定强
度，数据处理复杂可以探伤和粗略估计强度，不能明确测定强度，需要实验室的测试工作
可以识别缺陷，不能明确测
设备研制成本高定强度，
可以识别缺陷，不能明确测
定强度，设备研制成本高只能用于全隐框玻璃幕墙，不能识别缺陷和测定强度，受边界条件影响较大
只能用于全隐框玻璃幕墙，只能检测已失效的结构胶脱粘长度，受边界条件影响可以测量脱胶长度
3结论
结构胶的检测是玻璃幕墙整体可靠性评价的重
迄今为止我国还没有出台结构胶检测要组成部分，
的标准，现有的结构胶检测方法也不成熟，仍缺乏有
效、高效的现场检查方法。基于以上对目前几种主要无损检测方法的总结，尤其是综合考虑准确性、效率、实用性以及设备成本，本文提出以下一些建议：
1）依目前情况来看，最有发展前景的无损检测方法是超声波检测法。在一般均匀材料中，缺陷的存在将造成材料不连续，这种不连续往往有造成声超声波探伤仪就是根据这个原理设阻抗的不一致，
计的。超声波无损检测的灵敏度高、成本低、对人体无害、检测体厚度大，能对缺陷进行定位和定量。将来的发展应该着重于提高数据处理的效率。2）X-射线检测法和红外线检测法也具有较好
自动化程的发展前景。这两种方法缺陷识别率高，度高。将来的发展应该着重于降低相关仪器设备的
成本。
3）玻璃幕墙结构胶无损检测方法的未来发展应该针对有效实用的检测目标。目前的无损检测方法中，检测目标众多，有强度、缺陷类型、脱粘长度等。然而，并非每个目标都有效实用。如，相对而言，脱粘长度不是一个实用的目标，因为只要有严重的脱粘缺陷，整条胶体都需要更换，无论脱粘长度有多长。将来有必要研究确定一个实用的目标，如胶体强度指标中的一个（抗拉、抗剪、抗劈裂等）。
4）现场检测设备应该简便、便于携带、高效。在将来的发展中有必要开发结构胶无损检测的小型
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