雨幕原理在单元幕墙系统防水设计中的应用

雨幕原理在单元幕墙系统防水设计中的应用

欧伟强, ,郑胜林, ,张宗为 

广州江河幕墙系统工程有限公司 广东广州 511340

摘要：本文在实际工程案例以及幕墙四性试验的基础上，深入研究雨幕原理（等压原理）的底层作用逻辑，论证单元幕墙的防水性能与气密性之间的关系，提倡在幕墙设计过程中充分考虑系统容错性的原则，并提出具有参考价值的建议。

关键词：雨幕原理；等压原理；单元幕墙；气密性；水密性；容错性

1引言

建筑幕墙防水、排水设计、渗漏水处理，是幕墙设计、施工，以及试验过程中必须考虑和面临的一个通用性的问题。如果前期幕墙系统设计和防水设计处理不当，或者后期施工安装质量欠佳，当遇到飓风暴雨等极端天气，幕墙渗漏水是大概率事件。幕墙渗漏水不仅会造成建筑物室内财产损失，也会让施工单位产生维修成本支出，更会对施工单位的品牌口碑造成不利的影响。

2 单元幕墙系统如何实现可靠的防水性能

对于单元幕墙系统公、母型材插接构造，一般由三道密封（闭环）和两个空腔组成，从室外面起排列顺序为，第一道密封--前腔--第二道密封--后腔--第三道密封。第一道密封一般采用截面较大且伸缩性较好的胶条设计，主要为搭接形式，目的在于适应插接缝变形的同时，又能挡住大部分的自由水进入系统前腔。第二道密封是主要的防水线，采用公、母型材插接的形式，以穿条式密封胶条作为配合，达到相对较好的防水效果。第二道密封闭环的底部有排水透气孔，目的在于使系统的前、后空腔形成无障碍排水路线的同时，又能使系统的前、后空腔与室外大气形成等压，即等压幕墙系统。

第三道密封是气密线。作为系统的最后一道防线，它必须具备符合规范要求的气密性能。如前文所述，系统的前、后空腔与室外大气，是通过透气孔达到等压效果的。而达到等压的前提条件是，第三道气密线的气密性能完好。假设气密线漏气了，系统的后腔中的空气将流向室内侧，此时后腔相对前腔就会形成负压，继而前腔的空气会流向后腔。此时前腔相对室外大气就会形成负压，则室外的空气就会流向前腔。整个系统就会形成由室外到室内的阶梯式气压差，压差大小取决于气密线的漏气程度。如果此时室外有大量的水，则水就会顺着气压差进入前腔，继而进入后腔。当大量的水在后腔堆积，漫过水槽高度，就会向室内冒水，幕墙渗漏水就这样产生了。

3幕墙系统容错性设计的必要性

在幕墙系统设计中运用雨幕原理来达到满足要求的防水等级，是幕墙行业的共识。而幕墙产品的防水性能，不仅取决于幕墙系统设计的优劣，还与加工组装质量，以及现场施工安装质量有直接的关系。俗话说没有密不透风的墙，再好的幕墙产品，也不可能做到百分之百水密和气密。因此，本文提出在幕墙系统设计中，应充分考虑容错性原则，即当幕墙产品在加工环节或施工环节出现一定程度的施工质量问题，导致幕墙的气密线产生一定程度的漏气，而幕墙产品依然能发挥良好的防水能力。

4喷淋试验论证

本试验利用现有幕墙工程的四性试验箱体，在其完成常规四性试验后所进行的一个附加试验。

试验名称：幕墙静态淋水试验（破坏性）。

试验目的：研究等压原理对幕墙防水的影响。

幕墙系统类型：单元式幕墙。

试验箱体：横向4块x竖向2.5块单元板（带转角），如图1所示。

主要测量仪器：压差计，如图2所示。

执行标准： ASTM E331 Standard Test Method for Water Penetration of Exterior Windows, Skylights, Doors, and Curtain Walls by Uniform Static Air Pressure Difference （美：外窗、采光顶、门、幕墙均匀静态气压差下的渗漏水测试方法）

试验方法：在单元幕墙的横梁和立柱端部的后腔位置，设置30mm*60mm透明观察窗，观察幕墙系统后腔的实际进水情况。在横梁后腔和室外位置，分别设置压差计传感器，观察和读取系统后腔和室外大气的气压差，如图3所示。对试验箱加载一系列的负压值后，以规定的水流量，对试样进行喷淋试验，喷淋时间达到规定时间后，读取压差计读数，同时通过立柱和横梁的透明观察窗，观察幕墙系统内部的进水情况，以及幕墙的渗漏水情况。做好试验过程记录。

                    图1：试验箱体                             图2：U型压差计               图3：观察窗和压差计设置

试验过程：

（1）由于幕墙试样已进行过常规四性测试，进行附加试验前，需先检查幕墙试样的密封性是否完好。密封性合格，进行下一步测试。

（2）打开喷淋装置，水流量保持在3.4L/㎡/min。试验箱加载负压，分别按-1.0Kpa，-2.0Kpa，-2.5Kpa三个级别逐步加载。每达到相应的气压级别时，均持续喷淋15分钟，然后读取压差计，并通过观察窗观察系统后腔进水情况。据观察，在三个气压级别时压差计读数均为0pa，表明幕墙系统后腔气压与环境气压相等，即等压。立柱和横梁的观察窗也未发现有水流迹象，表明水没有进入幕墙水槽位置。

（3）关闭喷淋装置，试验箱内泄压，静止5分钟。

（4）打开喷淋装置，水流量保持在3.4L/㎡/min。试验箱内气压加载到-1.0Kpa。在横梁观察窗位置钻一个直径为8mm的圆孔（漏气面积为50mm2），模拟幕墙系统气密线破坏。持续喷淋15分钟后，压差计读数为20pa，表明幕墙系统后腔与环境之间产生了少量的气压差。通过观察窗观察系统后腔，并未发现有水流迹象，表明水没有进入幕墙水槽位置。

（5）水流量继续保持在3.4L/㎡/min。试验箱内气压加载到-1.5Kpa。持续喷淋15分钟后，压差计读数为40pa，表明幕墙系统后腔与环境之间的气压差开始提升。通过观察窗观察系统后腔，并未发现有水流迹象，表明水没有进入幕墙水槽位置。

（6）水流量继续保持在3.4L/㎡/min，试验箱内气压维持在-1.5Kpa。在横梁观察窗位置钻第2个直径为8mm的圆孔，此时漏气面积为100mm2，模拟幕墙系统气密线进一步破坏。持续喷淋15分钟，压差计读数为60pa，表明幕墙系统后腔与环境之间的气压差进一步提升。通过观察窗观察系统后腔，并未发现有水流迹象，表明水没有进入幕墙横梁水槽位置。

（7）水流量继续保持在3.4L/㎡/min，试验箱内气压维持在-1.5Kpa。在横梁观察窗位置钻第3个直径为8mm的圆孔，此时漏气面积为150mm2，模拟幕墙系统气密线进一步破坏。持续喷淋15分钟，压差计读数为80pa，表明幕墙系统后腔与环境之间有明显的气压差，不再等压。通过横梁观察窗可以观察到，有少量水进入水槽位置，但水量和水位在可控范围内，并未发生溢水或渗漏水现象。

（8）水流量继续保持在3.4L/㎡/min，试验箱内气压维持在-1.5Kpa。在横梁观察窗位置直接割除10mm*60mm大小的矩形气孔，此时漏气面积总共为750mm2，模拟幕墙系统气密线极端破坏。此时压差计读数为1200pa，幕墙系统后腔与环境之间产生巨大的气压差，系统等压条件完全丧失。通过横梁观察窗可以观察到，大量水进入水槽位置，逐渐注满，并向室内溢水，幕墙开始发生渗漏水。试验结束。

5总结与幕墙设计建议

以上实验可以看出，幕墙系统产生一定程度的漏气时，其防水性能会发生削弱，但只要不超过某一限值，就不至于往室内渗漏水，这就是幕墙系统容错性设计发挥了作用，容错性是一个良好的系统应具备的条件。

综上所述，本文提出以下几点设计建议：在幕墙设计阶段、加工及安装环节，应确保第三道密封的气密性符合规范要求；系统前腔和后腔应有尽可能较大的深度，第三道密封和第二道密封距离越大越有利于防水；水槽高度应尽可能大，水的重力也有利于防水；第二道密封的排水透气孔应有足够的透气面积，且应保持畅通。

参考文献

[1]郑胜林.幕墙设计原理与方法[M].北京:中国建筑工业出版社,2021.

[2]美国材料测试行业协会.ASTM-E331外窗、采光顶、门、幕墙均匀静态气压差下的渗漏水测试方法[S].美国,2016.

[3] 中国工程建设标准化协会.T/CECS 745-2020装配式幕墙工程技术规范 [S].北京:中国计划出本社,2021.