高 玨(上海建科檢驗(yàn)有限公司, 上海 201108)
裝配式建筑密封膠主要用于混凝土外墻板之間板縫的密封,也用于混凝土外墻板與混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的縫隙,混凝土內(nèi)墻板間縫隙,主要為混凝土與混凝土、混凝土與鋼之間的黏結(jié)。裝配式建筑施工過程中,大批構(gòu)件均在工廠批量化預(yù)制生產(chǎn),包括墻體、梁、柱、樓板、飄窗和樓梯等鋼筋混凝土構(gòu)件,然后運(yùn)到工地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)吊裝、拼接裝配。由于需要使用建筑密封膠進(jìn)行接縫密封防水,所以建筑密封膠在裝配式建筑中的應(yīng)用是極為重要一環(huán)。如果密封膠質(zhì)量不佳或接縫密封防水施工質(zhì)量不好,將直接導(dǎo)致裝配式建筑滲漏的嚴(yán)重后果。因此,裝配式密封膠性能和施工的好壞直接關(guān)系到裝配式建筑工程防水效果及建筑物的使用壽命和安全。
裝配式建筑防水的關(guān)鍵是外墻拼接縫的密封防水,外墻拼接縫分為水平縫和垂直縫,常用的防水密封方法有空腔防水和材料防水??涨环浪窃诮涌p的背水面,根據(jù)墻板構(gòu)造、功能的不同,采用密封條或現(xiàn)澆混凝土形成 2 次密封,在 2 道密封之間形成空腔;材料防水是在接縫的迎水面,主要是墻板上下兩端預(yù)留形成的高低縫、企口等部位,嵌填密封材料[1]。
建筑用密封膠大都屬于合成膠粘劑,是以各類基礎(chǔ)聚合物為主體材料,配合以填料和交聯(lián)劑、增塑劑、偶聯(lián)劑、催化劑等助劑制成的膏狀物。用于建筑物中以非成型狀態(tài)嵌入接縫中,通過與接縫表面黏結(jié)而密封接縫的材料。主要用于玻璃幕墻、混凝土、石材、鋼板等基面的防水密封、結(jié)構(gòu)彈性聯(lián)結(jié)、結(jié)構(gòu)安全耐久等,還具有防火、防霉、環(huán)保等特殊功能。建筑用密封膠的主要分類見表1。
表1 建筑用密封膠分類
建筑用密封膠按其基礎(chǔ)聚合物可分為硅酮、聚氨酯、聚硫、丙烯酸、丁基、改性硅酮產(chǎn)品等,其中硅酮、聚硫、聚氨酯三大室溫固化彈性密封膠在我國(guó)應(yīng)用最廣泛。聚硫密封膠由于耐候性差,很少用于暴露于大氣環(huán)境中的建筑外墻上。本文主要討論適用于裝配式建筑的幾類密封材料。
聚氨酯密封膠由聚氨酯預(yù)聚體、活性氫化合物、填料、顏料、增塑劑、催化劑、穩(wěn)定劑等組成。由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),如含有 —NCO、—OH 和脲基等極性基團(tuán)、柔性鏈段和剛性鏈段嵌段共聚,因此對(duì)很多材料都具有良好的黏結(jié)力,而且具有耐磨、耐寒、耐油、彈性好、耐震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)[2]。但是,聚氨酯密封膠環(huán)保性和耐候性較差。裝配式建筑中使用的聚氨酯密封膠,長(zhǎng)期暴露使用后因自身老化存在開裂漏水風(fēng)險(xiǎn),所以大多用于陽光照射不到的膠縫里(建筑內(nèi)部接縫密封)。
硅酮密封膠主鏈由硅氧鍵(—Si—O—)組成,側(cè)鏈帶有有機(jī)基團(tuán),兼具無機(jī)和有機(jī)聚合物的雙重性能,性能獨(dú)特,耐候性能優(yōu)異,但是表面涂飾性差。對(duì)于無須涂飾的裝配式建筑接縫,可以采用硅酮密封膠,可充分發(fā)揮其耐老化優(yōu)勢(shì),具備較長(zhǎng)的使用壽命。
改性硅酮密封膠主鏈為大分子醚鏈結(jié)構(gòu),可提供良好的柔性和高延伸性。端基為甲硅烷氧基團(tuán),與濕氣接觸后發(fā)生水解縮合反應(yīng)形成 —Si—O—Si— 三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此,改性硅酮密封膠具有較優(yōu)的耐候耐久性、黏結(jié)性、涂飾性和較高的抗形變位移能力,同時(shí)具有無污染性、低 VOC含量、易施工等優(yōu)點(diǎn)[3],非常適合裝配式建筑中水泥預(yù)制構(gòu)件接縫密封,是裝配式建筑接縫密封膠的首選。
目前市場(chǎng)上常見的裝配式建筑密封膠詳細(xì)性能對(duì)比參見表2。
表2 裝配式建筑密封膠性能對(duì)比
JCJ 1—2014 《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》明確規(guī)定:“建筑接縫處所選用的密封材料,除應(yīng)滿足抗剪切和伸縮變形能力以外的力學(xué)性能要求外,還需滿足防霉、防水、耐候性等建筑物理性能要求?!毖b配式建筑密封膠由于拼接部位的不同,材料性能要求也不同,可根據(jù)其使用部位的不同,除了要考慮良好的力學(xué)性能、防霉性、防水性、耐候性外,還要考慮優(yōu)良的黏結(jié)性、相容性、可涂飾性、耐污染性等。
由于混凝土板的接縫會(huì)因?yàn)闇貪穸茸兓?、混凝土板收縮、建筑物的輕微震動(dòng)或沉降等原因產(chǎn)生伸縮變形及位移運(yùn)動(dòng),因此所用的密封膠必須具備一定的彈性,且能隨著接縫的張合變形而自由伸縮以保持接縫密封。同時(shí),為防止密封膠開裂以保證接縫具有安全可靠的黏結(jié)密封,密封膠的位移能力必須大于板縫的相對(duì)位移。
密封膠一般分為低模量和高模量?jī)煞N。由于混凝土表面較為疏松、強(qiáng)度低,如果密封膠模量高、內(nèi)聚強(qiáng)度大,在接縫變形時(shí),密封膠就很容易在混凝土界面出現(xiàn)黏結(jié)破壞。低模量密封膠膠體較為柔軟,內(nèi)聚力強(qiáng)度小于界面黏結(jié)強(qiáng)度,再被拉伸的情況下可以更好地適應(yīng)變形而不易出現(xiàn)破壞,所以裝配式建筑接縫用密封膠應(yīng)盡量選用低模量。
最常見的是建筑物接縫因各種原因產(chǎn)生的位移對(duì)密封膠產(chǎn)生縱向的拉伸應(yīng)力,通常稱之為剪切應(yīng)力。即在平行于膠層的荷載作用下,密封膠破壞時(shí),單位黏結(jié)面所承受的剪切力。這是密封膠主要的黏結(jié)強(qiáng)度指標(biāo),許多國(guó)家都有標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。歐洲技術(shù)規(guī)范 ETAG 002 《結(jié)構(gòu)密封膠裝配體系歐洲技術(shù)認(rèn)證指南》明確要求,在 23 ℃、低溫及高溫條件下均需進(jìn)行結(jié)構(gòu)膠的剪切試驗(yàn)。這一試驗(yàn)方法更真實(shí)、貼切地還原了不同區(qū)域、不同工程中密封膠的使用情況。
密封膠在承受外界很大張力的同時(shí)可能受外界尖銳物體的刮擦。這類損傷的破口處在有很大的張力存在時(shí)會(huì)形成應(yīng)力集中,有可能會(huì)沿密封膠的破口突破,造成撕裂,并發(fā)生大范圍的開裂甚至黏結(jié)破壞??顾毫褟?qiáng)度涉及工程甚至人身安全,因此有必要設(shè)立抗撕裂性能的檢測(cè)項(xiàng)目。
我國(guó)規(guī)范要求建筑物正常使用壽命為 50 a,而預(yù)制外墻板是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu),外墻板縫用密封膠也完全暴露在室外,風(fēng)吹雨淋、紫外線照射等原因會(huì)使密封膠逐漸老化,因此密封膠具有一定的耐久性和耐候性,以保證長(zhǎng)期有效的防水密封效果。密封膠的耐久性、耐候性越好,建筑的維護(hù)、更換成本越低。
(1)鹽霧處理。鹽霧腐蝕就是一種常見和最有破壞性的大氣腐蝕,它是考核產(chǎn)品的抗鹽霧腐蝕能力的重要手段。
(2)酸霧處理。密封膠受到酸雨的腐蝕,就會(huì)出現(xiàn)粉化、起泡、開裂等現(xiàn)象,從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低甚至強(qiáng)度失效的嚴(yán)重質(zhì)量問題,因此對(duì)密封膠進(jìn)行耐酸性氣體腐蝕試驗(yàn),顯得相當(dāng)實(shí)際且必要。
(3)水-紫外光照后拉伸黏結(jié)性。紫外線輻射會(huì)加速密封膠的降解和老化變質(zhì)。在大部分戶外環(huán)境中,密封膠經(jīng)受曝曬、接觸潮濕的時(shí)間每天可以超過 10 h,因此很多密封膠都出現(xiàn)了強(qiáng)度降低、開裂、失效剝落、粉化等老化現(xiàn)象。為保障使用在裝配系統(tǒng)上的建筑結(jié)構(gòu)密封膠的使用質(zhì)量,有必要進(jìn)行人工環(huán)境模擬水-紫外光照射試驗(yàn)。
由于混凝土是多孔材料,極易受污染,因此混凝土板縫的周邊會(huì)出現(xiàn)黑色帶狀的污染,并且污染物顏色會(huì)隨著年限的增加更加明顯,另外密封膠中增塑劑遷移滲透到材料孔隙中,會(huì)造成永久性滲透污染,降低其涂料附著能力,導(dǎo)致涂料剝落。由于密封膠的污染性將嚴(yán)重影響到后期建筑外表面的美觀,所以用于裝配式工業(yè)化住宅外墻板縫密封膠必須具有低污染性。
膠體與基材具有良好的黏結(jié)性是保證密封膠防水密封性能的必要條件。由于裝配式建筑用混凝土墻板是一種多孔性材料,混凝土本身呈堿性,并受到表面附著脫模劑等因素的影響,不同類型密封膠與基材的黏結(jié)效果參差不齊,需要經(jīng)過相關(guān)處理才能滿足使用要求。
相容性實(shí)驗(yàn)是針對(duì)裝配式建筑上使用的背襯材料。背襯材料是為控制密封材料的嵌填深度,防止密封材料和接縫底部黏結(jié)而設(shè)置可變形的材料。驗(yàn)證密封膠與背襯材料是否相容,不相容的背襯材料會(huì)使硅酮膠發(fā)生變色或者黏結(jié)失效,進(jìn)而影響整個(gè)裝配系統(tǒng)。
當(dāng)建筑接縫因地震或材料干燥收縮出現(xiàn)永久變形時(shí),會(huì)對(duì)密封膠產(chǎn)生持續(xù)性的應(yīng)力。改性硅酮密封膠既具有優(yōu)異的彈性,又具有應(yīng)力緩和能力,在發(fā)生永久變形時(shí),可最大限度地釋放預(yù)應(yīng)力,保證密封膠不被破壞。
裝配式建筑外墻板大多數(shù)需要進(jìn)一步涂裝,原因如下:①為了加強(qiáng)外墻整體的防水性能;②可以提高建筑美觀效果;③可以保護(hù)密封膠,延長(zhǎng)密封膠使用壽命。因此,裝配式建筑用密封膠表面需要有一定的可涂刷性,否則會(huì)導(dǎo)致外墻涂料脫落,降低建筑的防水性能和美觀效果。
當(dāng)建筑接縫的位移出現(xiàn)變化時(shí),密封膠的高彈性可以使其承受由于接縫尺寸的變化而帶來的應(yīng)力變化;同時(shí)還能夠保持連接縫良好的氣密性和水密性。密封膠在生產(chǎn)過程中是采用二甲基硅油作為增塑劑的,它起的主要作用是削弱聚二甲基硅氧烷分子之間的作用力,增加聚合物分子鏈的移動(dòng)性,使其具有良好的彈性。二甲基硅油不會(huì)隨著時(shí)間的推移而揮發(fā)或者滲出,從而可以一直保持密封膠的高彈性。但是,二甲基硅油的價(jià)格比較高。一些廠家為了降低成本,采用廉價(jià)增塑劑(俗稱“白油”)代替二甲基硅油作為密封膠的增塑劑。摻加廉價(jià)增塑劑后,短期內(nèi)密封膠就會(huì)出現(xiàn)變硬、收縮、脫膠和開裂的現(xiàn)象,因此裝配式建筑必須杜絕“白油”的出現(xiàn)。
霉菌對(duì)于有機(jī)類材料侵蝕更為嚴(yán)重,受霉菌腐蝕以后的密封膠會(huì)發(fā)生表面變化,繼而密封膠發(fā)生分解,其內(nèi)聚性能降低、變脆,嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)空洞和黏結(jié)失效。因此,在很多南方地區(qū)和潮濕區(qū)域,建筑物的防霉非常重要。
疲勞破壞是指由于反復(fù)施加在密封膠上的應(yīng)力引起材料產(chǎn)生延時(shí)斷裂,其斷裂應(yīng)力水平往往低于材料的抗拉強(qiáng)度,甚至低于其屈服強(qiáng)度。裝配式建筑密封膠所受的循環(huán)不只是單一的低周疲勞,還包括復(fù)雜的高周疲勞,因此設(shè)置一套系統(tǒng)全面的耐機(jī)械疲勞循環(huán)破壞的測(cè)試項(xiàng)目非常必要。
蠕變是密封膠在保持應(yīng)力不變的條件下,應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。由于蠕變的累積,導(dǎo)致密封膠發(fā)生過量的塑性變形而不能使用,或者密封膠的蠕變進(jìn)入加速發(fā)展階段,進(jìn)而發(fā)生蠕變破裂,就會(huì)使黏結(jié)系統(tǒng)發(fā)生失效損壞。所以,對(duì)于長(zhǎng)期工作于裝配系統(tǒng)的密封膠,必須進(jìn)行嚴(yán)格的蠕變檢測(cè)。
對(duì)于裝配式建筑來說,合格有效的防火封堵系統(tǒng)是非常重要的。一旦發(fā)生火災(zāi),防火封堵系統(tǒng)就可以發(fā)揮作用,有效降低著火率和煙氣濃度,使人員有充分的時(shí)間逃離和對(duì)火災(zāi)進(jìn)行撲救。接縫密封膠的防火性對(duì)整個(gè)防火封堵系統(tǒng)是極其關(guān)鍵的,不僅應(yīng)具有離火自熄的阻燃能力,而且能在高溫即火災(zāi)情況下不灰化,不粉化。繼續(xù)保持密封膠封堵作用,有效保持建筑構(gòu)件完整性。
作為裝配式建筑的重要材料,裝配式建筑密封膠必須符合綠色、環(huán)保的要求,保障健康的人居環(huán)境。按照現(xiàn)行相關(guān)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),密封膠的環(huán)保性能測(cè)試要求包括 VOC、游離甲醛、苯、甲苯、二甲苯等檢測(cè)指標(biāo)。
鑒于工程上對(duì)裝配式建筑接縫密封膠要求較高,如何選用合適的密封膠是行業(yè)內(nèi)關(guān)注的問題。目前,各廠家生產(chǎn)工藝不同,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊,故亟需制定完整、統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),在規(guī)范市場(chǎng)的同時(shí)引領(lǐng)產(chǎn)品發(fā)展和推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。
隨著國(guó)家對(duì)裝配式建筑領(lǐng)域的重視和大力發(fā)展,國(guó)家和各省市陸續(xù)發(fā)布了許多設(shè)計(jì)和施工的規(guī)范和規(guī)程,國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了 JCJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、GB/T 51129—2015《工業(yè)化建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、GJBT-1322—2015《預(yù)制混凝土剪力墻外墻板》,上海市發(fā)布了 DG/J 08—2017《裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)施工及質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、DG/TJ 08—2017 《裝配整體式混凝土居住建筑設(shè)計(jì)規(guī)程》等。這些規(guī)范是對(duì)預(yù)制裝配式建筑的通用結(jié)構(gòu)體系和通用構(gòu)件的規(guī)定,其中也有部分條款指出了裝配式建筑密封膠的防水、耐候、耐老化等性能是重要關(guān)注點(diǎn),但這些內(nèi)容都是原則性、大綱性要求,還缺少針對(duì)裝配式建筑密封膠的細(xì)化指標(biāo)和規(guī)范[4]。
國(guó)內(nèi)目前沒有裝配式密封膠國(guó)標(biāo)或行標(biāo),經(jīng)查詢目前國(guó)外與裝配式建筑密封膠相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道非常少。與建筑密封膠相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,國(guó)內(nèi) GB/T 14682《建筑密封材料術(shù)語》、GB/T 14683《硅酮建筑密封膠》、GB/T 22083《建筑密封膠分級(jí)和要求》、GB/T 23261《石材用建筑密封膠》、GB/T 24267《建筑用阻燃密封膠》、GB 30982《建筑膠粘劑有害物質(zhì)限量》、JC/T 482《聚氨酯建筑密封膠》、JC/T 483《聚硫建筑密封膠》、JC/T 484《丙烯酸酯建筑密封膠》、JC/T 485《建筑窗用密封膠》、JC/T 881《混凝土建筑接縫用密封膠》、JC/T 882《玻璃幕墻接縫用密封膠》、JC/T 884《金屬板用建筑密封膠》和 JC/T 885《建筑用防霉密封膠》等,國(guó)外有ASTM C 920《彈性密封膠》、EN 15434:2006《建筑用玻璃結(jié)構(gòu)密封膠和或耐紫外密封膠產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(用于結(jié)構(gòu)密封膠裝配和或外露的中空玻璃密封部分)》、EN 15651《非結(jié)構(gòu)用密封膠》、ETAG 002《歐洲技術(shù)認(rèn)證指南—結(jié)構(gòu)密封膠裝配系統(tǒng)第1 部分:支承及非支承系統(tǒng)》和 JIS A 5758《建筑物中密封和門窗玻璃用密封劑》等。由于這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都不是直接針對(duì)裝配式建筑密封膠的,因此給目前裝配式建筑密封膠的應(yīng)用帶來一定的困惑,容易引發(fā)使用者的選用不當(dāng)。
由于各類裝配式建筑密封膠的基礎(chǔ)聚合物不同,其力學(xué)性能、耐候性能、耐老化性能、特殊性能等各種性能都存在差異,因此應(yīng)依據(jù)密封膠分子的結(jié)構(gòu)固有特性,根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境,合理選擇符合各類裝配式建筑應(yīng)用需求的密封膠。
裝配式建筑是在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)預(yù)制件進(jìn)行拼裝和部分澆筑,這種施工方式會(huì)有很多拼縫部位,需要施注專用的密封膠起到防水作用。因此,裝配式建筑接縫施工對(duì)于裝配式建筑外墻的防水有非常重要的作用。密封膠施工應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
(1)混凝土基面未干燥不宜施工。
(2)底涂涂刷好后,須涂層干燥后(15~30 min)方可進(jìn)行密封膠施工,且應(yīng)在底涂涂刷后 8 h 內(nèi)完成,如果有污垢或灰塵被黏附時(shí),需要將異物除去后再次進(jìn)行涂刷。如遇到密封膠施工順延到第2 天,需要再次進(jìn)行涂刷底涂的操作。
(3)淺色或特殊顏色密封膠應(yīng)避免與酸性或堿性物質(zhì)接觸(如外墻清洗液等),否則可能導(dǎo)致密封膠表面發(fā)生變色。
(4)施膠后 48 h 內(nèi)密封膠未完全固化,密封接縫不允許有大的位移,否則會(huì)影響密封效果。
目前市面上的建筑密封膠多以國(guó)標(biāo)為執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),但國(guó)標(biāo)對(duì)密封膠實(shí)際使用中的環(huán)境影響因素考量的不夠全面,歐標(biāo)相對(duì)國(guó)標(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)裝配用建筑密封膠的項(xiàng)目參數(shù)設(shè)置更為系統(tǒng)全面,充分考慮了結(jié)構(gòu)膠的受力情況和使用環(huán)境,為結(jié)構(gòu)裝配用建筑密封膠 25 a 的使用壽命提供了有力保障。已報(bào)批的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)裝配用建筑密封膠試驗(yàn)方法》(計(jì)劃編號(hào)20153630-T-609),采用嚴(yán)苛的 1 008 h 水-紫外老化試驗(yàn)?zāi)M實(shí)際使用環(huán)境,因此具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值,能合理地驗(yàn)證裝配式建筑密封膠的長(zhǎng)期耐久性。
根據(jù)上述研究提出如下建議,給裝配式建筑接縫密封材料的應(yīng)用和研究提供參考。
(1)目前國(guó)家和行業(yè)內(nèi)與裝配式建筑相關(guān)的密封膠標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范幾乎是空白。雖然已出臺(tái)許多與裝配式建筑相關(guān)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)收規(guī)范,但這些規(guī)范是對(duì)裝配式建筑的通用要求和規(guī)定,其中雖然有部分條款涉及密封膠的性能要求,但只是比較表觀的通用要求,缺乏針對(duì)性的細(xì)化指標(biāo)和方法。從裝配式建筑行業(yè)層面,應(yīng)及時(shí)推出裝配式密封膠有關(guān)的技術(shù)規(guī)范,規(guī)范各類裝配式密封膠的設(shè)計(jì)、檢測(cè)、施工、應(yīng)用和驗(yàn)收。
(2)企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身產(chǎn)品的特性,制定出適合產(chǎn)品的施膠規(guī)范,必要時(shí)應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)研究,做好施工配套,便于實(shí)際應(yīng)用。
(3)建筑密封膠是裝配式建筑中極其重要的一環(huán)。目前市場(chǎng)上形形色色的各類裝配式建筑密封膠產(chǎn)品,質(zhì)量參差不齊,必須謹(jǐn)慎選用。只有根據(jù)性能要求和實(shí)際使用需求,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,才能選用出性能佳、適用性強(qiáng)的裝配式建筑密封膠。