石正金，楊海兵，肖 珍，李義博

（廣州集泰化工股份有限公司，廣東 廣州 510000）

近年來(lái)，隨著國(guó)家相關(guān)政策的推出以及環(huán)保意識(shí)[1]的不斷提高，裝配式建筑得到了廣泛認(rèn)可并且發(fā)展極為迅速[2]。這種新型的建筑模式具有建造效率較高、能耗較低、環(huán)境污染較小以及施工簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[3]，這對(duì)我國(guó)建筑行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益地提高起到了非常重要的作用[4]。

建筑物的防水密封一直以來(lái)都是建筑行業(yè)里非常重要并難以解決的問(wèn)題，直接決定著建筑整體的施工質(zhì)量及使用壽命[3]。采用密封膠的填縫密封技術(shù)作為裝配式建筑防水體系[5]中的輔助設(shè)計(jì)措施，對(duì)保障建筑防水密封以及建筑美觀至關(guān)重要。目前裝配式建筑用密封膠主要有硅酮類(lèi)、聚氨酯類(lèi)以及改性硅酮類(lèi)這三大體系。3種材料的性能各有優(yōu)缺點(diǎn)：硅酮類(lèi)耐候性相對(duì)最佳，但粘接性、污染性以及涂刷性相對(duì)劣勢(shì)；聚氨酯類(lèi)粘接性相對(duì)最優(yōu)，但耐候性、環(huán)保性以及固化性能（高溫高濕下的密集空穴）相對(duì)劣勢(shì)；改性硅酮類(lèi)兼顧硅酮與聚氨酯類(lèi)的性能，性?xún)r(jià)比較優(yōu)，但單一性能對(duì)比相對(duì)較弱。這些優(yōu)劣勢(shì)將會(huì)造成施工方用膠選擇上的困擾。本研究主要介紹了裝配式建筑對(duì)密封膠材料的性能要求，旨在為客戶正確選擇用膠提供指導(dǎo)。

1 縫隙尺寸的設(shè)計(jì)要求

1.1 技術(shù)規(guī)程對(duì)縫隙設(shè)計(jì)的要求

近年來(lái)，伴隨著裝配式建筑工程的蓬勃發(fā)展，與裝配式建筑相關(guān)的技術(shù)規(guī)范也得到了相應(yīng)完善和補(bǔ)充，其中對(duì)縫隙尺寸的設(shè)計(jì)也提出了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范要求，如表1所示。

表1 不同設(shè)計(jì)規(guī)范的尺寸要求Tab.1 Joint size requirements presented by different design standards

由表1可知：不同技術(shù)規(guī)程對(duì)縫隙寬度的要求基本一致，在滿足基材伸縮余量的前提下，接縫寬度不應(yīng)小于10 mm，當(dāng)接縫寬度小于10 mm時(shí)，應(yīng)使用角磨機(jī)等工具將接縫有效寬度修整為至少10 mm；與此同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，預(yù)制外墻接縫的防水設(shè)計(jì)應(yīng)為2道防水構(gòu)造，即構(gòu)造防水與材料防水[6]相結(jié)合的防水體系。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示[7]。

1.2 彈性密封膠的位移能力要求

由于存在強(qiáng)風(fēng)地震引起的層間位移、熱脹冷縮引起的伸縮位移、干燥收縮引起的干縮位移和地基沉降引起的沉降位移等因素，彈性密封膠填縫材料必須具備良好的位移能力。因此在設(shè)計(jì)接縫寬度時(shí)，需要了解不同

寬度的縫隙在應(yīng)力變化時(shí)的應(yīng)變情況。一般而言，外墻接縫處的變形主要受預(yù)制構(gòu)件熱脹冷縮以及干縮濕脹時(shí)材料內(nèi)應(yīng)力的影響，因此可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)理論推算彈性密封膠所需要的位移能力。

圖1 預(yù)制外墻板接縫構(gòu)造示意圖Fig.1 Seam construction of precast outer-wall panels（1-現(xiàn)澆部分；2-背襯條；3-防水密封膠；4-止水條；5-排水管；6-減壓空倉(cāng)；7-無(wú)機(jī)保溫砂漿；8-內(nèi)葉板；9-外葉板；10-保溫材料；11-室內(nèi)標(biāo)高地面）

位移能力公式[8]如式（1）所示。

式中，ε為密封膠位移量（%）；L為構(gòu)件的長(zhǎng)度（一般取3 m）；α為混凝土線脹系數(shù)[常規(guī)取（10×10-6）/℃]；△T：混凝土界面的極限溫差（一般取值為80 ℃）；W為設(shè)計(jì)接縫寬度（一般設(shè)計(jì)20 mm）；x為接縫施工誤差（一般取5 mm）；R為干縮系數(shù)（取2×10-4）。

由式（1）計(jì)算得知：代入各參數(shù)指標(biāo)即可推算出彈性密封膠的位移量ε值≥16%，故用于裝配式建筑接縫處的密封膠至少可承受±20%的形變余量[9]。與此同時(shí)，針對(duì)某些接縫設(shè)計(jì)偏差較大的案例（實(shí)際接縫寬度10～20 mm），密封膠的位移級(jí)別要求更高。此外，還需注意密封膠的次級(jí)別，分為低模量和高模量2種。由于混凝土表面較為疏松、強(qiáng)度較低，如果密封膠模量較高、內(nèi)聚強(qiáng)度較大，在接縫變形時(shí)，密封膠較容易在混凝土界面出現(xiàn)粘接破壞。低模量密封膠具有較低的拉伸模量，更高的斷裂伸長(zhǎng)率，因此當(dāng)縫隙出現(xiàn)變化時(shí)，密封膠可以更好地適應(yīng)縫隙變化且不發(fā)生粘接破壞，故裝配式建筑接縫用密封膠的位移級(jí)別應(yīng)至少為20 LM。

2 基材表面處理的工藝要求

密封膠要與被粘物表面膠合的前提是2者必須達(dá)到分子水平的接觸。因此，密封膠對(duì)被粘物表面具有良好潤(rùn)濕是形成優(yōu)良膠接接頭的必要條件[10]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，預(yù)制混凝土基材表面必然會(huì)存在灰塵、水泥浮漿以及脫模劑等不利因素，從而使得密封膠在混凝土表面難以有效潤(rùn)濕，進(jìn)而影響密封膠與基材表面的粘接效果。為此，在施工過(guò)程中，施工人員必須對(duì)基材待粘區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)表面處理，以改變基材的表面活性與粗糙度。

2.1 物理處理

混凝土構(gòu)件預(yù)制過(guò)程中，由于存在工藝因素等原因，極易在其表面形成厚薄不均且強(qiáng)度較低的水泥砂漿浮漿層，這將直接影響混凝土構(gòu)件與防水材料的粘接強(qiáng)度。在實(shí)際工程案例中[11]，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多起由于表面清理不干凈，從而導(dǎo)致粘接失效的情況。

由于粘接面的浮漿未及時(shí)有效清理，粘接界面的形成主要發(fā)生在密封膠與浮漿層，而不是具有更高抗拉強(qiáng)度的混凝土基材表面。在應(yīng)力的作用下，膠條很容易將浮漿層拉起，導(dǎo)致粘接失效。因此，在進(jìn)行施膠工作前，必須首先確保待粘接區(qū)域的表面清潔干凈，無(wú)水泥浮漿。

一般而言，待粘接區(qū)域的物理清理主要包含2個(gè)步驟：①使用磨光機(jī)或鏟刀等工具去除不利于粘接的物質(zhì)；②使用吹風(fēng)機(jī)或軟刷等工具去除上一步工序留下來(lái)的灰塵。

由圖2可知：經(jīng)物理清理后，密封膠與混凝土基材具有非常良好的粘接效果，主要破壞形式為內(nèi)聚破壞。說(shuō)明經(jīng)過(guò)打磨清灰處理后，有效促進(jìn)了密封膠在基材表面的潤(rùn)濕效果，從而達(dá)到良好的粘接效果。因此，在實(shí)際施工過(guò)程中，必要的清理工藝能夠促進(jìn)密封膠與基材形成良好的粘接界面，從而保障建筑物的密封防水。

圖2 粘接面的物理清理以及粘接效果Fig.2 Physical cleaning and bonding results of bonded surfaces

2.2 化學(xué)處理

底涂對(duì)促進(jìn)密封膠的粘接作用也非常重要，這主要是因?yàn)轭A(yù)制混凝土基材的生產(chǎn)工藝及材料特點(diǎn)所決定的?；炷翗?gòu)件在工廠預(yù)制時(shí)往往會(huì)在模具表面涂刷適量的脫模劑以便構(gòu)件快速脫模，這就造成實(shí)際應(yīng)用中的混凝土構(gòu)件表面往往會(huì)殘留部分脫模劑，不利于密封膠形成良好地潤(rùn)濕。與此同時(shí)，混凝土基材屬于堿性多孔性基材，長(zhǎng)期處在有水的環(huán)境中，對(duì)密封膠的粘接面存在一定的破壞作用。底涂不僅可以改變混凝土基材表面的表面活性，還可以作為封閉材料，防止堿性基材對(duì)密封膠的粘接作用產(chǎn)生不利的影響。

在涂覆底涂劑的情況下，浸水處理后密封膠與混凝土塊的粘接效果明顯改善，經(jīng)手撕粘接性測(cè)試[12]后，膠體與基材的破壞形式主要為內(nèi)聚破壞。由此表明，通過(guò)涂刷底涂劑能夠有效防止浸水后粘接界面的破壞。

3 表面涂刷性

混凝土建筑的外墻防水處理對(duì)建筑設(shè)施的安全美觀起著至關(guān)重要的作用，此舉不僅可以延長(zhǎng)建筑使用壽命，還可以增強(qiáng)視覺(jué)效果。外墻防水處理主要采取涂刷外墻防水涂料的方式，因此，對(duì)于起接縫填縫作用的彈性密封膠來(lái)說(shuō)，其對(duì)防水涂料的粘接效果也有舉足輕重作用。目前外墻防水涂料基本為水性化的，即以水作為溶劑。不同材料的彈性密封膠具有不同的表面極性，水性防水涂料在密封膠表面的潤(rùn)濕效果也存在明顯差異，從而表現(xiàn)出不同的涂飾效果。在現(xiàn)場(chǎng)施工案例中，由于發(fā)現(xiàn)較多由于密封膠的錯(cuò)誤選擇，導(dǎo)致后期涂料層開(kāi)裂、脫落等情況。

因此，在選擇裝配式建筑用填縫密封膠時(shí)，必須考慮外墻防水涂料對(duì)密封膠的可涂刷性能。本研究分別對(duì)改性硅酮密封膠、聚氨酯密封膠以及硅酮密封膠這3種材料的可涂刷性能做了考查，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同材料的表面涂刷性Fig.3 Brushing ability of different stuffs

由圖3可知：3種密封膠材料中除了硅酮密封膠，其余2種材料的表面均表現(xiàn)出良好的涂刷性能。由于硅酮密封膠的表面自由能較低，水性涂料在其表面無(wú)法潤(rùn)濕，從而無(wú)法形成有效的附著力。為此，在裝配式建筑應(yīng)用中，相比硅酮密封膠，改性硅酮與聚氨酯密封膠具有更好的可涂刷性能。

4 耐候性

現(xiàn)階段裝配式建筑用密封膠主要以外墻填縫密封為主。為體現(xiàn)建筑物的設(shè)計(jì)美感，實(shí)際施工應(yīng)用中部分建筑會(huì)采用明縫的設(shè)計(jì)方式，從而導(dǎo)致密封材料表面無(wú)法涂覆隔離涂層。因此，在此類(lèi)施工案例中，必須考慮密封材料的耐候性能。大多數(shù)聚合物材料，包括密封膠和涂料，在室外使用時(shí)均會(huì)因?yàn)楣饫匣档褪褂脡勖黐13]。

不同結(jié)構(gòu)的聚合物光老化速度存在明顯的差異，這主要與聚合物鏈的化學(xué)鍵的鍵能有關(guān)。在硅酮密封膠、改性硅酮密封膠以及聚氨酯密封膠配方中，主體樹(shù)脂的常見(jiàn)化學(xué)鍵及鍵能如表2所示。

由表2可知：C-N鍵的鍵能相對(duì)最小，較容易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。Si-O鍵的鍵能相對(duì)最大，耐輻照穩(wěn)定性較強(qiáng)。因此，3種密封膠的耐候性能優(yōu)先順序?yàn)椋汗柰芊饽z＞改性硅酮密封膠＞聚氨酯密封膠。

5 結(jié)語(yǔ)

裝配式建筑的發(fā)展拓寬了填縫密封膠的應(yīng)用領(lǐng)域，規(guī)范了此類(lèi)產(chǎn)品的性能要求。為滿足裝配式建筑安全穩(wěn)定性要求，填縫密封膠的指標(biāo)性能必須滿足20 LM以上，且具有優(yōu)異的可涂飾性能、優(yōu)異的粘接性能以及耐候性。綜上可知，改性硅酮類(lèi)密封膠的綜合性能相對(duì)最佳，且能滿足裝配式建筑的應(yīng)用要求。

表2 聚合物中典型化學(xué)鍵的鍵能[14]Tab.2 Bond energy of typical chemical bonds in polymers