裝配式建筑接縫密封材料性能要求與選用分析

高 玨（上海建科檢驗有限公司， 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構、鋼結構的縫隙，混凝土內墻板間縫隙，主要為混凝土與混凝土、混凝土與鋼之間的黏結。裝配式建筑施工過程中，大批構件均在工廠批量化預制生產，包括墻體、梁、柱、樓板、飄窗和樓梯等鋼筋混凝土構件，然后運到工地進行現場吊裝、拼接裝配。由于需要使用建筑密封膠進行接縫密封防水，所以建筑密封膠在裝配式建筑中的應用是極為重要一環。如果密封膠質量不佳或接縫密封防水施工質量不好，將直接導致裝配式建筑滲漏的嚴重后果。因此，裝配式密封膠性能和施工的好壞直接關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。空腔防水是在接縫的背水面，根據墻板構造、功能的不同，采用密封條或現澆混凝土形成 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留形成的高低縫、企口等部位，嵌填密封材料[1]。

1 建筑密封膠分類和特點

建筑用密封膠大都屬于合成膠粘劑，是以各類基礎聚合物為主體材料，配合以填料和交聯劑、增塑劑、偶聯劑、催化劑等助劑制成的膏狀物。用于建筑物中以非成型狀態嵌入接縫中，通過與接縫表面黏結而密封接縫的材料。主要用于玻璃幕墻、混凝土、石材、鋼板等基面的防水密封、結構彈性聯結、結構安全耐久等，還具有防火、防霉、環保等特殊功能。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聚合物可分為硅酮、聚氨酯、聚硫、丙烯酸、丁基、改性硅酮產品等，其中硅酮、聚硫、聚氨酯三大室溫固化彈性密封膠在我國應用最廣泛。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。

1.1 聚氨酯密封膠

聚氨酯密封膠由聚氨酯預聚體、活性氫化合物、填料、顏料、增塑劑、催化劑、穩定劑等組成。由于其結構特點，如含有 —NCO、—OH 和脲基等極性基團、柔性鏈段和剛性鏈段嵌段共聚，因此對很多材料都具有良好的黏結力，而且具有耐磨、耐寒、耐油、彈性好、耐震動等優點[2]。但是，聚氨酯密封膠環保性和耐候性較差。裝配式建筑中使用的聚氨酯密封膠，長期暴露使用后因自身老化存在開裂漏水風險，所以大多用于陽光照射不到的膠縫里（建筑內部接縫密封）。

1.2 硅酮密封膠

硅酮密封膠主鏈由硅氧鍵（—Si—O—）組成，側鏈帶有有機基團，兼具無機和有機聚合物的雙重性能，性能獨特，耐候性能優異，但是表面涂飾性差。對于無須涂飾的裝配式建筑接縫，可以采用硅酮密封膠，可充分發揮其耐老化優勢，具備較長的使用壽命。

1.3 改性硅酮密封膠

改性硅酮密封膠主鏈為大分子醚鏈結構，可提供良好的柔性和高延伸性。端基為甲硅烷氧基團，與濕氣接觸后發生水解縮合反應形成 —Si—O—Si— 三維空間網狀結構。因此，改性硅酮密封膠具有較優的耐候耐久性、黏結性、涂飾性和較高的抗形變位移能力，同時具有無污染性、低 VOC含量、易施工等優點[3]，非常適合裝配式建筑中水泥預制構件接縫密封，是裝配式建筑接縫密封膠的首選。

1.4 裝配式建筑密封膠詳細性能對比

目前市場上常見的裝配式建筑密封膠詳細性能對比參見表2。

表2 裝配式建筑密封膠性能對比

2 裝配式外墻密封材料檢測項目和性能要求

JCJ 1—2014 《裝配式混凝土結構技術規程》明確規定：“建筑接縫處所選用的密封材料，除應滿足抗剪切和伸縮變形能力以外的力學性能要求外，還需滿足防霉、防水、耐候性等建筑物理性能要求。”裝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，可根據其使用部位的不同，除了要考慮良好的力學性能、防霉性、防水性、耐候性外，還要考慮優良的黏結性、相容性、可涂飾性、耐污染性等。

2.1 抗位移能力

由于混凝土板的接縫會因為溫濕度變化、混凝土板收縮、建筑物的輕微震動或沉降等原因產生伸縮變形及位移運動，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，為防止密封膠開裂以保證接縫具有安全可靠的黏結密封，密封膠的位移能力必須大于板縫的相對位移。

密封膠一般分為低模量和高模量兩種。由于混凝土表面較為疏松、強度低，如果密封膠模量高、內聚強度大，在接縫變形時，密封膠就很容易在混凝土界面出現黏結破壞。低模量密封膠膠體較為柔軟，內聚力強度小于界面黏結強度，再被拉伸的情況下可以更好地適應變形而不易出現破壞，所以裝配式建筑接縫用密封膠應盡量選用低模量。

2.2 剪切黏結強度

最常見的是建筑物接縫因各種原因產生的位移對密封膠產生縱向的拉伸應力，通常稱之為剪切應力。即在平行于膠層的荷載作用下，密封膠破壞時，單位黏結面所承受的剪切力。這是密封膠主要的黏結強度指標，許多國家都有標準試驗方法。歐洲技術規范 ETAG 002 《結構密封膠裝配體系歐洲技術認證指南》明確要求，在 23 ℃、低溫及高溫條件下均需進行結構膠的剪切試驗。這一試驗方法更真實、貼切地還原了不同區域、不同工程中密封膠的使用情況。

2.3 撕裂強度

密封膠在承受外界很大張力的同時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會形成應力集中，有可能會沿密封膠的破口突破，造成撕裂，并發生大范圍的開裂甚至黏結破壞。抗撕裂強度涉及工程甚至人身安全，因此有必要設立抗撕裂性能的檢測項目。

2.4 耐候性

我國規范要求建筑物正常使用壽命為 50 a，而預制外墻板是建筑外圍護結構，外墻板縫用密封膠也完全暴露在室外，風吹雨淋、紫外線照射等原因會使密封膠逐漸老化，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、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，就會出現粉化、起泡、開裂等現象，從而導致強度降低甚至強度失效的嚴重質量問題，因此對密封膠進行耐酸性氣體腐蝕試驗，顯得相當實際且必要。

（3）水-紫外光照后拉伸黏結性。紫外線輻射會加速密封膠的降解和老化變質。在大部分戶外環境中，密封膠經受曝曬、接觸潮濕的時間每天可以超過 10 h，因此很多密封膠都出現了強度降低、開裂、失效剝落、粉化等老化現象。為保障使用在裝配系統上的建筑結構密封膠的使用質量，有必要進行人工環境模擬水-紫外光照射試驗。

2.5 污染性

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出現黑色帶狀的污染，并且污染物顏色會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，會造成永久性滲透污染，降低其涂料附著能力，導致涂料剝落。由于密封膠的污染性將嚴重影響到后期建筑外表面的美觀，所以用于裝配式工業化住宅外墻板縫密封膠必須具有低污染性。

2.6 黏結性

膠體與基材具有良好的黏結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效果參差不齊，需要經過相關處理才能滿足使用要求。

2.7 相容性

相容性實驗是針對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而設置可變形的材料。驗證密封膠與背襯材料是否相容，不相容的背襯材料會使硅酮膠發生變色或者黏結失效，進而影響整個裝配系統。

2.8 彈性恢復率

當建筑接縫因地震或材料干燥收縮出現永久變形時，會對密封膠產生持續性的應力。改性硅酮密封膠既具有優異的彈性，又具有應力緩和能力，在發生永久變形時，可最大限度地釋放預應力，保證密封膠不被破壞。

2.9 涂飾性

裝配式建筑外墻板大多數需要進一步涂裝，原因如下：①為了加強外墻整體的防水性能；②可以提高建筑美觀效果；③可以保護密封膠，延長密封膠使用壽命。因此，裝配式建筑用密封膠表面需要有一定的可涂刷性，否則會導致外墻涂料脫落，降低建筑的防水性能和美觀效果。

2.10 有害增塑劑

當建筑接縫的位移出現變化時，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力變化；同時還能夠保持連接縫良好的氣密性和水密性。密封膠在生產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性，使其具有良好的彈性。二甲基硅油不會隨著時間的推移而揮發或者滲出，從而可以一直保持密封膠的高彈性。但是，二甲基硅油的價格比較高。一些廠家為了降低成本，采用廉價增塑劑（俗稱“白油”）代替二甲基硅油作為密封膠的增塑劑。摻加廉價增塑劑后，短期內密封膠就會出現變硬、收縮、脫膠和開裂的現象，因此裝配式建筑必須杜絕“白油”的出現。

2.11 防霉性

霉菌對于有機類材料侵蝕更為嚴重，受霉菌腐蝕以后的密封膠會發生表面變化，繼而密封膠發生分解，其內聚性能降低、變脆，嚴重時會出現空洞和黏結失效。因此，在很多南方地區和潮濕區域，建筑物的防霉非常重要。

2.12 疲勞循環

疲勞破壞是指由于反復施加在密封膠上的應力引起材料產生延時斷裂，其斷裂應力水平往往低于材料的抗拉強度，甚至低于其屈服強度。裝配式建筑密封膠所受的循環不只是單一的低周疲勞，還包括復雜的高周疲勞，因此設置一套系統全面的耐機械疲勞循環破壞的測試項目非常必要。

2.13 蠕變性能

蠕變是密封膠在保持應力不變的條件下，應變隨時間延長而增加的現象。由于蠕變的累積，導致密封膠發生過量的塑性變形而不能使用，或者密封膠的蠕變進入加速發展階段，進而發生蠕變破裂，就會使黏結系統發生失效損壞。所以，對于長期工作于裝配系統的密封膠，必須進行嚴格的蠕變檢測。

2.14 防火性

對于裝配式建筑來說，合格有效的防火封堵系統是非常重要的。一旦發生火災，防火封堵系統就可以發揮作用，有效降低著火率和煙氣濃度，使人員有充分的時間逃離和對火災進行撲救。接縫密封膠的防火性對整個防火封堵系統是極其關鍵的，不僅應具有離火自熄的阻燃能力，而且能在高溫即火災情況下不灰化，不粉化。繼續保持密封膠封堵作用，有效保持建筑構件完整性。

2.15 環保性

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、環保的要求，保障健康的人居環境。按照現行相關的國家和行業標準，密封膠的環保性能測試要求包括 VOC、游離甲醛、苯、甲苯、二甲苯等檢測指標。

3 與裝配式建筑密封膠相關的標準規范

鑒于工程上對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內關注的問題。目前，各廠家生產工藝不同，導致產品質量良莠不齊，故亟需制定完整、統一的行業標準，在規范市場的同時引領產品發展和推動行業技術進步。

3.1 相關的裝配式建筑規范和規程

隨著國家對裝配式建筑領域的重視和大力發展，國家和各省市陸續發布了許多設計和施工的規范和規程，國家住房和城鄉建設部發布了 JCJ 1—2014《裝配式混凝土結構技術規程》、GB/T 51129—2015《工業化建筑評價標準》、GJBT-1322—2015《預制混凝土剪力墻外墻板》，上海市發布了 DG/J 08—2017《裝配整體式混凝土結構施工及質量驗收規范》、DG/TJ 08—2017 《裝配整體式混凝土居住建筑設計規程》等。這些規范是對預制裝配式建筑的通用結構體系和通用構件的規定，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注點，但這些內容都是原則性、大綱性要求，還缺少針對裝配式建筑密封膠的細化指標和規范[4]。

3.2 相關的裝配式建筑密封膠標準和規范

國內目前沒有裝配式密封膠國標或行標，經查詢目前國外與裝配式建筑密封膠相關的文獻報道非常少。與建筑密封膠相關的標準和規范，國內 GB/T 14682《建筑密封材料術語》、GB/T 14683《硅酮建筑密封膠》、GB/T 22083《建筑密封膠分級和要求》、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，國外有ASTM C 920《彈性密封膠》、EN 15434：2006《建筑用玻璃結構密封膠和或耐紫外密封膠產品標準（用于結構密封膠裝配和或外露的中空玻璃密封部分）》、EN 15651《非結構用密封膠》、ETAG 002《歐洲技術認證指南—結構密封膠裝配系統第1 部分：支承及非支承系統》和 JIS A 5758《建筑物中密封和門窗玻璃用密封劑》等。由于這些標準和規范都不是直接針對裝配式建筑密封膠的，因此給目前裝配式建筑密封膠的應用帶來一定的困惑，容易引發使用者的選用不當。

4 裝配式建筑密封膠選用要點

4.1 應用要求

由于各類裝配式建筑密封膠的基礎聚合物不同，其力學性能、耐候性能、耐老化性能、特殊性能等各種性能都存在差異，因此應依據密封膠分子的結構固有特性，根據實際使用環境，合理選擇符合各類裝配式建筑應用需求的密封膠。

4.2 施工性能

裝配式建筑是在施工現場對預制件進行拼裝和部分澆筑，這種施工方式會有很多拼縫部位，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。密封膠施工應注意以下幾點。

（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）方可進行密封膠施工，且應在底涂涂刷后 8 h 內完成，如果有污垢或灰塵被黏附時，需要將異物除去后再次進行涂刷。如遇到密封膠施工順延到第2 天，需要再次進行涂刷底涂的操作。

（3）淺色或特殊顏色密封膠應避免與酸性或堿性物質接觸（如外墻清洗液等），否則可能導致密封膠表面發生變色。

（4）施膠后 48 h 內密封膠未完全固化，密封接縫不允許有大的位移，否則會影響密封效果。

4.3 使用壽命

目前市面上的建筑密封膠多以國標為執行標準，但國標對密封膠實際使用中的環境影響因素考量的不夠全面，歐標相對國標對結構裝配用建筑密封膠的項目參數設置更為系統全面，充分考慮了結構膠的受力情況和使用環境，為結構裝配用建筑密封膠 25 a 的使用壽命提供了有力保障。已報批的國家標準《結構裝配用建筑密封膠試驗方法》（計劃編號20153630-T-609），采用嚴苛的 1 008 h 水-紫外老化試驗模擬實際使用環境，因此具有相當的參考價值，能合理地驗證裝配式建筑密封膠的長期耐久性。

5 結 語

根據上述研究提出如下建議，給裝配式建筑接縫密封材料的應用和研究提供參考。

（1）目前國家和行業內與裝配式建筑相關的密封膠標準和規范幾乎是空白。雖然已出臺許多與裝配式建筑相關的設計和驗收規范，但這些規范是對裝配式建筑的通用要求和規定，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，缺乏針對性的細化指標和方法。從裝配式建筑行業層面，應及時推出裝配式密封膠有關的技術規范，規范各類裝配式密封膠的設計、檢測、施工、應用和驗收。

（2）企業應結合自身產品的特性，制定出適合產品的施膠規范，必要時應加強技術研究，做好施工配套，便于實際應用。

（3）建筑密封膠是裝配式建筑中極其重要的一環。目前市場上形形色色的各類裝配式建筑密封膠產品，質量參差不齊，必須謹慎選用。只有根據性能要求和實際使用需求，結合標準規范，才能選用出性能佳、適用性強的裝配式建筑密封膠。