裝配式建筑密封膠的應用研究

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，隨著國家相關政策的推出以及環保意識[1]的不斷提高，裝配式建筑得到了廣泛認可并且發展極為迅速[2]。這種新型的建筑模式具有建造效率較高、能耗較低、環境污染較小以及施工簡單等特點[3]，這對我國建筑行業經濟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都是建筑行業里非常重要并難以解決的問題，直接決定著建筑整體的施工質量及使用壽命[3]。采用密封膠的填縫密封技術作為裝配式建筑防水體系[5]中的輔助設計措施，對保障建筑防水密封以及建筑美觀至關重要。目前裝配式建筑用密封膠主要有硅酮類、聚氨酯類以及改性硅酮類這三大體系。3種材料的性能各有優缺點：硅酮類耐候性相對最佳，但粘接性、污染性以及涂刷性相對劣勢；聚氨酯類粘接性相對最優，但耐候性、環保性以及固化性能（高溫高濕下的密集空穴）相對劣勢；改性硅酮類兼顧硅酮與聚氨酯類的性能，性價比較優，但單一性能對比相對較弱。這些優劣勢將會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。

1 縫隙尺寸的設計要求

1.1 技術規程對縫隙設計的要求

近年來，伴隨著裝配式建筑工程的蓬勃發展，與裝配式建筑相關的技術規范也得到了相應完善和補充，其中對縫隙尺寸的設計也提出了相應的技術規范要求，如表1所示。

表1 不同設計規范的尺寸要求Tab.1 Joint size requirements presented by different design standards

由表1可知：不同技術規程對縫隙寬度的要求基本一致，在滿足基材伸縮余量的前提下，接縫寬度不應小于10 mm，當接縫寬度小于10 mm時，應使用角磨機等工具將接縫有效寬度修整為至少10 mm；與此同時，根據設計規范的要求，預制外墻接縫的防水設計應為2道防水構造，即構造防水與材料防水[6]相結合的防水體系。結構示意圖如圖1所示[7]。

1.2 彈性密封膠的位移能力要求

由于存在強風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。因此在設計接縫寬度時，需要了解不同

寬度的縫隙在應力變化時的應變情況。一般而言，外墻接縫處的變形主要受預制構件熱脹冷縮以及干縮濕脹時材料內應力的影響，因此可根據經驗公式來理論推算彈性密封膠所需要的位移能力。

圖1 預制外墻板接縫構造示意圖Fig.1 Seam construction of precast outer-wall panels（1-現澆部分；2-背襯條；3-防水密封膠；4-止水條；5-排水管；6-減壓空倉；7-無機保溫砂漿；8-內葉板；9-外葉板；10-保溫材料；11-室內標高地面）

位移能力公式[8]如式（1）所示。

式中，ε為密封膠位移量（%）；L為構件的長度（一般取3 m）；α為混凝土線脹系數[常規?。?0×10-6）/℃]；△T：混凝土界面的極限溫差（一般取值為80 ℃）；W為設計接縫寬度（一般設計20 mm）；x為接縫施工誤差（一般取5 mm）；R為干縮系數（取2×10-4）。

由式（1）計算得知：代入各參數指標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，針對某些接縫設計偏差較大的案例（實際接縫寬度10～20 mm），密封膠的位移級別要求更高。此外，還需注意密封膠的次級別，分為低模量和高模量2種。由于混凝土表面較為疏松、強度較低，如果密封膠模量較高、內聚強度較大，在接縫變形時，密封膠較容易在混凝土界面出現粘接破壞。低模量密封膠具有較低的拉伸模量，更高的斷裂伸長率，因此當縫隙出現變化時，密封膠可以更好地適應縫隙變化且不發生粘接破壞，故裝配式建筑接縫用密封膠的位移級別應至少為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者必須達到分子水平的接觸。因此，密封膠對被粘物表面具有良好潤濕是形成優良膠接接頭的必要條件[10]。在實際應用過程中，預制混凝土基材表面必然會存在灰塵、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濕，進而影響密封膠與基材表面的粘接效果。為此，在施工過程中，施工人員必須對基材待粘區域進行適當表面處理，以改變基材的表面活性與粗糙度。

2.1 物理處理

混凝土構件預制過程中，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度較低的水泥砂漿浮漿層，這將直接影響混凝土構件與防水材料的粘接強度。在實際工程案例中[11]，已經發現多起由于表面清理不干凈，從而導致粘接失效的情況。

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

一般而言，待粘接區域的物理清理主要包含2個步驟：①使用磨光機或鏟刀等工具去除不利于粘接的物質；②使用吹風機或軟刷等工具去除上一步工序留下來的灰塵。

由圖2可知：經物理清理后，密封膠與混凝土基材具有非常良好的粘接效果，主要破壞形式為內聚破壞。說明經過打磨清灰處理后，有效促進了密封膠在基材表面的潤濕效果，從而達到良好的粘接效果。因此，在實際施工過程中，必要的清理工藝能夠促進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 化學處理

底涂對促進密封膠的粘接作用也非常重要，這主要是因為預制混凝土基材的生產工藝及材料特點所決定的?；炷翗嫾诠S預制時往往會在模具表面涂刷適量的脫模劑以便構件快速脫模，這就造成實際應用中的混凝土構件表面往往會殘留部分脫模劑，不利于密封膠形成良好地潤濕。與此同時，混凝土基材屬于堿性多孔性基材，長期處在有水的環境中，對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，防止堿性基材對密封膠的粘接作用產生不利的影響。

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，經手撕粘接性測試[12]后，膠體與基材的破壞形式主要為內聚破壞。由此表明，通過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建筑設施的安全美觀起著至關重要的作用，此舉不僅可以延長建筑使用壽命，還可以增強視覺效果。外墻防水處理主要采取涂刷外墻防水涂料的方式，因此，對于起接縫填縫作用的彈性密封膠來說，其對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濕效果也存在明顯差異，從而表現出不同的涂飾效果。在現場施工案例中，由于發現較多由于密封膠的錯誤選擇，導致后期涂料層開裂、脫落等情況。

因此，在選擇裝配式建筑用填縫密封膠時，必須考慮外墻防水涂料對密封膠的可涂刷性能。本研究分別對改性硅酮密封膠、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法潤濕，從而無法形成有效的附著力。為此，在裝配式建筑應用中，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。為體現建筑物的設計美感，實際施工應用中部分建筑會采用明縫的設計方式，從而導致密封材料表面無法涂覆隔離涂層。因此，在此類施工案例中，必須考慮密封材料的耐候性能。大多數聚合物材料，包括密封膠和涂料，在室外使用時均會因為光老化而降低使用壽命[13]。

不同結構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鍵的鍵能有關。在硅酮密封膠、改性硅酮密封膠以及聚氨酯密封膠配方中，主體樹脂的常見化學鍵及鍵能如表2所示。

由表2可知：C-N鍵的鍵能相對最小，較容易發生光化學反應。Si-O鍵的鍵能相對最大，耐輻照穩定性較強。因此，3種密封膠的耐候性能優先順序為：硅酮密封膠＞改性硅酮密封膠＞聚氨酯密封膠。

5 結語

裝配式建筑的發展拓寬了填縫密封膠的應用領域，規范了此類產品的性能要求。為滿足裝配式建筑安全穩定性要求，填縫密封膠的指標性能必須滿足20 LM以上，且具有優異的可涂飾性能、優異的粘接性能以及耐候性。綜上可知，改性硅酮類密封膠的綜合性能相對最佳，且能滿足裝配式建筑的應用要求。

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