預制拼裝結構拼縫膠研究現狀與發展趨勢

宋承哲 張冠華 王佳偉 劉心亮 張瀟

摘? 要：本文列舉了應用于建筑預制拼裝結構的拼縫膠的種類，主要包括PTB、聚氨酯水性膠粘劑和硅酮膠等幾類。結合已有的研究現狀對各類拼縫膠的優缺點進行評價，以粘結性、抗老化性能、涂飾性以及施工便捷性等性能作為參考因素，對各膠的應用效果和價值加以綜述。結合自身的特點對施工處理手段和施工工藝加以分析，并展望了未來拼縫膠的主要發展趨勢。

關鍵詞：拼縫膠? 抗老化性能? 涂飾性? 施工工藝? 綜述

中圖分類號：U414? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）02（b）-0059-05

Research Status and Development Trend of Seam Glue for Prefabricated Structures

SONG chengzhe? ZHANG guanhua*? WANG Jiawei? LIU xinliang? ZHANG xiao

（Liaoning Communications Planning and Design Institute Co.， Ltd.， Shenyang， Liaoning Province，110111 China）

Abstract： This paper lists the types of joint adhesives used in prefabricated building structures， mainly including PTB， polyurethane water-based adhesives and silicone adhesives. Combined with the existing research status， the advantages and disadvantages of all kinds of adhesive are evaluated， and the application effect and value of each adhesive are reviewed with reference to the properties such as adhesion， anti-aging， finishing and construction convenience. Combined with its own characteristics， the paper analyzes the construction treatment means and construction technology， and looks forward to the main development trend of the joint sealant in the future.

Key Words： Seam glue; Aging resistance; Paintability; Construction technology; Summary

目前國內外對于無法在工廠完成的大型建筑結構多采用預制拼裝工藝，預制拼裝結構是指將單個預制構件在施工現場拼裝為建筑結構的形式，如預制混凝土結構等，多應用于大跨度的結構，相較于傳統的現澆混凝土具有污染小、制作周期低和質量有保障的優勢[1]。預制拼裝結構在施工現場通過干鏈接和濕鏈接的工藝進行連接，也就是通過混凝土澆筑鏈接和高強度螺絲鏈接的方式，鏈接后在單個預制拼裝結構之間會存在空隙或裂縫，需要一種能對其進行修補的特殊材料封裝膠。封裝膠可以對結構的裂縫進行填補，從而保證結構的整體性和美觀性，防止異物對結構造成堵塞等損失，封裝膠凝固后具有一定的強度，具有抗開裂和防滲透的效果。拼縫膠種類繁多，性能各異，性能也存在較大的差異，因此，需要根據功能采用合適的類型。

1? 常見密封膠種類

PTB 由乙烯、氯乙烯和乙烯酯組成的三元共聚物，是一種特殊的塑性分散劑，固體含量高，質地穩定，富有彈性，常用作有機粘結劑，PTB在建筑領域應用廣泛，主要用作防水材料和拼縫膠，適用于水泥、混凝土等水硬性材料[2]。PTB應用時需要與PTB填縫粉劑混合后加水攪拌形成PTB膠漿后方可使用，PTB膠漿具有極強的粘結性，拼縫膠可形成結構修復層和表面保護層，將具有極高的邵氏強度和斷裂延伸率，效果十分顯著。PTB膠漿在填縫時需要扁平口的特制膠嘴，然后與普通膠嘴相連接，按一定配比進行配制，后用膠槍帶縫隙中，初始需要打入2/3，進行壓實，隨后再打入直到與結構表面平整。

根據林章凱的研究結論，PTB膠漿作為混凝土房屋內部拼縫膠時可有效填補縫隙，對其加載后依然產生的撓度符合規范要求，加載卸載過程中也未再出現裂縫、形變和損壞的現象，是較為理想的拼縫膠材料，如圖1。

聚氨酯水性膠粘劑相較于傳統的酯溶性聚氨酯膠體[3]，其特點在于適用的溶劑不再是有機溶劑，而是用水來代替有機溶劑，將聚氨酯樹脂分散到水中來制備膠體，取代了DMF等有毒有害的物質，粘結性也有所減弱，因此聚氨酯水性膠具有無污染、無毒無害，容易打膠、適用性廣等特點，但也同時具有粘結性略低、固化時間較長等缺點，聚氨酯水性膠適用于金屬材料、非金屬材料、有機材料和無機材料，使用范圍極廣，都具有較好的粘結效果，此外，聚氨酯水性膠的制備工藝也較為復雜，為促進聚氨酯水性膠在水中的溶解，耗能高，制備成本也相對較高，自身穩定性也稍有不足，蒸發問題不容易解決。因為粘結性相對較低并具有無毒無害的特性，屬于新一代環保采用，聚氨酯水性膠具有優良的粘結穩定性，在高溫和極寒條件下，它的粘結強度變化不大，具有良好的耐熱和抗脆斷性能，在極端條件下表現優良，十分穩定，這使其在室外建筑領域具有良好的應用潛質，聚氨酯水性膠更多應用在食品安全領域，而非建筑領域，主要原因是成本和制備工藝的阻隔，隨著水性膠這一領域的高速發展，聚氨酯水性膠在建筑方面的廣泛應用指日可待，十分具有發展前景。聚氨酯水性膠還具有改性的潛質，目前國內外研究者采用納米材料、環氧樹脂、復合改性等手段將聚氨酯水性膠的性能進一步提升，改性后效果優良，解決了美觀性差、硬度低、表面不均勻等缺點，可以達到改性目的，達到理想的效果，只是成品會進一步提高。

硅酮膠作為拼縫膠主要應用于建筑材料和玻璃幕墻等領域，具有極強的粘結性和抗老化性能，包括紫外老化和熱氧老化。硅酮膠是以硅氧鍵為主鏈的彈性體，結構內部為網狀交聯結構，因此具有良好的穩定性和彈性。但如所有交聯結構一般，硅酮膠在長時間使用出現老化時會嚴重影響其抗老化性能和喪失材料的物理特性，彈性逐漸喪失并變得越來越硬，粘結性能大幅度減弱，十分容易脫落，從而將預裝結構的縫隙暴露，此外還難以清理，難以重新向結構內部縫隙中注膠。這一情況的主要影響因素是材料內制備過程中所采用的增塑劑，含量約達，材料表現得越軟并更加容易老化，常見的四種增塑劑分別為乙烯基硅油、含氫硅油、甲基硅油和白油四大類。

研究者發現添加足量的增塑劑會使硅酮膠的固化時間大幅度延長[4]，加入100份時的時間比零添加整整延長三倍，考慮到粘結性和施工的便利性，25份的摻量最佳，同比例下四種不同的增塑劑對材料的各項性能也產生了顯著的影響，同取25份的情況下，含氫硅油的固化時間最長，而對應的硬度也最低，說明含氫硅油作為增塑劑會使硅酮膠變硬，彈性也會相對較弱，粘結性等也會相對較差，而甲基硅油作為增塑劑具有較短的固化時間和較低的硬度，彈性和粘結性也相對較高，說明其作為增塑劑可以顯著提高材料作為拼縫膠的性能，是十分理想的增塑劑，力學性能方面，甲基硅油的拉伸應力應變顯著高于含氫硅油對應的硅酮膠，由此可見，甲基硅油作為硅酮膠的增塑劑是最理想的。研究者在后續的研究中引入了符合增塑劑的概念，將甲基硅油與含氫硅油復配進行改性，通過調整配合比制備相應的增塑劑，并對性能進行全面的評測，研究發現，隨著甲基甘油配比的提高，密封膠的拉伸強度顯著提高，而加入含氫甘油后，密封膠也具有更高的彈性和適合的固化時間，可見，復配的增塑劑更適合硅酮膠[5]。

相較于聚氨酯拼縫膠的毒性和硅酮膠較差的美觀性，硅烷改性聚醚密封膠有倆者均不具備的性能，無毒無害并具有較好的耐污染性能和美觀性，研究者們通過添加特殊材料進行改性后的硅烷改性聚醚具有良好的力學特性和適宜的固化時間，此外的粘結性和儲存穩定性也十分優良[6]。黃活陽等研究者通過添加聚氧化丙烯二醇使硅烷改性聚醚密封膠在保證優良綜合性能的同時具有環保型，是一種環保型的理想拼縫材料，這使其在室內建筑領域具有很好的應用前景[7]。使用該型的材料是MS樹脂和納米鈦酸鈣等改性材料，兩者改性后的拼縫膠性能據十分優良。

此外還有其他性能迥異的其他拼縫膠，如聚硫類，因為其具有較大的污染性，對身體有一定的損害，這里就不再贅述了，采用環保型的拼縫膠也是未來發展的主要方向。

2? 密封膠的性能

拼縫膠的性能評價主要包括粘結性、耐老化、環保和施工便捷性等方面，其中粘結性和耐老化性能直接與預制結構的壽命息息相關，是最主要的性能，因而具有最嚴格的評價標準。

混凝土預制結構屬于多孔基材料，在進行運送到施工現場時，表面也會附著大量的脫模劑，十分光滑，不易粘結。因此測試拼縫膠的粘結性直接影響到預制結構的使用性能和壽命，十分重要。測試時將拼接的結構用拼縫膠進行粘結，隨后浸水，進行冷拉和熱壓的測試，通過拉伸強度、斷裂伸長率、粘結破壞面積和拉伸粘結性四個方面進行評價[8];拼縫膠在橋梁和道路等室外工作環境中面臨著淋雨和潮濕等自然天氣，會拼縫膠的粘結性產生不利影響，因此需要設計試驗進行測試，將樣品浸水分別為4d、7d、30d、60d，然后進行上述幾個方面性能的檢測，看是否還能具有良好的粘結性能。

耐老化性能是評價拼縫膠性能的重要指標，如橋梁等室外預制拼裝結構因受到太陽照射從而產生紫外老化和熱氧老化，拼縫膠老化后喪失彈性和粘結性，甚至會粉塵化，使預制結構的縫隙暴漏在環境中，塵埃和碎石顆粒等污染會進入縫隙，對結構產生破壞并嚴重影響防水性能，產生腐蝕等現象，結構的力學性能也會受到不利影響[9]。針對這一情況，采用熱氧老化和紫外老化的試驗對拼縫膠的耐老化性能測試是合理的。試驗可在熱氧老化箱中和自然環境中同時進行，熱氧老化箱采用疝氣燈照射，試驗周期較短，而自然環境中的試樣需要500～1000h的時間，從而更加準確的評價拼縫膠的耐老化性能，并對其未來工作的能力進行準確的推測[10]。對實驗完成的拼縫膠進行測試，依然通過拉伸強度、斷裂伸長率、粘結破壞面積和拉伸粘結性四個方面進行測試，與老化前的實驗結果作對比，加以分析，試驗結果以性能變化較小的為最佳結果。

施工性能指拼縫膠施工的便捷性和可操作性，可通過膠體的使用方法和膠槍打膠的難易程度進行評價，根據研究者測試，PU拼縫膠在膠槍中較難擠出，使用十分費力，這對該材料的使用是個難題，可以考慮采用不同的打膠工藝進行改良。具體的評價指標為擠出性，該性能的測試沒有準確的依據，可根本使用者自身的感受進行評價。

拼縫膠中含有大量的異氰酸酯，該材料具有很大的危害性，需要對拼縫膠的環保性能進行評價。評價的標準是TVOC，單位是mg/L，該指標評價拼縫膠環保性能較為合適，根據研究者的統計數據，聚氨酯類拼縫膠的指標為80mg/L左右，對人體有較大的損害，因此使用時候應主要通風和防護[11]，這也說明該種拼縫膠更加適合室外的使用，而不是室內，對于橋梁等大型的拼裝結構而言是理想的，但也應注意在施工時防護，并對污染程度進行及時的檢測。環保性能的研究十分重要，例如道路融雪采用的融雪鹽，這一措施可快速實現融雪破冰，但會對周邊土壤產生巨大的損害，周邊植物難以生長，并有成為鹽堿地的可能性，因此現在國內外研究者在不斷探索其他的融雪工藝，如電熱路面和微波加熱等技術，代替融雪鹽的使用，融雪鹽還會給路面帶來鹽凍破壞等其他路面病害[12]。因此對拼縫膠環保性能的評價具有很好的前瞻性，防止對環境產生不必要的破壞。

固化速率指拼縫膠固化所需要的時間，決定了拼縫膠起到粘結性發揮作用所使用的時間，固化速率越快，越容易在施工現場避免意外出現的情況，更加具有實用效果，更容易發揮固化作用，從而對預制結構進行閉合和保護[13]。該指標通過24h和15d的固化厚度確定，相同的時間內固化厚度越大，說明固化速率越高，越容易在施工時保持預制結構的穩定和起到保護作用。SMP652是固化速率的拼縫膠，24h即可完全固化，而其他拼縫膠固化周期通常為24d，15d的固化時間不能完全實現固化，未固化的拼縫膠具有很強的粘結性，更加容易沾染沙塵和碎石顆粒，完全固化后粘結效果會受到較大的影響，因此對于這類固化速率較低的拼縫膠應采取保護措施，例如在前期施工階段進行蒙膜等處理工藝，避免粘連雜質，但也會進一步減緩固化速率，延遲固化時間。總之，在充分考慮拼裝膠的粘結性和耐老化性能的同時也應充分考慮固化時間引起的不利影響，從而更好的評價拼縫膠的綜合性能。

美觀性也是拼縫膠的一個重要的評價指標，以均一性和光滑性加以評價。不同的拼縫膠在這里表現出各異的狀態，有的在擠壓和固化時均能表現出較好的光滑性和均一性，而另一些由于張力的不足會出現收縮等情況，表現為大量的褶皺和粗糙的外表，這會在固化過程中積累大量的污染物，難以清理，再加上拼縫膠自身具有較強的粘結性，更加難上加難，因此固化過程中需要保持光滑和均勻[14]。此外，大多數拼縫膠都是要外露的，缺乏美觀性是會破壞預制結構的美觀性，對人產生不好的心理影響，保持結構外在的美觀性是工程施工不可忽視的性能，不能因為拼縫使其喪失美感，由此美觀性對預制結構的影響不言而喻。

3? 拼縫處理及拼縫膠施工工藝

縫膠拼接預制結構之間的縫隙時，需要先考量預制結構的安裝情況，如拼裝后的縫隙間距和注漿液的情況，以防止對防水等性能產生不利影響。拼裝處理需要更具不同的預制結構采用不同的方案，常見的預制拼裝處理分為三明治外墻板拼裝、PCF板拼裝處理、疊合板拼裝處理、預制樓梯拼裝處理和懸挑板拼縫處理五大類[15-16]，處理的工藝差異很大，下面分開來說明。三明治外墻板拼裝的連接設計采用企口形式，向其中注入砂漿進行填充，在墻體的外側防止硬橡膠條，墻體在重力作用下會產生相互之間的作用力，從而起到防水的效果，在板子之間需要留有一定的空腔，加上長橡膠條，起到防水的效果，針對這一形式，應留2cm的注漿空間，三者的共同作用，使之成為比較理想的防水系統，具有良好的防水效果[17]。這一連接形式限制里采用的拼縫膠種類，多采用硅酮密封膠，聚乙烯條作為墻體拼縫的輔助材料，以便于控制打膠劑量和美觀程度，墻體內部使用擠塑板條進行填補，待填充深度合適，采用拼縫膠進行打膠，先打入規定深度的2/3，而后帶固化一定程度后打入剩余的膠體，使之與墻面齊平，完成打膠，打交前應注意墻體的清理工作，以防止影響拼縫膠的粘結效果。

PCF板拼裝結構是具有剪力墻體系的自帶保溫效果的結構，在結構中存在大量的橫向和豎向的縫隙結構，打膠時采用的外部輔助材料為硬質橡膠、聚乙烯閉孔泡沫板或止水膠條等。該結構相較于三明治外墻板拼裝而言施工便捷，具有良好的結構穩定性，并具有很好的保溫效果，但不適合承載過大的荷載，也更注重美觀性，因此對拼縫膠的美觀性要求更高，需要在打膠后具有均一和光滑的表面，多使適用于室內的結構，因此也應具有良好的環保性能，不能采用具有強烈刺激性氣味的拼縫膠，例如聚氨酯類的拼縫膠，基于此對耐久性和抗老化性能的要求也相對較低[18]。折疊版拼裝結構的拼接縫呈現外八字的形式，采用海綿條填補縫隙內部空間，然后用拼縫膠打入進行拼縫，并要求高于板子的外表面，從而保證更好的防水性能和粘結效果，折疊版拼裝結構采用的拼縫膠應具有良好的防水性能和粘結效果，并具有良好的抗老化性能，以防止拼縫膠老化后粘結性能的缺失和水的滲入，從而引起結構的腐蝕，折疊版拼裝結構在八字腳處容易積累水，需要重點考慮防水性能，具有良好防滲和粘結性能的膠泥類的拼縫膠十分適用。懸挑板拼縫結構十分簡單，只有約2cm的橫向縫，采用應橡膠條對內部填充，在輔助材料的幫助下打膠，完成拼縫即可[19]。建筑中的樓梯拼縫與其他拼縫處理具有較大的差異，在拼縫前需要用水泥混凝土對縫隙先進行找平，所有用塞聚苯條對縫隙底部進行填充，防止注漿材料的泄露，隨后注漿體于焊接處，帶硬化后采用拼縫膠封裝，因此應具有極強的凝結性，防護拼縫膠的脫落，拼縫完應注意表面的平整度。

拼膠前應對接縫進行清理，不能使預制結構有浮土和水泥砂漿等異物，該物質會顯著降低拼縫膠的粘結效果，由此需要在打膠前通過輪砂機等手段進行打磨，在用毛刷清潔干凈后方。接縫處采用止水膠條、聚乙烯閉孔泡沫板或硬質橡膠條，寬度應大于接縫寬度的25%，密封膠寬度與厚度比宜在1～2之間，且厚度不宜小于10mm，當接縫寬度小于10mm時，將縫隙切割至10mm以上;當寬度超過30mm時，密封膠施膠厚度為15mm[20]。

打膠應采用兩步法，先向拼裝縫隙中注膠，然后壓實，待穩定后再打下一層膠體，使其完美填補縫隙。然后采用抹刀對拼縫膠的外表面進行處理，施工溫度較高時將外表面刮平，于預制結構的表面持平，氣溫較低的環境需要在外表面留下凹形槽，以防止熱脹冷縮帶來的不利影響。

4? 拼縫膠的發展趨勢

根據研究現狀，評價拼縫膠的性能需要綜合考慮粘結性、耐老化、環保和施工便捷性等諸多方面，而目前通過研究者的努力，基本可以保證在具有良好的外觀和實用型的前提下密封膠也能具有良好的粘結性和抗老化性能，基本分為聚氨酯拼縫膠、硅酮膠、硅烷改性聚醚密封膠和硫化膠以及其改良型四大類，基本實現了綜合性能的全面提升，其中硫化膠由于硫的存在，具有一定的污染性。在綜合性能得以全面提升的前提下，環保性能的重要性逐漸彰顯，環保型的拼縫膠具有更廣闊的適配空間和應用前景，滿足我國的可持續發展戰略以及綠色生態的戰略方針，因而拼縫膠的環保性能是符合未來發展趨勢的一大方向。

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