裝配式建筑拼裝接縫材料的試驗研究

雷海濤 閻昭琦

（咸陽職業技術學院，陜西 咸陽 712000）

0 引言

裝配式建筑是一種新型建筑形式，把傳統建造方式中的大量現場作業工作轉移到工廠進行，在工廠加工制作好建筑用構件和配件，運輸到建筑施工現場，通過可靠的連接方式在現場裝配安裝而成的建筑。

裝配式建筑的大致施工流程是專業深化設計—構件生產—構件安裝，至此建筑主體施工完成，而后按傳統方式進行飾面層的施工工作即可。其最大的特點就是能夠簡化在現場施工的工作流程，將混凝土各個構件，尤其是重要結構部分在工廠中進行預制好，而后在現場拼裝。

對于施工效率和整體工期而言，這種形式有較為明顯的優勢。傳統混凝土在現場進行澆筑，在其前置工序完成之后，需要進行鋼筋綁扎，而后支模板，最后進行混凝土的澆注。混凝土施工完成之后，需要等待混凝土的硬化，而后進行養護至足夠強度才能繼續進行施工工作，在此過程中還需進行模板拆除。這個過程整體時間長，且具有次序性，僅能進行逐層施工。裝配式施工的形式理論上無需等待期，可以進行連續的施工工作，大大縮短工期。

在施工質量方面，裝配式建筑也有明顯的質量提升。傳統混凝土工程建筑需要在現場進行多個工作，且因為施工體量大、整體施工流程長、質量控制點多等特點，在施工過程中若不進行嚴格管控很可能出現多種質量問題。裝配式的形式能夠避免此類問題的產生，因構件均在工廠中進行預制，預制過程中有嚴格的質量標準，進場后仍會進行驗收，通過多次驗收的形式能夠保證工程質量。

裝配式建筑的發展時間并不長，近年來被廣泛應用，因其多重優勢，也是政策支持之下的建筑形式，各大城市均發布了關于裝配式建筑推行的相關政策，并進行扶持，對于建筑企業而言，大力發展裝配式建筑是政策鼓勵的，符合建筑業未來發展趨勢，對其現有問題進行解決能夠更有助于該技術的成熟發展。拼裝接縫材料就是值得試驗研究的重點。

1 問題的提出

裝配式建筑是逐層拼接的形式，為了保證安裝的可行性以及施工的便捷性，在構件與構件之間會存在縫隙，該縫隙在施工后仍會有較大的距離，范圍在5mm～30mm左右。因該縫隙的存在和封堵的困難，會造成諸多問題。

1.1 防水薄弱點

建筑外立面有防水要求，一方面能夠使室內環境保持密閉不會在居住過程中發生漏水問題，另一方面對于建筑的耐久性有很大幫助。一般而言，混凝土材料雖不防水，但對于正常的雨水沖刷不會造成大面積的快速滲漏。但裝配式建筑中的拼接縫，因其是分割每個構件的縫隙，在結構上是完全相通的，雨水沖刷之下會沿著縫隙直接進入室內。即使在縫隙位置進行防水施工工作，因該位置有一定的空鼓縫隙，且整體熱脹冷縮系數不一致，因此在裝配式建筑中，縫隙位置是防水工程的薄弱點。

1.2 影響飾面層效果

為了滿足多元化的建筑裝飾需求，在裝配式主體完成后均會在建筑主體外側進行飾面層的施工工作，以起到裝飾的作用。傳統形式的建筑多采用涂料作為飾面層，且涂料也具有防水的作用，能對建筑主體及保溫層起到保護效果。在裝配式建筑中，保溫層也直接集合在構件位置，而后進行飾面層的施工。因拼接縫的存在，即使進行了可靠的封堵，在縫隙位置也會有明顯的凹凸不平，在施工時會影響觀感效果。且隨著建筑的使用，經過冷熱交替后，封堵材料與主體之間出現縫隙，從而造成膨出、塌陷等問題，直接影響飾面層效果，還可能造成飾面層局部脫落而后雨水流進造成的大面積破壞問題。

1.3 影響結構強度

結構強度主要指混凝土工程強度，為了確保結構的穩定性，裝配式各個構件之間均有鋼筋連接，該縫隙位置距離鋼筋是很近的。因縫隙的存在，無法進行可靠封堵或可能成為防水的薄弱點。室內室外均進行防水之后，頻繁的雨水滲漏大部分會留存在縫隙空腔之中，進而滲透進混凝土。相比于混凝土和防水材料，鋼筋的抗腐蝕性能不佳，因此可能導致鋼筋腐蝕的發生。鋼筋在混凝土中提供結構強度功能，腐蝕的鋼筋可能會使結構強度降低。

2 實驗背景及意義

裝配式建筑中的拼縫是無法避免的，無論是施工角度還是操作可行性上，對各個構件橫向進行縫隙預留有著重要的實際作用。由于該拼接縫的存在，會使裝配式混凝土結構出現較多問題，影響使用過程和建筑整體耐久性，所以對拼接縫進行可靠封堵是非常必要的。

由于裝配式混凝土結構出現的時間并不長，且在施工初期采用普通建筑密封膠進行封堵，在交付初期并不會顯現出明顯的問題。隨著最近幾年裝配式建筑先后投用，距離第一批大規模民用建筑裝配式工程已經有了5～7年的時間，接縫位置的漏水和飾面影響情況明顯，且并不是個例，該問題逐漸引起行業內重視。

裝配式混凝土建筑相比于傳統現澆混凝土具有較多顯著優勢，但上述問題對裝配式建筑的品質有較大影響，也不利于技術的推行和普及。對于我國大部分北方寒冷地區，由于不能對施工縫的妥善處理，加以冬夏溫差極大，造成傳統建筑密封膠的耐候性急劇下降，導致該部分成為結構的薄弱點，室內漏水、保溫性能差等問題集中顯現。故對該問題提供有效的解決方案是有必要的。

裝配式混凝土的接縫問題本質是混凝土之間縫隙的可靠封堵問題，根據實際工程需要，對混凝土之間的縫隙進行可靠封堵，并能夠滿足防水、熱脹冷縮、體積穩定性的綜合需求，能夠滿足這兩種條件的，即能對該問題初步解決。故對此問題展開實驗，以求解決方案。

3 實驗流程

3.1 實驗需求與理論

該實驗的研究對象是裝配式混凝土結構，研究關鍵點為混凝土結構間縫隙，故在理論層面可簡化為兩個混凝土試塊之間的縫隙。該實驗的主要需求是研究一種新型材料，其能夠將兩塊混凝土進行可靠連接，同時滿足熱脹冷縮和防水的需求，該材料自身有一定的耐候性和體積穩定性。

將裝配式混凝土的模型簡化為混凝土試塊，用來模擬混凝土裝配式結構，且使用兩塊分離的試塊，之間再用夾具進行固定和連接，縫隙保持在5mm～30mm的范圍內，同時可通過操作夾具間距的形式人為改變縫隙距離，用來模擬熱脹冷縮的過程。此外通過凍融循環、噴淋實驗等形式來探究在冷熱交替和雨水沖刷下的性能。

3.2 實驗準備階段

實驗準備階段主要是對混凝土材料的準備，接縫材料準備和選用會在后續環節中進行具體探究。為了接近真實情況，在進行實驗之前對裝配式結構的組分進行了具體探究。通過查閱資料得知，大部分裝配式建筑構件為夾心保溫鋼筋混凝土構件，其構成如圖1所示。

圖1 夾心保溫鋼筋混凝土構件簡圖

夾心保溫層的混凝土構件從內到外的結構層分別為：①內保護層，在實際安裝后其面向建筑內側；②保溫層，根據節能參數和要求進行保溫材料種類與規格的選用；③外保護層，在實際安裝后其面向建筑外側；④連接固定件，主要作用是用來保障澆筑過程中保溫層的穩定性；⑤防護層，對混凝土進行保護以提高耐久性。

實際構件的預制過程，在內部會有鋼筋工程存在，其中內外保護層材質均為混凝土，對保護層厚度有一定要求。對該結構進行分析，其內部保溫層與鋼筋層對于接縫位置性能與理化性質并沒有明顯影響，故在該實驗中，對保溫層和鋼筋工程的影響不做考量。

查閱參考資料和實際調研，裝配式混凝土構件的混凝土強度大部分為C40，最低要求強度為C30，配合比遵循普通混凝土配合比設計。在進行運輸和安裝過程中，需至少達到最大強度的75%。澆筑情況為使用金屬模具，有常規脫模劑的使用。澆筑后在養護車間進行養護，溫度為20±2℃，濕度為95%。

3.3 試件制備

根據準備階段所調研到的數據，進行材料采購。采購的主要材料有水泥、砂石骨料、混凝土早強添加劑，所有材料均采購來源合規的材料，材料檢驗合格。而后進行混凝土試樣的制備工作，制備規格為150mm×150mm×150mm，以及150mm×150mm×450mm，標準試塊尺寸用來進行常規性能實驗，長形試塊用來進行接縫材料實驗。因接縫實驗中，需要有較長的拼縫來進行實驗，故需要非標準試塊，同時用同批次材料的標準試塊為該實驗的科學性提供佐證。為滿足后續實驗需求，至少進行兩組試件制備。

在進行試塊澆筑的過程中，采用鋁膜板并配合脫模劑，澆筑完成后充分振搗，而后在實驗箱中進行試塊的養護工作。養護溫度22℃，養護過程采取定期澆水的形式保障濕度，養護時間14d，并進行強度檢驗，在強度達到標定強度的75%以上后，至此試件制備完成。

3.4 對接縫材料的需求

接縫材料其具體需求是能夠滿足體積穩定性，適應接縫大小變化，同時需要具有耐候性。本實驗選用的材料是高強度水泥，通過外加乳膠粉和橡膠微顆粒的形式來滿足性能要求。有研究表明，在傳統水泥砂漿中摻入可再分散乳膠粉可以在水泥水化物周圍形成穩定的聚合物網絡，提高砂漿的韌性、拉伸粘結強度等性能。橡膠微顆粒作為填料加入水泥砂漿中，可以進一步提高砂漿的韌性和延展性，使其在使用階段具有彈性。高強度水泥結構致密，具有自防水的特性。通過高強度水泥、乳膠粉、橡膠微顆粒混合而成的膠泥，結合外部防水的形式，理論上能夠解決上述需求。

3.5 實驗形式

實驗主要用來探究高強度水泥與乳膠粉、橡膠微顆粒的混合膠泥能否滿足上述需求，且探究適當的添加比例。實驗進行兩組，一組是通過控制變量的方式，用來探究不同乳膠粉比例對混合膠泥的性能影響，一組是動態調整乳膠粉和橡膠微顆粒的添加量，探究最佳的添加比例。

首先將構件從養護箱中取出，檢驗強度，強度達標進行實驗。將兩塊構件固定在夾具上，調整為平行并使其間距為10mm，以模擬裝配式混凝土安裝后的縫隙，將高強度水泥與橡膠微顆粒的使用量固定，而后分多組改變乳膠粉比例，將混合膠粉批刮到縫隙之中，并盡可能地使其與兩端可靠連接，實驗主要探究連接性能。

在第一組實驗完成后，得到可靠的乳膠粉添加數值，而后以該數值為基數，探究不同比例橡膠微顆粒對最終效果的影響，該組實驗除了探究連接性能之外，對耐久性和凍融循環也要進行探究。實驗過程中遵循安全操作規范，明確各個設備的使用方式，同時做好自身防護。

4 實驗數據及分析

4.1 第一組實驗

第一組實驗的主要目的是探究乳膠粉的添加對混合膠泥連接性能的影響。將膠泥施工后，待膠泥凝固，嘗試分離試塊即可得知連接效果。本組實驗的實驗數據見表1。

該數據結論與預估結果類似，再分散乳膠粉可以提高拉結力，但增加過多的乳膠粉會使水泥比例降低，從而對整體粘合度造成影響。從本實驗中可以得知，高強度水泥與乳膠粉比例為1∶0.6時，其效果最佳，能夠發揮水泥的連接性能，通過外加乳膠粉的形式提高拉伸粘結強度。根據既定實驗方案，將第二組實驗中乳膠粉比例確定為0.6。

4.2 第二組實驗

主要改變橡膠微顆粒的比例，進行耐候性實驗。本組實驗是將不同比例的乳膠粉施工后進行凍融循環和拉伸嘗試，本組實驗數據如表2。

表1 乳膠粉的添加對混合膠泥連接性能的影響

表2 凍融循環和拉伸實驗數據

通過數據得知，橡膠微顆粒的添加能夠增強接縫材料的拉伸性能，但添加過多對于凍融循環實驗后性能并不利。通過本實驗可得知，高強度水泥、乳膠粉、橡膠微顆粒的比例為1∶0.6∶0.4時，性能接近于最優性能。

5 實驗結論

通過實驗的形式，能夠初步確定在高強度水泥中進行乳膠粉和橡膠微顆粒的添加，能夠改變高強度水泥的原有性能，使之更適用于裝配式建筑接縫處理。乳膠粉的添加對水泥的韌性性能有著改良作用，能夠確保高強度水泥在受到外力作用時仍能保持穩定的連接性能。橡膠微顆粒的應用主要可改善系統整體的拉伸性能。

在實際施工中，高強度水泥起到材料與混凝土連接的作用，同時具有一定的結構自防水性能；乳膠粉提升整體強度，確保拉伸能力和韌性；橡膠微顆粒為系統整體增加彈性，保證熱脹冷縮過程中的體積穩定性。上述三種材料的同時作用，能夠初步滿足裝配式混凝土建筑中接縫位置的處理需求。

6 結束語

本實驗中，通過使用現有建筑材料，改變添加比例，對其綜合性能進行探究，從而得出乳膠粉和橡膠微顆粒與高強度水泥的混合能夠在裝配式建筑接縫中應用的結論。但該實驗仍有較多的不足之處，比例參數改變連續性小，可能無法得出最佳比例；施工過程中未進行可操作性、便捷性的考量與成本考量；全程實驗在實驗室環境進行，未考慮真實環境變化帶來的影響等。

裝配式建筑優勢顯著，對于接縫材料的問題目前已經有了相對成熟的聚合性材料。本實驗的主要目的是明確接縫材料的具體需求并通過試驗進行初步探究，距離實際工程的應用仍有較多的工作需要進行。隨著建筑行業的進步與技術的日漸成熟，也會有更多科學可行的方案被應用到裝配式建筑品質提升工作之中。