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

裝配式建筑是指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。裝配式建筑發展時間并不長，但因其具有施工效率高、施工質量優良、施工現場環境影響小等諸多優勢，因此成為政策支持發展的建筑形式。大力發展裝配式建筑是符合政策趨勢的，對其現有問題諸如拼縫問題等進行分析解決，有助于該技術的進一步發展和推廣。本文就裝配式建筑拼裝接縫材料的試驗研究情況進行介紹。

1 裝配式建筑的優勢

裝配式建筑的施工流程是：專業深化設計—構件生產—構件安裝，建筑主體施工完成，按傳統方式進行飾面層的施工工作即可。該形式最大的特點就是能夠簡化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。

這種裝配形式在施工效率和整體工期上具有明顯優勢。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筑。混凝土施工完成之后，需要等待混凝土的硬化，養護至足夠強度才能繼續施工，在此過程中還需進行模板拆除，整個施工流程持續時間長。裝配式形式則可以進行連續的施工作業，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。傳統混凝土工程施工具有體量大、施工流程長、質量控制點多等特點，各環節的管控不嚴則可能出現多種質量問題。裝配式的形式則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，通過多次驗收可以保證工程質量。

2 裝配式建筑拼縫通病及其危害

裝配式建筑是逐層拼接的形式，在構件與構件之間會存在一定的縫隙，縫隙除了拼接作用之外，還起到施工縫的作用。該縫隙在施工后仍會有較大的距離，范圍在5mm～30mm左右。在實際施工中，該縫隙的封堵存在一定的難度。

2.1 防水薄弱點

建筑外立面都有防水要求。一般而言，混凝土雖不防水，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處理，但因該位置有一定的空鼓縫隙，且整體熱脹冷縮系數不一致，所以也是防水工程的薄弱點。

2.2 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。

2.3 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。在上一部分已經簡單說明，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，可能導致鋼筋腐蝕的發生，從而使結構強度降低。

3 裝配式封堵材料的試驗研究

3.1 試驗的目的

裝配式建筑中的拼縫是無法避免的，由于該拼接縫的存在，會使裝配式混凝土結構出現前文所述的較多問題，影響建筑整體耐久性。所以必須對拼接縫進行可靠封堵。

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，在交付初期并不會出現明顯問題。隨著使用時間的增加，接縫位置的漏水和飾面影響情況明顯顯現，這不利于裝配式技術的推行和普及。尤其在我國大部分北方寒冷地區，由于不能對施工縫進行妥善處理，加之冬夏溫差極大，造成傳統建筑密封膠的耐候性急劇下降，導致室內漏水、保溫性能差等問題集中顯現。

對混凝土之間的縫隙進行可靠封堵，需滿足防水、熱脹冷縮、體積穩定性的綜合需求，故對針對此需求展開試驗，以求解決方案。

3.2 試驗流程

3.2.1 試驗的要求

該試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的縫隙，故在理論層面可簡化為兩個混凝土試塊之間的縫隙。該試驗的主要需求是研究一種新型材料，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、噴淋試驗等形式來探究在冷熱交替和雨水沖刷下的性能。

3.2.2 試驗的準備

為了接近真實情況，在進行試驗之前對裝配式結構的組分進行了探究。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，其結構組成如圖1所示。

圖1 夾心保溫鋼筋混凝土構件圖

在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進行選用；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，對混凝土保護層進行保護以提高耐久性。

實際構件的預制過程，在內部會有鋼筋存在，其中內外保護層材質均為混凝土，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，故在該試驗中，對保溫層和鋼筋工程的影響不做考量。

經資料參考和實際調研，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%。澆筑使用為金屬模具，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%。

3.2.3 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，所有材料采購來源合規，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試驗，因接縫試驗中需要有較長的拼縫來進行試驗，故需采用長形試塊而非標準試塊。為滿足后續試驗需求，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后在試驗箱中進行試塊的養護，養護溫度22℃，養護過程采取定期澆水的形式保證濕度，養護時間14d，并進行強度檢驗，在強度達標定強度的75%以上后，至此試件制備完成。

3.2.4 接縫材料的探究

接縫材料要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。本試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，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。

3.2.5 試驗形式

試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。試驗進行兩組，一組是通過控制變量的方式，探究不同乳膠粉比例對混合膠泥的性能影響，另一組是動態調整乳膠粉和橡膠微顆粒的添加量，探究最佳的配合比例。

首先將構件從養護箱中取出，檢驗強度，強度達標進行試驗。將兩塊構件固定在夾具上，調整為平行并使其間距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，探究其連接性能。

在第一組試驗完成后，得到乳膠粉添加數值，而后以該數值為基數，探究不同比例橡膠微顆粒對最終連接效果的影響，同時還要對耐久性和凍融循環進行探究。試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。

3.3 試驗數據及分析

3.3.1 第一組試驗

第一組試驗的主要目的是探究乳膠粉的添加對于混合膠泥連接性能的影響。將施工后的膠泥凝固，嘗試分離試塊即可得知連接效果。本組試驗數據如表1所示。

表1 混合膠泥連接性能試驗數據

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。從本試驗中可以得知，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。

3.3.2 第二組試驗

根據既定試驗方案，將第二組試驗中乳膠粉比例確定為0.6。主要改變橡膠微顆粒的比例，進行耐候性試驗。本組試驗是將不同比例的膠粉施工后進行凍融循環和拉伸嘗試，本組試驗數據見表2。

表2 凍融循環和拉伸試驗數據

通過上表數據可知，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試驗后性能并不利。通過本試驗可得知，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。

3.4 試驗結論

通過以上試驗，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。乳膠粉的添加對于水泥的韌性有著改良作用，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改善整體系統的拉伸性能。

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；橡膠微顆粒增加系統的整體彈性，保證熱脹冷縮過程中的體積穩定性。

4 結束語

通過以上試驗研究表明，使用乳膠粉和橡膠微顆粒與高強度水泥按一定比例混合，在三種材料的共同作用下，能夠初步滿足裝配式混凝土建筑中接縫位置的處理需求。但全程在試驗室環境下進行，未考慮真實環境變化帶來的影響。本試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。