装配式建筑外墙接缝用密封胶应用分析

2021-01-07张焕焕，王今华，殷会玲，韩铭，李璐洋，杜渐，潘文杰，余璐

粘接 2021年12期

张焕焕，王今华，殷会玲，韩铭，李璐洋，杜渐，潘文杰，余璐

摘要：装配式建筑需要在施工现场对预制混凝土板材进行部分浇筑和拼装，这种施工方法会出现很多拼接缝，需要填入专用密封胶起到有效的防水密封作用。因此，装配式建筑的接缝用密封胶对于装配式建筑外墙的防水密封有着很重要的作用。本文结合装配式建筑用基材特点和密封胶标准要求，分析了外墙接缝用密封胶的粘接、永久变形、模量和位移能力等的性能要求，得出密封胶应选用25LM级别及以上低模量、有配套底涂料、粘接力强、耐候性和耐污染性好的硅酮或硅烷改性类密封胶的结论。

关键词：装配式建筑;粘接;永久变形;模量;位移能力

中图分类号：TQ437+.1;TU533 文献标识码：A 文章編号：1001-5922（2021）12-0129-05

Application Analysis of Sealant for Joints of Prefabricated Building Outer Walls

Zhang Huanhuan， Wang Jinhua， Yin Huiling， Han Ming， Li Luyang， Du Jian，

Pan Wenjie， Yu Lu

（Henan Building Materials Research and Design Institute Co.， Ltd.， Zhengzhou 450002， China）

Abstract：Prefabricated buildings need to be partially poured and assembled on the construction site of precast concrete plates， in which there are a lot of splicing joints. Special sealant needs to be filled to play an effective waterproof sealing role. Therefore， the sealant used for the joints of the prefabricated building has a very important role in the waterproof sealing of the prefabricated building out walls. Combining with the characteristics of prefabricated building base material and sealant standards， the performance requirements， such as bonding， permanent deformation， modulus， displacement capacity and others， for out wall joints sealant are analyzed. Thus the silicone or silane modified sealant with a low modulus of 25LM level or above， subsidiary base coating， strong adhesion， good weather resistance and pollution resistance should be selected.

Key words：Prefabricated building; Bonding; Permanent deformation; Modulus; Displacement capacity

0 引言

随着低碳经济与绿色建筑概念的升温，装配式建筑由于是集中生产、快速建造、节能减排（在全寿命周期里，装配式建筑的环境效益要比传统建筑节约91.16元/m2）[1]等优势明显。近年来，我国推行的市场主导、政府推动的原则及逐步健全的技术标准体系，有效地推动了装配式建筑快速发展。据报道，至2020年全国31个省、直辖市、自治区和新疆生产建设兵团新开工的装配式建筑面积共6.3亿m2，较2019年增长了50%，约占新建建筑面积的20.5%，完成了《“十三五”装配式建筑行动方案》中确定的 “到2020年达到15%以上” 的工作目标 [2]。显然，装配式建筑已经成为未来绿色建筑发展的主要方向之一。

装配式建筑的腾飞离不开建筑密封胶的快速发展。预制的混凝土板块在装配后需要密封材料进行密封处理，起到板块接缝密封，以及防水、防腐、美观、装饰的作用。密封胶作为板块之间的温度应力变形、拼接误差等承载体，在装配式建筑体系中发挥着非常关键的作用[3]。

1 相对于传统建筑工程的应用挑战

相较于玻璃幕墙、石材、金属和铝塑材料等常规的粘接材料，预制混凝土板材有以下几个显著特点：

（1）混凝土材料属于非气密性的多孔碱性材料，并且由于返碱等原因使得表面性质不稳定，这对密封胶性能提出了新的要求;

（2）由于预制墙板尺寸较大，基本在3 m以上，拼接缝累计变形量大，并且气温变化对拼接缝的尺寸有着较大影响，所以对密封胶的界面粘接力、变形适应能力等提出了新的挑战[3];

（3）预制墙板在使用过程中，混凝土会发生失水干缩，接缝存在不可恢复的变形，对密封胶的变形能力提出较高要求[4];

（4）工厂预制墙板时常使用脱模剂，属油性物质，残留在混凝土表面也将影响密封胶的粘接[5]。

2 性能要求

在装配式建筑密封材料中，密封胶是其中的重要部分，如果密封胶的密封性能没有达到相应的密封防水要求，会影响装配式建筑的施工质量，增加建筑的质量隐患。为了能更好的提高装配式建筑外墙密封防水的可靠性和稳定性，下文对密封胶的粘接性能、永久变形能力、模量和位移能力，耐候性、污染性等性能需求进行了分析。

2.1 粘接性能

密封胶粘接失效的形式有3种，一是基材和密封胶界面脱粘;二是密封胶内聚破坏;三是基材内部破坏。粘接性能除了和密封胶自身种类和配方有关外，和基材的特点有很大关系。

前文提到，装配式建筑预制外墙的混凝土板属于碱性材料，普通的密封胶很难将其粘接;而且混凝土的表面疏松多孔，有效粘接面积很小，界面处的作用力小[7]，经常出现基材和密封胶的界面脱粘，是密封粘接失效的一个极大隐患。

为了降低粘接失效的可能性，外墙接缝用密封胶在施工前需要涂覆配套底涂料。底涂料在整个密封体系中起到很重要的作用：

底涂料的使用改善了混凝土基材表面多孔、性质不均的情况，提高了粘接面的密实度，也可缓解界面处胶体出现气孔的问题[8];

底涂料可以增加粘接基材内部作用力，强化混凝土基材稳定性;

底涂料多是含有硅氧烷、环氧、酯类、醚类等基团的混凝土基层处理剂，这些可反映基团增加了密封胶的粘接作用力[9];

底涂料不仅可以起到增强密封胶与混凝土板材间界面粘接的作用，还可以防止混凝土中的碱性材料、脱模剂与密封胶中的增塑剂、其他小分子物质的相互迁移。密封胶粘接中使用底涂料作用示意图如图1所示。

2.2 永久变形能力

混凝土外墙板在后期使用过程中体积稳定性不如玻璃、石材、铝型材等基材，易失水干缩，导致预制混凝土板块之间的接缝扩大，接缝中的密封胶将长期受到拉应力的作用，严重影响接缝密封的耐久性[10]。为了减缓密封胶由于接缝干缩位移产生的界面应力，提高密封耐久性，干缩缝处的密封材料需要有永久变形能力，即标准GB/T 14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封胶》中3.3中的定伸永久变形，经拉伸并恢复后剩余的变形。如图2所示，施工完成后，密封胶和混凝土基材贴合紧密，在密封胶固化过程中由于物理和化学结合力作用产生粘接力。混凝土干缩过程中，密封胶拉伸变形，由于其永久变形的存在起到了应力缓和作用，在界面处作用力很小，避免了长期拉伸的界面破坏。

2.3 位移能力和模量要求（级别要求）

疏松多孔的混凝土基材在使用密封胶填缝时，需要选用抗拉强度小于混凝土抗拉强度的高位移能力、低模量的密封胶，以便在复杂的接缝变形情况下，抵消或缓解应力集中，避免局部的粘接破坏和密封失效。

2.3.1 高位移能力

位移能力是填入接缝的密封胶为适应接缝位移，并保持有效密封的变形量。混凝土外墙板板块大，易受热胀冷缩作用发生较大的接缝位移，此外，密封胶接缝变形不只是单一水平方向上的拉伸或压缩，在受到风荷载运动、活动荷载运动、地震运动、潮湿膨胀等各种因素作用下，密封胶接缝还会受来自不同方向上的组合位移，所以对密封胶位移能力有较高的要求;密封胶受力方向示意图如图3所示。

依据团体标准T/CECS 581—2019《建筑接缝密封胶应用技术规程》5.3中接缝位移量和5.4中密封胶位移能力验算可知，以热膨胀系数10×10-6/ ℃、边长3 m的预制板块、夏季墙面最高温度80℃、冬季墙面最低温度-20℃为例，最宽25 mm胶缝的位移量为6 mm，线性位移能力需要25级。此时应选用位移能力25级或以上级别的密封胶。胶缝更窄、温差更大、干缩明显及受多方向位移时，需要更高级别的密封胶。

2.3.2 低模量

模量是指受力状态时应力和应变之比，文中提到模量为拉伸模量。依据团体标准T/CECS 655—2019《装配式建筑密封胶应用技术规程》中规定基材为强度等级不高的混凝土基材时，不宜选择高模量的建筑密封胶。一般来说，模量越低的密封胶，其变形位移能力越高。而且低模量的密封胶在受到拉伸时，对基材表面的拉应力会更小，可以有效减少密封胶粘接失效和基材破坏的情况，并且能提高密封胶接缝密封的耐久性。有研究表明，密封胶模量降低25%，其疲劳循环寿命可以从14万次提高至25万次，寿命提升78%[11-12]。

2.4 耐候性和污染性

建筑外墙常年累月处于阳光照耀下，接缝用的密封胶会长期受到紫外线的干扰、雨水的冲刷、昼夜温差循环等作用，这极大影响了密封胶的使用寿命;而且随时间推移，胶体中含有的增塑剂等物质会迁移到基材中，改变基材外观，并且其产生的静电作用会吸附空气中的灰尘，在粘接缝处出现一条带状污迹。这不仅影响建筑的外观，还会影响密封胶的粘接质量及预制外墙板上喷涂料的粘接。

3 标准要求

国家、行业、协会和各地制定了不少关于装配式建筑相关标准、规范及规程，但对接缝用密封胶的性能要求多是参考国内外建筑用密封胶的标准，如GB/T 14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封胶》，GB/T 14682—2006《建筑密封材料术语》，JC/T 881—2017《混凝土接缝用建筑密封胶》，JC/T 482—2003《聚氨酯建筑密封胶》，ISO 11600—2002《房屋建筑-連接件-密封胶的分类和要求》和ASTM C920—2011《弹性密封胶》，其主要性能要求及项目如表1所示。位移能力根据GB/T 22083—2008《建筑密封胶分级和要求》标准进行试验和判定。

4 密封胶选用

密封胶种类繁多，常用于装配式建筑外墙接缝的密封胶有硅酮（SR）、聚氨酯（PU），以及硅烷改性类如硅烷改性聚醚（MS）和硅烷改性聚氨酯（SPU）密封胶。结合性能要求分析和标准要求入手，对以上3类密封胶进行了性能对比，结果如表2所示[13]。

由表2可知，几种密封胶各有所长，最后如何选用。石正金等分析了聚氨酯、硅酮、改性硅酮的涂刷性和耐候性，得出改性硅酮类密封胶的综合性能相对最佳，且能满足装配式建筑的应用要求的结论[14]。周小倩从硅酮、聚氨酯、硅烷改性聚醚等几种密封胶性能对比得出，硅酮、硅烷改性密封胶的耐候性比较好，当装配式建筑密封胶外层没有涂刷性的要求时，可以选择硅酮、硅烷改性聚醚胶，并研制了低模量单组分硅烷改性密封胶[15]。吴攀洛等对装配式建筑用密封胶种类及各类密封胶研究进展进行了详细的报道，列出了聚硫、硅酮、聚氨酯、硅烷改性聚氨酯和硅烷改性聚醚的制备和性能特点，并得出硅烷改性聚醚密封胶可以满足装配式建筑的各种性能要求，甚至有替代3大传统密封胶可能的结论[16]。周丽娟等结合国内现行的建筑用密封胶产品和密封胶试验方法标准，提出了装配式建筑密封胶的关键性能，如力学性能、耐久耐候性、耐污性和相容性等，并指出在装配式外墙使用时可根据涂装、防霉等要求选择硅酮或者硅烷改性密封胶。

综上所述，由标准、文献、前文性能要求分析可看出，硅酮和硅烷改性密封胶是比较符合装配式建筑外墙接缝使用要求的。相对于硅烷改性密封胶而言，国内硅酮密封胶经过半个多世纪的发展，研究和应用已趋向稳定和成熟，性能优势明显;目前硅酮改性密封胶正处于重要发展阶段，生产、应用、性能研究等方面有待进一步发展和稳定。

5 结语

为提高装配式建筑外墙的使用寿命和使用安全性，外墙接缝应采用双组份聚硫密封胶25LM及以上低模量、有配套底涂料、粘接力强、耐候性和耐污染性好的硅酮或硅烷改性类密封胶。

参考文献

[1]冯璐瑶，刘莉，商阳. 装配式建筑环境效益分析[J].新型建筑材料， 2018， 45（12）： 101-103.

[2]端木. 2020年全国新开工装配式建筑较上年增长50%[J].中国房地产， 2021（4）：6.

[3]赖振峰，王万金，董全霄，等. 建筑密封胶专用混凝土基层处理剂制备及其粘结性能影响因素探讨[J]. 中国建筑防水， 2016（13）：22-25.

[4]张胜，钟易，周锡玲，等. 装配式建筑发展中的突出难题与应对[C]. 北京：工业建筑杂志社，2020.

[5]寇俊敏，苍雁飞，岳志芳，等. 预制装配式建筑外墙防水技术应用研究[J]. 新型建筑材料， 2020， 47（9）：59-62.

[6]刘卫民. 装配式建筑密封胶性能要求与应用分析[J]. 工程建设与设计， 2020（18）：175-176.

[7]陈辉军. 预制装配式建筑外墙防水密封现状及存在的问题[J]. 居舍， 2020（35）：39-40.

[8]李桂妃，陈晓东，梁振雄，等. 密封胶与混凝土粘接面气孔形成原因与影响因素研究[J].中国建筑防水，2020（z2）：13-16.