裝配式建筑外墻接縫用密封膠應用分析

張煥煥，王今華，殷會玲，韓銘，李璐洋，杜漸，潘文杰，余璐

摘 要：裝配式建筑需要在施工現(xiàn)場對預制混凝土板材進行部分澆筑和拼裝，這種施工方法會出現(xiàn)很多拼接縫，需要填入專用密封膠起到有效的防水密封作用。因此，裝配式建筑的接縫用密封膠對于裝配式建筑外墻的防水密封有著很重要的作用。本文結合裝配式建筑用基材特點和密封膠標準要求，分析了外墻接縫用密封膠的粘接、永久變形、模量和位移能力等的性能要求，得出密封膠應選用25LM級別及以上低模量、有配套底涂料、粘接力強、耐候性和耐污染性好的硅酮或硅烷改性類密封膠的結論。

關鍵詞：裝配式建筑;粘接;永久變形;模量;位移能力

中圖分類號：TQ437+.1;TU533 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：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

隨著低碳經(jīng)濟與綠色建筑概念的升溫，裝配式建筑由于是集中生產(chǎn)、快速建造、節(jié)能減排（在全壽命周期里，裝配式建筑的環(huán)境效益要比傳統(tǒng)建筑節(jié)約91.16元/m2）[1]等優(yōu)勢明顯。近年來，我國推行的市場主導、政府推動的原則及逐步健全的技術標準體系，有效地推動了裝配式建筑快速發(fā)展。據(jù)報道，至2020年全國31個省、直轄市、自治區(qū)和新疆生產(chǎn)建設兵團新開工的裝配式建筑面積共6.3億m2，較2019年增長了50%，約占新建建筑面積的20.5%，完成了《“十三五”裝配式建筑行動方案》中確定的 “到2020年達到15%以上” 的工作目標 [2]。顯然，裝配式建筑已經(jīng)成為未來綠色建筑發(fā)展的主要方向之一。

裝配式建筑的騰飛離不開建筑密封膠的快速發(fā)展。預制的混凝土板塊在裝配后需要密封材料進行密封處理，起到板塊接縫密封，以及防水、防腐、美觀、裝飾的作用。密封膠作為板塊之間的溫度應力變形、拼接誤差等承載體，在裝配式建筑體系中發(fā)揮著非常關鍵的作用[3]。

1 相對于傳統(tǒng)建筑工程的應用挑戰(zhàn)

相較于玻璃幕墻、石材、金屬和鋁塑材料等常規(guī)的粘接材料，預制混凝土板材有以下幾個顯著特點：

（1）混凝土材料屬于非氣密性的多孔堿性材料，并且由于返堿等原因使得表面性質不穩(wěn)定，這對密封膠性能提出了新的要求;

（2）由于預制墻板尺寸較大，基本在3 m以上，拼接縫累計變形量大，并且氣溫變化對拼接縫的尺寸有著較大影響，所以對密封膠的界面粘接力、變形適應能力等提出了新的挑戰(zhàn)[3];

（3）預制墻板在使用過程中，混凝土會發(fā)生失水干縮，接縫存在不可恢復的變形，對密封膠的變形能力提出較高要求[4];

（4）工廠預制墻板時常使用脫模劑，屬油性物質，殘留在混凝土表面也將影響密封膠的粘接[5]。

2 性能要求

在裝配式建筑密封材料中，密封膠是其中的重要部分，如果密封膠的密封性能沒有達到相應的密封防水要求，會影響裝配式建筑的施工質量，增加建筑的質量隱患。為了能更好的提高裝配式建筑外墻密封防水的可靠性和穩(wěn)定性，下文對密封膠的粘接性能、永久變形能力、模量和位移能力，耐候性、污染性等性能需求進行了分析。

2.1 粘接性能

密封膠粘接失效的形式有3種，一是基材和密封膠界面脫粘;二是密封膠內聚破壞;三是基材內部破壞。粘接性能除了和密封膠自身種類和配方有關外，和基材的特點有很大關系。

前文提到，裝配式建筑預制外墻的混凝土板屬于堿性材料，普通的密封膠很難將其粘接;而且混凝土的表面疏松多孔，有效粘接面積很小，界面處的作用力小[7]，經(jīng)常出現(xiàn)基材和密封膠的界面脫粘，是密封粘接失效的一個極大隱患。

為了降低粘接失效的可能性，外墻接縫用密封膠在施工前需要涂覆配套底涂料。底涂料在整個密封體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、性質不均的情況，提高了粘接面的密實度，也可緩解界面處膠體出現(xiàn)氣孔的問題[8];

底涂料可以增加粘接基材內部作用力，強化混凝土基材穩(wěn)定性;

底涂料多是含有硅氧烷、環(huán)氧、酯類、醚類等基團的混凝土基層處理劑，這些可反映基團增加了密封膠的粘接作用力[9];

底涂料不僅可以起到增強密封膠與混凝土板材間界面粘接的作用，還可以防止混凝土中的堿性材料、脫模劑與密封膠中的增塑劑、其他小分子物質的相互遷移。密封膠粘接中使用底涂料作用示意圖如圖1所示。

2.2 永久變形能力

混凝土外墻板在后期使用過程中體積穩(wěn)定性不如玻璃、石材、鋁型材等基材，易失水干縮，導致預制混凝土板塊之間的接縫擴大，接縫中的密封膠將長期受到拉應力的作用，嚴重影響接縫密封的耐久性[10]。為了減緩密封膠由于接縫干縮位移產(chǎn)生的界面應力，提高密封耐久性，干縮縫處的密封材料需要有永久變形能力，即標準GB/T 14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封膠》中3.3中的定伸永久變形，經(jīng)拉伸并恢復后剩余的變形。如圖2所示，施工完成后，密封膠和混凝土基材貼合緊密，在密封膠固化過程中由于物理和化學結合力作用產(chǎn)生粘接力?；炷粮煽s過程中，密封膠拉伸變形，由于其永久變形的存在起到了應力緩和作用，在界面處作用力很小，避免了長期拉伸的界面破壞。

2.3 位移能力和模量要求（級別要求）

疏松多孔的混凝土基材在使用密封膠填縫時，需要選用抗拉強度小于混凝土抗拉強度的高位移能力、低模量的密封膠，以便在復雜的接縫變形情況下，抵消或緩解應力集中，避免局部的粘接破壞和密封失效。

2.3.1 高位移能力

位移能力是填入接縫的密封膠為適應接縫位移，并保持有效密封的變形量?；炷镣鈮Π灏鍓K大，易受熱脹冷縮作用發(fā)生較大的接縫位移，此外，密封膠接縫變形不只是單一水平方向上的拉伸或壓縮，在受到風荷載運動、活動荷載運動、地震運動、潮濕膨脹等各種因素作用下，密封膠接縫還會受來自不同方向上的組合位移，所以對密封膠位移能力有較高的要求;密封膠受力方向示意圖如圖3所示。

依據(jù)團體標準T/CECS 581—2019《建筑接縫密封膠應用技術規(guī)程》5.3中接縫位移量和5.4中密封膠位移能力驗算可知，以熱膨脹系數(shù)10×10-6/ ℃、邊長3 m的預制板塊、夏季墻面最高溫度80℃、冬季墻面最低溫度-20℃為例，最寬25 mm膠縫的位移量為6 mm，線性位移能力需要25級。此時應選用位移能力25級或以上級別的密封膠。膠縫更窄、溫差更大、干縮明顯及受多方向位移時，需要更高級別的密封膠。

2.3.2 低模量

模量是指受力狀態(tài)時應力和應變之比，文中提到模量為拉伸模量。依據(jù)團體標準T/CECS 655—2019《裝配式建筑密封膠應用技術規(guī)程》中規(guī)定基材為強度等級不高的混凝土基材時，不宜選擇高模量的建筑密封膠。一般來說，模量越低的密封膠，其變形位移能力越高。而且低模量的密封膠在受到拉伸時，對基材表面的拉應力會更小，可以有效減少密封膠粘接失效和基材破壞的情況，并且能提高密封膠接縫密封的耐久性。有研究表明，密封膠模量降低25%，其疲勞循環(huán)壽命可以從14萬次提高至25萬次，壽命提升78%[11-12]。

2.4 耐候性和污染性

建筑外墻常年累月處于陽光照耀下，接縫用的密封膠會長期受到紫外線的干擾、雨水的沖刷、晝夜溫差循環(huán)等作用，這極大影響了密封膠的使用壽命;而且隨時間推移，膠體中含有的增塑劑等物質會遷移到基材中，改變基材外觀，并且其產(chǎn)生的靜電作用會吸附空氣中的灰塵，在粘接縫處出現(xiàn)一條帶狀污跡。這不僅影響建筑的外觀，還會影響密封膠的粘接質量及預制外墻板上噴涂料的粘接。

3 標準要求

國家、行業(yè)、協(xié)會和各地制定了不少關于裝配式建筑相關標準、規(guī)范及規(guī)程，但對接縫用密封膠的性能要求多是參考國內外建筑用密封膠的標準，如GB/T 14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封膠》，GB/T 14682—2006《建筑密封材料術語》，JC/T 881—2017《混凝土接縫用建筑密封膠》，JC/T 482—2003《聚氨酯建筑密封膠》，ISO 11600—2002《房屋建筑-連接件-密封膠的分類和要求》和ASTM C920—2011《彈性密封膠》，其主要性能要求及項目如表1所示。位移能力根據(jù)GB/T 22083—2008《建筑密封膠分級和要求》標準進行試驗和判定。

4 密封膠選用

密封膠種類繁多，常用于裝配式建筑外墻接縫的密封膠有硅酮（SR）、聚氨酯（PU），以及硅烷改性類如硅烷改性聚醚（MS）和硅烷改性聚氨酯（SPU）密封膠。結合性能要求分析和標準要求入手，對以上3類密封膠進行了性能對比，結果如表2所示[13]。

由表2可知，幾種密封膠各有所長，最后如何選用。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的結論[14]。周小倩從硅酮、聚氨酯、硅烷改性聚醚等幾種密封膠性能對比得出，硅酮、硅烷改性密封膠的耐候性比較好，當裝配式建筑密封膠外層沒有涂刷性的要求時，可以選擇硅酮、硅烷改性聚醚膠，并研制了低模量單組分硅烷改性密封膠[15]。吳攀洛等對裝配式建筑用密封膠種類及各類密封膠研究進展進行了詳細的報道，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備和性能特點，并得出硅烷改性聚醚密封膠可以滿足裝配式建筑的各種性能要求，甚至有替代3大傳統(tǒng)密封膠可能的結論[16]。周麗娟等結合國內現(xiàn)行的建筑用密封膠產(chǎn)品和密封膠試驗方法標準，提出了裝配式建筑密封膠的關鍵性能，如力學性能、耐久耐候性、耐污性和相容性等，并指出在裝配式外墻使用時可根據(jù)涂裝、防霉等要求選擇硅酮或者硅烷改性密封膠。

綜上所述，由標準、文獻、前文性能要求分析可看出，硅酮和硅烷改性密封膠是比較符合裝配式建筑外墻接縫使用要求的。相對于硅烷改性密封膠而言，國內硅酮密封膠經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，研究和應用已趨向穩(wěn)定和成熟，性能優(yōu)勢明顯;目前硅酮改性密封膠正處于重要發(fā)展階段，生產(chǎn)、應用、性能研究等方面有待進一步發(fā)展和穩(wěn)定。

5 結語

為提高裝配式建筑外墻的使用壽命和使用安全性，外墻接縫應采用雙組份聚硫密封膠25LM及以上低模量、有配套底涂料、粘接力強、耐候性和耐污染性好的硅酮或硅烷改性類密封膠。

參考文獻

[1]馮璐瑤，劉 莉，商 陽. 裝配式建筑環(huán)境效益分析[J].新型建筑材料， 2018， 45（12）： 101-103.

[2]端 木. 2020年全國新開工裝配式建筑較上年增長50%[J].中國房地產(chǎn)， 2021（4）：6.

[3]賴振峰，王萬金，董全霄，等. 建筑密封膠專用混凝土基層處理劑制備及其粘結性能影響因素探討[J]. 中國建筑防水， 2016（13）：22-25.

[4]張 勝，鐘 易，周錫玲，等. 裝配式建筑發(fā)展中的突出難題與應對[C]. 北京：工業(yè)建筑雜志社，2020.

[5]寇俊敏，蒼雁飛，岳志芳，等. 預制裝配式建筑外墻防水技術應用研究[J]. 新型建筑材料， 2020， 47（9）：59-62.

[6]劉衛(wèi)民. 裝配式建筑密封膠性能要求與應用分析[J]. 工程建設與設計， 2020（18）：175-176.

[7]陳輝軍. 預制裝配式建筑外墻防水密封現(xiàn)狀及存在的問題[J]. 居舍， 2020（35）：39-40.

[8]李桂妃，陳曉東，梁振雄， 等. 密封膠與混凝土粘接面氣孔形成原因與影響因素研究[J].中國建筑防水，2020（z2）：13-16.

[9]張煥煥，陸瑜翀，張燕紅. 有機硅密封膠與混凝土粘結性能的研究[J]. 有機硅材料，2015，29（3）：216-219.

[10]尚炎鋒，段林麗，胡慧瑩. GB/T 14683—2017標準修訂中有關“應力緩和”型建筑密封膠的性能研究[J]. 中國建筑防水，2018（18）：12-14.

[11]龐達誠，蔣金博. 低模量硅酮耐候密封膠應用優(yōu)勢[J]. 中國建筑金屬結構， 2021（7）：96-98.

[12]王小會，柴明俠，黃孝輝，等. 有機硅結構膠耐疲勞性能的研究[J]. 有機硅材料，2016， 30（2）：124-127.

[13]高 玨. 裝配式建筑接縫密封材料性能要求與選用分析[J]. 建筑科技，2018， 2（4）：94-98.

[14]石正金，楊海兵，肖 珍，等. 裝配式建筑密封膠的應用研究[J]. 粘接，2018 （11）：64-67.

[15]周小倩. 裝配式建筑密封膠的應用分析[J]. 粘接，2020，42（5）：6-8，27.

[16]吳攀洛，周盼盼，楊安康，等. 裝配式建筑密封膠研究進展[J]. 膠體與聚合2019，37（2）：86-90.

[17]周麗娟，王 俊. 裝配式建筑密封膠性能要求與應用建議[J].中國建筑防水，2019（5）：34-37，48.