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(yè)技術(shù)學(xué)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(tǒng)建造方式中的大量現(xiàn)場作業(yè)工作轉(zhuǎn)移到工廠進(jìn)行，在工廠加工制作好建筑用構(gòu)件和配件，運輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場，通過可靠的連接方式在現(xiàn)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(yè)深化設(shè)計—構(gòu)件生產(chǎn)—構(gòu)件安裝，至此建筑主體施工完成，而后按傳統(tǒng)方式進(jìn)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(xiàn)場施工的工作流程，將混凝土各個構(gòu)件，尤其是重要結(jié)構(gòu)部分在工廠中進(jìn)行預(yù)制好，而后在現(xiàn)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(yōu)勢。傳統(tǒng)混凝土在現(xiàn)場進(jìn)行澆筑，在其前置工序完成之后，需要進(jìn)行鋼筋綁扎，而后支模板，最后進(jìn)行混凝土的澆注?；炷潦┕ね瓿芍?，需要等待混凝土的硬化，而后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)至足夠強度才能繼續(xù)進(jìn)行施工工作，在此過程中還需進(jìn)行模板拆除。這個過程整體時間長，且具有次序性，僅能進(jìn)行逐層施工。裝配式施工的形式理論上無需等待期，可以進(jìn)行連續(xù)的施工工作，大大縮短工期。

在施工質(zhì)量方面，裝配式建筑也有明顯的質(zhì)量提升。傳統(tǒng)混凝土工程建筑需要在現(xiàn)場進(jìn)行多個工作，且因為施工體量大、整體施工流程長、質(zhì)量控制點多等特點，在施工過程中若不進(jìn)行嚴(yán)格管控很可能出現(xiàn)多種質(zhì)量問題。裝配式的形式能夠避免此類問題的產(chǎn)生，因構(gòu)件均在工廠中進(jìn)行預(yù)制，預(yù)制過程中有嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)場后仍會進(jìn)行驗收，通過多次驗收的形式能夠保證工程質(zhì)量。

裝配式建筑的發(fā)展時間并不長，近年來被廣泛應(yīng)用，因其多重優(yōu)勢，也是政策支持之下的建筑形式，各大城市均發(fā)布了關(guān)于裝配式建筑推行的相關(guān)政策，并進(jìn)行扶持，對于建筑企業(yè)而言，大力發(fā)展裝配式建筑是政策鼓勵的，符合建筑業(yè)未來發(fā)展趨勢，對其現(xiàn)有問題進(jìn)行解決能夠更有助于該技術(shù)的成熟發(fā)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(gòu)件與構(gòu)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(nèi)環(huán)境保持密閉不會在居住過程中發(fā)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(gòu)件的縫隙，在結(jié)構(gòu)上是完全相通的，雨水沖刷之下會沿著縫隙直接進(jìn)入室內(nèi)。即使在縫隙位置進(jìn)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(shù)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(cè)進(jìn)行飾面層的施工工作，以起到裝飾的作用。傳統(tǒng)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(hù)效果。在裝配式建筑中，保溫層也直接集合在構(gòu)件位置，而后進(jìn)行飾面層的施工。因拼接縫的存在，即使進(jìn)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(jīng)過冷熱交替后，封堵材料與主體之間出現(xiàn)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(jìn)造成的大面積破壞問題。

1.3 影響結(jié)構(gòu)強度

結(jié)構(gòu)強度主要指混凝土工程強度，為了確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，裝配式各個構(gòu)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(jìn)行可靠封堵或可能成為防水的薄弱點。室內(nèi)室外均進(jìn)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(jìn)而滲透進(jìn)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(dǎo)致鋼筋腐蝕的發(fā)生。鋼筋在混凝土中提供結(jié)構(gòu)強度功能，腐蝕的鋼筋可能會使結(jié)構(gòu)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(gòu)件橫向進(jìn)行縫隙預(yù)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(jié)構(gòu)出現(xiàn)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(jìn)行可靠封堵是非常必要的。

由于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的時間并不長，且在施工初期采用普通建筑密封膠進(jìn)行封堵，在交付初期并不會顯現(xiàn)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(guī)模民用建筑裝配式工程已經(jīng)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(yè)內(nèi)重視。

裝配式混凝土建筑相比于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土具有較多顯著優(yōu)勢，但上述問題對裝配式建筑的品質(zhì)有較大影響，也不利于技術(shù)的推行和普及。對于我國大部分北方寒冷地區(qū)，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(tǒng)建筑密封膠的耐候性急劇下降，導(dǎo)致該部分成為結(jié)構(gòu)的薄弱點，室內(nèi)漏水、保溫性能差等問題集中顯現(xiàn)。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(zhì)是混凝土之間縫隙的可靠封堵問題，根據(jù)實際工程需要，對混凝土之間的縫隙進(jìn)行可靠封堵，并能夠滿足防水、熱脹冷縮、體積穩(wěn)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(jié)構(gòu)，研究關(guān)鍵點為混凝土結(jié)構(gòu)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?qū)蓧K混凝土進(jìn)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(wěn)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(jié)構(gòu)，且使用兩塊分離的試塊，之間再用夾具進(jìn)行固定和連接，縫隙保持在5mm～30mm的范圍內(nèi)，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(huán)、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(zhǔn)備階段

實驗準(zhǔn)備階段主要是對混凝土材料的準(zhǔn)備，接縫材料準(zhǔn)備和選用會在后續(xù)環(huán)節(jié)中進(jìn)行具體探究。為了接近真實情況，在進(jìn)行實驗之前對裝配式結(jié)構(gòu)的組分進(jìn)行了具體探究。通過查閱資料得知，大部分裝配式建筑構(gòu)件為夾心保溫鋼筋混凝土構(gòu)件，其構(gòu)成如圖1所示。

圖1 夾心保溫鋼筋混凝土構(gòu)件簡圖

夾心保溫層的混凝土構(gòu)件從內(nèi)到外的結(jié)構(gòu)層分別為：①內(nèi)保護(hù)層，在實際安裝后其面向建筑內(nèi)側(cè)；②保溫層，根據(jù)節(jié)能參數(shù)和要求進(jìn)行保溫材料種類與規(guī)格的選用；③外保護(hù)層，在實際安裝后其面向建筑外側(cè)；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(wěn)定性；⑤防護(hù)層，對混凝土進(jìn)行保護(hù)以提高耐久性。

實際構(gòu)件的預(yù)制過程，在內(nèi)部會有鋼筋工程存在，其中內(nèi)外保護(hù)層材質(zhì)均為混凝土，對保護(hù)層厚度有一定要求。對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其內(nèi)部保溫層與鋼筋層對于接縫位置性能與理化性質(zhì)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(diào)研，裝配式混凝土構(gòu)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(shè)計。在進(jìn)行運輸和安裝過程中，需至少達(dá)到最大強度的75%。澆筑情況為使用金屬模具，有常規(guī)脫模劑的使用。澆筑后在養(yǎng)護(hù)車間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，溫度為20±2℃，濕度為95%。

3.3 試件制備

根據(jù)準(zhǔn)備階段所調(diào)研到的數(shù)據(jù)，進(jìn)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(guī)的材料，材料檢驗合格。而后進(jìn)行混凝土試樣的制備工作，制備規(guī)格為150mm×150mm×150mm，以及150mm×150mm×450mm，標(biāo)準(zhǔn)試塊尺寸用來進(jìn)行常規(guī)性能實驗，長形試塊用來進(jìn)行接縫材料實驗。因接縫實驗中，需要有較長的拼縫來進(jìn)行實驗，故需要非標(biāo)準(zhǔn)試塊，同時用同批次材料的標(biāo)準(zhǔn)試塊為該實驗的科學(xué)性提供佐證。為滿足后續(xù)實驗需求，至少進(jìn)行兩組試件制備。

在進(jìn)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(jìn)行試塊的養(yǎng)護(hù)工作。養(yǎng)護(hù)溫度22℃，養(yǎng)護(hù)過程采取定期澆水的形式保障濕度，養(yǎng)護(hù)時間14d，并進(jìn)行強度檢驗，在強度達(dá)到標(biāo)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(wěn)定性，適應(yīng)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(tǒng)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(wěn)定的聚合物網(wǎng)絡(luò)，提高砂漿的韌性、拉伸粘結(jié)強度等性能。橡膠微顆粒作為填料加入水泥砂漿中，可以進(jìn)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(jié)構(gòu)致密，具有自防水的特性。通過高強度水泥、乳膠粉、橡膠微顆?；旌隙傻哪z泥，結(jié)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(dāng)?shù)奶砑颖壤?。實驗進(jìn)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(tài)調(diào)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(gòu)件從養(yǎng)護(hù)箱中取出，檢驗強度，強度達(dá)標(biāo)進(jìn)行實驗。將兩塊構(gòu)件固定在夾具上，調(diào)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?nèi)槟z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(shù)值，而后以該數(shù)值為基數(shù)，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(huán)也要進(jìn)行探究。實驗過程中遵循安全操作規(guī)范，明確各個設(shè)備的使用方式，同時做好自身防護(hù)。

4 實驗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)見表1。

該數(shù)據(jù)結(jié)論與預(yù)估結(jié)果類似，再分散乳膠粉可以提高拉結(jié)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(fā)揮水泥的連接性能，通過外加乳膠粉的形式提高拉伸粘結(jié)強度。根據(jù)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(jìn)行耐候性實驗。本組實驗是將不同比例的乳膠粉施工后進(jìn)行凍融循環(huán)和拉伸嘗試，本組實驗數(shù)據(jù)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(huán)和拉伸實驗數(shù)據(jù)

通過數(shù)據(jù)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(huán)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(yōu)性能。

5 實驗結(jié)論

通過實驗的形式，能夠初步確定在高強度水泥中進(jìn)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(wěn)定的連接性能。橡膠微顆粒的應(yīng)用主要可改善系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(tǒng)整體增加彈性，保證熱脹冷縮過程中的體積穩(wěn)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(jié)束語

本實驗中，通過使用現(xiàn)有建筑材料，改變添加比例，對其綜合性能進(jìn)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(yīng)用的結(jié)論。但該實驗仍有較多的不足之處，比例參數(shù)改變連續(xù)性小，可能無法得出最佳比例；施工過程中未進(jìn)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(huán)境進(jìn)行，未考慮真實環(huán)境變化帶來的影響等。

裝配式建筑優(yōu)勢顯著，對于接縫材料的問題目前已經(jīng)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(jìn)行初步探究，距離實際工程的應(yīng)用仍有較多的工作需要進(jìn)行。隨著建筑行業(yè)的進(jìn)步與技術(shù)的日漸成熟，也會有更多科學(xué)可行的方案被應(yīng)用到裝配式建筑品質(zhì)提升工作之中。