密封胶在装配式混凝土基材上的粘结性能及界面微观结构的表征

赖振峰，王万金，朱 宁，夏义兵，王 靖，吴敬朋，刘俊元，郭现龙（.北京市建筑工程研究院有限责任公司 00039；2.北京市功能性高分子建筑材料工程技术研究中心 00039）

密封胶在装配式混凝土基材上的粘结性能及界面微观结构的表征

赖振峰1，2*，王万金1，2，朱 宁1，2，夏义兵1，王 靖1，2，吴敬朋1，刘俊元1，郭现龙1
（1.北京市建筑工程研究院有限责任公司 100039；2.北京市功能性高分子建筑材料工程技术研究中心 100039）

为进一步提高装配式建筑用密封胶与预制混凝土构件之间的粘结性，防止边缘开裂而密封失效，研究了不同种类的混凝土脱模剂对MSPU-50耐候密封胶与混凝土粘结性的影响。同时研究了MSPU-50密封胶与PU-01底涂剂、混凝土的匹配性。通过扫描电镜（SEM）和能谱（EDX）测试分析，表明MSPU-50密封胶能够良好渗入混凝土内部孔隙，与混凝土具有良好相容性。涂刷PU-01底涂剂后再填充MSPU-50密封胶，几乎完全封闭混凝土表面孔隙，固化后与混凝土接合表面互相咬合和镶嵌，从而产生良好的粘接强度。

密封胶；底涂剂；混凝土；粘结性

伴随住宅产业化在我国大陆地区的蓬勃发展，其对技术的成熟度、配套性和专业性的必要性凸显出来。住宅产业化最大的特点是工厂预制化，现场拼装作业［1-2］。对于装配式住宅来说，其与其他形式建筑来说具有三大区别：①密封胶作用对象是混凝土材料，材料性质属于多微孔、碱性材料，与以往玻璃幕墙、石材、金属、铝塑材料有着本质的区别，对密封胶的技术要求提出了新的要求。②密封胶承担作用有所不同，以往建筑密封胶主要其美观、密封作用，但是由于预制墙板尺寸较大，基本在3m以上，拼接缝累计变形量大，对密封胶的界面粘结力、变形适应能力等提出了新的挑战。③由于混凝土是多孔材料，密封胶组分对混凝土材料的污染性提出了更高要求。

密封胶与基材的粘结性能是保证密封防水的关键，因此本文以自制的硅烷封端聚合物密封胶在不同装配式混凝土基材上打胶，研究不同混凝土脱模剂和涂刷底涂对密封胶粘接性能的影响，并通过SEM扫描电镜和EDX能谱对混凝土-胶界面进行微观结构表征和元素含量分析。

1　试验方法

1.1试验原料

MSPU-50耐候密封胶：硅烷封端聚合物密封胶，达到GB/T 22083—2008规定的 50级要求，自制。

PU-01底涂剂：单组份，低粘度透明液体，自制。

硅酮密封胶：国内某品牌。

脱模剂T1、T2、T3、T4，分别为北京、上海、青岛、河南某公司生产。

1.2试验方法

（1）用脱脂纱布清除水泥砂浆板表面浮灰。

（2）在防粘材料上将两块粘结基材与两块隔离垫块组装成空腔。然后涂刷PU-01底涂剂，待底涂干燥后，将MSPU-50耐候密封胶嵌填在空腔内，并将胶样挤压在基材的粘结面上，粘结结实，避免形成气泡，制成试件，每组试验做3块。

（3）将制备好的试件于标准试验条件下放置28d后进行性能测试。

1.3测试方法

（1）拉伸粘接性

按GB/T 13477第8章试验，将养护28d后的试件在（23± 2）℃温度下进行拉伸试验，以5mm/min拉伸速度将试件拉伸至破坏，测定并计算试件拉强度和断裂伸长率。

（2）定伸粘接性

按GB/T 13477第10章试验［3］，将养护28d后的试件在标准条件下进行定伸试验，拉伸速度5mm/min。试件拉伸至100%伸长率时，停止拉伸，用定位垫块插入已拉伸的试件中并在标准条件下保持24h。测定试件粘接或内聚的任何破坏。

（3）浸水后定伸粘接性

按GB/T 13477第11章试验［3］，将养护28d后的试件浸入（23±2）℃蒸馏水中4d，再于标准条件下放置1d。在标准条件下进行定伸试验，拉伸速度5mm/min。试件拉伸至100%伸长率时，停止拉伸，用定位垫块插入已拉伸的试件中并在标准条件下保持24h。测定试件粘接或内聚的任何破坏。

2　结果与讨论

2.1混凝土脱模剂种类对密封胶粘结性能的影响

预制装配式混凝土是在已制作好的模具内进行加工预制混凝土墙板，脱模后表面会残留少量脱模剂。考虑到脱模剂的存在是否会影响密封胶的粘结性能。因此，针对不同种类脱模剂制备的混凝土试块，进行密封粘结试验。试验样件表面不经水洗或化学处理，也不刷涂底涂剂，直接简单擦掉表面浮灰，然后进行打密封胶。试验试件见图1，粘结性能测试结果如表1所示。

从表1数据可以看出，残留的脱模剂能够降低密封胶与混凝土拉伸粘结性。根据拉伸强度测试结果，粘结性能从高到低为T3＞T1＞T4＞T2。分析其原因，脱模剂T1为乳化类皂化油脱模剂，脱模后模板表面较易形成浆体薄膜。混凝土表面的浮浆减少，有利于密封胶与混凝土的粘结。脱模剂T2为油性脱模剂，脱模后模板较易清理，混凝土表面附着一薄层油性物质，对胶层粘结性影响较大。脱模剂T3为一种水性聚合物，能够均匀的涂刷在模板表面，降低混凝土与模板之间的界面结合力，对密封胶与混凝土粘结性影响较小。脱模剂T4附着于成型物和模具之间直接起到隔离作用，脱模时能在表面剥离，混凝土表面平整、光滑，不利于密封胶的润湿和粘结。因此，在进行装配式混凝土制作和拼装接缝过程中，需要考虑使用脱模剂种类和混凝土表面处理。

图1　拉伸粘接试件的制备

表1　粘结性能测试节结果

2.2底涂剂对密封胶粘结性能的影响

由于混凝土基材是多孔的、呈碱性无机胶凝材料，为了使密封胶与混凝土粘结性更强，需要涂刷底涂剂进行封闭。PU-01底涂剂是一种NCO值约为6%的单组分、低粘度聚氨酯基层处理剂。测试方法：在12mm×12mm×75mm的混凝土试块上，涂刷PU-01底涂剂，固化后，用MSPU-50耐候密封胶制作成粘结样，其中胶条尺寸为12mm×12mm×50mm。同时制作无底涂剂的密封胶粘结样作为空白对比试验。养护28d后，按照GB/T 13477《建筑密封胶试验方法》中定伸粘结性、浸水后定伸粘结性、冷拉-热压后粘结性的方法测试。每组试测10个试件，测试结果见表2。

表2　密封胶粘结测试结果

由表2结果可以看出：涂刷PU-01底涂剂的密封胶试件的拉伸强度和断裂伸长率相对于无底涂剂的较高一些。涂刷PU-01底涂剂起到了提高与混凝土粘结性的作用。在浸水定伸粘结性测试中有，硅酮密封胶试件有少量破坏，而MSPU-50密封胶不管是否涂有底涂剂都无破坏。表明MSPU-50密封胶与混凝土有很好的相容性。

2.3粘结界面微观表征

为了进一步研究MSPU-50密封胶与混凝土的粘结机理，我们采用SEM对MSPU-50密封胶与混凝土界面的微观结构进行分析（见图2），并且利用EDX分析了混凝土界面层的元素组成（见表3）。

图2为样品MSPU-50密封胶与混凝土界面层的SEM结果。a图为空白混凝土表面微观结构，可以看出混凝土界面为松散的孔隙结构；b图为在混凝土上涂有底涂的界面照片，可以看到混凝土内部孔隙基本被底涂给填充，封堵，并形成连续相；c图为在混凝土上涂有MSPU-50密封胶的界面照片，MSPU-50材料良好渗入于混凝土内部孔隙，并结合一起，表明MSPU-50与混凝土具有良好相容性。d图为在混凝土上涂有PU-01底涂剂和MSPU-50密封胶的界面照片，涂刷PU-01底涂剂后再填充MSPU-50密封胶，几乎完全封闭混凝土表面孔隙，固化后与混凝土接合表面互相咬合和镶嵌，从而产生良好的粘接强度。表明了PU-01底涂剂、MSPU-50与混凝土具有良好的相容性。

图2　MSPU-50密封胶与混凝土界面的微观结构

表3　混凝土/PU-01/MSPU-50的EDX元素含量分析　%

采用EDX对MSPU-50密封胶与混凝土界面层进行元素分析。从图2和表3的元素含量分析可知，图b中的红色区域，相对于空白混凝土，C含量增大，Ca含量减少，可确认该区域为底涂成分。图c中的红色区域，相对于空白混凝土，C含量有所增加，为25.4%，Si含量增大至18.69%，由于MSPU-50密封胶本身还有C、Si元素较多，因此可以确认该区域含有MSPU-50密封胶成分，也表明了有机无机粘结性和相容性好。

3　结论

1）预制装配式混凝土脱模剂的种类对密封胶的粘结性有不同程度的影响，需要考虑使用脱模剂种类。使用乳化类皂化油脱模剂，混凝土表面的浮浆减少，有利于密封胶与混凝土的粘结。油性脱模剂，由于混凝土表面附着一薄层油性物质，对胶层粘结性影响较大。水性聚合物脱模剂，能降低混凝土与模板之间的界面结合力，对密封胶与混凝土粘结性影响较小。而隔离剂在脱模时能在表面剥离，混凝土表面光滑，不利于密封胶的润湿和粘结。

2）由于混凝土基材是多孔的、呈碱性无机胶凝材料，需要涂刷一层底涂剂，起到封闭混凝土的作用，有利于提高密封胶与混凝土粘结性。测试表明，PU-01底涂剂与MSPU-50密封胶有很好的相容性。

3）通过SEM和EDX分析，可以看出MSPU-50材料良好渗入于混凝土内部孔隙，与混凝土具有良好相容性。涂上PU-01底涂剂后，MSPU-50密封胶几乎与混凝土界面形成一个整体，看不到混凝土内部的孔隙。表明了PU-01底涂剂、MSPU-50与混凝土具有良好的相容性。

［1］ 崔健宇，孙建刚，王博，等.准高配室预制混凝土结构在日本的应用［J］.大连民族学院学报，2009，11（1）：67-70.

［2］ Martha V.Achiebing sustainability with percast concrete［J］.PCI Journal，2006，51（1）：42-61.

［3］ 全国轻质与装饰装修建筑材料标准化技术委员会.GB/T13477—2002 建筑密封材料试验方法［S］.北京：中国标准出版社.

收稿日期：2016-05-11

作者简介： 王永庆（1976—），男，江苏扬州人，政工师，主要从事石油钻井队思想政治工作。

Adhesion Performance and Interface Microstructure Characterization of Sealant on Prefabricated Concrete Substrates

Lai Zhen-feng，Wang Wan-jin，Zhu Ning，Xia Yi-bing，Wang Jing，Wu Jing-peng，Liu Jun-yuan，Guo Xian-long

To further enhance the prefabricated construction adhesive and sealant between the precast concrete to prevent cracking and edge seal failure，we study different types of concrete release agent for MSPU-50 weather sealant and adhesive properties of concrete influences.Also studied MSPU-50 sealant and PU-01 primer，concrete matching.By scanning electron microscopy（SEM）and spectroscopy（EDX）analysis of the test，indicating MSPU-50 good sealant can penetrate inside the pores in concrete，and concrete has good compatibility.Varnish after filling squeegee PU-01 bottom MSPU-50 sealant，almost completely closed surface pores of concrete，with the concrete after curing and mosaic mutually intermeshing engagement surface，resulting in excellent bond strength.

Sealant；chemical attack；freeze-thaw cycles；cohesiveness

TQ433.438

B

1003-6490（2016）05-0071-03

2016-05-03

2002.北京市科委课题，课题名称：装配式住宅用耐候密封材料关键技术研究与应用（Z141100000714004）。

赖振峰（1984—），男，广西百色人，硕士，工程师，主要从事聚氨酯、聚脲防水材料和密封胶的产品技术开发工作。