装配式建筑接缝密封材料性能要求与选用分析

高 珏（上海建科检验有限公司， 上海 201108）

装配式建筑密封胶主要用于混凝土外墙板之间板缝的密封，也用于混凝土外墙板与混凝土结构、钢结构的缝隙，混凝土内墙板间缝隙，主要为混凝土与混凝土、混凝土与钢之间的黏结。装配式建筑施工过程中，大批构件均在工厂批量化预制生产，包括墙体、梁、柱、楼板、飘窗和楼梯等钢筋混凝土构件，然后运到工地进行现场吊装、拼接装配。由于需要使用建筑密封胶进行接缝密封防水，所以建筑密封胶在装配式建筑中的应用是极为重要一环。如果密封胶质量不佳或接缝密封防水施工质量不好，将直接导致装配式建筑渗漏的严重后果。因此，装配式密封胶性能和施工的好坏直接关系到装配式建筑工程防水效果及建筑物的使用寿命和安全。

装配式建筑防水的关键是外墙拼接缝的密封防水，外墙拼接缝分为水平缝和垂直缝，常用的防水密封方法有空腔防水和材料防水。空腔防水是在接缝的背水面，根据墙板构造、功能的不同，采用密封条或现浇混凝土形成 2 次密封，在 2 道密封之间形成空腔；材料防水是在接缝的迎水面，主要是墙板上下两端预留形成的高低缝、企口等部位，嵌填密封材料[1]。

1 建筑密封胶分类和特点

建筑用密封胶大都属于合成胶粘剂，是以各类基础聚合物为主体材料，配合以填料和交联剂、增塑剂、偶联剂、催化剂等助剂制成的膏状物。用于建筑物中以非成型状态嵌入接缝中，通过与接缝表面黏结而密封接缝的材料。主要用于玻璃幕墙、混凝土、石材、钢板等基面的防水密封、结构弹性联结、结构安全耐久等，还具有防火、防霉、环保等特殊功能。建筑用密封胶的主要分类见表1。

表1 建筑用密封胶分类

建筑用密封胶按其基础聚合物可分为硅酮、聚氨酯、聚硫、丙烯酸、丁基、改性硅酮产品等，其中硅酮、聚硫、聚氨酯三大室温固化弹性密封胶在我国应用最广泛。聚硫密封胶由于耐候性差，很少用于暴露于大气环境中的建筑外墙上。本文主要讨论适用于装配式建筑的几类密封材料。

1.1 聚氨酯密封胶

聚氨酯密封胶由聚氨酯预聚体、活性氢化合物、填料、颜料、增塑剂、催化剂、稳定剂等组成。由于其结构特点，如含有 —NCO、—OH 和脲基等极性基团、柔性链段和刚性链段嵌段共聚，因此对很多材料都具有良好的黏结力，而且具有耐磨、耐寒、耐油、弹性好、耐震动等优点[2]。但是，聚氨酯密封胶环保性和耐候性较差。装配式建筑中使用的聚氨酯密封胶，长期暴露使用后因自身老化存在开裂漏水风险，所以大多用于阳光照射不到的胶缝里（建筑内部接缝密封）。

1.2 硅酮密封胶

硅酮密封胶主链由硅氧键（—Si—O—）组成，侧链带有有机基团，兼具无机和有机聚合物的双重性能，性能独特，耐候性能优异，但是表面涂饰性差。对于无须涂饰的装配式建筑接缝，可以采用硅酮密封胶，可充分发挥其耐老化优势，具备较长的使用寿命。

1.3 改性硅酮密封胶

改性硅酮密封胶主链为大分子醚链结构，可提供良好的柔性和高延伸性。端基为甲硅烷氧基团，与湿气接触后发生水解缩合反应形成 —Si—O—Si— 三维空间网状结构。因此，改性硅酮密封胶具有较优的耐候耐久性、黏结性、涂饰性和较高的抗形变位移能力，同时具有无污染性、低 VOC含量、易施工等优点[3]，非常适合装配式建筑中水泥预制构件接缝密封，是装配式建筑接缝密封胶的首选。

1.4 装配式建筑密封胶详细性能对比

目前市场上常见的装配式建筑密封胶详细性能对比参见表2。

表2 装配式建筑密封胶性能对比

2 装配式外墙密封材料检测项目和性能要求

JCJ 1—2014 《装配式混凝土结构技术规程》明确规定：“建筑接缝处所选用的密封材料，除应满足抗剪切和伸缩变形能力以外的力学性能要求外，还需满足防霉、防水、耐候性等建筑物理性能要求。”装配式建筑密封胶由于拼接部位的不同，材料性能要求也不同，可根据其使用部位的不同，除了要考虑良好的力学性能、防霉性、防水性、耐候性外，还要考虑优良的黏结性、相容性、可涂饰性、耐污染性等。

2.1 抗位移能力

由于混凝土板的接缝会因为温湿度变化、混凝土板收缩、建筑物的轻微震动或沉降等原因产生伸缩变形及位移运动，因此所用的密封胶必须具备一定的弹性，且能随着接缝的张合变形而自由伸缩以保持接缝密封。同时，为防止密封胶开裂以保证接缝具有安全可靠的黏结密封，密封胶的位移能力必须大于板缝的相对位移。

密封胶一般分为低模量和高模量两种。由于混凝土表面较为疏松、强度低，如果密封胶模量高、内聚强度大，在接缝变形时，密封胶就很容易在混凝土界面出现黏结破坏。低模量密封胶胶体较为柔软，内聚力强度小于界面黏结强度，再被拉伸的情况下可以更好地适应变形而不易出现破坏，所以装配式建筑接缝用密封胶应尽量选用低模量。

2.2 剪切黏结强度

最常见的是建筑物接缝因各种原因产生的位移对密封胶产生纵向的拉伸应力，通常称之为剪切应力。即在平行于胶层的荷载作用下，密封胶破坏时，单位黏结面所承受的剪切力。这是密封胶主要的黏结强度指标，许多国家都有标准试验方法。欧洲技术规范 ETAG 002 《结构密封胶装配体系欧洲技术认证指南》明确要求，在 23 ℃、低温及高温条件下均需进行结构胶的剪切试验。这一试验方法更真实、贴切地还原了不同区域、不同工程中密封胶的使用情况。

2.3 撕裂强度

密封胶在承受外界很大张力的同时可能受外界尖锐物体的刮擦。这类损伤的破口处在有很大的张力存在时会形成应力集中，有可能会沿密封胶的破口突破，造成撕裂，并发生大范围的开裂甚至黏结破坏。抗撕裂强度涉及工程甚至人身安全，因此有必要设立抗撕裂性能的检测项目。

2.4 耐候性

我国规范要求建筑物正常使用寿命为 50 a，而预制外墙板是建筑外围护结构，外墙板缝用密封胶也完全暴露在室外，风吹雨淋、紫外线照射等原因会使密封胶逐渐老化，因此密封胶具有一定的耐久性和耐候性，以保证长期有效的防水密封效果。密封胶的耐久性、耐候性越好，建筑的维护、更换成本越低。

（1）盐雾处理。盐雾腐蚀就是一种常见和最有破坏性的大气腐蚀，它是考核产品的抗盐雾腐蚀能力的重要手段。

（2）酸雾处理。密封胶受到酸雨的腐蚀，就会出现粉化、起泡、开裂等现象，从而导致强度降低甚至强度失效的严重质量问题，因此对密封胶进行耐酸性气体腐蚀试验，显得相当实际且必要。

（3）水-紫外光照后拉伸黏结性。紫外线辐射会加速密封胶的降解和老化变质。在大部分户外环境中，密封胶经受曝晒、接触潮湿的时间每天可以超过 10 h，因此很多密封胶都出现了强度降低、开裂、失效剥落、粉化等老化现象。为保障使用在装配系统上的建筑结构密封胶的使用质量，有必要进行人工环境模拟水-紫外光照射试验。

2.5 污染性

由于混凝土是多孔材料，极易受污染，因此混凝土板缝的周边会出现黑色带状的污染，并且污染物颜色会随着年限的增加更加明显，另外密封胶中增塑剂迁移渗透到材料孔隙中，会造成永久性渗透污染，降低其涂料附着能力，导致涂料剥落。由于密封胶的污染性将严重影响到后期建筑外表面的美观，所以用于装配式工业化住宅外墙板缝密封胶必须具有低污染性。

2.6 黏结性

胶体与基材具有良好的黏结性是保证密封胶防水密封性能的必要条件。由于装配式建筑用混凝土墙板是一种多孔性材料，混凝土本身呈碱性，并受到表面附着脱模剂等因素的影响，不同类型密封胶与基材的黏结效果参差不齐，需要经过相关处理才能满足使用要求。

2.7 相容性

相容性实验是针对装配式建筑上使用的背衬材料。背衬材料是为控制密封材料的嵌填深度，防止密封材料和接缝底部黏结而设置可变形的材料。验证密封胶与背衬材料是否相容，不相容的背衬材料会使硅酮胶发生变色或者黏结失效，进而影响整个装配系统。

2.8 弹性恢复率

当建筑接缝因地震或材料干燥收缩出现永久变形时，会对密封胶产生持续性的应力。改性硅酮密封胶既具有优异的弹性，又具有应力缓和能力，在发生永久变形时，可最大限度地释放预应力，保证密封胶不被破坏。

2.9 涂饰性

装配式建筑外墙板大多数需要进一步涂装，原因如下：①为了加强外墙整体的防水性能；②可以提高建筑美观效果；③可以保护密封胶，延长密封胶使用寿命。因此，装配式建筑用密封胶表面需要有一定的可涂刷性，否则会导致外墙涂料脱落，降低建筑的防水性能和美观效果。

2.10 有害增塑剂

当建筑接缝的位移出现变化时，密封胶的高弹性可以使其承受由于接缝尺寸的变化而带来的应力变化；同时还能够保持连接缝良好的气密性和水密性。密封胶在生产过程中是采用二甲基硅油作为增塑剂的，它起的主要作用是削弱聚二甲基硅氧烷分子之间的作用力，增加聚合物分子链的移动性，使其具有良好的弹性。二甲基硅油不会随着时间的推移而挥发或者渗出，从而可以一直保持密封胶的高弹性。但是，二甲基硅油的价格比较高。一些厂家为了降低成本，采用廉价增塑剂（俗称“白油”）代替二甲基硅油作为密封胶的增塑剂。掺加廉价增塑剂后，短期内密封胶就会出现变硬、收缩、脱胶和开裂的现象，因此装配式建筑必须杜绝“白油”的出现。

2.11 防霉性

霉菌对于有机类材料侵蚀更为严重，受霉菌腐蚀以后的密封胶会发生表面变化，继而密封胶发生分解，其内聚性能降低、变脆，严重时会出现空洞和黏结失效。因此，在很多南方地区和潮湿区域，建筑物的防霉非常重要。

2.12 疲劳循环

疲劳破坏是指由于反复施加在密封胶上的应力引起材料产生延时断裂，其断裂应力水平往往低于材料的抗拉强度，甚至低于其屈服强度。装配式建筑密封胶所受的循环不只是单一的低周疲劳，还包括复杂的高周疲劳，因此设置一套系统全面的耐机械疲劳循环破坏的测试项目非常必要。

2.13 蠕变性能

蠕变是密封胶在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。由于蠕变的累积，导致密封胶发生过量的塑性变形而不能使用，或者密封胶的蠕变进入加速发展阶段，进而发生蠕变破裂，就会使黏结系统发生失效损坏。所以，对于长期工作于装配系统的密封胶，必须进行严格的蠕变检测。

2.14 防火性

对于装配式建筑来说，合格有效的防火封堵系统是非常重要的。一旦发生火灾，防火封堵系统就可以发挥作用，有效降低着火率和烟气浓度，使人员有充分的时间逃离和对火灾进行扑救。接缝密封胶的防火性对整个防火封堵系统是极其关键的，不仅应具有离火自熄的阻燃能力，而且能在高温即火灾情况下不灰化，不粉化。继续保持密封胶封堵作用，有效保持建筑构件完整性。

2.15 环保性

作为装配式建筑的重要材料，装配式建筑密封胶必须符合绿色、环保的要求，保障健康的人居环境。按照现行相关的国家和行业标准，密封胶的环保性能测试要求包括 VOC、游离甲醛、苯、甲苯、二甲苯等检测指标。

3 与装配式建筑密封胶相关的标准规范

鉴于工程上对装配式建筑接缝密封胶要求较高，如何选用合适的密封胶是行业内关注的问题。目前，各厂家生产工艺不同，导致产品质量良莠不齐，故亟需制定完整、统一的行业标准，在规范市场的同时引领产品发展和推动行业技术进步。

3.1 相关的装配式建筑规范和规程

随着国家对装配式建筑领域的重视和大力发展，国家和各省市陆续发布了许多设计和施工的规范和规程，国家住房和城乡建设部发布了 JCJ 1—2014《装配式混凝土结构技术规程》、GB/T 51129—2015《工业化建筑评价标准》、GJBT-1322—2015《预制混凝土剪力墙外墙板》，上海市发布了 DG/J 08—2017《装配整体式混凝土结构施工及质量验收规范》、DG/TJ 08—2017 《装配整体式混凝土居住建筑设计规程》等。这些规范是对预制装配式建筑的通用结构体系和通用构件的规定，其中也有部分条款指出了装配式建筑密封胶的防水、耐候、耐老化等性能是重要关注点，但这些内容都是原则性、大纲性要求，还缺少针对装配式建筑密封胶的细化指标和规范[4]。

3.2 相关的装配式建筑密封胶标准和规范

国内目前没有装配式密封胶国标或行标，经查询目前国外与装配式建筑密封胶相关的文献报道非常少。与建筑密封胶相关的标准和规范，国内 GB/T 14682《建筑密封材料术语》、GB/T 14683《硅酮建筑密封胶》、GB/T 22083《建筑密封胶分级和要求》、GB/T 23261《石材用建筑密封胶》、GB/T 24267《建筑用阻燃密封胶》、GB 30982《建筑胶粘剂有害物质限量》、JC/T 482《聚氨酯建筑密封胶》、JC/T 483《聚硫建筑密封胶》、JC/T 484《丙烯酸酯建筑密封胶》、JC/T 485《建筑窗用密封胶》、JC/T 881《混凝土建筑接缝用密封胶》、JC/T 882《玻璃幕墙接缝用密封胶》、JC/T 884《金属板用建筑密封胶》和 JC/T 885《建筑用防霉密封胶》等，国外有ASTM C 920《弹性密封胶》、EN 15434：2006《建筑用玻璃结构密封胶和或耐紫外密封胶产品标准（用于结构密封胶装配和或外露的中空玻璃密封部分）》、EN 15651《非结构用密封胶》、ETAG 002《欧洲技术认证指南—结构密封胶装配系统第1 部分：支承及非支承系统》和 JIS A 5758《建筑物中密封和门窗玻璃用密封剂》等。由于这些标准和规范都不是直接针对装配式建筑密封胶的，因此给目前装配式建筑密封胶的应用带来一定的困惑，容易引发使用者的选用不当。

4 装配式建筑密封胶选用要点

4.1 应用要求

由于各类装配式建筑密封胶的基础聚合物不同，其力学性能、耐候性能、耐老化性能、特殊性能等各种性能都存在差异，因此应依据密封胶分子的结构固有特性，根据实际使用环境，合理选择符合各类装配式建筑应用需求的密封胶。

4.2 施工性能

装配式建筑是在施工现场对预制件进行拼装和部分浇筑，这种施工方式会有很多拼缝部位，需要施注专用的密封胶起到防水作用。因此，装配式建筑接缝施工对于装配式建筑外墙的防水有非常重要的作用。密封胶施工应注意以下几点。

（1）混凝土基面未干燥不宜施工。

（2）底涂涂刷好后，须涂层干燥后（15～30 min）方可进行密封胶施工，且应在底涂涂刷后 8 h 内完成，如果有污垢或灰尘被黏附时，需要将异物除去后再次进行涂刷。如遇到密封胶施工顺延到第2 天，需要再次进行涂刷底涂的操作。

（3）浅色或特殊颜色密封胶应避免与酸性或碱性物质接触（如外墙清洗液等），否则可能导致密封胶表面发生变色。

（4）施胶后 48 h 内密封胶未完全固化，密封接缝不允许有大的位移，否则会影响密封效果。

4.3 使用寿命

目前市面上的建筑密封胶多以国标为执行标准，但国标对密封胶实际使用中的环境影响因素考量的不够全面，欧标相对国标对结构装配用建筑密封胶的项目参数设置更为系统全面，充分考虑了结构胶的受力情况和使用环境，为结构装配用建筑密封胶 25 a 的使用寿命提供了有力保障。已报批的国家标准《结构装配用建筑密封胶试验方法》（计划编号20153630-T-609），采用严苛的 1 008 h 水-紫外老化试验模拟实际使用环境，因此具有相当的参考价值，能合理地验证装配式建筑密封胶的长期耐久性。

5 结 语

根据上述研究提出如下建议，给装配式建筑接缝密封材料的应用和研究提供参考。

（1）目前国家和行业内与装配式建筑相关的密封胶标准和规范几乎是空白。虽然已出台许多与装配式建筑相关的设计和验收规范，但这些规范是对装配式建筑的通用要求和规定，其中虽然有部分条款涉及密封胶的性能要求，但只是比较表观的通用要求，缺乏针对性的细化指标和方法。从装配式建筑行业层面，应及时推出装配式密封胶有关的技术规范，规范各类装配式密封胶的设计、检测、施工、应用和验收。

（2）企业应结合自身产品的特性，制定出适合产品的施胶规范，必要时应加强技术研究，做好施工配套，便于实际应用。

（3）建筑密封胶是装配式建筑中极其重要的一环。目前市场上形形色色的各类装配式建筑密封胶产品，质量参差不齐，必须谨慎选用。只有根据性能要求和实际使用需求，结合标准规范，才能选用出性能佳、适用性强的装配式建筑密封胶。