装配式建筑密封胶的应用研究

石正金，杨海兵，肖 珍，李义博

（广州集泰化工股份有限公司，广东 广州 510000）

近年来，随着国家相关政策的推出以及环保意识[1]的不断提高，装配式建筑得到了广泛认可并且发展极为迅速[2]。这种新型的建筑模式具有建造效率较高、能耗较低、环境污染较小以及施工简单等特点[3]，这对我国建筑行业经济效益地提高起到了非常重要的作用[4]。

建筑物的防水密封一直以来都是建筑行业里非常重要并难以解决的问题，直接决定着建筑整体的施工质量及使用寿命[3]。采用密封胶的填缝密封技术作为装配式建筑防水体系[5]中的辅助设计措施，对保障建筑防水密封以及建筑美观至关重要。目前装配式建筑用密封胶主要有硅酮类、聚氨酯类以及改性硅酮类这三大体系。3种材料的性能各有优缺点：硅酮类耐候性相对最佳，但粘接性、污染性以及涂刷性相对劣势；聚氨酯类粘接性相对最优，但耐候性、环保性以及固化性能（高温高湿下的密集空穴）相对劣势；改性硅酮类兼顾硅酮与聚氨酯类的性能，性价比较优，但单一性能对比相对较弱。这些优劣势将会造成施工方用胶选择上的困扰。本研究主要介绍了装配式建筑对密封胶材料的性能要求，旨在为客户正确选择用胶提供指导。

1 缝隙尺寸的设计要求

1.1 技术规程对缝隙设计的要求

近年来，伴随着装配式建筑工程的蓬勃发展，与装配式建筑相关的技术规范也得到了相应完善和补充，其中对缝隙尺寸的设计也提出了相应的技术规范要求，如表1所示。

表1 不同设计规范的尺寸要求Tab.1 Joint size requirements presented by different design standards

由表1可知：不同技术规程对缝隙宽度的要求基本一致，在满足基材伸缩余量的前提下，接缝宽度不应小于10 mm，当接缝宽度小于10 mm时，应使用角磨机等工具将接缝有效宽度修整为至少10 mm；与此同时，根据设计规范的要求，预制外墙接缝的防水设计应为2道防水构造，即构造防水与材料防水[6]相结合的防水体系。结构示意图如图1所示[7]。

1.2 弹性密封胶的位移能力要求

由于存在强风地震引起的层间位移、热胀冷缩引起的伸缩位移、干燥收缩引起的干缩位移和地基沉降引起的沉降位移等因素，弹性密封胶填缝材料必须具备良好的位移能力。因此在设计接缝宽度时，需要了解不同

宽度的缝隙在应力变化时的应变情况。一般而言，外墙接缝处的变形主要受预制构件热胀冷缩以及干缩湿胀时材料内应力的影响，因此可根据经验公式来理论推算弹性密封胶所需要的位移能力。

图1 预制外墙板接缝构造示意图Fig.1 Seam construction of precast outer-wall panels（1-现浇部分；2-背衬条；3-防水密封胶；4-止水条；5-排水管；6-减压空仓；7-无机保温砂浆；8-内叶板；9-外叶板；10-保温材料；11-室内标高地面）

位移能力公式[8]如式（1）所示。

式中，ε为密封胶位移量（%）；L为构件的长度（一般取3 m）；α为混凝土线胀系数[常规取（10×10-6）/℃]；△T：混凝土界面的极限温差（一般取值为80 ℃）；W为设计接缝宽度（一般设计20 mm）；x为接缝施工误差（一般取5 mm）；R为干缩系数（取2×10-4）。

由式（1）计算得知：代入各参数指标即可推算出弹性密封胶的位移量ε值≥16%，故用于装配式建筑接缝处的密封胶至少可承受±20%的形变余量[9]。与此同时，针对某些接缝设计偏差较大的案例（实际接缝宽度10～20 mm），密封胶的位移级别要求更高。此外，还需注意密封胶的次级别，分为低模量和高模量2种。由于混凝土表面较为疏松、强度较低，如果密封胶模量较高、内聚强度较大，在接缝变形时，密封胶较容易在混凝土界面出现粘接破坏。低模量密封胶具有较低的拉伸模量，更高的断裂伸长率，因此当缝隙出现变化时，密封胶可以更好地适应缝隙变化且不发生粘接破坏，故装配式建筑接缝用密封胶的位移级别应至少为20 LM。

2 基材表面处理的工艺要求

密封胶要与被粘物表面胶合的前提是2者必须达到分子水平的接触。因此，密封胶对被粘物表面具有良好润湿是形成优良胶接接头的必要条件[10]。在实际应用过程中，预制混凝土基材表面必然会存在灰尘、水泥浮浆以及脱模剂等不利因素，从而使得密封胶在混凝土表面难以有效润湿，进而影响密封胶与基材表面的粘接效果。为此，在施工过程中，施工人员必须对基材待粘区域进行适当表面处理，以改变基材的表面活性与粗糙度。

2.1 物理处理

混凝土构件预制过程中，由于存在工艺因素等原因，极易在其表面形成厚薄不均且强度较低的水泥砂浆浮浆层，这将直接影响混凝土构件与防水材料的粘接强度。在实际工程案例中[11]，已经发现多起由于表面清理不干净，从而导致粘接失效的情况。

由于粘接面的浮浆未及时有效清理，粘接界面的形成主要发生在密封胶与浮浆层，而不是具有更高抗拉强度的混凝土基材表面。在应力的作用下，胶条很容易将浮浆层拉起，导致粘接失效。因此，在进行施胶工作前，必须首先确保待粘接区域的表面清洁干净，无水泥浮浆。

一般而言，待粘接区域的物理清理主要包含2个步骤：①使用磨光机或铲刀等工具去除不利于粘接的物质；②使用吹风机或软刷等工具去除上一步工序留下来的灰尘。

由图2可知：经物理清理后，密封胶与混凝土基材具有非常良好的粘接效果，主要破坏形式为内聚破坏。说明经过打磨清灰处理后，有效促进了密封胶在基材表面的润湿效果，从而达到良好的粘接效果。因此，在实际施工过程中，必要的清理工艺能够促进密封胶与基材形成良好的粘接界面，从而保障建筑物的密封防水。

图2 粘接面的物理清理以及粘接效果Fig.2 Physical cleaning and bonding results of bonded surfaces

2.2 化学处理

底涂对促进密封胶的粘接作用也非常重要，这主要是因为预制混凝土基材的生产工艺及材料特点所决定的。混凝土构件在工厂预制时往往会在模具表面涂刷适量的脱模剂以便构件快速脱模，这就造成实际应用中的混凝土构件表面往往会残留部分脱模剂，不利于密封胶形成良好地润湿。与此同时，混凝土基材属于碱性多孔性基材，长期处在有水的环境中，对密封胶的粘接面存在一定的破坏作用。底涂不仅可以改变混凝土基材表面的表面活性，还可以作为封闭材料，防止碱性基材对密封胶的粘接作用产生不利的影响。

在涂覆底涂剂的情况下，浸水处理后密封胶与混凝土块的粘接效果明显改善，经手撕粘接性测试[12]后，胶体与基材的破坏形式主要为内聚破坏。由此表明，通过涂刷底涂剂能够有效防止浸水后粘接界面的破坏。

3 表面涂刷性

混凝土建筑的外墙防水处理对建筑设施的安全美观起着至关重要的作用，此举不仅可以延长建筑使用寿命，还可以增强视觉效果。外墙防水处理主要采取涂刷外墙防水涂料的方式，因此，对于起接缝填缝作用的弹性密封胶来说，其对防水涂料的粘接效果也有举足轻重作用。目前外墙防水涂料基本为水性化的，即以水作为溶剂。不同材料的弹性密封胶具有不同的表面极性，水性防水涂料在密封胶表面的润湿效果也存在明显差异，从而表现出不同的涂饰效果。在现场施工案例中，由于发现较多由于密封胶的错误选择，导致后期涂料层开裂、脱落等情况。

因此，在选择装配式建筑用填缝密封胶时，必须考虑外墙防水涂料对密封胶的可涂刷性能。本研究分别对改性硅酮密封胶、聚氨酯密封胶以及硅酮密封胶这3种材料的可涂刷性能做了考查，结果如图3所示。

图3 不同材料的表面涂刷性Fig.3 Brushing ability of different stuffs

由图3可知：3种密封胶材料中除了硅酮密封胶，其余2种材料的表面均表现出良好的涂刷性能。由于硅酮密封胶的表面自由能较低，水性涂料在其表面无法润湿，从而无法形成有效的附着力。为此，在装配式建筑应用中，相比硅酮密封胶，改性硅酮与聚氨酯密封胶具有更好的可涂刷性能。

4 耐候性

现阶段装配式建筑用密封胶主要以外墙填缝密封为主。为体现建筑物的设计美感，实际施工应用中部分建筑会采用明缝的设计方式，从而导致密封材料表面无法涂覆隔离涂层。因此，在此类施工案例中，必须考虑密封材料的耐候性能。大多数聚合物材料，包括密封胶和涂料，在室外使用时均会因为光老化而降低使用寿命[13]。

不同结构的聚合物光老化速度存在明显的差异，这主要与聚合物链的化学键的键能有关。在硅酮密封胶、改性硅酮密封胶以及聚氨酯密封胶配方中，主体树脂的常见化学键及键能如表2所示。

由表2可知：C-N键的键能相对最小，较容易发生光化学反应。Si-O键的键能相对最大，耐辐照稳定性较强。因此，3种密封胶的耐候性能优先顺序为：硅酮密封胶＞改性硅酮密封胶＞聚氨酯密封胶。

5 结语

装配式建筑的发展拓宽了填缝密封胶的应用领域，规范了此类产品的性能要求。为满足装配式建筑安全稳定性要求，填缝密封胶的指标性能必须满足20 LM以上，且具有优异的可涂饰性能、优异的粘接性能以及耐候性。综上可知，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。

表2 聚合物中典型化学键的键能[14]Tab.2 Bond energy of typical chemical bonds in polymers