预制拼装结构拼缝胶研究现状与发展趋势

宋承哲 张冠华 王佳伟 刘心亮 张潇

摘  要：本文列举了应用于建筑预制拼装结构的拼缝胶的种类，主要包括PTB、聚氨酯水性胶粘剂和硅酮胶等几类。结合已有的研究现状对各类拼缝胶的优缺点进行评价，以粘结性、抗老化性能、涂饰性以及施工便捷性等性能作为参考因素，对各胶的应用效果和价值加以综述。结合自身的特点对施工处理手段和施工工艺加以分析，并展望了未来拼缝胶的主要发展趋势。

关键词：拼缝胶  抗老化性能  涂饰性  施工工艺  综述

中图分类号：U414                              文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2021）02（b）-0059-05

Research Status and Development Trend of Seam Glue for Prefabricated Structures

SONG chengzhe  ZHANG guanhua*  WANG Jiawei  LIU xinliang  ZHANG xiao

（Liaoning Communications Planning and Design Institute Co.， Ltd.， Shenyang， Liaoning Province，110111 China）

Abstract： This paper lists the types of joint adhesives used in prefabricated building structures， mainly including PTB， polyurethane water-based adhesives and silicone adhesives. Combined with the existing research status， the advantages and disadvantages of all kinds of adhesive are evaluated， and the application effect and value of each adhesive are reviewed with reference to the properties such as adhesion， anti-aging， finishing and construction convenience. Combined with its own characteristics， the paper analyzes the construction treatment means and construction technology， and looks forward to the main development trend of the joint sealant in the future.

Key Words： Seam glue; Aging resistance; Paintability; Construction technology; Summary

目前国内外对于无法在工厂完成的大型建筑结构多采用预制拼装工艺，预制拼装结构是指将单个预制构件在施工现场拼装为建筑结构的形式，如预制混凝土结构等，多应用于大跨度的结构，相较于传统的现浇混凝土具有污染小、制作周期低和质量有保障的优势[1]。预制拼装结构在施工现场通过干链接和湿链接的工艺进行连接，也就是通过混凝土浇筑链接和高强度螺丝链接的方式，链接后在单个预制拼装结构之间会存在空隙或裂缝，需要一种能对其进行修补的特殊材料封装胶。封装胶可以对结构的裂缝进行填补，从而保证结构的整体性和美观性，防止异物对结构造成堵塞等损失，封装胶凝固后具有一定的强度，具有抗开裂和防渗透的效果。拼缝胶种类繁多，性能各异，性能也存在较大的差异，因此，需要根据功能采用合适的类型。

1  常见密封胶种类

PTB 由乙烯、氯乙烯和乙烯酯组成的三元共聚物，是一种特殊的塑性分散剂，固体含量高，质地稳定，富有弹性，常用作有机粘结剂，PTB在建筑领域应用广泛，主要用作防水材料和拼縫胶，适用于水泥、混凝土等水硬性材料[2]。PTB应用时需要与PTB填缝粉剂混合后加水搅拌形成PTB胶浆后方可使用，PTB胶浆具有极强的粘结性，拼缝胶可形成结构修复层和表面保护层，将具有极高的邵氏强度和断裂延伸率，效果十分显著。PTB胶浆在填缝时需要扁平口的特制胶嘴，然后与普通胶嘴相连接，按一定配比进行配制，后用胶枪带缝隙中，初始需要打入2/3，进行压实，随后再打入直到与结构表面平整。

根据林章凯的研究结论，PTB胶浆作为混凝土房屋内部拼缝胶时可有效填补缝隙，对其加载后依然产生的挠度符合规范要求，加载卸载过程中也未再出现裂缝、形变和损坏的现象，是较为理想的拼缝胶材料，如图1。

聚氨酯水性胶粘剂相较于传统的酯溶性聚氨酯胶体[3]，其特点在于适用的溶剂不再是有机溶剂，而是用水来代替有机溶剂，将聚氨酯树脂分散到水中来制备胶体，取代了DMF等有毒有害的物质，粘结性也有所减弱，因此聚氨酯水性胶具有无污染、无毒无害，容易打胶、适用性广等特点，但也同时具有粘结性略低、固化时间较长等缺点，聚氨酯水性胶适用于金属材料、非金属材料、有机材料和无机材料，使用范围极广，都具有较好的粘结效果，此外，聚氨酯水性胶的制备工艺也较为复杂，为促进聚氨酯水性胶在水中的溶解，耗能高，制备成本也相对较高，自身稳定性也稍有不足，蒸发问题不容易解决。因为粘结性相对较低并具有无毒无害的特性，属于新一代环保采用，聚氨酯水性胶具有优良的粘结稳定性，在高温和极寒条件下，它的粘结强度变化不大，具有良好的耐热和抗脆断性能，在极端条件下表现优良，十分稳定，这使其在室外建筑领域具有良好的应用潜质，聚氨酯水性胶更多应用在食品安全领域，而非建筑领域，主要原因是成本和制备工艺的阻隔，随着水性胶这一领域的高速发展，聚氨酯水性胶在建筑方面的广泛应用指日可待，十分具有发展前景。聚氨酯水性胶还具有改性的潜质，目前国内外研究者采用纳米材料、环氧树脂、复合改性等手段将聚氨酯水性胶的性能进一步提升，改性后效果优良，解决了美观性差、硬度低、表面不均匀等缺点，可以达到改性目的，达到理想的效果，只是成品会进一步提高。

硅酮胶作为拼缝胶主要应用于建筑材料和玻璃幕墙等领域，具有极强的粘结性和抗老化性能，包括紫外老化和热氧老化。硅酮胶是以硅氧键为主链的弹性体，结构内部为网状交联结构，因此具有良好的稳定性和弹性。但如所有交联结构一般，硅酮胶在长时间使用出现老化时会严重影响其抗老化性能和丧失材料的物理特性，弹性逐渐丧失并变得越来越硬，粘结性能大幅度减弱，十分容易脱落，从而将预装结构的缝隙暴露，此外还难以清理，难以重新向结构内部缝隙中注胶。这一情况的主要影响因素是材料内制备过程中所采用的增塑剂，含量约达，材料表现得越软并更加容易老化，常见的四种增塑剂分别为乙烯基硅油、含氢硅油、甲基硅油和白油四大类。

研究者发现添加足量的增塑剂会使硅酮胶的固化时间大幅度延长[4]，加入100份时的时间比零添加整整延长三倍，考虑到粘结性和施工的便利性，25份的掺量最佳，同比例下四种不同的增塑剂对材料的各项性能也产生了显著的影响，同取25份的情况下，含氢硅油的固化时间最长，而对应的硬度也最低，说明含氢硅油作为增塑剂会使硅酮胶变硬，弹性也会相对较弱，粘结性等也会相对较差，而甲基硅油作为增塑剂具有较短的固化时间和较低的硬度，弹性和粘结性也相对较高，说明其作为增塑剂可以显著提高材料作为拼缝胶的性能，是十分理想的增塑剂，力学性能方面，甲基硅油的拉伸应力应变显著高于含氢硅油对应的硅酮胶，由此可见，甲基硅油作为硅酮胶的增塑剂是最理想的。研究者在后续的研究中引入了符合增塑剂的概念，将甲基硅油与含氢硅油复配进行改性，通过调整配合比制备相应的增塑剂，并对性能进行全面的评测，研究发现，随着甲基甘油配比的提高，密封胶的拉伸强度显著提高，而加入含氢甘油后，密封胶也具有更高的弹性和适合的固化时间，可见，复配的增塑剂更适合硅酮胶[5]。

相较于聚氨酯拼缝胶的毒性和硅酮胶较差的美观性，硅烷改性聚醚密封胶有俩者均不具备的性能，无毒无害并具有较好的耐污染性能和美观性，研究者们通过添加特殊材料进行改性后的硅烷改性聚醚具有良好的力学特性和适宜的固化时间，此外的粘结性和储存稳定性也十分优良[6]。黄活阳等研究者通过添加聚氧化丙烯二醇使硅烷改性聚醚密封胶在保证优良综合性能的同時具有环保型，是一种环保型的理想拼缝材料，这使其在室内建筑领域具有很好的应用前景[7]。使用该型的材料是MS树脂和纳米钛酸钙等改性材料，两者改性后的拼缝胶性能据十分优良。

此外还有其他性能迥异的其他拼缝胶，如聚硫类，因为其具有较大的污染性，对身体有一定的损害，这里就不再赘述了，采用环保型的拼缝胶也是未来发展的主要方向。

2  密封胶的性能

拼缝胶的性能评价主要包括粘结性、耐老化、环保和施工便捷性等方面，其中粘结性和耐老化性能直接与预制结构的寿命息息相关，是最主要的性能，因而具有最严格的评价标准。

混凝土预制结构属于多孔基材料，在进行运送到施工现场时，表面也会附着大量的脱模剂，十分光滑，不易粘结。因此测试拼缝胶的粘结性直接影响到预制结构的使用性能和寿命，十分重要。测试时将拼接的结构用拼缝胶进行粘结，随后浸水，进行冷拉和热压的测试，通过拉伸强度、断裂伸长率、粘结破坏面积和拉伸粘结性四个方面进行评价[8];拼缝胶在桥梁和道路等室外工作环境中面临着淋雨和潮湿等自然天气，会拼缝胶的粘结性产生不利影响，因此需要设计试验进行测试，将样品浸水分别为4d、7d、30d、60d，然后进行上述几个方面性能的检测，看是否还能具有良好的粘结性能。

耐老化性能是评价拼缝胶性能的重要指标，如桥梁等室外预制拼装结构因受到太阳照射从而产生紫外老化和热氧老化，拼缝胶老化后丧失弹性和粘结性，甚至会粉尘化，使预制结构的缝隙暴漏在环境中，尘埃和碎石颗粒等污染会进入缝隙，对结构产生破坏并严重影响防水性能，产生腐蚀等现象，结构的力学性能也会受到不利影响[9]。针对这一情况，采用热氧老化和紫外老化的试验对拼缝胶的耐老化性能测试是合理的。试验可在热氧老化箱中和自然环境中同时进行，热氧老化箱采用疝气灯照射，试验周期较短，而自然环境中的试样需要500～1000h的时间，从而更加准确的评价拼缝胶的耐老化性能，并对其未来工作的能力进行准确的推测[10]。对实验完成的拼缝胶进行测试，依然通过拉伸强度、断裂伸长率、粘结破坏面积和拉伸粘结性四个方面进行测试，与老化前的实验结果作对比，加以分析，试验结果以性能变化较小的为最佳结果。

施工性能指拼缝胶施工的便捷性和可操作性，可通过胶体的使用方法和胶枪打胶的难易程度进行评价，根据研究者测试，PU拼缝胶在胶枪中较难挤出，使用十分费力，这对该材料的使用是个难题，可以考虑采用不同的打胶工艺进行改良。具体的评价指标为挤出性，该性能的测试没有准确的依据，可根本使用者自身的感受进行评价。

拼缝胶中含有大量的异氰酸酯，该材料具有很大的危害性，需要对拼缝胶的环保性能进行评价。评价的标准是TVOC，单位是mg/L，该指标评价拼缝胶环保性能较为合适，根据研究者的统计数据，聚氨酯类拼缝胶的指标为80mg/L左右，对人体有较大的损害，因此使用时候应主要通风和防护[11]，这也说明该种拼缝胶更加适合室外的使用，而不是室内，对于桥梁等大型的拼装结构而言是理想的，但也应注意在施工时防护，并对污染程度进行及时的检测。环保性能的研究十分重要，例如道路融雪采用的融雪盐，这一措施可快速实现融雪破冰，但会对周边土壤产生巨大的损害，周边植物难以生长，并有成为盐碱地的可能性，因此现在国内外研究者在不断探索其他的融雪工艺，如电热路面和微波加热等技术，代替融雪盐的使用，融雪盐还会给路面带来盐冻破坏等其他路面病害[12]。因此对拼缝胶环保性能的评价具有很好的前瞻性，防止对环境产生不必要的破坏。

固化速率指拼缝胶固化所需要的时间，决定了拼缝胶起到粘结性发挥作用所使用的时间，固化速率越快，越容易在施工现场避免意外出现的情况，更加具有实用效果，更容易发挥固化作用，从而对预制结构进行闭合和保护[13]。该指标通过24h和15d的固化厚度确定，相同的时间内固化厚度越大，说明固化速率越高，越容易在施工时保持预制结构的稳定和起到保护作用。SMP652是固化速率的拼缝胶，24h即可完全固化，而其他拼缝胶固化周期通常为24d，15d的固化时间不能完全实现固化，未固化的拼缝胶具有很强的粘结性，更加容易沾染沙尘和碎石颗粒，完全固化后粘结效果会受到较大的影响，因此对于这类固化速率较低的拼缝胶应采取保护措施，例如在前期施工阶段进行蒙膜等处理工艺，避免粘连杂质，但也会进一步减缓固化速率，延迟固化时间。总之，在充分考虑拼装胶的粘结性和耐老化性能的同时也应充分考虑固化时间引起的不利影响，从而更好的评价拼缝胶的综合性能。

美观性也是拼缝胶的一个重要的评价指标，以均一性和光滑性加以评价。不同的拼缝胶在这里表现出各异的状态，有的在挤压和固化时均能表现出较好的光滑性和均一性，而另一些由于张力的不足会出现收缩等情况，表现为大量的褶皱和粗糙的外表，这会在固化过程中积累大量的污染物，难以清理，再加上拼缝胶自身具有较强的粘结性，更加难上加难，因此固化过程中需要保持光滑和均匀[14]。此外，大多数拼缝胶都是要外露的，缺乏美观性是会破坏预制结构的美观性，对人产生不好的心理影响，保持结构外在的美观性是工程施工不可忽视的性能，不能因为拼缝使其丧失美感，由此美观性对预制结构的影响不言而喻。

3  拼缝处理及拼缝胶施工工艺

缝胶拼接预制结构之间的缝隙时，需要先考量预制结构的安装情况，如拼装后的缝隙间距和注浆液的情况，以防止对防水等性能产生不利影响。拼装处理需要更具不同的预制结构采用不同的方案，常见的预制拼装处理分为三明治外墙板拼装、PCF板拼装处理、叠合板拼装处理、预制楼梯拼装处理和悬挑板拼缝处理五大类[15-16]，处理的工艺差异很大，下面分开来说明。三明治外墙板拼装的连接设计采用企口形式，向其中注入砂浆进行填充，在墙体的外侧防止硬橡胶条，墙体在重力作用下会产生相互之间的作用力，从而起到防水的效果，在板子之间需要留有一定的空腔，加上长橡胶条，起到防水的效果，针对这一形式，应留2cm的注浆空间，三者的共同作用，使之成为比较理想的防水系统，具有良好的防水效果[17]。这一连接形式限制里采用的拼缝胶种类，多采用硅酮密封胶，聚乙烯条作为墙体拼缝的辅助材料，以便于控制打胶剂量和美观程度，墙体内部使用挤塑板条进行填补，待填充深度合适，采用拼缝胶进行打胶，先打入规定深度的2/3，而后带固化一定程度后打入剩余的胶体，使之与墙面齐平，完成打胶，打交前应注意墙体的清理工作，以防止影响拼缝胶的粘结效果。

PCF板拼装结构是具有剪力墙体系的自带保温效果的结构，在结构中存在大量的横向和竖向的缝隙结构，打胶时采用的外部辅助材料为硬质橡胶、聚乙烯闭孔泡沫板或止水胶条等。该结构相较于三明治外墙板拼装而言施工便捷，具有良好的结构稳定性，并具有很好的保温效果，但不适合承载过大的荷载，也更注重美观性，因此对拼缝胶的美观性要求更高，需要在打胶后具有均一和光滑的表面，多使适用于室内的结构，因此也应具有良好的环保性能，不能采用具有强烈刺激性气味的拼缝胶，例如聚氨酯类的拼缝胶，基于此对耐久性和抗老化性能的要求也相对较低[18]。折叠版拼装结构的拼接缝呈现外八字的形式，采用海绵条填补缝隙内部空间，然后用拼缝胶打入進行拼缝，并要求高于板子的外表面，从而保证更好的防水性能和粘结效果，折叠版拼装结构采用的拼缝胶应具有良好的防水性能和粘结效果，并具有良好的抗老化性能，以防止拼缝胶老化后粘结性能的缺失和水的渗入，从而引起结构的腐蚀，折叠版拼装结构在八字脚处容易积累水，需要重点考虑防水性能，具有良好防渗和粘结性能的胶泥类的拼缝胶十分适用。悬挑板拼缝结构十分简单，只有约2cm的横向缝，采用应橡胶条对内部填充，在辅助材料的帮助下打胶，完成拼缝即可[19]。建筑中的楼梯拼缝与其他拼缝处理具有较大的差异，在拼缝前需要用水泥混凝土对缝隙先进行找平，所有用塞聚苯条对缝隙底部进行填充，防止注浆材料的泄露，随后注浆体于焊接处，带硬化后采用拼缝胶封装，因此应具有极强的凝结性，防护拼缝胶的脱落，拼缝完应注意表面的平整度。

拼胶前应对接缝进行清理，不能使预制结构有浮土和水泥砂浆等异物，该物质会显著降低拼缝胶的粘结效果，由此需要在打胶前通过轮砂机等手段进行打磨，在用毛刷清洁干净后方。接缝处采用止水胶条、聚乙烯闭孔泡沫板或硬质橡胶条，宽度应大于接缝宽度的25%，密封胶宽度与厚度比宜在1～2之间，且厚度不宜小于10mm，当接缝宽度小于10mm时，将缝隙切割至10mm以上;当宽度超过30mm时，密封胶施胶厚度为15mm[20]。

打胶应采用两步法，先向拼装缝隙中注胶，然后压实，待稳定后再打下一层胶体，使其完美填补缝隙。然后采用抹刀对拼缝胶的外表面进行处理，施工温度较高时将外表面刮平，于预制结构的表面持平，气温较低的环境需要在外表面留下凹形槽，以防止热胀冷缩带来的不利影响。

4  拼缝胶的发展趋势

根据研究现状，评价拼缝胶的性能需要综合考虑粘结性、耐老化、环保和施工便捷性等诸多方面，而目前通过研究者的努力，基本可以保证在具有良好的外观和实用型的前提下密封胶也能具有良好的粘结性和抗老化性能，基本分为聚氨酯拼缝胶、硅酮胶、硅烷改性聚醚密封胶和硫化胶以及其改良型四大类，基本实现了综合性能的全面提升，其中硫化胶由于硫的存在，具有一定的污染性。在综合性能得以全面提升的前提下，环保性能的重要性逐渐彰显，环保型的拼缝胶具有更广阔的适配空间和应用前景，满足我国的可持续发展战略以及绿色生态的战略方针，因而拼缝胶的环保性能是符合未来发展趋势的一大方向。

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