长适用期建筑密封胶防腐性能分析

叶剑标，余晓云

(亳州职业技术学院 建筑工程系，安徽 亳州 236800)

在建筑施工中使用优质的材料，保证建筑使用寿命和质量是现代化工材料发展趋势，建筑密封胶在建筑后期装修装饰中作用也很大。在我国，建筑密封胶主要包括聚氨酯密封胶、聚硫密封胶、有机硅密封胶[1-4]。建筑密封胶绿色环保，性能优良，其防腐性能可提高建筑物的使用寿命，对此，文献[5]对聚苯胺及其复合材料的防腐性能研究现状进行了简单介绍，综述了聚苯胺复合材料制备方法，并对聚苯胺复合防腐材料发展前景进行了展望。文献[6]以马尾松为研究对象，研究不同防腐剂对木材耐腐性能的影响，应用于古建筑及传统民居木构件防护工程。文献[7]叙述了几类重要的水性防腐蚀涂料的研究进展，提出了目前水性防腐蚀涂料改性研究存在的问题，归纳了纳米粒子作为填料对水性涂料防腐蚀性能的影响，指出今后水性防腐蚀涂料的发展趋势。

本文根据以往研究经验，通过对制备好的双组份聚硫密封胶实施防腐性能试验，分析长适用期建筑密封胶的实际应用性能。

1 材料及方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验试剂

试验用主要原料包括液体聚硫橡胶、促进剂TETD、促进剂TETD、增塑剂(氯化蜡-52、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸丁苄酯)、填料(钛白粉、碳酸钙类、沉淀二氧化硅、气相二氧化硅)、偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)及其试剂生产企业、试验试剂的名称、规格，具体如表1所示。

1.1.2 试验器械

试验样品制备过程中采用的主要仪器为无锡精派机械有限公司生产的双行星搅拌釜、电子天平、上海人和科仪三辊研磨机[8]；剥离强度试验使用高温烘箱、万能电子拉力器；耐冻融循环性能试验使用恒温水池进行试验；拉伸剪切试验使用WE/20型液压式万能试验机。

表1 试验试剂明细表

1.1.3 双组份聚硫密封胶样品的制备

1) A组份的制备。

在双行星搅拌釜内，加入一定剂量的填料、液体聚硫橡胶、增塑剂抽真空[9]，对各种材料混合后搅拌5 min以上直至均匀，再加入其他助剂和偶联剂，抽真空搅拌35 min后放入塑料圆筒内实施密封待用。

2) B组份的制备。

在双行星搅拌釜内，加入配好的一定剂量填料、固化剂、促进剂、增塑剂等材料，抽真空后搅拌10 min，将混合均匀的材料利用三辊研磨机研磨[10]。随后继续在双行星搅拌釜内，抽真空搅拌35 min后放入塑料圆筒内实施密封待用。

3) 在编号为1～3的烧杯内分别加入用电子天平准确称量的密封胶，A、B组份按质量比100∶10、100∶20、100∶30，使用刮刀沿同一方向均匀搅拌，在搅拌时避免带入气泡，制备成双组份聚硫密封胶样品，型号分别为MO-1、MO-2、MO-3。

4) 耐化学侵蚀试验、耐冻融循环性能试验的样品制备。

制备样品的基材是20 mm×20 mm×40 mm的12块水泥砂浆砖块，在基材上分别涂刷MO-1、MO-2、MO-3型号双组份聚硫密封胶待固化后，在20 ℃室温条件下养护15 d，完成样品PT-1、PT-2、PT-3制备，该组作为留样样品。以相同方法制备3组样品作为试验样品。

5) 腐蚀性样品的制备。

制备样品的基材为15 mm冷轧带肋钢筋，在基材上涂刷MO-1、MO-2、MO-3型号双组份聚硫密封胶待固化后，在20 ℃室温条件下养护15 d，完成样品NT-1、NT-2、NT-3制备。

1.2 试验方法

1.2.1 耐腐蚀性试验

双组份聚硫密封胶最重要的性能就是耐腐蚀性，该性能能够直观显示密封胶的防腐性能。

腐蚀性试验方法：在温度为65 ℃试验条件下，将样品NT-1、NT-2、NT-3浸泡15%氯化钠水内20 d后，观察样品覆盖下胶层是否有裂纹、粘附力发生变化情况、有无发粘现象、钢筋表面是否发生腐蚀现象[11-12]。

1.2.2 剥落强度试验

使用万能电子拉力器进行剥落强度试验。剥落强度用破坏状态、最大剥离强度(N/mm)描述。剥落强度影响密封胶的粘结性能，而粘结性能同时影响着密封胶的防腐性能。

剥落强度试验流程：将制备好MO-1、MO-2、MO-3样品在20 ℃下实施拉伸，每4 h测1次记录下剥离强度；在温度为120 ℃的高温烘箱内，将样品静置7 d，随后取出;在标准室温下放置24 h，记录下剥离强度，测试剥离强度的依据是GB/T528-2009规定。

1.2.3 耐冻融循环性能试验

依据JG/T25—2009《建筑涂料涂层耐冻融循环性测定法》的方法实施耐冻融循环性能试验。

在25℃的恒温水池内，将养护15 d的PT-1、PT-2、PT-3样品浸泡20 h，然后取出将样品放进-19 ℃的低温箱内冷冻3 h，然后放进53 ℃的烘箱中恒温3 h。取出样品，重复操作上述流程10遍。在20 ℃室温下放置3 h，观察样品胶层是否发生起泡、开裂、无粉化、剥落等情况[13]。

1.2.4 耐化学侵蚀试验

根据国家标准GB/T16777—2009《建筑防水涂料试验方法》的方法进行耐化学侵蚀试验。将养护15 d后的PT-1、PT-2、PT-3样品，分别浸泡在各种不同的化学介质内[14]，保证样品全部浸入液体中，液面比样品高15 mm，连续浸泡170 h后取出备用；用清水冲干样品表面，在20 ℃室温下放置5 h，观察胶层是否发生膨胀或变色等情况。

1.2.5 拉伸剪切强度试验

将MO-1、MO-2、MO-3型号双组份聚硫密封胶样品在腐蚀介质中实施拉伸剪切强度试验。拉伸剪切强度试验依据GB/T528—2010标准，拉伸剪切强度>12 MPa，拉伸剪切试验使用WE/20型液压式万能试验机。将加载速率设置为15 mm/min，拉伸剪切强度计算公式为

(1)

式中：S是有效搭接面积；τ是拉伸剪切强度；P是破坏时的加载值。

测定在不同介质中浸泡72h后的MO-1、MO-2、MO-3样品拉伸剪切强度，粘结强度的保持率，具体方法如公式(2)，即

(2)

式中：φ0是耐化学试剂试验前常态下的粘结强度；K是粘结保持率；φ是耐化学试剂试验后粘结强度。

1.2.6 适用期试验

多组份聚硫密封胶按比例混合后或单组份聚硫密封胶在原包装打开后，可使用时间就是密封胶适用期，适用期就是密封胶从混合到无回弹整体过程的时间。密封胶的施工工艺性能主要受适用期影响较大，适用期过短，会导致密封胶固化，造成浪费；适用期过长，密封胶的硫化速度过慢，减慢施工速度[15]。掌握合适的适用期对密封胶的性能发挥具有非常重要的意义。

据分析可知，碳酸钙用量对双组份聚硫密封胶适用期影响较大，因此适用期试验过程是在制备好的MO-1、MO-2、MO-3样品中分别加入不同比例碳酸钙，记录表干时间。

2 试验结果与分析

2.1 耐腐蚀性试验结果与分析

NT-1、NT-2、NT-3 3种样品耐腐蚀性试验测试结果如表2所示。

表2 3种样品耐腐蚀性试验测试结果

由表2可知，在温度为65 ℃试验条件下，将样品NT-1、NT-2、NT-3浸泡15%氯化钠水内20 d后，NT-2、NT-3钢筋表面上发生腐蚀和裂纹现象、同时具有粘附力,NT-3钢筋表面上还发生发粘的现象。而MO-1双组份聚硫密封胶覆盖下NT-1样品钢筋表面上没有发生任何变化，对比结果表明MO-1双组份聚硫密封耐腐蚀性能强。

2.2 剥落强度试验结果与分析

根据GB/T528—2009规定，按照常温剥落强度大于2.5 MPa、高温下剥落强度大于5 MPa的标准对20 ℃下3种密封胶样品的剥落强度试验结果进行分析，如图1所示。

图1 20 ℃下3种密封胶样品剥落强度

由图1可知，在20 ℃下MO-1密封胶样品最大剥落强度3 MPa，符合规定剥落强度技术标准。而MO-2、MO-3密封胶样品没有达到规定剥落强度技术标准。

根据GB/T528—2009规定，按照常温剥落强度大于2.5 MPa、高温下剥落强度大于5 MPa的标准对120 ℃高温下3种密封胶样品的剥落强度试验结果进行分析，如图2所示。

图2 120 ℃高温下3种密封胶样品剥落强度

由图2可知，在120℃高温下MO-1密封胶样品最大剥落强度6 MPa，符合规定剥落强度技术标准。而MO-2、MO-3密封胶样品没有达到规定剥落强度技术标准。

综合图1、2分析结果可知：MO-1密封胶样品剥落强度最高，符合规定剥落强度技术标准。

2.3 耐冻融循环性能试验结果与分析

依据4种试验现象和判定标准对耐冻融循环性能进行评价，如表3所示。

表3 耐冻融循环性能试验评价方法

耐冻融循环性能试验采用1组密封胶样品(PT-1、PT-2、PT-3，)，将试验结果与留样样品对比。3种样品的耐冻融循环性测试结果如表4所示。

表4 3种样品的耐冻融循环性测试结果

由表4可知，对PT-1、PT-2、PT-3样品在进行10次冻融循环后，PT-2、PT-3涂层均发生剥落的情况、同时涂层上均发生不同程度开裂与粉化情况。而MO-1双组份聚硫密封胶覆盖下PT-1样品涂层上没有发生任何变化，对比结果表明MO-1双组份聚硫密封胶耐冻融循环性能强。

2.4 耐化学侵蚀试验结果与分析

PT-1、PT-2、PT-3样品的耐化学侵蚀试验结果如表5所示。

表5 3种密封胶样品的耐化学侵蚀试验结果

由表5数据可知, 在不同介质中,PT-1样品15d后涂层上无变化，PT-1样品综合性能最优;PT-2样品涂层上发生了不同程度的变化，但在15%氢氧化钠作用下PT-2样品在15 d后，涂层上无变化；PT-3样品也发生了不同程度的变化，PT-3密封胶除了在95#汽油中浸泡15 d后，涂层上无变化。MO-1双组份聚硫密封胶覆盖下PT-1样品涂层上没有发生任何变化，对比结果表明MO-1双组份聚硫密封胶耐化学侵蚀性能强。

2.5 拉伸剪切强度试验结果与分析

3种样品在不同介质中浸泡72 h后测试拉伸剪切强度,结果如表6所示。

表6 72 h后3种样品的拉伸剪切强度

由表6可知，MO-1样品在不同介质中的平均拉伸剪切强度为14.93 MPa，MO-1平均拉伸剪切强度分别比MO-2、MO-3高4.45 MPa、5.27 MPa。通过对比结果可知MO-1的拉伸剪切强度最高，符合GB/T528—2010标准。

3种样品在不同介质中的粘接强度保持率如表7所示。

表7 3种样品在不同介质中的粘接强度保持率

由表7可知,MO-1样品在不同介质中的平均粘结强度保持率为97.25%，MO-1平均粘结强度分别比MO-2、MO-3高14.5%、18.8%。通过对比结果可知MO-1的平均粘结强度保持率最高，耐腐蚀性能最佳。

2.6 适用期试验结果

在MO-1、MO-2、MO-3样品中分别加入不同比例碳酸钙，记录表干时间，试验结果如图3所示。

图3 纳米碳酸钙质量分数对密封胶适用期的影响

由图3可知，纳米碳酸钙与密封胶适用期成反比，随着纳米碳酸钙质量分数的增大，密封胶的适用期会随之缩短。当纳米碳酸钙质量分数大于7%时适用期降低的速度放缓；当纳米碳酸钙质量分数等于10%时，MO-1、MO-2、MO-3双组份聚硫密封胶的适用期分别为0.5、1.0、1.5 h，比纳米碳酸钙质量低时适用期缩短。综上可知：随着纳米碳酸钙质量分数的增大，会促进液体聚硫橡胶的固化，使整个双组份聚硫密封胶的适用期缩短。根据建筑的特殊要求，一般选择加入10%纳米碳酸钙0.5 h的MO-1双组份聚硫密封胶适用期最合适。

4 结论

1) 通过分析耐腐蚀性试验结果可知：MO-1双组份聚硫密封胶的耐腐蚀性能强。

2) 通过剥落强度试验结果可知：MO-1密封胶样品剥落强度在同类中最高，符合规定剥落强度技术标准。

3) 通过耐冻融循环性能试验结果可知：MO-1双组份聚硫密封胶覆盖下，PT-1样品涂层上没有发生任何变化，MO-1双组份聚硫密封胶冻融循环性能最佳。

4) 通过耐化学侵蚀试验结果可知：MO-1双组份聚硫密封胶覆盖下，PT-1样品涂层上没有发生任何变化，MO-1双组份聚硫密封胶耐化学侵蚀性能最高。

5) 通过拉伸剪切强度试验结果可知：MO-1的拉伸剪切强度最高，符合GB/T528—2010标准；MO-1的平均粘结强度保持率最高，其耐腐蚀性能最佳。

6) 通过分析适用期试验结果可知：加入10%纳米碳酸钙0.5h的MO-1双组份聚硫密封胶适用期最合适。

通过以上结论表明：本文制备的A、B组份质量比为100∶10长适用期双组份聚硫密封胶防腐性能优良，非常适合作为建筑物密封材料。