潮湿环境下建筑密封胶长周期粘接性能测试研究

王秀峰

(莱阳市城市建设投资集团有限公司，山东 烟台 264000)

为满足生产、生活需要，各类建筑建造必不可少。建筑建造是指按照设计要求将各种建筑材料组合在一起，形成具有保温保暖的空间。建筑建造中，水泥、混凝土是主要的基础材料，其余还有木材、玻璃、塑料、钢铁以及其他材料[1-2]。其中，密封胶是建筑施工中必要但使用频率并不高的一种材料。近年来，随着装配式建筑的兴起，密封胶的应用频率越来越高。密封胶，指具有粘接性和封闭性的多功能的建筑材料，应用在建筑当中，一方面可以防止室内空间气体或液体向外泄漏；另一方面可以防止室外冷暖空气、灰尘以及水分向室内的进入[3]。密封胶在建筑施工中发挥了重要作用，但该种材料在使用时很容易受到外在环境的影响，尤其是长期处在潮湿环境下，很容易发生老化，使得密封胶长周期粘接性逐渐降低，无法实现密封[4-5]。

基于上述背景，对建筑施工密封胶长周期粘接性能要求越来越高。目前，关于密封胶粘接性能的测试研究有很多，例如有研究制作出了改性聚硫密封胶，并对其粘接性能进行了测试，得出5种粘接指标，并与改进前的聚硫密封胶封胶性能进行对比试验[6]；有以2种聚硫密封胶为对象，并通过冻融循环试验分析了低温潮湿环境下其粘接性的变化规律，得出在低温、低湿与高温、高湿的情况下都会造成聚硫密封胶的粘接强度降低较低[7]；还有以主要用于装配式建筑外墙密封的3种密封胶为例，针对这3种密封胶分别实施了4种老化试验，分析了不同老化条件下密封胶物理性能的变化情况[8]。

结合以上学者的研究，现以潮湿环境作为测试环境，分析该环境下建筑施工密封胶长周期粘接性能，通过本研究以期为密封胶的具体应用施工以及密封胶种类的选择提供参考和建议。

1 试验部分

1.1 试验材料

密封胶长周期粘接性能测试所需要的试验材料选择建筑施工中常见的3种，即聚硫密封胶、硅酮密封胶和聚氨酯密封胶[9-10]。该3种试验材料配方如表1所示。

表1 3种密封胶配方表Tab.1 Formula of three kinds of sealant

1.2 试验设备

密封胶长周期粘接性能测试所需要的试验设备如表2所示。

表2 试验设备表Tab.2 Test equipment

1.3 基体制作

基体，即需要密封胶粘接的基础结构体。在建筑施工过程中，密封胶粘接的材料主要有2种，一种是用于室内较为光滑的玻璃、金属、瓷砖等施工材料的粘接；另一种用于室外较为粗糙的水泥、混凝土等施工材料的粘接[11-12]。为全面分析不同基体下3种密封胶的粘接性能，制作2种基体，一是以金属片为代表的光滑基体；二是混凝土为代表的粗糙基体[13]。

1.3.1光滑基体

光滑基体的制作材料为3002铝合金板，该板尺寸为500 cm×500 cm×0.5 cm。利用激光切割机将其切割成20 cm×10 cm×0.5 cm的若干金属片，具体如图1所示[14]。

图1 光滑基体示意图Fig.1 Schematic diagram of smooth substrate

1.3.2粗糙基体

粗糙基体的制作材料为C100混凝土，由P·O52.5硅酸盐水泥、920U微硅粉、Ⅰ级粉煤灰、聚羧酸系高效减水剂、水磨石英砂和水等组成[15-16]。制作过程：首先通过恒温磁力搅拌器，将各种组成材料搅拌在一起，之后将浆料倒入到模具当中；然后利用振捣机进行振捣，以防止制作的基体当中存在气泡、空洞问题。基体制作示意图如图2所示[17]。

图2 基体制作示意图Fig.2 Schematic diagram of substrate fabrication

将图2基体放入到电热恒温鼓风干燥箱当中，干燥处理1 d，然后进行脱模，得到粗糙基体。基体尺寸为20 cm×10 cm×5 cm[18-19]。

1.4 试件制备

根据制作的基体，利用建筑中最常用的3种密封胶将基体粘接在一起，制成试件。2种基体的粘接方式不同，光滑基体采用错位粘接；粗糙基体采用交叉粘接，具体粘接方式分别如图3和图4所示[20]。

图3 光滑基体错位粘接方式Fig.3 Dislocation bonding method of smooth substrate

图4 粗糙基体交叉错位粘接方式Fig.4 Cross bonding method of rough substrate

具体粘接过程：

步骤1：对基体待粘接面进行打磨，然后扫除表面的灰尘颗粒污染；

步骤2：利用流变仪对选取的3种密封胶进行流变检验，保证密封胶质量合格；

步骤3：将密封胶均匀涂抹到一面基体上；

步骤4：按照图3和图4，将另一面基体粘接到涂抹了密封胶的基体上，然后通过利用皮筋进行固定；

步骤5：将制作的试件整体放入到真空干燥箱中1 bh；

步骤6：取出试件，在标准养护室内固化10 d[21]。

1.5 潮湿测试环境搭建

本研究主题是潮湿环境下建筑施工密封胶长周期粘接性能变化特点，因此潮湿环境的搭建是必不可少的。在这里为方便调节试件所处环境的湿度，利用WHTH-225型高低温湿热试验箱模拟建筑施工中常见的潮湿环境，具体如图5所示[22]。

图5 高低温湿热试验箱Fig.5 High and low temperature damp heat test chamber

高低温湿热试验箱在加速条件下可测试温度和湿度对试件特性、功能和使用寿命的影响。该试验箱工作环境：温度-70～+180 ℃、相对湿度20%～98%；温度波动度为±0.5 ℃，温度均匀度为±2 ℃，升温速率大于3 ℃/min，降温速率大于1 ℃/min，最快可达5 ℃/min；相对湿度波动度： ±3%，相对湿度均匀度为±2.5%。

设置的潮湿测试环境参数：温度均以室温为标准；湿度则分为2种工况，即低湿和高湿。其中，低湿为20%～50%；高湿为50%～98%。基于上述这2种工况，进行后续的潮湿环境下建筑施工密封胶长周期粘接性能测试。

1.6 粘接性能测试

将制作好的试件放入到高低温湿热试验箱中，时间总长为1年，每隔2 d取出试件，利用微控电子拉力机进行拉伸测试。测试环境如图6所示。

图6 粘接性能测试环境Fig.6 Test environment for adhesive performance

该微控电子拉力工作参数如表3所示。

表3 微控电子拉力工作参数表Tab.3 Working parameters of micro-control electronic tension

微控电子拉力机施加的荷载方案：初始加载100 kg荷载，然后按照每次5 kg的方案递进，直至2个基体粘接面破坏。

1.7 性能测试指标

密封胶粘接性能测试指标有2个：一是粘接强度；二是粘接破坏面积比。

(1)粘接强度，其计算公式：

(1)

式中:Y为粘接强度；G为最大破坏荷载；a、b分别为粘接面的长度和宽度值。

(2)粘接破坏面积借助方格图的方法直接测得;然后计算与粘接面面积的比值，得出粘接破坏面积占比。

(2)

式中：K为粘接破坏面积占比；m为粘接破坏面积；M为粘接面面积。

2 结果与分析

2.1 低湿工况下的密封胶的粘接性能

(1)低湿工况下的密封胶的粘接强度结果如图7所示。

图7 低湿工况下密封胶的粘接强度Fig.7 Adhesive strength of sealant under low humidity condition

从图7 可以看出，低湿工况下，无论是哪一种密封胶，其粘接光滑基体的粘接强度要大于粘接粗糙基体的粘接强度。

(2)低湿工况下密封胶的粘接破坏面积比结果如表4所示。

表4 低湿工况下密封胶的粘接破坏面积比Tab.4 Adhesion failure area ratio of sealant under low humidity condition

由表2可知，低湿工况下，无论是哪一种密封胶，其粘接光滑基体的破坏面积比要小于粘接粗糙基体的破坏面积比。

综上所述，当粘接粗糙基体时，密封胶粘接强度排序大小依次为：硅酮、聚硫、聚氨酯；但粘接破坏面积比排序与其相反。当粘接光滑基体时，密封胶粘接强度排序大小依次为：聚氨酯、硅酮、聚硫；但粘接破坏面积比排序与其相反。

总而言之，在低湿工况下，建筑施工时，若要粘接水泥、混凝土等表面较为粗糙的施工材料，首选为硅酮密封胶；若要粘接玻璃、金属、瓷砖等表面较为光滑的施工材料，首选为聚氨酯密封胶。

2.2 高湿工况下的密封胶的粘接性能

(1)高湿工况下的密封胶的粘接强度结果如图8所示。

图8 高湿工况下密封胶的粘接强度Fig.8 Adhesion strength of sealant under high humidity condition

从图8可以看出，在高湿工况下，无论是哪一种密封胶，其粘接粗糙基体的粘接强度要大于粘接光滑基体的粘接强度。

(2)高湿工况下密封胶的粘接破坏面积比结果如表5所示。

表5 高湿工况下密封胶的粘接破坏面积比Tab.5 Adhesion failure area ratio of sealant under high humidity condition

由表5可知，在高湿工况下，无论是哪一种密封胶，其粘接粗糙基体的破坏面积比要小于粘接光滑基体的破坏面积比。

综上所述，当粘接粗糙基体时，密封胶粘接强度排序大小依次为：聚硫、聚氨酯、硅酮；但破坏面积比排序与此相反。当粘接光滑基体时，密封胶粘接强度排序大小依次为：硅酮、聚硫、聚氨酯；但破坏面积比排序与此相反。

总而言之，在高湿工况下，建筑施工时，若要粘接水泥、混凝土等表面较为粗糙的施工材料，首选为聚硫密封胶；若要粘接玻璃、金属、瓷砖等表面较为光滑的施工材料，首选为硅酮密封胶。

3 结语

该研究通过测试不同潮湿程度下不同粘接基体不同类别密封胶的粘接性能,以期为不同施工环境下选择不同的密封胶提供参考和借鉴。然而由于受到时间和精力的限制，研究深度还有待深入。在未来研究中，将温度变化对密封胶粘接性能的影响作为主要课题，分析高温高湿、高温低湿以及低温高湿、低温低湿等4种不同工况下的性能变化特征。