装配式建筑密封胶的粘接可靠性检测研究

陈阳 张文军 桂波 梁志伟

摘要：装配式建筑中，防水密封质量一直都是引人关注的话题，其防水的密封质量关键在于密封胶与墙板的粘接可靠性。在装配式建筑中，密封胶尤其以改性硅胶质量最优，其不管是粘接性，还是耐候性，或者是稳定性都是优等。选择密封胶，要保证其粘接可靠性达到85%以上，否则易影响建筑的防水质量。

关键词：装配式建筑；密封胶；粘结可靠性

中图分类号：TQ436+.6             文献标志码：A         文章编号：1001-5922（2023）03-0030-05

Research on bonding  reliability testing  of sealants for prefabricated buildings

CHEN Yang，ZHANG Wenjun，LI Chenhao，GUI Bo，LIANG Zhiwei

（China Construction No.8 Bureau First Construction Co.，Ltd.， Jinan 214000，China）

Abstract： In prefabricated buildings，the quality of waterproof sealing has always been a topic of concern. The key  to the quality of waterproof sealing lies in the bonding reliability between the sealant and the wallboard. In prefabri- cated buildings，the quality of the sealant，especially modified silica gel，is the best，which is excellent in adhesion， weather resistance，and stability. When choosing a sealant，ensure that its bonding reliability reaches more than 85%，otherwise it will easily affect the waterproof quality of the building.

Keywords： prefabricated building；sealant；bonding reliability

對于装配式建筑围护系统，工程质量极为重要。要想保证工程质量，其关键在于要预制墙板拼缝的防水密封性，如果外墙的防水密封性较差，将会直接影响到建筑的质量，防水问题严重会让业主失去信任。装配式建筑外墙板防水密封中，密封胶非常重要，使用密封胶作为防水密封的防火墙，其自身的性能好坏直接决定到建筑的防水密封效果。当前，大多数的装配式建筑工程在进行防水检测时，都是通过衡量密封胶的产品质量进行材料粘接检测，在粘接过程中，其效果的好坏需要通过密封胶本身质量以及基材的牢固性进行决定。这些因素所表现的结果，都需要通过现场检测技术实现。自制的检测方法虽然可以检查密封胶的粘接质量，但是检测准确度较差。基于此，需要通过定性定量的方式，对密封胶的粘接可靠性进行现场检测方法验证。

1 装配式建筑密封胶的种类

建筑行业中，建筑密封胶的种类划分为以下几种，具体如表1所示[1]。

聚硫密封胶主要通过添加多种助剂而成，其力学性能、耐水性、耐酸碱性都具有较好的优势。聚硫密封胶最早在建筑中作为弹性密封材料进行建筑接缝，但是在长期的使用中，容易出现较弱的耐高温性，且气味较大，固化较慢，因此在后续的使用中逐渐减少。

聚氨酯密封胶主要以液体聚氨酯橡胶作为基材，通过加入填料、催化剂以及稳定剂等，得到较好的粘接力，其弹性和拉伸强度较好，也具有耐磨和耐寒的优势，但是具有一定毒性。

硅酮密封胶以端羟基硅氧烷聚合物作为基材，通过加入助剂的方式制备成密封胶，其粘接性能较好，也具有优异的力学性能和耐水性能，但是容易出现气泡和开裂情况的发生。

通过对其进行老化试验，得出聚硫胶与聚氨酯胶的耐候性较为不足，容易出现胶硬化情况的发生，导致弹性下降；硅酮胶和硅烷改性聚醚胶的耐候性较好，通过硅酮胶和硅烷改性聚醚胶所制作的材料具有较好的弹性，可以满足装配式建筑的涂饰性能。如果装配式建筑对于密封胶的涂饰性有要求，可以选择这2种材料。同时，选择材料时，还要考虑装配式建筑自身的结构特点，不管选择哪一种类型的密封胶，都要保证密封胶的低模量与高位移功能。

2 粘接可靠性检测试验分析

在装配式建筑中，密封胶相当于建筑过程中的一种重要材料，由于装配式建筑容易受到来自多方面因素的影响，如果密封胶的性能较差，将会受到侵袭，继而影响装配式建筑的使用寿命，因此，对装配式密封胶的性能进行验证十分重要。粘接性能作为最重要的性能之一，如果粘接性较差，其他性能再好也不会起到很好的密封防水作用[2]。

2.1 选择试件

以某装配式建筑工程为例，外部采用预制混凝土作为墙板，使用硅烷改性聚酯密封胶为拼接缝进行密封，对其进行饰面喷涂操作。将覆盖在密封胶外部的涂料进行清理，以保证在测试密封胶性能的过程中，不会受到外部条件的干扰。将密封胶的延墙板沿着界面的方向分割，使其形成1个长约10 cm的牵引段，将牵引段与检测设备相连接。

2.2 测试方法

在设定检测方法的过程中，需要保证测试速度，使测试速度与实验室的剥离强度相匹配，以50 mm/min的速度进行密封胶剥离，角度为90° ，施加力的过程要持续。检测过程中，注意观察密封胶的形态，一旦出现胶体断裂或者开裂等情况，要立即停止测试；当密封胶的拉力逐渐上升时，要保持拉力在20 s内不变，或者变化幅度不得超过5%，使用壁纸刀将密封胶的两侧进行切割，切割长度不应超过5 mm，并始终保持密封胶的受力状态不受影响。每1个检测点的测试范围要保证在100 mm以内，选取5个测试值的平均值作为测试结果。

2.3 试验结果

密封胶与基材的粘接牢固性，关系到装配式建筑外墙的防水密封效果。使用便携式的检测装配对密封胶进行现场测试，并实时采集密封胶的拉力值；测试结果如表2所示。

由表2可知，当密封胶与基材的粘接性能较好时，胶体会被拉长，同时密封胶也容易受到剥离影响，让伸长率达到100%的效果。伸长率关系到密封胶的质量问题，伸长率达100%时，密封膠出现断裂和龟裂的几率降低。当密封胶所承受的剥离拉力为最大值并保持不变的情况下，对密封胶与基材的粘接界面也具有较好效果。让密封胶所受的剥离拉力保持不变，且拉力保持率为95%以上效果最好。当对密封胶的本体进行切割时，要满足切割深度为胶体宽度的20%的条件，让密封胶的胶体呈横向切口方向。如果密封胶的胶体是被人为损坏，设备的力值会降低，随着拉伸动作的持续，密封胶的切割裂口会不断增加，导致设备的力值会逐渐降低。通过试验可以得到，密封胶与基材粘接可靠性的关键在于拉力保持率、密封胶伸长率以及胶体的状态要在规定的时间内保持最佳状态。

密封胶与装配式外墙板进行粘接时，其粘接的优劣性需要通过密封胶本身具备的弹性与粘接能力进行测试。通过试验，得出对于密封胶自身而言，伸长率是一大关键点。伸长率作为考验密封胶承受能力强弱的重要条件，当密封胶受到拉伸时，质量好的密封胶会保持较好的弹性，不会出现断裂情况的发生，同时也能够最大程度地满足设计变位能力的需要；密封胶的粘接能力取决于与墙板界面的粘接效果，要保证密封胶所承受的剥离拉力不变，当密封胶出现问题后，其剥离的拉力会受到明显影响。如果密封胶与墙板的界面发生脱离，密封胶所承受的剥离拉力会随时增大。综上所述，对装配式建筑外围护墙板进行优化时，使用密封胶粘接进行现场测试，其最重要的判定方式为：当密封胶承受最大剥离拉力时，密封胶的伸长率需要满足产品的设计需要，保证密封胶所承受最大剥离拉力，并将保持率保证在85%以上，以此判断密封胶粘接的可靠性；如果密封胶在剥离的过程中，剥离的拉力低于85%以下，则粘接可靠性不合格[4]。

3 装配式建筑使用MS密封胶的制备方法

3.1  端硅烷聚醚（MS）

端硅烷聚醚（MS）的结构如图1所示，MS的整个结构由聚醚主链端和Si—O—Si末端链段组成。

MS密封胶属于湿固化机理，在常温状态下，链端Si—OR基团会与空气中的水发生反应，生成Si— OH，得到Si—OH，再与Si—OR结合形成Si—O—Si，释放 H2O，形成 Si—O—Si键，将 Si—O—Si键作为网络交联点，形成氧化丙烯聚醚链段结构[5]。MS密封胶与其他类型的密封胶相比，施工方便，具有较强的可涂饰性，污染性小，具有一定的环保效果，较好的耐候性可让固化后的MS密封胶的结构更加稳定持久。更重要的是，粘接广泛，可以与不同基材进行粘接。装配式建筑MS密封胶的组成如图2所示。

MS 树脂：是密封胶的主要成分，关系到密封胶的粘接性能，最常见的树脂有 S303H、S203H、 S327、SAX400，最常用到的树脂是303，其粘接效果最好。

碳酸钙：作为增量和补强的碳酸钙，填料的添加量不可超过密封胶，保证其添加量为总质量的40%以上，70%以下。碳酸钙是最常见的填料，其价格优势强，因此在MS密封胶中的应用最为广泛，可以降低密封胶的使用成本。

塑化剂：可以增强密封胶泥的流动性，改善密封胶的使用性能，起到降低成本的作用。塑化剂的种类繁多，最常用的塑化剂是邻苯二甲酸酯类。

触变剂：触变剂可以起到改善施工效果的作用，有机触变剂需要在高温下使用；无机触变剂不需要任何的使用条件[6]。

稳定剂：UV吸收剂可以有效提高密封胶的耐候性，可以与光稳定剂共同使用效果最好。

脱水剂：起到促进内部快速固化的效果。偶联剂：可以提高密封胶的粘接性。

催化剂：加快固化速度，减少固化时间。

3.2 制备工艺

MS密封胶的制备工艺分为2种：热工艺和冷工艺。热工艺多用于制备MS密封胶；冷工艺用于大规模操作[7]。采用热工艺法进行MS密封胶的制备，热工艺的制备流程如图3所示。

首先使用恒温干燥箱填料，不要进入过多的水分；其次，将MS密封胶的组成结构（除偶联剂、催化剂、脱水剂）加入反应釜中进行搅拌，高温下加热60 min；真空低速下降温到50℃。最后，加入偶联剂、催化剂、脱水剂，15 min后停止运行，取出成品[8]。

3.3 装配式建筑MS密封胶试验方法

硅烷改性聚醚树脂成本较高，但是有着较好的强度和延伸性，因此，可以通过加入填料的方式达到降低成本的效果。填料的添加需要占据密封胶总体质量的40%以上，70%以下。填料的种类中，以碳酸钙为主，碳酸钙作为一种无机物，获取方便，且价格低，具有较高的白度。最为常见的一种填料添加方式是采用重质碳酸钙和纳米碳酸钙相结合的方法，重质碳酸钙可以起到降低成本的效果，不会对密封胶的强度带来较大的影响。纳米碳酸钙的粒径小，具有增韧功能，但是纳米碳酸钙的吸油值较高，过度添加会影响密封胶的流动性，影响力学性能。通过分析填料对MS密封胶的物理力学性能影响，设计了MS密封胶的试验方法，具体如表3所示。

4 填料对装配式建筑MS密封胶力学性能影响

4.1 试样制备

4.1.1 表干时间

根据建筑密封材料的试验方法，在进行表干时间的测定过程中，需要先将密封胶填充入试样的模具中，获取表干时间所需试样。在温度23℃ ， 湿度50%的条件下，在试样表面选取3个位置测量其干燥度，记录试样所需时间。选取时间段为30 min、1 h、3 h、大于3 h。

4.1.2  固化程度

试样制备所使用的模具为楔形槽，在标准试验条件下，将密封胶在模具中的固化层厚度进行记录。从模具的最低段开始填充密封胶，让密封胶完全填满模具，具体如图4所示。

当测量固化深度时，需要将密封胶的试样重新揭露，看到未固化的密封胶应立即停止，将最高点到凹槽的距离设为W ，则固化层的厚度表示为：

式中：di 表示固化层厚度；W 表示密封胶长度；L 表示模具长度；d 表示深度。

4.1.3 拉伸力学

拉伸力学采用哑铃式试样，试样的厚度为2 mm，制备流程如图5所示。将MS填满聚四氟乙烯模具后，刮平表面，在标准条件下养护周期为28 d取出[10]。

利用电子万能试验机对试样进行拉伸，在试验机上夹住试样两端，使用引伸计夹住试样的标距段，根据记录，计算所需力和伸长率，得到力和伸长率的值，并对试验结果进行计算。

4.1.4 压缩特性

试样模具为圆柱体，通过聚四氟乙烯加工的模具进行制备，将密封胶加入到凹槽中，避免进入空气，使用刮板沿着槽的表面剔除多余密封胶，在标准养护条件下养护28 d 取出，压缩试样如图6

将压缩试样放入试验机中，为了保证试验效果，需要通过涂抹润滑剂的方式降低误差。以10 mm/min 的速度进行压缩，直到压缩应变为25%后停止，逐次进行，并记录变形曲线。

4.2  固化性能影响

4.2.1表干时间的影响

表4为不同填料总量的试样数据，图7为表干时间的变化规律，根据填料总量的不同得到[11]。

密封胶的表干时间是随着填料的总量不断发生变化，填料的增加会让基体的分子距离发生变化，同时还会增进密封胶的厚度，使得密封胶在固化后面积增加，缩短表干时间。因此，表干时间的变化是随着填料的增加而不断发生变化，当填料的总量达到300份时，填料会让密封胶表面的粗糙度到达峰值，此种情况下，填料的增加或减少并不会影响表干的时间。随着纳米碳酸钙密度的增加，表干时间呈下降趋势，当纳米碳酸钙的占比超过50%时，表干时间最小，填料对于密封胶的影响最大。纳米碳酸钙在填充和增强方面的效果优于重质碳酸钙，随着纳米碳酸钙的不断增加，密封胶的表干时间也在不断减少，增加纳米碳酸钙，会让密封胶的表面更加粗糙，减少分子链的运行，并出现持续固化的情况。当纳米碳酸钙不断增加时，其补强效果会逐渐趋向饱和，表干时间不会再发生明显变化。

4.2.2固化程度的影响

MS密封胶作为一种湿气固化型密封胶，其固化程度与水在密封胶中的扩散速度息息相关，固化程度作為密封胶的一项重要参数，关系到密封胶的实际使用与施工条件，以固化深度表示固化程度。通过增加填料，导致固化的程度会发生较大变化，出现先不变后变再减小的情况。当填料总质量为150份时，固化程度为2.8 mm；当填料总质量为200份时，固化程度为2.9 mm。通过测试精度，可以得到试样之间的变化并不十分明显，当填料总质量为300、400份时，固化程度相对减小幅度增加[13]。

固化程度还与密封胶的表干时间有关，当填料总质量为300或400份时，其表干时间要小于总质量为150和200份。基于此，要想让密封胶与水汽相结合，要加快与水汽接触后的固化速度。通过增加填料，让基体与填料相结合，减少分子链，并加快水汽扩散的速度。如果填料的量持续增加，容易出现团聚情况的发生，影响填料的分散效果，阻碍水汽在密封胶中的分散效果。当填料的总质量相同时，纳米碳酸钙的占比不断增加，出现先不变后变得情况。当填料全部是纳米碳酸钙时，固化的程度为3.3 mm/d，随着纳米碳酸钙的占比越来越大，试样的固化程度也在不断发生变化。重度碳酸钙在整个密封胶试验中起到的只是填充效果，不会出现较大的补强效果，对密封胶不会造成较大的影响，主要还是要依靠纳米碳酸钙起到更大的作用。当纳米碳酸钙的分子量越来越大，则补强的效果越来越好，基体的粗糙度也越来越大[14]。

4.3 基本力学性能影响

通过哑铃试样测试，得到不同的填料总量。1∶1的碳酸钙形成的 MS密封胶试样，其应力曲线如图8所示。

随着工程应变的增加，所有的试样工程应力出现了先增加后缓慢的特点，当应变在1到2的区间内，转折点出现，当经过转折点之后，曲线的斜率出现小幅度的下降。当填料总质量为150份时，曲线的斜率下降幅度最小；400份时下降幅度最大。由此得出曲线的斜率幅度是随着填料总质量的增加而不断发生变化。随着真实应变的增加，所有的试样曲线均为非线性，当曲线的斜率增大时，模量也随之增加。从150份增至250份时，曲线与应变轴的面积也在不断增大；从250份到400份时，曲线面积在减小。由此得出，当填料总量为250份时，拉伸力学最佳[15]。

5 结语

装配式建筑中，结构的防水密封质量至关重要，尤其以密封胶与墙板的粘接可靠性最为关键。通过现场的检测与试验分析可以得到，密封胶的剥离拉力保持率不宜低于85%，否则容易造成粘接的可靠性不合格。装配式建筑使用密封胶进行粘接，需要进行可靠性的现场检测试验，通过试验验证其方法的可实施性，为日后的粘接可靠性检测提供参考价值。

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