密封膠在裝配式混凝土基材上的粘結性能及界面微觀結構的表征

賴振峰，王萬金，朱 寧，夏義兵，王 靖，吳敬朋，劉俊元，郭現龍（.北京市建筑工程研究院有限責任公司 00039；2.北京市功能性高分子建筑材料工程技術研究中心 00039）

密封膠在裝配式混凝土基材上的粘結性能及界面微觀結構的表征

賴振峰1，2*，王萬金1，2，朱 寧1，2，夏義兵1，王 靖1，2，吳敬朋1，劉俊元1，郭現龍1
（1.北京市建筑工程研究院有限責任公司 100039；2.北京市功能性高分子建筑材料工程技術研究中心 100039）

為進一步提高裝配式建筑用密封膠與預制混凝土構件之間的粘結性，防止邊緣開裂而密封失效，研究了不同種類的混凝土脫模劑對MSPU-50耐候密封膠與混凝土粘結性的影響。同時研究了MSPU-50密封膠與PU-01底涂劑、混凝土的匹配性。通過掃描電鏡（SEM）和能譜（EDX）測試分析，表明MSPU-50密封膠能夠良好滲入混凝土內部孔隙，與混凝土具有良好相容性。涂刷PU-01底涂劑后再填充MSPU-50密封膠，幾乎完全封閉混凝土表面孔隙，固化后與混凝土接合表面互相咬合和鑲嵌，從而產生良好的粘接強度。

密封膠；底涂劑；混凝土；粘結性

伴隨住宅產業化在我國大陸地區的蓬勃發展，其對技術的成熟度、配套性和專業性的必要性凸顯出來。住宅產業化最大的特點是工廠預制化，現場拼裝作業［1-2］。對于裝配式住宅來說，其與其他形式建筑來說具有三大區別：①密封膠作用對象是混凝土材料，材料性質屬于多微孔、堿性材料，與以往玻璃幕墻、石材、金屬、鋁塑材料有著本質的區別，對密封膠的技術要求提出了新的要求。②密封膠承擔作用有所不同，以往建筑密封膠主要其美觀、密封作用，但是由于預制墻板尺寸較大，基本在3m以上，拼接縫累計變形量大，對密封膠的界面粘結力、變形適應能力等提出了新的挑戰。③由于混凝土是多孔材料，密封膠組分對混凝土材料的污染性提出了更高要求。

密封膠與基材的粘結性能是保證密封防水的關鍵，因此本文以自制的硅烷封端聚合物密封膠在不同裝配式混凝土基材上打膠，研究不同混凝土脫模劑和涂刷底涂對密封膠粘接性能的影響，并通過SEM掃描電鏡和EDX能譜對混凝土-膠界面進行微觀結構表征和元素含量分析。

1　試驗方法

1.1試驗原料

MSPU-50耐候密封膠：硅烷封端聚合物密封膠，達到GB/T 22083—2008規定的 50級要求，自制。

PU-01底涂劑：單組份，低粘度透明液體，自制。

硅酮密封膠：國內某品牌。

脫模劑T1、T2、T3、T4，分別為北京、上海、青島、河南某公司生產。

1.2試驗方法

（1）用脫脂紗布清除水泥砂漿板表面浮灰。

（2）在防粘材料上將兩塊粘結基材與兩塊隔離墊塊組裝成空腔。然后涂刷PU-01底涂劑，待底涂干燥后，將MSPU-50耐候密封膠嵌填在空腔內，并將膠樣擠壓在基材的粘結面上，粘結結實，避免形成氣泡，制成試件，每組試驗做3塊。

（3）將制備好的試件于標準試驗條件下放置28d后進行性能測試。

1.3測試方法

（1）拉伸粘接性

按GB/T 13477第8章試驗，將養護28d后的試件在（23± 2）℃溫度下進行拉伸試驗，以5mm/min拉伸速度將試件拉伸至破壞，測定并計算試件拉強度和斷裂伸長率。

（2）定伸粘接性

按GB/T 13477第10章試驗［3］，將養護28d后的試件在標準條件下進行定伸試驗，拉伸速度5mm/min。試件拉伸至100%伸長率時，停止拉伸，用定位墊塊插入已拉伸的試件中并在標準條件下保持24h。測定試件粘接或內聚的任何破壞。

（3）浸水后定伸粘接性

按GB/T 13477第11章試驗［3］，將養護28d后的試件浸入（23±2）℃蒸餾水中4d，再于標準條件下放置1d。在標準條件下進行定伸試驗，拉伸速度5mm/min。試件拉伸至100%伸長率時，停止拉伸，用定位墊塊插入已拉伸的試件中并在標準條件下保持24h。測定試件粘接或內聚的任何破壞。

2　結果與討論

2.1混凝土脫模劑種類對密封膠粘結性能的影響

預制裝配式混凝土是在已制作好的模具內進行加工預制混凝土墻板，脫模后表面會殘留少量脫模劑。考慮到脫模劑的存在是否會影響密封膠的粘結性能。因此，針對不同種類脫模劑制備的混凝土試塊，進行密封粘結試驗。試驗樣件表面不經水洗或化學處理，也不刷涂底涂劑，直接簡單擦掉表面浮灰，然后進行打密封膠。試驗試件見圖1，粘結性能測試結果如表1所示。

從表1數據可以看出，殘留的脫模劑能夠降低密封膠與混凝土拉伸粘結性。根據拉伸強度測試結果，粘結性能從高到低為T3＞T1＞T4＞T2。分析其原因，脫模劑T1為乳化類皂化油脫模劑，脫模后模板表面較易形成漿體薄膜。混凝土表面的浮漿減少，有利于密封膠與混凝土的粘結。脫模劑T2為油性脫模劑，脫模后模板較易清理，混凝土表面附著一薄層油性物質，對膠層粘結性影響較大。脫模劑T3為一種水性聚合物，能夠均勻的涂刷在模板表面，降低混凝土與模板之間的界面結合力，對密封膠與混凝土粘結性影響較小。脫模劑T4附著于成型物和模具之間直接起到隔離作用，脫模時能在表面剝離，混凝土表面平整、光滑，不利于密封膠的潤濕和粘結。因此，在進行裝配式混凝土制作和拼裝接縫過程中，需要考慮使用脫模劑種類和混凝土表面處理。

圖1　拉伸粘接試件的制備

表1　粘結性能測試節結果

2.2底涂劑對密封膠粘結性能的影響

由于混凝土基材是多孔的、呈堿性無機膠凝材料，為了使密封膠與混凝土粘結性更強，需要涂刷底涂劑進行封閉。PU-01底涂劑是一種NCO值約為6%的單組分、低粘度聚氨酯基層處理劑。測試方法：在12mm×12mm×75mm的混凝土試塊上，涂刷PU-01底涂劑，固化后，用MSPU-50耐候密封膠制作成粘結樣，其中膠條尺寸為12mm×12mm×50mm。同時制作無底涂劑的密封膠粘結樣作為空白對比試驗。養護28d后，按照GB/T 13477《建筑密封膠試驗方法》中定伸粘結性、浸水后定伸粘結性、冷拉-熱壓后粘結性的方法測試。每組試測10個試件，測試結果見表2。

表2　密封膠粘結測試結果

由表2結果可以看出：涂刷PU-01底涂劑的密封膠試件的拉伸強度和斷裂伸長率相對于無底涂劑的較高一些。涂刷PU-01底涂劑起到了提高與混凝土粘結性的作用。在浸水定伸粘結性測試中有，硅酮密封膠試件有少量破壞，而MSPU-50密封膠不管是否涂有底涂劑都無破壞。表明MSPU-50密封膠與混凝土有很好的相容性。

2.3粘結界面微觀表征

為了進一步研究MSPU-50密封膠與混凝土的粘結機理，我們采用SEM對MSPU-50密封膠與混凝土界面的微觀結構進行分析（見圖2），并且利用EDX分析了混凝土界面層的元素組成（見表3）。

圖2為樣品MSPU-50密封膠與混凝土界面層的SEM結果。a圖為空白混凝土表面微觀結構，可以看出混凝土界面為松散的孔隙結構；b圖為在混凝土上涂有底涂的界面照片，可以看到混凝土內部孔隙基本被底涂給填充，封堵，并形成連續相；c圖為在混凝土上涂有MSPU-50密封膠的界面照片，MSPU-50材料良好滲入于混凝土內部孔隙，并結合一起，表明MSPU-50與混凝土具有良好相容性。d圖為在混凝土上涂有PU-01底涂劑和MSPU-50密封膠的界面照片，涂刷PU-01底涂劑后再填充MSPU-50密封膠，幾乎完全封閉混凝土表面孔隙，固化后與混凝土接合表面互相咬合和鑲嵌，從而產生良好的粘接強度。表明了PU-01底涂劑、MSPU-50與混凝土具有良好的相容性。

圖2　MSPU-50密封膠與混凝土界面的微觀結構

表3　混凝土/PU-01/MSPU-50的EDX元素含量分析　%

采用EDX對MSPU-50密封膠與混凝土界面層進行元素分析。從圖2和表3的元素含量分析可知，圖b中的紅色區域，相對于空白混凝土，C含量增大，Ca含量減少，可確認該區域為底涂成分。圖c中的紅色區域，相對于空白混凝土，C含量有所增加，為25.4%，Si含量增大至18.69%，由于MSPU-50密封膠本身還有C、Si元素較多，因此可以確認該區域含有MSPU-50密封膠成分，也表明了有機無機粘結性和相容性好。

3　結論

1）預制裝配式混凝土脫模劑的種類對密封膠的粘結性有不同程度的影響，需要考慮使用脫模劑種類。使用乳化類皂化油脫模劑，混凝土表面的浮漿減少，有利于密封膠與混凝土的粘結。油性脫模劑，由于混凝土表面附著一薄層油性物質，對膠層粘結性影響較大。水性聚合物脫模劑，能降低混凝土與模板之間的界面結合力，對密封膠與混凝土粘結性影響較小。而隔離劑在脫模時能在表面剝離，混凝土表面光滑，不利于密封膠的潤濕和粘結。

2）由于混凝土基材是多孔的、呈堿性無機膠凝材料，需要涂刷一層底涂劑，起到封閉混凝土的作用，有利于提高密封膠與混凝土粘結性。測試表明，PU-01底涂劑與MSPU-50密封膠有很好的相容性。

3）通過SEM和EDX分析，可以看出MSPU-50材料良好滲入于混凝土內部孔隙，與混凝土具有良好相容性。涂上PU-01底涂劑后，MSPU-50密封膠幾乎與混凝土界面形成一個整體，看不到混凝土內部的孔隙。表明了PU-01底涂劑、MSPU-50與混凝土具有良好的相容性。

［1］ 崔健宇，孫建剛，王博，等.準高配室預制混凝土結構在日本的應用［J］.大連民族學院學報，2009，11（1）：67-70.

［2］ Martha V.Achiebing sustainability with percast concrete［J］.PCI Journal，2006，51（1）：42-61.

［3］ 全國輕質與裝飾裝修建筑材料標準化技術委員會.GB/T13477—2002 建筑密封材料試驗方法［S］.北京：中國標準出版社.

收稿日期：2016-05-11

作者簡介： 王永慶（1976—），男，江蘇揚州人，政工師，主要從事石油鉆井隊思想政治工作。

Adhesion Performance and Interface Microstructure Characterization of Sealant on Prefabricated Concrete Substrates

Lai Zhen-feng，Wang Wan-jin，Zhu Ning，Xia Yi-bing，Wang Jing，Wu Jing-peng，Liu Jun-yuan，Guo Xian-long

To further enhance the prefabricated construction adhesive and sealant between the precast concrete to prevent cracking and edge seal failure，we study different types of concrete release agent for MSPU-50 weather sealant and adhesive properties of concrete influences.Also studied MSPU-50 sealant and PU-01 primer，concrete matching.By scanning electron microscopy（SEM）and spectroscopy（EDX）analysis of the test，indicating MSPU-50 good sealant can penetrate inside the pores in concrete，and concrete has good compatibility.Varnish after filling squeegee PU-01 bottom MSPU-50 sealant，almost completely closed surface pores of concrete，with the concrete after curing and mosaic mutually intermeshing engagement surface，resulting in excellent bond strength.

Sealant；chemical attack；freeze-thaw cycles；cohesiveness

TQ433.438

B

1003-6490（2016）05-0071-03

2016-05-03

2002.北京市科委課題，課題名稱：裝配式住宅用耐候密封材料關鍵技術研究與應用（Z141100000714004）。

賴振峰（1984—），男，廣西百色人，碩士，工程師，主要從事聚氨酯、聚脲防水材料和密封膠的產品技術開發工作。