潮濕環境下建筑密封膠長周期粘接性能測試研究

王秀峰

(萊陽市城市建設投資集團有限公司，山東 煙臺 264000)

為滿足生產、生活需要，各類建筑建造必不可少。建筑建造是指按照設計要求將各種建筑材料組合在一起，形成具有保溫保暖的空間。建筑建造中，水泥、混凝土是主要的基礎材料，其余還有木材、玻璃、塑料、鋼鐵以及其他材料[1-2]。其中，密封膠是建筑施工中必要但使用頻率并不高的一種材料。近年來，隨著裝配式建筑的興起，密封膠的應用頻率越來越高。密封膠，指具有粘接性和封閉性的多功能的建筑材料，應用在建筑當中，一方面可以防止室內空間氣體或液體向外泄漏；另一方面可以防止室外冷暖空氣、灰塵以及水分向室內的進入[3]。密封膠在建筑施工中發揮了重要作用，但該種材料在使用時很容易受到外在環境的影響，尤其是長期處在潮濕環境下，很容易發生老化，使得密封膠長周期粘接性逐漸降低，無法實現密封[4-5]。

基于上述背景，對建筑施工密封膠長周期粘接性能要求越來越高。目前，關于密封膠粘接性能的測試研究有很多，例如有研究制作出了改性聚硫密封膠，并對其粘接性能進行了測試，得出5種粘接指標，并與改進前的聚硫密封膠封膠性能進行對比試驗[6]；有以2種聚硫密封膠為對象，并通過凍融循環試驗分析了低溫潮濕環境下其粘接性的變化規律，得出在低溫、低濕與高溫、高濕的情況下都會造成聚硫密封膠的粘接強度降低較低[7]；還有以主要用于裝配式建筑外墻密封的3種密封膠為例，針對這3種密封膠分別實施了4種老化試驗，分析了不同老化條件下密封膠物理性能的變化情況[8]。

結合以上學者的研究，現以潮濕環境作為測試環境，分析該環境下建筑施工密封膠長周期粘接性能，通過本研究以期為密封膠的具體應用施工以及密封膠種類的選擇提供參考和建議。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

密封膠長周期粘接性能測試所需要的試驗材料選擇建筑施工中常見的3種，即聚硫密封膠、硅酮密封膠和聚氨酯密封膠[9-10]。該3種試驗材料配方如表1所示。

表1 3種密封膠配方表Tab.1 Formula of three kinds of sealant

1.2 試驗設備

密封膠長周期粘接性能測試所需要的試驗設備如表2所示。

表2 試驗設備表Tab.2 Test equipment

1.3 基體制作

基體，即需要密封膠粘接的基礎結構體。在建筑施工過程中，密封膠粘接的材料主要有2種，一種是用于室內較為光滑的玻璃、金屬、瓷磚等施工材料的粘接；另一種用于室外較為粗糙的水泥、混凝土等施工材料的粘接[11-12]。為全面分析不同基體下3種密封膠的粘接性能，制作2種基體，一是以金屬片為代表的光滑基體；二是混凝土為代表的粗糙基體[13]。

1.3.1光滑基體

光滑基體的制作材料為3002鋁合金板，該板尺寸為500 cm×500 cm×0.5 cm。利用激光切割機將其切割成20 cm×10 cm×0.5 cm的若干金屬片，具體如圖1所示[14]。

圖1 光滑基體示意圖Fig.1 Schematic diagram of smooth substrate

1.3.2粗糙基體

粗糙基體的制作材料為C100混凝土，由P·O52.5硅酸鹽水泥、920U微硅粉、Ⅰ級粉煤灰、聚羧酸系高效減水劑、水磨石英砂和水等組成[15-16]。制作過程：首先通過恒溫磁力攪拌器，將各種組成材料攪拌在一起，之后將漿料倒入到模具當中；然后利用振搗機進行振搗，以防止制作的基體當中存在氣泡、空洞問題。基體制作示意圖如圖2所示[17]。

圖2 基體制作示意圖Fig.2 Schematic diagram of substrate fabrication

將圖2基體放入到電熱恒溫鼓風干燥箱當中，干燥處理1 d，然后進行脫模，得到粗糙基體。基體尺寸為20 cm×10 cm×5 cm[18-19]。

1.4 試件制備

根據制作的基體，利用建筑中最常用的3種密封膠將基體粘接在一起，制成試件。2種基體的粘接方式不同，光滑基體采用錯位粘接；粗糙基體采用交叉粘接，具體粘接方式分別如圖3和圖4所示[20]。

圖3 光滑基體錯位粘接方式Fig.3 Dislocation bonding method of smooth substrate

圖4 粗糙基體交叉錯位粘接方式Fig.4 Cross bonding method of rough substrate

具體粘接過程：

步驟1：對基體待粘接面進行打磨，然后掃除表面的灰塵顆粒污染；

步驟2：利用流變儀對選取的3種密封膠進行流變檢驗，保證密封膠質量合格；

步驟3：將密封膠均勻涂抹到一面基體上；

步驟4：按照圖3和圖4，將另一面基體粘接到涂抹了密封膠的基體上，然后通過利用皮筋進行固定；

步驟5：將制作的試件整體放入到真空干燥箱中1 bh；

步驟6：取出試件，在標準養護室內固化10 d[21]。

1.5 潮濕測試環境搭建

本研究主題是潮濕環境下建筑施工密封膠長周期粘接性能變化特點，因此潮濕環境的搭建是必不可少的。在這里為方便調節試件所處環境的濕度，利用WHTH-225型高低溫濕熱試驗箱模擬建筑施工中常見的潮濕環境，具體如圖5所示[22]。

圖5 高低溫濕熱試驗箱Fig.5 High and low temperature damp heat test chamber

高低溫濕熱試驗箱在加速條件下可測試溫度和濕度對試件特性、功能和使用壽命的影響。該試驗箱工作環境：溫度-70～+180 ℃、相對濕度20%～98%；溫度波動度為±0.5 ℃，溫度均勻度為±2 ℃，升溫速率大于3 ℃/min，降溫速率大于1 ℃/min，最快可達5 ℃/min；相對濕度波動度： ±3%，相對濕度均勻度為±2.5%。

設置的潮濕測試環境參數：溫度均以室溫為標準；濕度則分為2種工況，即低濕和高濕。其中，低濕為20%～50%；高濕為50%～98%。基于上述這2種工況，進行后續的潮濕環境下建筑施工密封膠長周期粘接性能測試。

1.6 粘接性能測試

將制作好的試件放入到高低溫濕熱試驗箱中，時間總長為1年，每隔2 d取出試件，利用微控電子拉力機進行拉伸測試。測試環境如圖6所示。

圖6 粘接性能測試環境Fig.6 Test environment for adhesive performance

該微控電子拉力工作參數如表3所示。

表3 微控電子拉力工作參數表Tab.3 Working parameters of micro-control electronic tension

微控電子拉力機施加的荷載方案：初始加載100 kg荷載，然后按照每次5 kg的方案遞進，直至2個基體粘接面破壞。

1.7 性能測試指標

密封膠粘接性能測試指標有2個：一是粘接強度；二是粘接破壞面積比。

(1)粘接強度，其計算公式：

(1)

式中:Y為粘接強度；G為最大破壞荷載；a、b分別為粘接面的長度和寬度值。

(2)粘接破壞面積借助方格圖的方法直接測得;然后計算與粘接面面積的比值，得出粘接破壞面積占比。

(2)

式中：K為粘接破壞面積占比；m為粘接破壞面積；M為粘接面面積。

2 結果與分析

2.1 低濕工況下的密封膠的粘接性能

(1)低濕工況下的密封膠的粘接強度結果如圖7所示。

圖7 低濕工況下密封膠的粘接強度Fig.7 Adhesive strength of sealant under low humidity condition

從圖7 可以看出，低濕工況下，無論是哪一種密封膠，其粘接光滑基體的粘接強度要大于粘接粗糙基體的粘接強度。

(2)低濕工況下密封膠的粘接破壞面積比結果如表4所示。

表4 低濕工況下密封膠的粘接破壞面積比Tab.4 Adhesion failure area ratio of sealant under low humidity condition

由表2可知，低濕工況下，無論是哪一種密封膠，其粘接光滑基體的破壞面積比要小于粘接粗糙基體的破壞面積比。

綜上所述，當粘接粗糙基體時，密封膠粘接強度排序大小依次為：硅酮、聚硫、聚氨酯；但粘接破壞面積比排序與其相反。當粘接光滑基體時，密封膠粘接強度排序大小依次為：聚氨酯、硅酮、聚硫；但粘接破壞面積比排序與其相反。

總而言之，在低濕工況下，建筑施工時，若要粘接水泥、混凝土等表面較為粗糙的施工材料，首選為硅酮密封膠；若要粘接玻璃、金屬、瓷磚等表面較為光滑的施工材料，首選為聚氨酯密封膠。

2.2 高濕工況下的密封膠的粘接性能

(1)高濕工況下的密封膠的粘接強度結果如圖8所示。

圖8 高濕工況下密封膠的粘接強度Fig.8 Adhesion strength of sealant under high humidity condition

從圖8可以看出，在高濕工況下，無論是哪一種密封膠，其粘接粗糙基體的粘接強度要大于粘接光滑基體的粘接強度。

(2)高濕工況下密封膠的粘接破壞面積比結果如表5所示。

表5 高濕工況下密封膠的粘接破壞面積比Tab.5 Adhesion failure area ratio of sealant under high humidity condition

由表5可知，在高濕工況下，無論是哪一種密封膠，其粘接粗糙基體的破壞面積比要小于粘接光滑基體的破壞面積比。

綜上所述，當粘接粗糙基體時，密封膠粘接強度排序大小依次為：聚硫、聚氨酯、硅酮；但破壞面積比排序與此相反。當粘接光滑基體時，密封膠粘接強度排序大小依次為：硅酮、聚硫、聚氨酯；但破壞面積比排序與此相反。

總而言之，在高濕工況下，建筑施工時，若要粘接水泥、混凝土等表面較為粗糙的施工材料，首選為聚硫密封膠；若要粘接玻璃、金屬、瓷磚等表面較為光滑的施工材料，首選為硅酮密封膠。

3 結語

該研究通過測試不同潮濕程度下不同粘接基體不同類別密封膠的粘接性能,以期為不同施工環境下選擇不同的密封膠提供參考和借鑒。然而由于受到時間和精力的限制，研究深度還有待深入。在未來研究中，將溫度變化對密封膠粘接性能的影響作為主要課題，分析高溫高濕、高溫低濕以及低溫高濕、低溫低濕等4種不同工況下的性能變化特征。