裝配式建筑密封膠的粘接可靠性檢測研究

陳陽 張文軍 桂波 梁志偉

摘要：裝配式建筑中，防水密封質(zhì)量一直都是引人關(guān)注的話題，其防水的密封質(zhì)量關(guān)鍵在于密封膠與墻板的粘接可靠性。在裝配式建筑中，密封膠尤其以改性硅膠質(zhì)量最優(yōu)，其不管是粘接性，還是耐候性，或者是穩(wěn)定性都是優(yōu)等。選擇密封膠，要保證其粘接可靠性達(dá)到85%以上，否則易影響建筑的防水質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；密封膠；粘結(jié)可靠性

中圖分類號：TQ436+.6???????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???????? 文章編號：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

對于裝配式建筑圍護(hù)系統(tǒng)，工程質(zhì)量極為重要。要想保證工程質(zhì)量，其關(guān)鍵在于要預(yù)制墻板拼縫的防水密封性，如果外墻的防水密封性較差，將會直接影響到建筑的質(zhì)量，防水問題嚴(yán)重會讓業(yè)主失去信任。裝配式建筑外墻板防水密封中，密封膠非常重要，使用密封膠作為防水密封的防火墻，其自身的性能好壞直接決定到建筑的防水密封效果。當(dāng)前，大多數(shù)的裝配式建筑工程在進(jìn)行防水檢測時，都是通過衡量密封膠的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行材料粘接檢測，在粘接過程中，其效果的好壞需要通過密封膠本身質(zhì)量以及基材的牢固性進(jìn)行決定。這些因素所表現(xiàn)的結(jié)果，都需要通過現(xiàn)場檢測技術(shù)實現(xiàn)。自制的檢測方法雖然可以檢查密封膠的粘接質(zhì)量，但是檢測準(zhǔn)確度較差。基于此，需要通過定性定量的方式，對密封膠的粘接可靠性進(jìn)行現(xiàn)場檢測方法驗證。

1 裝配式建筑密封膠的種類

建筑行業(yè)中，建筑密封膠的種類劃分為以下幾種，具體如表1所示[1]。

聚硫密封膠主要通過添加多種助劑而成，其力學(xué)性能、耐水性、耐酸堿性都具有較好的優(yōu)勢。聚硫密封膠最早在建筑中作為彈性密封材料進(jìn)行建筑接縫，但是在長期的使用中，容易出現(xiàn)較弱的耐高溫性，且氣味較大，固化較慢，因此在后續(xù)的使用中逐漸減少。

聚氨酯密封膠主要以液體聚氨酯橡膠作為基材，通過加入填料、催化劑以及穩(wěn)定劑等，得到較好的粘接力，其彈性和拉伸強度較好，也具有耐磨和耐寒的優(yōu)勢，但是具有一定毒性。

硅酮密封膠以端羥基硅氧烷聚合物作為基材，通過加入助劑的方式制備成密封膠，其粘接性能較好，也具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐水性能，但是容易出現(xiàn)氣泡和開裂情況的發(fā)生。

通過對其進(jìn)行老化試驗，得出聚硫膠與聚氨酯膠的耐候性較為不足，容易出現(xiàn)膠硬化情況的發(fā)生，導(dǎo)致彈性下降；硅酮膠和硅烷改性聚醚膠的耐候性較好，通過硅酮膠和硅烷改性聚醚膠所制作的材料具有較好的彈性，可以滿足裝配式建筑的涂飾性能。如果裝配式建筑對于密封膠的涂飾性有要求，可以選擇這2種材料。同時，選擇材料時，還要考慮裝配式建筑自身的結(jié)構(gòu)特點，不管選擇哪一種類型的密封膠，都要保證密封膠的低模量與高位移功能。

2 粘接可靠性檢測試驗分析

在裝配式建筑中，密封膠相當(dāng)于建筑過程中的一種重要材料，由于裝配式建筑容易受到來自多方面因素的影響，如果密封膠的性能較差，將會受到侵襲，繼而影響裝配式建筑的使用壽命，因此，對裝配式密封膠的性能進(jìn)行驗證十分重要。粘接性能作為最重要的性能之一，如果粘接性較差，其他性能再好也不會起到很好的密封防水作用[2]。

2.1 選擇試件

以某裝配式建筑工程為例，外部采用預(yù)制混凝土作為墻板，使用硅烷改性聚酯密封膠為拼接縫進(jìn)行密封，對其進(jìn)行飾面噴涂操作。將覆蓋在密封膠外部的涂料進(jìn)行清理，以保證在測試密封膠性能的過程中，不會受到外部條件的干擾。將密封膠的延墻板沿著界面的方向分割，使其形成1個長約10 cm的牽引段，將牽引段與檢測設(shè)備相連接。

2.2 測試方法

在設(shè)定檢測方法的過程中，需要保證測試速度，使測試速度與實驗室的剝離強度相匹配，以50 mm/min的速度進(jìn)行密封膠剝離，角度為90° ，施加力的過程要持續(xù)。檢測過程中，注意觀察密封膠的形態(tài)，一旦出現(xiàn)膠體斷裂或者開裂等情況，要立即停止測試；當(dāng)密封膠的拉力逐漸上升時，要保持拉力在20 s內(nèi)不變，或者變化幅度不得超過5%，使用壁紙刀將密封膠的兩側(cè)進(jìn)行切割，切割長度不應(yīng)超過5 mm，并始終保持密封膠的受力狀態(tài)不受影響。每1個檢測點的測試范圍要保證在100 mm以內(nèi)，選取5個測試值的平均值作為測試結(jié)果。

2.3 試驗結(jié)果

密封膠與基材的粘接牢固性，關(guān)系到裝配式建筑外墻的防水密封效果。使用便攜式的檢測裝配對密封膠進(jìn)行現(xiàn)場測試，并實時采集密封膠的拉力值；測試結(jié)果如表2所示。

由表2可知，當(dāng)密封膠與基材的粘接性能較好時，膠體會被拉長，同時密封膠也容易受到剝離影響，讓伸長率達(dá)到100%的效果。伸長率關(guān)系到密封膠的質(zhì)量問題，伸長率達(dá)100%時，密封膠出現(xiàn)斷裂和龜裂的幾率降低。當(dāng)密封膠所承受的剝離拉力為最大值并保持不變的情況下，對密封膠與基材的粘接界面也具有較好效果。讓密封膠所受的剝離拉力保持不變，且拉力保持率為95%以上效果最好。當(dāng)對密封膠的本體進(jìn)行切割時，要滿足切割深度為膠體寬度的20%的條件，讓密封膠的膠體呈橫向切口方向。如果密封膠的膠體是被人為損壞，設(shè)備的力值會降低，隨著拉伸動作的持續(xù)，密封膠的切割裂口會不斷增加，導(dǎo)致設(shè)備的力值會逐漸降低。通過試驗可以得到，密封膠與基材粘接可靠性的關(guān)鍵在于拉力保持率、密封膠伸長率以及膠體的狀態(tài)要在規(guī)定的時間內(nèi)保持最佳狀態(tài)。

密封膠與裝配式外墻板進(jìn)行粘接時，其粘接的優(yōu)劣性需要通過密封膠本身具備的彈性與粘接能力進(jìn)行測試。通過試驗，得出對于密封膠自身而言，伸長率是一大關(guān)鍵點。伸長率作為考驗密封膠承受能力強弱的重要條件，當(dāng)密封膠受到拉伸時，質(zhì)量好的密封膠會保持較好的彈性，不會出現(xiàn)斷裂情況的發(fā)生，同時也能夠最大程度地滿足設(shè)計變位能力的需要；密封膠的粘接能力取決于與墻板界面的粘接效果，要保證密封膠所承受的剝離拉力不變，當(dāng)密封膠出現(xiàn)問題后，其剝離的拉力會受到明顯影響。如果密封膠與墻板的界面發(fā)生脫離，密封膠所承受的剝離拉力會隨時增大。綜上所述，對裝配式建筑外圍護(hù)墻板進(jìn)行優(yōu)化時，使用密封膠粘接進(jìn)行現(xiàn)場測試，其最重要的判定方式為：當(dāng)密封膠承受最大剝離拉力時，密封膠的伸長率需要滿足產(chǎn)品的設(shè)計需要，保證密封膠所承受最大剝離拉力，并將保持率保證在85%以上，以此判斷密封膠粘接的可靠性；如果密封膠在剝離的過程中，剝離的拉力低于85%以下，則粘接可靠性不合格[4]。

3 裝配式建筑使用MS密封膠的制備方法

3.1? 端硅烷聚醚（MS）

端硅烷聚醚（MS）的結(jié)構(gòu)如圖1所示，MS的整個結(jié)構(gòu)由聚醚主鏈端和Si—O—Si末端鏈段組成。

MS密封膠屬于濕固化機理，在常溫狀態(tài)下，鏈端Si—OR基團(tuán)會與空氣中的水發(fā)生反應(yīng)，生成Si— OH，得到Si—OH，再與Si—OR結(jié)合形成Si—O—Si，釋放 H2O，形成 Si—O—Si鍵，將 Si—O—Si鍵作為網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)點，形成氧化丙烯聚醚鏈段結(jié)構(gòu)[5]。MS密封膠與其他類型的密封膠相比，施工方便，具有較強的可涂飾性，污染性小，具有一定的環(huán)保效果，較好的耐候性可讓固化后的MS密封膠的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定持久。更重要的是，粘接廣泛，可以與不同基材進(jìn)行粘接。裝配式建筑MS密封膠的組成如圖2所示。

MS 樹脂：是密封膠的主要成分，關(guān)系到密封膠的粘接性能，最常見的樹脂有 S303H、S203H、 S327、SAX400，最常用到的樹脂是303，其粘接效果最好。

碳酸鈣：作為增量和補強的碳酸鈣，填料的添加量不可超過密封膠，保證其添加量為總質(zhì)量的40%以上，70%以下。碳酸鈣是最常見的填料，其價格優(yōu)勢強，因此在MS密封膠中的應(yīng)用最為廣泛，可以降低密封膠的使用成本。

塑化劑：可以增強密封膠泥的流動性，改善密封膠的使用性能，起到降低成本的作用。塑化劑的種類繁多，最常用的塑化劑是鄰苯二甲酸酯類。

觸變劑：觸變劑可以起到改善施工效果的作用，有機觸變劑需要在高溫下使用；無機觸變劑不需要任何的使用條件[6]。

穩(wěn)定劑：UV吸收劑可以有效提高密封膠的耐候性，可以與光穩(wěn)定劑共同使用效果最好。

脫水劑：起到促進(jìn)內(nèi)部快速固化的效果。偶聯(lián)劑：可以提高密封膠的粘接性。

催化劑：加快固化速度，減少固化時間。

3.2 制備工藝

MS密封膠的制備工藝分為2種：熱工藝和冷工藝。熱工藝多用于制備MS密封膠；冷工藝用于大規(guī)模操作[7]。采用熱工藝法進(jìn)行MS密封膠的制備，熱工藝的制備流程如圖3所示。

首先使用恒溫干燥箱填料，不要進(jìn)入過多的水分；其次，將MS密封膠的組成結(jié)構(gòu)（除偶聯(lián)劑、催化劑、脫水劑）加入反應(yīng)釜中進(jìn)行攪拌，高溫下加熱60 min；真空低速下降溫到50℃。最后，加入偶聯(lián)劑、催化劑、脫水劑，15 min后停止運行，取出成品[8]。

3.3 裝配式建筑MS密封膠試驗方法

硅烷改性聚醚樹脂成本較高，但是有著較好的強度和延伸性，因此，可以通過加入填料的方式達(dá)到降低成本的效果。填料的添加需要占據(jù)密封膠總體質(zhì)量的40%以上，70%以下。填料的種類中，以碳酸鈣為主，碳酸鈣作為一種無機物，獲取方便，且價格低，具有較高的白度。最為常見的一種填料添加方式是采用重質(zhì)碳酸鈣和納米碳酸鈣相結(jié)合的方法，重質(zhì)碳酸鈣可以起到降低成本的效果，不會對密封膠的強度帶來較大的影響。納米碳酸鈣的粒徑小，具有增韌功能，但是納米碳酸鈣的吸油值較高，過度添加會影響密封膠的流動性，影響力學(xué)性能。通過分析填料對MS密封膠的物理力學(xué)性能影響，設(shè)計了MS密封膠的試驗方法，具體如表3所示。

4 填料對裝配式建筑MS密封膠力學(xué)性能影響

4.1 試樣制備

4.1.1 表干時間

根據(jù)建筑密封材料的試驗方法，在進(jìn)行表干時間的測定過程中，需要先將密封膠填充入試樣的模具中，獲取表干時間所需試樣。在溫度23℃ ， 濕度50%的條件下，在試樣表面選取3個位置測量其干燥度，記錄試樣所需時間。選取時間段為30 min、1 h、3 h、大于3 h。

4.1.2? 固化程度

試樣制備所使用的模具為楔形槽，在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下，將密封膠在模具中的固化層厚度進(jìn)行記錄。從模具的最低段開始填充密封膠，讓密封膠完全填滿模具，具體如圖4所示。

當(dāng)測量固化深度時，需要將密封膠的試樣重新揭露，看到未固化的密封膠應(yīng)立即停止，將最高點到凹槽的距離設(shè)為W ，則固化層的厚度表示為：

式中：di 表示固化層厚度；W 表示密封膠長度；L 表示模具長度；d 表示深度。

4.1.3 拉伸力學(xué)

拉伸力學(xué)采用啞鈴式試樣，試樣的厚度為2 mm，制備流程如圖5所示。將MS填滿聚四氟乙烯模具后，刮平表面，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)周期為28 d取出[10]。

利用電子萬能試驗機對試樣進(jìn)行拉伸，在試驗機上夾住試樣兩端，使用引伸計夾住試樣的標(biāo)距段，根據(jù)記錄，計算所需力和伸長率，得到力和伸長率的值，并對試驗結(jié)果進(jìn)行計算。

4.1.4 壓縮特性

試樣模具為圓柱體，通過聚四氟乙烯加工的模具進(jìn)行制備，將密封膠加入到凹槽中，避免進(jìn)入空氣，使用刮板沿著槽的表面剔除多余密封膠，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d 取出，壓縮試樣如圖6

將壓縮試樣放入試驗機中，為了保證試驗效果，需要通過涂抹潤滑劑的方式降低誤差。以10 mm/min 的速度進(jìn)行壓縮，直到壓縮應(yīng)變?yōu)?5%后停止，逐次進(jìn)行，并記錄變形曲線。

4.2? 固化性能影響

4.2.1表干時間的影響

表4為不同填料總量的試樣數(shù)據(jù)，圖7為表干時間的變化規(guī)律，根據(jù)填料總量的不同得到[11]。

密封膠的表干時間是隨著填料的總量不斷發(fā)生變化，填料的增加會讓基體的分子距離發(fā)生變化，同時還會增進(jìn)密封膠的厚度，使得密封膠在固化后面積增加，縮短表干時間。因此，表干時間的變化是隨著填料的增加而不斷發(fā)生變化，當(dāng)填料的總量達(dá)到300份時，填料會讓密封膠表面的粗糙度到達(dá)峰值，此種情況下，填料的增加或減少并不會影響表干的時間。隨著納米碳酸鈣密度的增加，表干時間呈下降趨勢，當(dāng)納米碳酸鈣的占比超過50%時，表干時間最小，填料對于密封膠的影響最大。納米碳酸鈣在填充和增強方面的效果優(yōu)于重質(zhì)碳酸鈣，隨著納米碳酸鈣的不斷增加，密封膠的表干時間也在不斷減少，增加納米碳酸鈣，會讓密封膠的表面更加粗糙，減少分子鏈的運行，并出現(xiàn)持續(xù)固化的情況。當(dāng)納米碳酸鈣不斷增加時，其補強效果會逐漸趨向飽和，表干時間不會再發(fā)生明顯變化。

4.2.2固化程度的影響

MS密封膠作為一種濕氣固化型密封膠，其固化程度與水在密封膠中的擴散速度息息相關(guān)，固化程度作為密封膠的一項重要參數(shù)，關(guān)系到密封膠的實際使用與施工條件，以固化深度表示固化程度。通過增加填料，導(dǎo)致固化的程度會發(fā)生較大變化，出現(xiàn)先不變后變再減小的情況。當(dāng)填料總質(zhì)量為150份時，固化程度為2.8 mm；當(dāng)填料總質(zhì)量為200份時，固化程度為2.9 mm。通過測試精度，可以得到試樣之間的變化并不十分明顯，當(dāng)填料總質(zhì)量為300、400份時，固化程度相對減小幅度增加[13]。

固化程度還與密封膠的表干時間有關(guān)，當(dāng)填料總質(zhì)量為300或400份時，其表干時間要小于總質(zhì)量為150和200份。基于此，要想讓密封膠與水汽相結(jié)合，要加快與水汽接觸后的固化速度。通過增加填料，讓基體與填料相結(jié)合，減少分子鏈，并加快水汽擴散的速度。如果填料的量持續(xù)增加，容易出現(xiàn)團(tuán)聚情況的發(fā)生，影響填料的分散效果，阻礙水汽在密封膠中的分散效果。當(dāng)填料的總質(zhì)量相同時，納米碳酸鈣的占比不斷增加，出現(xiàn)先不變后變得情況。當(dāng)填料全部是納米碳酸鈣時，固化的程度為3.3 mm/d，隨著納米碳酸鈣的占比越來越大，試樣的固化程度也在不斷發(fā)生變化。重度碳酸鈣在整個密封膠試驗中起到的只是填充效果，不會出現(xiàn)較大的補強效果，對密封膠不會造成較大的影響，主要還是要依靠納米碳酸鈣起到更大的作用。當(dāng)納米碳酸鈣的分子量越來越大，則補強的效果越來越好，基體的粗糙度也越來越大[14]。

4.3 基本力學(xué)性能影響

通過啞鈴試樣測試，得到不同的填料總量。1∶1的碳酸鈣形成的 MS密封膠試樣，其應(yīng)力曲線如圖8所示。

隨著工程應(yīng)變的增加，所有的試樣工程應(yīng)力出現(xiàn)了先增加后緩慢的特點，當(dāng)應(yīng)變在1到2的區(qū)間內(nèi)，轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)，當(dāng)經(jīng)過轉(zhuǎn)折點之后，曲線的斜率出現(xiàn)小幅度的下降。當(dāng)填料總質(zhì)量為150份時，曲線的斜率下降幅度最小；400份時下降幅度最大。由此得出曲線的斜率幅度是隨著填料總質(zhì)量的增加而不斷發(fā)生變化。隨著真實應(yīng)變的增加，所有的試樣曲線均為非線性，當(dāng)曲線的斜率增大時，模量也隨之增加。從150份增至250份時，曲線與應(yīng)變軸的面積也在不斷增大；從250份到400份時，曲線面積在減小。由此得出，當(dāng)填料總量為250份時，拉伸力學(xué)最佳[15]。

5 結(jié)語

裝配式建筑中，結(jié)構(gòu)的防水密封質(zhì)量至關(guān)重要，尤其以密封膠與墻板的粘接可靠性最為關(guān)鍵。通過現(xiàn)場的檢測與試驗分析可以得到，密封膠的剝離拉力保持率不宜低于85%，否則容易造成粘接的可靠性不合格。裝配式建筑使用密封膠進(jìn)行粘接，需要進(jìn)行可靠性的現(xiàn)場檢測試驗，通過試驗驗證其方法的可實施性，為日后的粘接可靠性檢測提供參考價值。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 劉盈.裝配式建筑用密封膠粘接可靠性現(xiàn)場檢測方法研究[J].粘接，2019，40（6）：20-22.

[2] 韓建軍，仲小亮，楊霞，等.裝配式建筑外墻嵌縫用密封膠耐老化性能研究[J].新型建筑材料，2020，47（12）：118-121.

[3] 蔡海濤，趙瑞，王翠花，等.裝配式建筑用MS密封膠的制備及其老化性能研究[J].粘接，2017（11）：37-39.

[4] 朱雪鋒，張洪濤，周菊梅，等.裝配式建筑用單組分硅烷改性聚醚密封膠的制備及其可涂飾性研究[J].有機硅材料，2019，33（5）：360-364.

[5] 段存業(yè)，張東東，徐楓，等.中國裝配式建筑用密封膠應(yīng)用探討[J].中國建筑防水，2022（3）：12-18.

[6] 陳洋慶，陳建軍，高敏華.裝配式建筑用硅烷改性聚醚膠的制備及儲存性研究[J].中國膠粘劑，2020，29（12）：37-39.

[7] 段存業(yè)，張東東，徐楓，等.日本裝配式建筑用密封膠應(yīng)用解析[J].中國建筑防水，2021（12）：29-33.

[8] 龍飛，蔣金博，陳建軍，等.裝配式建筑外墻拼縫用密封膠的性能對比研究[J].中國建筑防水，2017（14）：15-18.

[9] 師麗.裝配式建筑用MS密封膠的制備與粘接性能分析研究[J].粘接，2022，49（2）：30-33.

[10] 胡棚.填料對裝配式建筑MS密封膠物理力學(xué)性能的影響研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)，2021.

[11] 王烘艷.裝配式建筑外墻拼縫用密封膠的性能分析及施工工藝[J].粘接，2022，49（2）：12-14.

[12] 張富賓，肖建莊，丁紅梅.裝配式混凝土結(jié)構(gòu)防水技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報，2022，39（1）：1-13.

[13] 朱雪鋒，張洪濤，周菊梅，等.裝配式建筑用單組分硅烷改性聚醚密封膠的制備及其可涂飾性研究[J].有機硅材料，2019，33（5）：360-364.

[14] 朱雪鋒，楊慶紅，徐喬鋒，等.裝配式建筑用雙組分硅烷改性聚醚密封膠的研制[J].有機硅材料，2018，32（6）：464-468.

[15] 陳洋慶，陳建軍，高敏華.裝配式建筑用單組分硅烷改性聚醚密封膠的制備及彈性恢復(fù)率研究[J].有機硅材料，2021，35（5）：16-20.