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摘要：对于装配式建筑，外墙板拼接缝的密封防水是建筑防水的关键环节。为此，本文分析了装配式外墙板拼接缝的不同类型密封材料的性能优缺点、失效原因以及材料受力破坏，并提出了优化接缝设计、优选密封材料，严格的施工工艺等措施，以保证装配式建筑外墙板构件接缝密封防水的工程质量。
关键词：装配式建筑；密封材料；失效；施工技术
引 言
装配式建筑是目前国家大力发展的新型绿色建筑，具有节能、环保、施工快捷等优势，可大幅减少建筑垃圾和污水，降低建筑噪声，提高施工质量。在装配式建筑中，其防水的关键是外墙板拼接缝的密封防水，一般采用密封胶进行密封，密封材料的性能和施工直接关系到整个工程的防水效果。因此，为了保障整个装配式建筑体系的防水效果，不仅要求密封材料具有优良的粘结性、高弹性、耐疲劳、抗振动、耐侯、耐老化等，而且还要做好接缝设计以及精心施工。
1.不同类型密封胶性能优缺点分析
传统聚硫密封胶的优点：具有耐油、耐溶剂、抗振动、耐疲劳等性能，且具有极低的透气性、透水性。缺点：聚硫橡胶中存在双硫键，导致其耐老化性能差，长时间外露使用会出现深裂纹；伸长率不佳，一般小于300%；耐寒性不佳。
硅酮密封胶的优点：耐侯、耐热、耐低温、耐湿热以及良好的弹性、化学稳定性和电性能，且室温即可就地固化、施工方便[1]。缺点：耐污染性差，使用硅酮密封胶的接缝处污染严重，影响美观；同时，具有可涂饰性差、耐磨性差、撕裂强度差等缺点。
聚氨酯弹性密封胶优点：具有优良的弹性、耐低温性、耐磨性和对基材良好的粘附性。缺点：耐候性较差，不适合在阳光直射的外墙直接外露使用。
硅烷改性密封胶主要包括硅烷改性聚醚密封胶（MS）和硅烷改性聚氨酯密封胶（SPUR）两类。MS 密封胶优点：无溶剂、无异氰酸酯、无硅树脂、无味，可在室内使用；具有优良的抗紫外线能力，耐候性佳，也可用在室外使用；对装配式外墙板有良好的相容性；20 世纪80 年代在日本开发成功，生产工艺成熟，技术指标得到了实践的检验。SPUR 密封胶的分子结构与MS 密封胶类似，区别是SPUR 密封胶长链中含有氨基甲酸酯基团（聚氨酯基团）（图1）。
图1 硅烷改性密封胶分子结构示意图
硅烷改性密封胶的分子结构与聚氨酯密封胶类似，有机硅仅仅用于封端改性，其力学性能优于硅酮密封胶，且适用于大部分建筑的接缝密封（如室内装修、水泥接缝、木地板粘结等）。硅酮胶的优势在于国内配套齐全和低技术门槛。而随着国内环保法规的逐渐严格，107 胶的成本会越来越高，硅酮胶的成本优势会逐渐失去。
2.密封材料的失效原因分析
根据经验，建筑接缝用密封胶在使用8~10 年后，其自身的力学性能就会出现问题，主要表现为开胶、延伸性丧失、粘结遭到破坏等，失去防水密封功能。尤其在长期的户外紫外线照射下，胶层表面会出现严重的龟裂现象，密封胶性能劣变更加明显。
密封胶失效的原因有多种，主要包括外部环境的影响、密封材料本身的质量问题及基层问题等[2]。“外部环境影响”即在大气环境中引起密封胶性能下降的主要因素，如氧、臭氧、热、光、水等的影响。太阳光中的紫外光能量较高，能直接引起高分子链的分解反应；此外，聚合物分子吸收紫外光后能产生自由基，进而加速了自由基的链锁分解反应。因此，密封胶耐受外界环境影响的能力，对改善密封构件的质量水平及延长其使用寿命具有重要的实际意义。“密封材料本身的质量问题”包括胶渗油、老化、脆化等问题。“基层问题”是指基层材料的问题，如在密封胶质量得以保证、密封技术正确使用的情况下，基层清理不到位也会影响密封效果。在实际工程应用中，很难做到混凝土基层表面无灰尘，或者表面仍存在一层强度较低的浮浆。虽然密封材料与混凝土有一定的粘结性能，但一般情况下，密封材料黏度很大，渗透能力有限，往往与基层表面灰尘、浮浆接触后，很难再渗入混凝土内部，导致密封材料长期受复杂外界变化出现边缘脱胶；或仅有这一层密封材料起防水作用，内部泡沫条几乎起不到任何防水作用，造成密封防水失效。
3.密封材料的受力分析
密封材料的使用性能取决于弹性和塑性的组合[3]。弹性密封材料在初始的宽度和形变后，应当表现出极大的弹性恢复性，也就是完全的形变恢复能力（没有永久的形变）。然而，由于塑性行为作用，一些变形、屈服和应变重新发生，其程度取决于所用材料的性质和温度、可逆应力的循环周期以及在恒定应变下形变的持续时间等条件。极大的塑性行为，即通过屈服恢复初始形状，只有密封材料在发生小的和相对慢的位移接缝中使用时才被接受。
接缝中密封材料有时受拉有时受压（图2），要求密封材料只改变形状而不发生体积变化。同时，要求密封材料易于施工、耐屈服和应力松弛、与表面粘结良好、压缩形变低，橡胶类弹性体的极限强度要高、模量要低。
图2 密封材料受力形式
密封材料在应力作用下产生的失效有：密封材料内部的受拉破坏或密封材料与接缝面连接处的破坏，分别为内聚破坏和粘结破坏，如图3 所示。采用定型密封材料进行接缝密封时，总是处于受压状态，失效通常是由于密封材料与接缝面之间没有足够的接触压力；在与主位移方向垂直的一个或两个方向产生次级位移，或在密封材料中产生剪切，也会导致失效的产生，这就要求密封材料的深度（和长度）所提供的主位移大于所要求提供的任何抗剪能力。在持续受压时，定型密封材料的性状取决于弹性和塑性的组合，较为理想的情况是“应变完全恢复，无永久变形”。
图3 密封材料破坏形式
4.装配式外墙板密封材料接缝设计
为接缝提供有效的密封，要比传统的“简单采用材料填充接缝”更为有效。密封材料的作用效果取决于接缝处产生的位移，接缝的整体性状也取决于接缝材料的物理性能，将这两方面因素联系在一起的是接缝设计。因此，接缝设计至关重要，有时甚至起着决定性的作用。装配式建筑外墙板拼接过程中首先要考虑的也是接缝设计。通常情况下，装配整体式结构伸缩缝的最大间距宜符合表1的规定。
表1 装配整体式结构伸缩缝的最大间距
接缝宽度与基材位移量和密封材料位移能力有关，可按以下简化公式计算：
W>△L/ε+δ
△L=L•α•△T
其中：W 为缝宽，mm；△L 为基体伸缩位移量，mm；ε为密封材料位移量，%；δ 为接缝施工误差，mm（一般取2 mm）；L 为构件基本长度，mm；α 为构件基体材料热膨胀系数，1/℃；△T 为使用温度范围，℃（一般选83 ℃）。
实际工程中，接缝设计时可参照表2、表3 中的经验值进行取值。总体来说，接缝设计必须达到足够的宽度，保证其始终大于可能出现的位移量，防止构件端部发生结构性破坏；接缝设计还需要保证嵌填的密封材料具备足够的位移能力，防止密封材料破坏导致渗漏，必要时应更换密封材料或加宽接缝尺寸。
表2 接缝设计
表3 密封胶宽深比设计
防水密封材料是预制装配式混凝土建筑外墙拼接缝防水的第一道防线，其选择至关重要，现有防水密封材料以密封胶为主。密封胶应满足以下要求：
5.1良好的抗位移能力
预制板接缝部位在应用过程中，受各种外界因素的影响，接缝尺寸会发生循环变化，因此密封胶必须具备良好的抗位移能力.
5.2优异的耐候性
由于密封胶的外表面长期外露，长期经受紫外线照射、冷热循环、风雨、细菌等外界环境的影响，因此密封胶必须具有非常好的耐候性，以保证其长期的使用效果，从而保证PC建筑的使用寿命和安全；
5.3良好的粘结性和相容性
预制装配式混凝土板主要结构组成为水泥混凝土，属于多孔材料，孔洞大小及分布不均不利于密封胶的粘接；混凝土本身成碱性，部分碱性物质迁移至粘接面会影响密封胶的粘接效果；预制外墙板生产过程中需采用脱模剂，在一定程度上会影响密封胶的粘接性能。为保证密封效果，采用的密封胶必须与水泥混凝土基材具有良好的粘结性和相容性；
5.4防污染性
密封胶作为外露使用，一些未参与反应的小分子物质易游离渗透到混凝土中，并且增塑剂也容易渗透进入混凝土孔洞中；由于静电作用，一些灰尘也会粘附在混凝土板缝的周边，为整体美观需要还应具备防污染性，即避免对接缝两侧的基层造成污染；
5.5涂装性
现代装饰为追求整体的美观度，常对外墙表面进行喷漆处理，密封胶的可涂装性也是一项重要的性能指标；
5.6可修补性
密封胶在使用过程中难免出现破损、局部粘结失效情况，因此要求密封胶具有良好的可修补性。
6.装配式外墙板密封材料施工技术
要保证装配式建筑外墙板拼接缝的防水密封效果，完美的设计、高质量的密封材料固然必不可少，专业的施工配套也不可或缺。装配式外墙板拼缝施工主要包含7 道工序，施工时务必做好每道工序以达到最佳的密封防水效果（图4、图5）。
图4 工艺操作步骤
（1）缝隙修补与清洁。为避免因缝隙被污物附着或界面宽度过宽/不足等原因，造成接缝密封质量不佳、防水失效的结果，所有外墙接缝处在进行耐候密封胶施工前，必须进行表面修补和表面清洁。
（2）塞泡沫条。泡沫条可以防止出现三面粘接，保证密封胶的位移能力。推荐使用聚乙烯泡沫棒；建议泡沫条的宽度为接缝宽度的1.2倍左右，填充后不能过松或过紧。
（3）粘贴防护胶带。在施胶之前，先用防护胶带将待施胶缝隙外沿的表面盖住，以防止在刮胶时污染而影响外观。胶带粘贴时要用力压平、压实，防护胶带的粘贴不能间断。
（4）刷底涂。水泥混凝土为多孔隙材料，表面相对脆弱、难粘，通过正确使用配套底涂能够保证密封材料与墙体材料粘结良好，有助于提高接缝密封的耐久性。
（5）打密封胶。耐候密封胶的施工，是控制整个外墙接缝防水工程质量至关重要的一步，此环节的各项检查一律从严从重。
（6）压实刮平。注胶后需要在密封胶表面干燥之前立即进行修整处理，用专用刮刀压实，保证密封胶与基材的充分接触，以达到良好的粘结效果。
（7）撕除防护胶带、清理工具。撕除胶带时注意不能碰触成型胶缝的
表面，并清理缝隙两侧的残胶；同时，清理工具如胶枪和刮刀上的残胶。
7.结语
综上所述，装配式建筑外墙板拼接缝的密封防水是需要重点注意的环节，密封材料作为防水施工中的关键和基础，其性能与施工对整个工程的质量具有重要的意义。对于装配式建筑来说，需要了解掌握装配式外墙板拼接缝防水失效原因及材料受力破坏原因，在施工过程中通过合理的接缝设计，选取合适的密封材料，严格按照施工工艺操作，保证装配式混凝土结构外墙板构件接缝密封防水质量，保障装配式建筑的长久安全及使用寿命。
参考文献：
[1]杨钱荣.装配式建筑构件拼接缝密封材料及其应用：，CN103121818A[P].2013.
[2]傅申森.浅议装配式外墙板接缝密封胶的选用[J].中国住宅设施，2015（4）：109-113.
[3]屠军钢，康子健，田堃.浅谈装配式建筑外墙板接缝密封胶的选择[J].中国建筑防水，2017（22）：27-29.
论文作者:朱超
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/16
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