装配式建筑防水密封技术探讨

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  摘要:装配式建筑由于容易发生变形、开裂和渗漏等问题,所以应选用合适的密封材料来保证装配式建筑的耐久安全使用。本文对装配式建筑的选材和节点设计及施工进行了研究。
  关键词:改性硅酮密封胶;装配式建筑;防水密封
  引言
  随着我国节能环保压力的增大,国家开始倡导绿色建筑的发展,装配式建筑也迎来发展契机,与之配套的装配式建筑用密封胶的需求量也将呈上升趋势。由于改性硅酮综合性能优异,可以保证装配式建筑耐久安全使用,因而适合于用在装配式建筑中。
  1.装配式建筑对密封胶的性能要求
  装配式建筑结构(混凝土、钢结构、木结构)由于受到温度伸缩(干缩)、地震台风、结构荷载、不均匀沉降等作用产生位移接缝及内外饰面的非位移接缝,因而对密封胶有一系列性能要求,即可靠粘结、随缝变形、耐候耐久、环保美觀。
  1.1粘结性
  粘结性是密封胶最重要也是最基本性能之一,良好的粘结性是保证密封防水的前提。影响密封胶粘结性的因素很多。混凝土是多孔性材料,孔洞大小和分布不均匀不利于密封胶的粘结;混凝土本身呈碱性,部分碱性物质会迁移到密封胶和混凝土接触界面,会影响粘结效果;预制构件部分脱模剂残存于预制构件表面,也会影响密封胶的粘结性能,使用配套专用的底涂非常重要。
  1.2气密性和水密性
  赋予建筑物良好的气密性和水密性,是密封胶最基本的性能。结构板与密封胶形成连续的不渗透层,可以确保结构防水及安全使用的基本功能要求。
  1.3力学性能
  预制外墙板、装饰板在荷载、温度、收缩等作用下会产生相对位移,因此密封胶必须具备一定的弹性,有一定的自由伸缩变形能力和恢复能力,否则极易出现断裂、剥离等问题,导致漏水事故。密封胶力学性能应包括位移能力、弹性恢复率、拉伸模量、断裂伸长率等指标。
  1.4耐久性、耐候性
  预制墙板、饰面板是建筑外围护结构,密封胶也完全暴露在室外,烈日曝晒、狂风暴雨侵袭、昼夜温差胀缩、紫外线照射等会使密封胶逐渐老化,因此要求其具备一定耐久性和耐候性。相关指标包括热压·冷拉后粘结性、浸水后定伸粘结性、紫外线辐照后的粘结性、质量损失率等指标。
  1.5抗疲劳性、蠕变性
  环境温度循环起伏,热胀冷缩循环作用,接缝尺寸循环变化,要求密封胶有良好的抗位移能力及蠕变性,即便粘结面长期处于拉伸受力状态也不易发生粘结或内聚破坏。
  1.6其他性能
  包括防污染性、易涂装性、可维修性、环保、防霉、耐水、与其他建材相容性等。
  2.装配式建筑用改性硅酮密封胶
  2.1改性硅酮密封胶
  改性硅酮(Modified Silicone)密封胶,也称MS密封胶,原是专指采用KANEKA公司开发的MS聚合物为主要材料生产出的单组分或双组分密封胶。主要成分为端硅烷基聚氧化丙烯醚,称为改性聚醚胶,也有称为有机硅改性聚醚(Silicone modified polyether )。改性硅酮密封胶(MS胶)的名称来源于日本标准JIS5758,称谓变成为改性硅酮(MS);在国内首提硅酮改性类(MS)的标准是:JC/T883—2001《石材用建筑密封胶》;在JC/T485—2007《建筑窗用弹性密封胶》明确为改性硅酮聚合物;GB/T23261—2009《石材用建筑密封胶》明确分:硅酮(SR)、改性硅酮(MS)、聚氨酯(PU);在《硅酮及改性硅酮建筑密封胶》(GB/T 14683—2017)标准中明确“以端硅烷基聚醚为主要成分、室温固化的单组分和多组分密封胶”为改性硅酮密封胶,产品标记为MS,所以MS胶代表不同含义,狭义上是指KANEKA公司开发的“MS”胶,广义上是指所有以端硅烷基聚醚为主要成分的密封胶。
  目前改性硅酮密封胶有多种不同技术类型的产品,技术简称有“MS”“STP-E”“SMP”“SPUR”等等,下面简单介绍两种改性硅酮密封胶,分别是日本KANEKA公司“MS”技术产品和德国WAKER公司“STP-E”技术产品:
  (1)KANEKA公司“MS”密封胶
  “MS”密封胶是一种以端硅烷基聚醚(以聚醚为主链,两端用硅氧烷封端)为基础聚合物制备生产出来的密封胶。其聚合物结构如图1所示:
  MS密封胶具有可涂刷性,与混凝土、石材等粘结效果良好、无污染,使用寿命可长等特点。相比硅酮密封胶和聚氨酯密封胶,MS密封胶具有更低的模量,同时可以做到应力缓和,胶体长期受力时不易脱胶。
  目前产品使用时,为确保粘结效果,厂家都建议施加底涂施工。MS密封胶有单组分,双组分两类产品,单组分施工方便;双组分物理性能更佳,但对施工要求较高,一方面要求施工人员现场搅拌混合密封胶两个组分,另一方面必须要施加底涂才能粘结混凝土。
  (2)WAKER公司“STP-E”密封胶
  STP-E密封胶是一种区别于“MS”密封胶新型改性硅酮产品,其结构式如图2所示:
  STP-E密封胶相对其他密封胶而言,最突出的优势是在无底涂的情况下与混凝土粘结性最佳,耐受水浸泡的时间最长,主要是由于聚合物末端氨基甲酸酯键具有α诱导作用,大大提高了密封胶与混凝土的粘结强度。所以STP-E密封胶是施工最方便,密封效果最有保证的产品。STP-E密封胶本身使用寿命长,表面可涂刷普通水性涂料和油性涂料,能够更有效延长其使用寿命。由于STP-E密封胶未添加硅油等成分,胶体对石材、混凝土等基材无污染,且固化后表面粘性小,不易沾染灰尘。
  2.2改性硅酮密封胶性能特点及与其他密封胶比较
  改性硅酮聚合物的低黏度、低模量,赋予改性硅酮密封胶良好操作性、触变性、挤出性、低温柔性等优异性能,并具有优异的耐候性、耐老化性、易涂刷等优点。   改性硅酮密封胶是常见建筑密封胶里黏度最低、受温度影响最小、可采用吸胶法施工的密封胶;也是模量最低的密封胶,仅为0.2MPa;双组分设计,配以专用双组分胶枪使得多余胶量可重复利用,施工损耗更低,更经济。改性硅酮聚合物分子结构和交联特性决定了改性硅酮密封胶的性能和质量,非硅酮密封胶(含低污染)、聚氨酯密封胶(含改性聚氨酯)可以比拟。
  2.2.1粘结性能
  除玻璃外的几乎所有材质,改性硅酮密封胶均能实现可靠粘结,定伸粘结性、浸水后定伸粘结性、热压冷拉后的粘结性满足标准要求;配以专用底涂和标准化施工,可确保粘结性能。
  2.2.2位移变形
  改性硅酮密封胶可以在温度位移情况下的设计伸缩率20%、剪切形变率30%;风荷载及地震引起位移的情况下设计伸缩率30%、剪切形变率60%,均能满足装配式建筑墙板缝隙变形要求。
  2.2.3非污染性
  改性硅酮密封胶由于不添加任何易挥发溶剂或易迁移增塑剂,不含硅油、硅树脂,不会吸附空气中的灰尘造成污染,可使建筑保持持久的美观,提升建筑物的价值,彻底消除墙面污染;后期维修简易、可靠且综合成本低。硅酮密封胶由于存在硅油、硅树脂及塑化剂的析出,容易吸附空气中的灰尘造成胶缝的污染;硅油渗入粘接基面,影响粘接性能及可维修性。
  2.2.4涂饰性能
  改性硅酮密封胶不含硅油、硅树脂(水性涂料不易附着),界面能较低,水性涂料可在其上可靠附着,具有完美的易涂装性,使得PC建筑外墙颜色丰富多彩(图3)。
  2.2.5环保性能
  改性硅酮密封胶不含活泼的异氰酸酯结构和游离NCO,无溶剂、不含甲醛以及极低的可挥发物质(远远低于国家标准)、无毒无味,具有更佳的环保性,是最环保的建筑密封胶。
  综上,改性硅酮密封胶是综合性能最优异、最适合于混凝土装配式建筑密封防水工程的密封胶。
  3.装配式建筑防水节点构造
  装配式混凝土建筑结构类型较多,有预制装配整体式框架结构、剪力墙结构体系、内浇外挂体系、双面叠合、单面叠合剪力墙结构体系等。装配式建筑结构类型多样,但防水多采用构造防水与材料防水相结合的方式,即除构造防水外,常采用弹性密封材料嵌缝,即使接缝出现变形开裂,也能防止形成内外贯通的裂缝,具有防水和防透气的双重功能。
  PC墙板承受荷载的,主要如装饰保温承重一体化夹芯复合预制墙板;PC墙板不承受荷载的,如内浇外挂体系等。
  3.1装饰保温一体化夹芯复合墙板接缝密封防水处理
  装饰保温一体化夹芯复合墙板(三明治)是PC墙板承重体系的主要代表,承重PC外墙板上下连接为钢筋灌浆套筒连接形式,暗柱部位现浇。外墙防水重点部位即墙板接缝、门窗洞口。外墙接缝垂直缝,采取结构防水与材料防水结合的处理方式。结构防水是对墙板四边与现浇梁、柱等用水泥基渗透结晶材料处理消除新旧混凝土施工缝的渗漏风险,另需采用密封胶密封防水(图4);水平缝一般在墙板边缘,采用企口缝或高低缝(水平缝)构造降低渗漏风险,另采用密封胶密封防水(图5)。
  3.2预制外墙挂板接缝密封防水处理
  预制外墙挂板接缝密封防水与装饰保温一体化复合预制墙板类似,但接缝的背水面添加了一道定型密封材料封堵,以增加防水的可靠性。图6为带夹芯保温层装饰外墙挂板的水平缝、垂直缝及预埋导水管防水处理。
  3.3装配式建筑接缝密封设计
  装配式建筑接缝可根据结构的位移能力,分为位移接缝和非位移接缝(表1);根据接缝构造形式不同又分为开放接缝(开缝构造)和填充接缝(密封构造);填充接缝根据设防措施不同分为:单道密封、双道密封和双道带排水密封。
  3.4改性硅酮密封胶的施工
  3.4.1施工工艺
  改性硅酮密封胶(双组分)施工工艺流程如7所示。单组分胶更为简单,不需要配比、搅拌,可直接装入胶枪打胶施工。”
  3.4.2施工中应注意的问题
  (1)基层清理应干净,无浮浆、浮灰,基材的表面发白;应进行简易粘结试验,杜绝基材、底涂、密封胶的不相匹配。
  (2)PE泡沫棒填充应松紧适度(宽度较缝宽20%)、胶缝深度满足设计要求,应先量缝宽再选取适合尺寸的PE泡沫棒或泡沫板进行裁切。
  (3)用美纹纸粘贴保护,尽量减少搭接,减少污染机会。
  (4)必须采用配套专用底涂,涂刷应均匀、到位,无漏涂,用量应根据基面材质确定;底涂的干燥必须经过30min以上,底涂属于易燃易爆危险品,应设专人负责,注意运输、保存和使用的安全风险。
  (5)密封胶应混合、搅拌均匀,采用专用搅拌器搅拌15min,颜色应均匀一致,无条纹状色差,固化剂应挤出完全;注意搅拌均匀的胶料开放的时间为2h,应尽快用完。
  (6)打胶施工应根据缝宽裁取合适的胶嘴宽度和角度,吸胶时枪嘴应低于胶面,不宜吸入空气;对T字接缝、十字接缝、转角接缝应按照打胶先后搭接顺序施工,应在平直段进行搭接;胶量应适当富余,做到饱满无气泡,不宜后补;打胶速度应适中,不宜过快或过慢,且不得跳打。
  (7)压胶、修饰采用现场裁制的泡沫刮板,分正反两次压胶,尽量一次成活,减少二次污染;采用金属刮板将两侧多余的密封胶回收。
  (8)小心地撕除美纹纸,防止污染;胶桶、美纹纸应集中回收处理;工器具应在每日收工后清洗干净。
  (9)施工作业环境条件:结构变形基本稳定,无大的振动、撞击;雨雪天不得施工,已施工部分应加强防护;不宜在气温低于5℃或者预计施工后降温到5℃以下的情况下施工。
  (10)项目管理人员需每日检查、测量并确认接缝厚度、宽度、完工量以及养护后固化状态、粘结性,做好施工记录,核算人机料用量、作业面、施工进度,做好合理施工安排。
  3.5改性硅酮密封胶装配式建筑工程应用案例
  (1) 合肥·湖畔新城(图8)
  业主:合肥市重点局;总包:中建国际;PC:海龙;总建筑面积:56.2万㎡,其中装配式建筑43.6万㎡;打胶量约8万延米。
  (2) 深圳·中海天钻(图9)
  业主:中海地产;总包:中建五局;PC:海龙;总建筑面积:26万㎡,其中8#楼、9#楼为装配式建筑,打胶量约8000延米。
  4.结语
  综上所述,本文提供的装配式建筑改性硅酮密封防水系统,密封材料性能优异,节点设计安全严谨,可解决现有的装配式建筑用密封胶粘接效果差、施工困难的问题,在中国市场上将有广阔的应用前景。
  参考文献:
  [1]装配式建筑用双组分改性硅酮密封胶的制备及应用[J].段存业,王新锋,段文锋,郑先军,李帅强.中国建筑防水.2017(02)
  [2]装配式建筑外墙拼接缝用密封胶的选择探讨[J].赖振峰,王万金,贺奎,董全霄,夏义兵,吴敬朋,朱宁.中国建筑防水.2016(14)
  [3]增塑剂对硅酮密封胶耐老化性能影響的研究[J].段林丽. 中国建筑防水.2016(05)
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