裝配式建筑預制構(gòu)件接縫材料研究進展

（重慶市建筑科學研究院，重慶400015）

裝配式建筑預制構(gòu)件接縫材料研究進展

陳國福，宋開偉

（重慶市建筑科學研究院，重慶400015）

接縫材料是裝配式建筑中預制構(gòu)件節(jié)點連接和處理的核心技術(shù)之一，該文討論了裝配式構(gòu)件接縫處理的特點，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范提出了對接縫材料的要求，對目前接縫材料存在的不足進行了分析，并提出了接縫材料的研究方向。

裝配式建筑；預制構(gòu)件；接縫材料；住宅產(chǎn)業(yè)化；改性水泥基

0 引言

住宅產(chǎn)業(yè)化是采用社會化大生產(chǎn)的方式進行住宅生產(chǎn)和經(jīng)營的組織形式，是將住宅生產(chǎn)全過程的設(shè)計、構(gòu)配件生產(chǎn)、施工建造、銷售和售后服務等諸環(huán)節(jié)聯(lián)結(jié)為一個完整的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)，其中裝配式預制構(gòu)件是住宅產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)關(guān)鍵之一。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)依靠節(jié)點及拼縫將預制構(gòu)件連接成為整體，合理的節(jié)點連接可以保證構(gòu)件的連續(xù)性和結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性，使整個結(jié)構(gòu)具有必要的承載能力、剛性和延性，以及良好的抗風、抗震和抗偶然荷載的能力。所以在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，節(jié)點連接及處理成為核心技術(shù)體系，同時又屬于住宅產(chǎn)業(yè)化的四新技術(shù)（新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備）之一，成為行業(yè)內(nèi)關(guān)注和研究的重點和熱點。

1 裝配式預制構(gòu)件接縫處理的特點

目前，裝配式構(gòu)件節(jié)點連接分為干式連接和濕式連接。采用干式連接，可能實現(xiàn)承載力及剛度與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)類似，但其延性及恢復力性能難以與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點等同，因此不能應用于等同現(xiàn)澆的預制框架結(jié)構(gòu)中。采用濕式連接，即預制梁、柱構(gòu)件在接合部利用鋼筋連接或錨固的同時，節(jié)點區(qū)采用后澆混凝土將預制構(gòu)件連為整體，這種連接方式的概念是建立在與全現(xiàn)澆框架的強度和延性相當?shù)幕A(chǔ)之上，其連接性能可靠，從總體上能夠與現(xiàn)澆混凝土節(jié)點相媲美。

雖然濕式連接是目前裝配式結(jié)構(gòu)最主要的連接方法，但也存在明顯的不足：第一，這種連接需要后澆混凝土，由于現(xiàn)澆混凝土的施工及凝結(jié)硬化需要較長的周期，使裝配式結(jié)構(gòu)施工速度快的特點無法發(fā)揮；第二，節(jié)點后澆混凝土需要模板支撐及養(yǎng)護，使裝配式結(jié)構(gòu)的建造成本增加；第三，后澆水泥混凝土的體積收縮大，二者體積變形性不協(xié)調(diào)，易出現(xiàn)開裂或脫離現(xiàn)象；第四，后澆混凝土與預制構(gòu)件之間粘接強度較差，結(jié)構(gòu)連續(xù)性和整體性受到一定影響，結(jié)合界面容易成為侵蝕性介質(zhì)進入結(jié)構(gòu)的通道。

在預制構(gòu)件規(guī)?；b配時，節(jié)點的連接和處理往往成為影響工程進度和整體質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這就要求接縫材料能夠在較短時間內(nèi)實現(xiàn)與預制構(gòu)件的協(xié)同工作，同時對各種異型或復雜預制構(gòu)件具有較好的施工操作性。

2 裝配式預制構(gòu)件接縫材料的要求

在國家行業(yè)標準《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（征求意見稿）中規(guī)定：裝配整體式結(jié)構(gòu)預制構(gòu)件后澆節(jié)點處的混凝土宜采用無收縮快硬普通硅酸鹽水泥配制，其強度等級應比預制構(gòu)件強度等級提高一級，且不應低于30 MPa。江蘇省工程建設(shè)標準《預制裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系技術(shù)規(guī)程》（征求意見稿）中，要求預制墻體板間現(xiàn)澆連接帶部分混凝土應采用比預制部分混凝土強度等級高一級的低收縮混凝土澆筑，且強度等級不應低于C35。

從現(xiàn)有的規(guī)范標準來看，均重點關(guān)注了強度和體積變形性兩個方面，實際上要實現(xiàn)早強和低收縮在現(xiàn)有技術(shù)條件下并不算難事，相反容易出現(xiàn)缺陷的大多是在整體性、連續(xù)性和耐久性上。整體性和連續(xù)性主要是為了保證現(xiàn)澆混凝土與預制構(gòu)件的穩(wěn)固結(jié)合，在承載、傳遞荷載和抵抗變形上表現(xiàn)出一致性和協(xié)調(diào)性，涉及到彈性模量、抗拉能力、粘接強度等性能的匹配程度。此外，預制構(gòu)件之間密集的鋼筋也使得混凝土的澆搗變得困難，不密實或者孔洞既使構(gòu)件連續(xù)性受損，同時也給構(gòu)件的耐久性留下后患。

因此評價接縫材料的優(yōu)劣，除了關(guān)注材料本身的強度和體積穩(wěn)定性外，還應將其置于整個節(jié)點系統(tǒng)中，優(yōu)化各種性能，使其更好地起到一種紐帶和增強作用。

3 裝配式預制構(gòu)件接縫材料現(xiàn)狀

裝配式構(gòu)件接縫材料的研究目前存在兩種思路，包括水泥混凝土材料和改性水泥基材料。水泥混凝土材料在水泥的選擇上通常采用硫鋁酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥或超早強水泥[1]，摻加礦物摻合料和聚羧酸減水劑來保證早強要求和施工性能，摻加膨脹劑來補償混凝土的收縮。筆者采用硫鋁酸鹽水泥、粉煤灰、膨脹劑和聚羧酸減水劑進行接縫材料的試配，水膠比降至0.28，流動性達到16s，1d強度可達到40MPa，但混凝土收縮控制效果并不理想，這顯然與低水膠比條件下，膠凝材料體系的自干燥收縮大、膨脹劑的補償收縮效率有限是相關(guān)的。此外在規(guī)?；A制構(gòu)件裝配和連接時，特種水泥不易采購，其品質(zhì)難以控制，這種接縫材料體系并非最佳的選擇。為了避免膠凝材料總量過大引起溫度裂縫，不少研究者又從養(yǎng)護方面試圖解決早強的問題，山西省某公司使用了電熱養(yǎng)護方法對裝配式框架梁柱節(jié)點混凝土進行養(yǎng)護，加速混凝土的強度發(fā)展，這種方法雖然有一定效果，但操作復雜，而且會增加施工成本。

在接縫材料的收縮控制方面，目前國內(nèi)有少量研究和應用報道，原冶金工業(yè)部第三冶金建設(shè)公司通過技術(shù)改性成功地配制了無收縮混凝土。中國建筑材料科學研究總院的研究認為“無收縮混凝土”是一種干燥收縮落差小的混凝土，采用微膨脹混凝土和減縮劑技術(shù)可以實現(xiàn)通常意義上的“無收縮混凝土”。中鐵十八局則利用膨脹混凝土技術(shù)在武廣客運專線東湖特大橋112m提籃拱橋上成功地應用C55無收縮混凝土。上述案例中，采用無收縮混凝土的構(gòu)件所處的工況與裝配式預制構(gòu)件是不相同的，接縫材料所連接的預制構(gòu)件在裝配前，收縮已基本完成，可視為剛性構(gòu)件，也就是說接縫材料實際上處于一個三向約束狀態(tài)，在內(nèi)部鋼筋、兩端構(gòu)件的共同約束下，接縫材料的收縮行為將更加復雜，測試混凝土收縮的傳統(tǒng)方法中混凝土試件為自由收縮或兩向約束，所測得的收縮值并不能反映預制構(gòu)件接縫材料的真實收縮狀況，大量試驗研究表明接縫材料的實際收縮要比試驗室測得的收縮高出很多。

此外，水泥混凝土體系屬于剛性材料，缺乏足夠的韌性和粘接強度，既不能有效吸收和釋放應力，也不能很好地滿足構(gòu)件錯動或熱脹冷縮時板縫產(chǎn)生的變形要求，因此越來越多的研究采用改性技術(shù)，力圖使水泥基接縫材料兼具高強低收縮和一定彈塑性的特點。

傳統(tǒng)的改性采用108膠加水泥砂漿或石膏粉加107膠作為接縫材料，再在板間用纖維網(wǎng)格布、牛皮紙、尼龍帶等加強粘結(jié)[2-3]。雖然接縫材料的粘接能力和抗拉能力得到一定程度的提高，但耐溫性差，本身剛度較大，不能適應板材吸水性強、高收縮的特點。

同濟大學的王培明，王茹[4]等采用丁苯乳膠對水泥砂漿進行改性，結(jié)果表明水泥砂漿的保水性、抗?jié)B性、抗拉強度和粘接強度得到明顯提高，但丁苯乳膠在水泥體系中的化學穩(wěn)定性及溫度適應性似乎有待深入研究。高建明[5]等采用丙乳和硅灰對水泥砂漿進行改性，通過丙乳對水泥石毛細孔的填充，以及硅灰的二次水化反應，使得水泥砂漿的孔隙率顯著降低，抗?jié)B性能提高，同時又賦予了砂漿較好的抗拉強度和粘接強度。

眾多研究對聚合物改性水泥基接縫材料的機理進行了研究并提出了相應的模型。一般認為[6]摻加到水泥砂漿中的聚合物乳液顆粒高度分散，隨著水泥的水化，乳液中的水不斷被水泥所吸收和結(jié)合，聚合物顆粒在水化水泥表面凝聚成一連續(xù)的薄膜并粘附在水化水泥漿體外面，形成一均勻并互相穿透的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，聚合物顆粒與水化產(chǎn)物之間可產(chǎn)生離子鍵型的化學結(jié)合；聚合物通過自聚反應、交聯(lián)反應所形成的纖維像“橋”一樣橫跨在水泥硬化漿體的微裂縫上，水泥水化物和集料之間的粘結(jié)也得到加強，從而有效地阻止裂縫的形成和擴展。因此，聚合物砂漿的拉伸強度、斷裂韌性、變形性能都比水泥砂漿有很大提高，彈性模量也明顯降低。同時，在水泥-聚合物-集料體系中，聚合物分子間的作用力（范德華力)，能使砂漿具有良好的保水能力，并保證了水泥水化的均勻性和完全性。

4 改性水泥基接縫材料研究方向

如前所述，預制構(gòu)件接縫材料與一般的灌漿材料或裂縫修補材料在性能要求上存在一定差異，采用單純的水泥混凝土材料難以同時滿足粘接、彈性、塑性和耐溫、耐候的要求，而采用聚合物對水泥砂漿進行有目的的改性，使材料性能能夠根據(jù)不同工況顯示出多樣性。

改性水泥基接縫材料的研究首先涉及到的就是聚合物的選擇。目前用于水泥砂漿改性的聚合物種類較多，包括水溶性聚合物或單體、聚合物乳液和可分散粉末狀聚合物。在選擇聚合物時，應結(jié)合以下要求進行研究[7]：（1）氣候穩(wěn)定性，即能較好的適應溫度的變化；（2）對水泥水化和膠結(jié)性能無不良影響，不與水化產(chǎn)物發(fā)生反應導致C-H-S瓦解；（3）成膜性較好；（4）化學穩(wěn)定性，即在水泥強堿性環(huán)境中不被水解或破壞。

其次，聚合物的溶解、再聚合速率與水泥水化硬化速率的匹配，也是影響改性水泥基接縫材料最終性能的關(guān)鍵因素。聚合物在溶解和再聚合過程中，對水泥的水化及流變性能的影響方式，有機改性劑在無機膠凝材料體系中如何更好地配伍，使二者的結(jié)合發(fā)揮最大的正效應，也是今后研究的重點之一。

5 結(jié)語

目前，重慶市正大力推進住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，可以預見，隨著我市住宅產(chǎn)業(yè)化的研究和應用工作開展，裝配式結(jié)構(gòu)即將迎來一個大發(fā)展時期。加快接縫材料的研究，開發(fā)適合重慶地區(qū)的新型接縫材料，對促進重慶市住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展水平有著重要意義。

[1]黃利頻，袁玲.GRC輕質(zhì)隔墻板新型接縫材料的研究[J].福建建材，2005.

[2]買淑芳.混凝土聚合物復合材料及其應用[M].北京：科學技術(shù)文獻出版社,1996.

[3]孫坤君.新型防滲接縫材料性能研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學,2007.

[4]陳少青，白智潛.板材拼裝接縫施工的新方法[J].房產(chǎn)與應用，2002.

[5]王茹.聚合物乳液改性水泥砂漿性能及機理研究[R].同濟大學博士后研究工作報告,2006.

[6]李夢怡.聚合物改性水泥砂漿研究[D].西安：長安大學，2011.

[7]中國水利水電科學研究院.DL/T 5126-2001聚合物改性水泥砂漿試驗規(guī)程[S].國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會，2001.

責任編輯：孫蘇，李紅

Study on Joint Material of Prefabricated Parts in Fabricated Construction

Joint material is one of the core technologies for joint connection and treatment of prefabricated parts in fabricated construction.This paper discusses the characteristics of joint treatment,and combined with the existing regulation,the requirements on joint material are proposed.Then it analyses the disadvantages of the joint materials and presents its study direction.

fabricated construction;prefabricated parts;joint material;residence industrialization;modified cement base

TU528.41

A

1671-9107（2014）07-0049-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.07.049

2014-03-19

陳國福(1972-)，男，重慶人，研究生，高級工程師，主要研究方向為建筑材料及地基基礎(chǔ)。