裝配式建筑拼裝接縫材料的試驗(yàn)研究

潘金炎，董澤，張國(guó)永，王立

（浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

裝配式建筑采用工廠生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)裝配而成，其優(yōu)點(diǎn)是工業(yè)化水平高、建造速度快、受氣候條件制約小、便于全天候施工、減少施工現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)量和工地?fù)P塵，減少材料消耗和建筑垃圾等。裝配式建筑中的預(yù)制構(gòu)件主要包括預(yù)制柱、疊合梁、疊合板、預(yù)制外掛墻板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽(yáng)臺(tái)板等，其中，疊合板是預(yù)制混凝土板上部在現(xiàn)場(chǎng)后澆混凝土而形成的整體受彎構(gòu)件，它綜合了傳統(tǒng)裝配式和現(xiàn)澆式樓板的優(yōu)點(diǎn)，在裝配式建筑中的應(yīng)用十分廣泛。在疊合板的安裝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的的拼裝接縫，這些接縫如果處理不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)漏漿、開裂等現(xiàn)象，給建筑物帶來(lái)不良影響[1]。

傳統(tǒng)水泥砂漿是剛性材料，其韌性難以滿足構(gòu)件熱脹冷縮或受力錯(cuò)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的變形。研究表明，在傳統(tǒng)水泥砂漿中摻入可再分散乳膠粉可以在水泥水化物周圍形成穩(wěn)定的聚合物網(wǎng)絡(luò)，提高砂漿的韌性、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度等性能[2]。橡膠粉作為填料加入水泥砂漿，可以進(jìn)一步提高砂漿的韌性和延展性，降低其彈性模量[3]。因此，本文采用乳膠粉、水泥、橡膠粉、石英砂等制備了一種用于疊合板拼縫的接縫膠泥，使其滿足疊合板對(duì)接縫材料的變形、粘結(jié)、耐久等性能的要求，防止因載荷、熱脹冷縮等原因造成接縫位置開裂。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：P·O42.5，浙江錢潮控股集團(tuán)股份有限公司；可再分散乳膠粉：2種乳膠粉代號(hào)分別為乳膠粉A、乳膠粉B，日本合成化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社；橡膠粉：粒徑80目，江陰市安強(qiáng)橡膠有限公司；石英砂：粒徑100～200目，市售；減水劑：北京德昌偉業(yè)公司；消泡劑：南京全?；び邢薰?；拌合水：自來(lái)水。

1.2 試件制備

根據(jù)配合比準(zhǔn)確稱量水泥、乳膠粉、填料、添加劑等，在砂漿攪拌機(jī)中攪拌均勻后加入拌合水，繼續(xù)攪拌2 min。將制備好的接縫膠泥按照GB/T 13477.8—2017《建筑密封材料試驗(yàn)方法 第8部分：拉伸粘結(jié)性的測(cè)定》中的制樣方法制備試件，將試件在溫度（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±5）%的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行測(cè)試。

1.3 性能測(cè)試方法

按照GB/T 13477.8—2017中的規(guī)定對(duì)試件進(jìn)行拉伸粘結(jié)試驗(yàn)，并計(jì)算試件拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率。

按照GB/T 13477.10—2017《建筑密封材料試驗(yàn)方法 第10部分：定伸粘結(jié)性的測(cè)定》中的規(guī)定進(jìn)行定伸粘結(jié)性測(cè)試。將試件置入拉力機(jī)夾具內(nèi)，以5 mm/min的拉伸速度將試件拉至原寬度的一定比例后，用定位墊塊固定好并保持24 h，觀察試件粘結(jié)或內(nèi)聚破壞情況。

將試件按GB/T 13477.13—2017《建筑密封材料試驗(yàn)方法第13部分：冷拉-熱壓后粘結(jié)性的測(cè)定》中的規(guī)定，對(duì)試件按以下順序進(jìn)行3個(gè)循環(huán)處理后進(jìn)行定伸粘結(jié)性測(cè)試：（1）在（70±2）℃干燥箱內(nèi)存放 3 d；（2）在（23±2）℃蒸餾水中存放 1 d；（3）在（70±2）℃干燥箱內(nèi)存放 2 d；（4）在（23±2）℃蒸餾水中存放1 d。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 乳膠粉種類和摻量對(duì)接縫膠泥性能的影響

采用了2種乳膠粉對(duì)其進(jìn)行改性試驗(yàn)，并考察其摻量對(duì)接縫膠泥性能的影響。各組試件的配合比和性能測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 膠粉摻量對(duì)試件性能的影響

從表1可以看出：

（1）與未摻乳膠粉的試件相比，摻入乳膠粉A或乳膠粉B均大大提高了接縫膠泥的28 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，且摻量越大，膠泥的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度越高。摻量為20%時(shí)，膠泥的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度較未摻乳膠粉分別提高了42.3%、45.4%；隨著摻量的增加，膠泥拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的提高幅度降低。對(duì)比乳膠粉A和乳膠粉B可知，摻量較少時(shí)，摻入乳膠粉B對(duì)膠泥拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的提升作用較大，摻入量較多時(shí)（當(dāng)乳膠粉與水泥質(zhì)量比超過(guò)0.4時(shí)），乳膠粉A對(duì)膠泥拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的提升作用較大，說(shuō)明隨著摻量的增加，乳膠粉A對(duì)膠泥的改善作用更明顯。

（2）乳膠粉A和乳膠粉B的摻入均使膠泥具有一定的延展性，并且隨著乳膠粉摻量的增多，膠泥的28 d斷裂伸長(zhǎng)率增大。但是，與拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)相比，乳膠粉A更有利于膠泥斷裂伸長(zhǎng)率的提高。

（3）當(dāng)乳膠粉摻量較少時(shí)，接縫膠泥與基材的粘結(jié)性不好，容易出現(xiàn)膠泥從基材表面脫落的“失粘”現(xiàn)象[如圖1（a）所示]；當(dāng)乳膠粉摻量較多時(shí)，接縫膠泥與基材的粘結(jié)強(qiáng)度較高，經(jīng)定伸粘結(jié)試驗(yàn)后未從基材表面脫落，而是發(fā)生內(nèi)聚破壞[如圖1（b）所示]；當(dāng)乳膠粉與水泥的質(zhì)量比達(dá)到1∶1時(shí)，膠泥抵抗內(nèi)聚破壞的能力大大增強(qiáng)，經(jīng)定伸粘結(jié)試驗(yàn)后膠泥不出現(xiàn)明顯破壞。

出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是：乳膠粉的摻入，在膠泥內(nèi)部形成了具有較大韌性的柔性膜，提高了膠泥的斷裂伸長(zhǎng)率；膠泥的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的提高，一方面，是因?yàn)槿槟z粉形成的柔性膜在膠泥和基材表面形成了柔性連接，增強(qiáng)了兩者之間的粘結(jié)強(qiáng)度；另一方面，是因?yàn)槿槟z粉的摻入提高了膠泥的含氣量，改善了膠泥在基材表面的潤(rùn)濕性[4]。

圖1 試件失粘和內(nèi)聚破壞的典型照片

一般而言，接縫材料的應(yīng)變?chǔ)趴梢酝ㄟ^(guò)式（1）[6]計(jì)算得到：

式中：ε——接縫材料應(yīng)變，%；L——構(gòu)件寬度，mm；α——構(gòu)件材料熱膨脹系數(shù)，℃-1；△T——溫度變化范圍，℃；W——接縫寬度，mm；δ——接縫施工誤差，一般取2 mm[5]。

經(jīng)計(jì)算可知接縫材料的應(yīng)變?yōu)?3.83%。在實(shí)際應(yīng)用中，為安全考慮，接縫材料變形要求應(yīng)不低于25%。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)乳膠粉與水泥的質(zhì)量比為1∶1時(shí)所得的接縫膠泥滿足接縫材料位移應(yīng)變量要求。

2.2 填料對(duì)接縫膠泥性能的影響

從上述試驗(yàn)結(jié)果可知，乳膠粉的摻入提高了接縫膠泥的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，但是乳膠粉的價(jià)格較高，提高了接縫膠泥的成本，不利于實(shí)際應(yīng)用。橡膠粉是由廢舊輪胎等通過(guò)粉碎篩選制成，是一種工業(yè)廢料再生產(chǎn)品，價(jià)格低廉。在水泥砂漿或混凝土中加入橡膠粉能提高其極限應(yīng)變，增強(qiáng)其韌性[6]，因此，本試驗(yàn)采用橡膠粉作為填料并替代部分石英砂，以改善膠泥的性能。表2為橡膠粉摻量對(duì)接縫膠泥性能的影響。

表2 橡膠粉摻量對(duì)接縫材料性能的影響

由表2可見，橡膠粉的摻入雖然降低了膠泥的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，但提高了膠泥的斷裂伸長(zhǎng)率，使接縫膠泥在乳膠粉用量較少的情況下就可以滿足疊合板接縫位移量的要求。橡膠粉的摻入也改善了接縫膠泥抵抗內(nèi)聚破壞的能力，在橡膠粉與水泥的質(zhì)量比為0.3時(shí)，所得膠泥經(jīng)定伸粘結(jié)試驗(yàn)后未出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。

疊合板接縫材料在實(shí)際使用中要長(zhǎng)期承受外界溫度變化，因此需要其具有一定的耐久性。本試驗(yàn)按照GB/T 13477.13—2017的規(guī)定對(duì)試件 J12、J13、J14、J15 分別進(jìn)行了冷拉-熱壓后定伸粘結(jié)性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果，4個(gè)試件均未出現(xiàn)明顯破壞，滿足耐久性要求。

3 疊合板拼縫處理工藝

為了考察接縫膠泥（本文命名為JK-C型接縫膠泥）的施工工藝和實(shí)際應(yīng)用效果，試驗(yàn)選擇了杭州市某裝配式建筑工程進(jìn)行了小范圍試用。施工工藝為：（1）將疊合板接縫兩側(cè)清理干凈，要求無(wú)明水、油污、粉塵等；（2）將JK-C型接縫膠泥粉料加適量水后攪拌均勻；（3）將配制好的接縫膠泥涂抹或刮抹至樓板接縫中，在底部切角處振搗、抹平，在上部切角表面抹2 mm厚，并在兩側(cè)外延30 mm（如圖2所示）；（4）自然養(yǎng)護(hù)3 d后觀察膠泥表面狀況，進(jìn)行下一步施工。

圖2 接縫膠泥施工示意

試用表明，接縫膠泥施工方便，無(wú)需特殊養(yǎng)護(hù)，可操作性強(qiáng)。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，膠泥表面無(wú)裂縫、鼓包，接縫處未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用可再分散乳膠粉、水泥、橡膠粉、石英砂等制備了一種接縫膠泥，該膠泥可滿足裝配式建筑中疊合板接縫材料對(duì)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、定伸粘結(jié)性、耐久性等指標(biāo)的要求。

（2）可再分散乳乳膠粉的摻入，提高了膠泥的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，并且隨著乳膠粉摻量的增多，膠泥的相關(guān)性能進(jìn)一步得到提高。

（3）為了減少乳膠粉用量，降低成本，采用橡膠粉作為填料替代部分石英砂制備接縫膠泥。橡膠粉的摻入對(duì)膠泥的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度略有影響，但提高了膠泥的斷裂伸長(zhǎng)率和抵抗內(nèi)聚破壞的能力，使膠泥在拉伸25%時(shí)的定伸粘結(jié)試驗(yàn)中未發(fā)生破壞。

（4）所制備的JK-C型接縫膠泥可滿足疊合板拼縫處理要求，該膠泥具有附著力強(qiáng)、斷裂伸長(zhǎng)率高、施工適用性好等優(yōu)點(diǎn)。