潮濕環(huán)境下建筑密封膠長(zhǎng)周期粘接性能測(cè)試研究

王秀峰

(萊陽(yáng)市城市建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，山東 煙臺(tái) 264000)

為滿足生產(chǎn)、生活需要，各類建筑建造必不可少。建筑建造是指按照設(shè)計(jì)要求將各種建筑材料組合在一起，形成具有保溫保暖的空間。建筑建造中，水泥、混凝土是主要的基礎(chǔ)材料，其余還有木材、玻璃、塑料、鋼鐵以及其他材料[1-2]。其中，密封膠是建筑施工中必要但使用頻率并不高的一種材料。近年來(lái)，隨著裝配式建筑的興起，密封膠的應(yīng)用頻率越來(lái)越高。密封膠，指具有粘接性和封閉性的多功能的建筑材料，應(yīng)用在建筑當(dāng)中，一方面可以防止室內(nèi)空間氣體或液體向外泄漏；另一方面可以防止室外冷暖空氣、灰塵以及水分向室內(nèi)的進(jìn)入[3]。密封膠在建筑施工中發(fā)揮了重要作用，但該種材料在使用時(shí)很容易受到外在環(huán)境的影響，尤其是長(zhǎng)期處在潮濕環(huán)境下，很容易發(fā)生老化，使得密封膠長(zhǎng)周期粘接性逐漸降低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)密封[4-5]。

基于上述背景，對(duì)建筑施工密封膠長(zhǎng)周期粘接性能要求越來(lái)越高。目前，關(guān)于密封膠粘接性能的測(cè)試研究有很多，例如有研究制作出了改性聚硫密封膠，并對(duì)其粘接性能進(jìn)行了測(cè)試，得出5種粘接指標(biāo)，并與改進(jìn)前的聚硫密封膠封膠性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)[6]；有以2種聚硫密封膠為對(duì)象，并通過(guò)凍融循環(huán)試驗(yàn)分析了低溫潮濕環(huán)境下其粘接性的變化規(guī)律，得出在低溫、低濕與高溫、高濕的情況下都會(huì)造成聚硫密封膠的粘接強(qiáng)度降低較低[7]；還有以主要用于裝配式建筑外墻密封的3種密封膠為例，針對(duì)這3種密封膠分別實(shí)施了4種老化試驗(yàn)，分析了不同老化條件下密封膠物理性能的變化情況[8]。

結(jié)合以上學(xué)者的研究，現(xiàn)以潮濕環(huán)境作為測(cè)試環(huán)境，分析該環(huán)境下建筑施工密封膠長(zhǎng)周期粘接性能，通過(guò)本研究以期為密封膠的具體應(yīng)用施工以及密封膠種類的選擇提供參考和建議。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

密封膠長(zhǎng)周期粘接性能測(cè)試所需要的試驗(yàn)材料選擇建筑施工中常見的3種，即聚硫密封膠、硅酮密封膠和聚氨酯密封膠[9-10]。該3種試驗(yàn)材料配方如表1所示。

表1 3種密封膠配方表Tab.1 Formula of three kinds of sealant

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

密封膠長(zhǎng)周期粘接性能測(cè)試所需要的試驗(yàn)設(shè)備如表2所示。

表2 試驗(yàn)設(shè)備表Tab.2 Test equipment

1.3 基體制作

基體，即需要密封膠粘接的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體。在建筑施工過(guò)程中，密封膠粘接的材料主要有2種，一種是用于室內(nèi)較為光滑的玻璃、金屬、瓷磚等施工材料的粘接；另一種用于室外較為粗糙的水泥、混凝土等施工材料的粘接[11-12]。為全面分析不同基體下3種密封膠的粘接性能，制作2種基體，一是以金屬片為代表的光滑基體；二是混凝土為代表的粗糙基體[13]。

1.3.1光滑基體

光滑基體的制作材料為3002鋁合金板，該板尺寸為500 cm×500 cm×0.5 cm。利用激光切割機(jī)將其切割成20 cm×10 cm×0.5 cm的若干金屬片，具體如圖1所示[14]。

圖1 光滑基體示意圖Fig.1 Schematic diagram of smooth substrate

1.3.2粗糙基體

粗糙基體的制作材料為C100混凝土，由P·O52.5硅酸鹽水泥、920U微硅粉、Ⅰ級(jí)粉煤灰、聚羧酸系高效減水劑、水磨石英砂和水等組成[15-16]。制作過(guò)程：首先通過(guò)恒溫磁力攪拌器，將各種組成材料攪拌在一起，之后將漿料倒入到模具當(dāng)中；然后利用振搗機(jī)進(jìn)行振搗，以防止制作的基體當(dāng)中存在氣泡、空洞問(wèn)題?；w制作示意圖如圖2所示[17]。

圖2 基體制作示意圖Fig.2 Schematic diagram of substrate fabrication

將圖2基體放入到電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱當(dāng)中，干燥處理1 d，然后進(jìn)行脫模，得到粗糙基體?；w尺寸為20 cm×10 cm×5 cm[18-19]。

1.4 試件制備

根據(jù)制作的基體，利用建筑中最常用的3種密封膠將基體粘接在一起，制成試件。2種基體的粘接方式不同，光滑基體采用錯(cuò)位粘接；粗糙基體采用交叉粘接，具體粘接方式分別如圖3和圖4所示[20]。

圖3 光滑基體錯(cuò)位粘接方式Fig.3 Dislocation bonding method of smooth substrate

圖4 粗糙基體交叉錯(cuò)位粘接方式Fig.4 Cross bonding method of rough substrate

具體粘接過(guò)程：

步驟1：對(duì)基體待粘接面進(jìn)行打磨，然后掃除表面的灰塵顆粒污染；

步驟2：利用流變儀對(duì)選取的3種密封膠進(jìn)行流變檢驗(yàn)，保證密封膠質(zhì)量合格；

步驟3：將密封膠均勻涂抹到一面基體上；

步驟4：按照?qǐng)D3和圖4，將另一面基體粘接到涂抹了密封膠的基體上，然后通過(guò)利用皮筋進(jìn)行固定；

步驟5：將制作的試件整體放入到真空干燥箱中1 bh；

步驟6：取出試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)固化10 d[21]。

1.5 潮濕測(cè)試環(huán)境搭建

本研究主題是潮濕環(huán)境下建筑施工密封膠長(zhǎng)周期粘接性能變化特點(diǎn)，因此潮濕環(huán)境的搭建是必不可少的。在這里為方便調(diào)節(jié)試件所處環(huán)境的濕度，利用WHTH-225型高低溫濕熱試驗(yàn)箱模擬建筑施工中常見的潮濕環(huán)境，具體如圖5所示[22]。

圖5 高低溫濕熱試驗(yàn)箱Fig.5 High and low temperature damp heat test chamber

高低溫濕熱試驗(yàn)箱在加速條件下可測(cè)試溫度和濕度對(duì)試件特性、功能和使用壽命的影響。該試驗(yàn)箱工作環(huán)境：溫度-70～+180 ℃、相對(duì)濕度20%～98%；溫度波動(dòng)度為±0.5 ℃，溫度均勻度為±2 ℃，升溫速率大于3 ℃/min，降溫速率大于1 ℃/min，最快可達(dá)5 ℃/min；相對(duì)濕度波動(dòng)度： ±3%，相對(duì)濕度均勻度為±2.5%。

設(shè)置的潮濕測(cè)試環(huán)境參數(shù)：溫度均以室溫為標(biāo)準(zhǔn)；濕度則分為2種工況，即低濕和高濕。其中，低濕為20%～50%；高濕為50%～98%?；谏鲜鲞@2種工況，進(jìn)行后續(xù)的潮濕環(huán)境下建筑施工密封膠長(zhǎng)周期粘接性能測(cè)試。

1.6 粘接性能測(cè)試

將制作好的試件放入到高低溫濕熱試驗(yàn)箱中，時(shí)間總長(zhǎng)為1年，每隔2 d取出試件，利用微控電子拉力機(jī)進(jìn)行拉伸測(cè)試。測(cè)試環(huán)境如圖6所示。

圖6 粘接性能測(cè)試環(huán)境Fig.6 Test environment for adhesive performance

該微控電子拉力工作參數(shù)如表3所示。

表3 微控電子拉力工作參數(shù)表Tab.3 Working parameters of micro-control electronic tension

微控電子拉力機(jī)施加的荷載方案：初始加載100 kg荷載，然后按照每次5 kg的方案遞進(jìn)，直至2個(gè)基體粘接面破壞。

1.7 性能測(cè)試指標(biāo)

密封膠粘接性能測(cè)試指標(biāo)有2個(gè)：一是粘接強(qiáng)度；二是粘接破壞面積比。

(1)粘接強(qiáng)度，其計(jì)算公式：

(1)

式中:Y為粘接強(qiáng)度；G為最大破壞荷載；a、b分別為粘接面的長(zhǎng)度和寬度值。

(2)粘接破壞面積借助方格圖的方法直接測(cè)得;然后計(jì)算與粘接面面積的比值，得出粘接破壞面積占比。

(2)

式中：K為粘接破壞面積占比；m為粘接破壞面積；M為粘接面面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 低濕工況下的密封膠的粘接性能

(1)低濕工況下的密封膠的粘接強(qiáng)度結(jié)果如圖7所示。

圖7 低濕工況下密封膠的粘接強(qiáng)度Fig.7 Adhesive strength of sealant under low humidity condition

從圖7 可以看出，低濕工況下，無(wú)論是哪一種密封膠，其粘接光滑基體的粘接強(qiáng)度要大于粘接粗糙基體的粘接強(qiáng)度。

(2)低濕工況下密封膠的粘接破壞面積比結(jié)果如表4所示。

表4 低濕工況下密封膠的粘接破壞面積比Tab.4 Adhesion failure area ratio of sealant under low humidity condition

由表2可知，低濕工況下，無(wú)論是哪一種密封膠，其粘接光滑基體的破壞面積比要小于粘接粗糙基體的破壞面積比。

綜上所述，當(dāng)粘接粗糙基體時(shí)，密封膠粘接強(qiáng)度排序大小依次為：硅酮、聚硫、聚氨酯；但粘接破壞面積比排序與其相反。當(dāng)粘接光滑基體時(shí)，密封膠粘接強(qiáng)度排序大小依次為：聚氨酯、硅酮、聚硫；但粘接破壞面積比排序與其相反。

總而言之，在低濕工況下，建筑施工時(shí)，若要粘接水泥、混凝土等表面較為粗糙的施工材料，首選為硅酮密封膠；若要粘接玻璃、金屬、瓷磚等表面較為光滑的施工材料，首選為聚氨酯密封膠。

2.2 高濕工況下的密封膠的粘接性能

(1)高濕工況下的密封膠的粘接強(qiáng)度結(jié)果如圖8所示。

圖8 高濕工況下密封膠的粘接強(qiáng)度Fig.8 Adhesion strength of sealant under high humidity condition

從圖8可以看出，在高濕工況下，無(wú)論是哪一種密封膠，其粘接粗糙基體的粘接強(qiáng)度要大于粘接光滑基體的粘接強(qiáng)度。

(2)高濕工況下密封膠的粘接破壞面積比結(jié)果如表5所示。

表5 高濕工況下密封膠的粘接破壞面積比Tab.5 Adhesion failure area ratio of sealant under high humidity condition

由表5可知，在高濕工況下，無(wú)論是哪一種密封膠，其粘接粗糙基體的破壞面積比要小于粘接光滑基體的破壞面積比。

綜上所述，當(dāng)粘接粗糙基體時(shí)，密封膠粘接強(qiáng)度排序大小依次為：聚硫、聚氨酯、硅酮；但破壞面積比排序與此相反。當(dāng)粘接光滑基體時(shí)，密封膠粘接強(qiáng)度排序大小依次為：硅酮、聚硫、聚氨酯；但破壞面積比排序與此相反。

總而言之，在高濕工況下，建筑施工時(shí)，若要粘接水泥、混凝土等表面較為粗糙的施工材料，首選為聚硫密封膠；若要粘接玻璃、金屬、瓷磚等表面較為光滑的施工材料，首選為硅酮密封膠。

3 結(jié)語(yǔ)

該研究通過(guò)測(cè)試不同潮濕程度下不同粘接基體不同類別密封膠的粘接性能,以期為不同施工環(huán)境下選擇不同的密封膠提供參考和借鑒。然而由于受到時(shí)間和精力的限制，研究深度還有待深入。在未來(lái)研究中，將溫度變化對(duì)密封膠粘接性能的影響作為主要課題，分析高溫高濕、高溫低濕以及低溫高濕、低溫低濕等4種不同工況下的性能變化特征。