新型建筑密封砂浆性能及应用

摘要：概述了建筑密封材料的分类、特点以及研究应用现状。介绍了几种新型建筑密封砂浆的性能、特点以及施工工艺，认为采用聚合物改性水泥砂浆制备的新型建筑密封砂浆兼具高分子材料和水泥基材料的优点，用作建筑密封材料具有施工简便、耐久性好、价格低廉等优点，可以弥补现有材料的不足。

关键词： 建筑，密封砂浆，性能，应用


1.引言


建筑密封材料是建筑工程施工中不可缺少的一类用以处理建筑物的各种缝隙、进行填充并与缝隙表面很好地结合成一体，实现缝隙密封的材料[1]。随着我国经济建设的蓬勃发展，建筑密封材料的应用范围正在日益扩大，从传统的建筑伸缩缝、板缝、门窗的密封扩展到玻璃幕墙、石材幕墙、金属屋面、机场跑道、高速公路以及给排水工程等新的应用领域。目前，我国各类建筑密封材料的年产量约30万t，产品有40余种[2-5]。无论是传统的门窗密封，还是新兴的PC构件拼接缝的密封，都离不开建筑密封材料。建筑密封材料对提高建筑物的防水、密封、节能、隔音、防尘等功能有着重要意义。随着装配式建筑的推进、机场公路等的修建、玻璃幕墙和石材幕墙的普及，市场对于建筑密封材料的需求量越来越大，同时对建筑密封材料的性能提出了更高的要求，引发了国内外学者对新型建筑密封材料的研究，随着研究的不断深入，同时也推动了密封材料新的产品标准、测试方法和检测设备的进步[6-8]。新型密封材料已列入国家高新技术产业化重点领域，成为国家重点支持项目。密封砂浆作为一种新型的建筑密封材料，发展前景十分广阔，特别是在门窗和装配式建筑工程领域，需求量增长很快。


2.建筑密封材料的分类及特点


传统的密封材料有两类，一类是非定型密封材料，另一类是定型密封材料。建筑密封中常用的非定型密封材料有：1.干硬性水泥砂浆；2.高分子密封材料，如聚硫密封材料、硅酮密封胶和聚氨酯密封胶等。前者价格便宜，但粘结力和变形能力差，容易收缩干裂和发生渗漏；后者具有粘结力强、变形能力好和不收缩等优点，但是同时也有不能长期耐热、高湿热环境下可能产生气泡和裂纹等缺点，而且高成本限制了其在建筑领域的大量使用。建筑密封中采用的定型密封材料基本上是高分子材料做成的特定形状制品，如密封条、密封带和密封垫片等，此类密封材料不易安装，外观容易受损，而且本身不耐老化，长期使用后易发生变形、脱落和渗漏。


传统的高分子密封材料用于建筑物嵌缝时，具有以下缺点：长期在户外暴露时容易出现老化、变硬和表面龟裂等现象，耐候性和耐紫外线性能较差，对温度
的依赖性较大，与混凝土预制件、门窗等的相容性差，而且成本较高不利于大规模使用。目前，混凝土预制件粘接及施工缝的填充密封、门窗框与混凝土墙的密封嵌缝、空调及其它体系连接处的密封以及各种材质下水道地下煤气管道、电线电路管道等管道接头处的连接密封，大多采用普通水泥砂浆作填缝密封处理，然而普通水泥砂浆由于粘结力差、抵抗变形能力差、容易收缩开裂、很容易出现渗漏等现象，没有起到很好的密封效果，不能成为理想的建筑嵌缝密封材料。


3.建筑密封砂浆研究现状


聚合物改性水泥砂浆是指将聚合物掺入到水泥基材料中，从而形成有机-无机复合作用的一种新型材料。其韧性变好，粘结性能、抗干缩性能、防腐蚀、耐久性等性能都得到很大改善。


同济大学王培铭、王茹等人[9]研究了不同养护条件下丁苯乳液改性水泥砂浆的物理性能，发现丁苯乳液在水泥砂浆中具有减水和保水的作用，当聚灰比为13%时，其在砂浆中的减水率达到50%。长安大学申爱琴等[10]用两种聚合物乳液对水泥砂浆进行改性，通过试验全面分析研究了水泥砂浆力学性能及耐久性改性效果，进而对水泥砂浆改性机理进行了分析探讨。Jenni等[11]研究了纤维素醚(CE)和PVA改性对瓦片粘接砂浆微观结构和粘接性能的影响，发现乳液均匀分散在水泥砂浆基体中，增加了砂浆的粘接强度。相互贯穿的孔体系中的毛细管力和因蒸发引起的水的流动使CE、PVA和水泥离子分布在砂浆界面，PVA和CE在孔界面处形成复合膜结构，认为这种复合膜结构使粘接强度提高。Ramli等[12]研究了在不同的固化条件对聚合物改性砂浆工程性能的影响；宋等[13]研究了聚合物乳液和聚合物纤维对硫铝酸盐水泥性能的影响。另外其他许多的科研单位和院校也纷纷对聚合物改性水泥砂浆和混凝土的性能进行了研究，并取得了很多成果。


在上述研究基础上，我们采用聚合物改性水泥砂浆的技术，制备兼具高分子材料和水泥基砂浆优点的新型建筑密封砂浆。聚合物改性水泥砂浆是指将高分子聚合物加入新拌水泥砂浆中，从而制得的性能得到明显改善的复合材料。加入高分子材料后，水泥砂浆的许多性能如强度、变形能力、黏结性能、防水性能、耐久性等都会有所改变，改变的程度与聚合物种类、聚合物本身的性质、聚灰比(固体聚合物的质量与水泥质量之比)都有很大关系。由于聚合物具有良好的粘结力和较高的抗拉强度，使得聚合物水泥砂浆的抗拉强度和粘结强度较普通水泥砂浆有明显的提高；同时聚合物的引入也改善了原有水泥砂浆的微观结构，砂浆的密实度增强，其抗渗，抗碳化和抗氯离子侵蚀能力提高。优良的性能使得聚合物水泥砂浆在工程中的应用越来越广泛，如：粘结砂浆、防水砂浆、修补材料、保温砂浆、自流平砂浆和抹灰砂浆等。


4.建筑密封砂浆性能及特点

上海利物宝建筑科技有限公司近年来开发了用于装配式建筑的新型密封砂浆系列产品，其中预制构件预留缝密封砂浆，为钢筋套筒灌浆连接施工配套产品，已在数十个工程中得到应用，产品性能指标及施工规程已被地方标准采用。预制构件拼接缝填缝砂浆和建筑门窗缝填缝密封砂浆等产品弥补了一些现有产品的不足，已在一些试点工程中应用，取得了良好的效果。以下就这几个产品的性能和技术特点做简要介绍。


4.1预制构件预留缝密封砂浆


1）用途
预制构件预留缝密封砂浆是为可靠封堵预制构件拼缝，形成灌浆所需密闭独立空间而开发研制的一种可塑性强、抗坠滑，早强、高强且无收缩的新型密封材料。产品主要用于钢筋灌浆连接构件坐浆层四周密封。
2）技术特点
① 可根据工程需要进行调节凝结时间。早期强度高、后期强度持续增加。采用该材料密封处理后，夏季8小时，冬季24小时即可进行钢筋连接灌浆施工，可大幅度提高施工效率。
② 本产品新拌浆体具有很好的塑性、粘附力和抗坠滑性，不会塌陷而造成灌浆跑浆现象。
③ 本产品浆体不收缩，抗变形能力强。克服了用普通水泥砂浆密封易产生开裂、渗水、脱落等缺点。
④ 本产品施工性能好，操作简便，可操作时间长。该材料加水搅拌即可使用，可采用填缝枪注射填充缝隙，施工快速高效。
⑤ 本产品克服了高分子密封材料不耐老化，单组分胶贮存稳定性差的缺点。
⑥ 本产品不含有害溶剂、放射性物质，对人体无害、不污染环境，属环保型材料。


4.2预制构件拼接缝填缝砂浆


1）用途
用于装配式建筑预制构件接缝的填缝和密封，尤其适用于叠合楼板底部拼缝的填缝施工。
2）技术特点
① 该材料施工性能好，加水搅拌即可使用，可操作时间长，新拌浆体具有很好的塑性、粘附力和抗坠滑性，可以满足仰面施工要求，可用于叠合楼板底部拼接缝的填缝密封。
② 该材料可根据工程需要调节凝结时间。
③ 该密封材料浆体中含有膨胀组分，克服了用普通水泥砂浆密封易产生开裂、脱落等缺点。
④ 该材料粘结性能好，且本身具有很高的抗渗性，填缝施工后可与构件形成一个整体，可确保构件接缝处不出现渗漏现象。
⑤ 该材料以无机材料为主要成分，不存在老化问题，耐久性好，同时也属于不燃物质，防火性能良好。
⑥ 该材料使用了大量工业固体废弃物为原料，节约资源和能源，且不含有害溶剂及放射性物质，对人体无害、不污染环境，属绿色、节能、环保型材料。


4.3建筑门窗缝填缝密封砂浆


1）用途
建筑门窗缝填缝密封砂浆是本公司为解决现行常用门窗填缝材料性能不足及门窗工程易渗漏等质量问题研发的一种新型水泥基无收缩门窗填缝密封材料。适用于各类建筑门窗与墙体接缝处的密封，各类墙孔、墙洞的密封，可采用填缝枪实现现场快速注射施工，可解决现有门窗安装工程中施工繁琐、易渗漏、耐久性差等通病。


2）技术特点
① 本产品施工性能好，操作简便，可操作时间长。本产品干粉加水搅拌即可使用，可采用填缝枪注射填充缝隙，施工快速高效，可大幅度提高施工效率。
② 本产品新拌浆体具有良好的塑性、粘附力和抗坠滑性，在竖直方向填缝也不会出现流淌现象，可完全填充至满,确保密封充分。
③ 本产品与墙体及框体粘接力强，可对框体起到固定作用，并将窗、框所承受的风压均匀地传递至洞口四壁之上。
④ 本产品不收缩、柔韧性好、不易开裂，密封后可使门窗框与墙体形成一个整体，保障门窗体周边的密封性，防止水分渗入。
⑤ 本产品具有憎水性、抗渗性好，材料本身不会出现吸水渗漏现象。
⑥ 本产品以水泥为主要胶凝材料，并利用大量工业废渣作为辅助性胶凝材料，比起高分子产品具有明显的成本优势。
⑦ 本产品以无机材料为主要成分，不存在老化问题，耐久性好，同时也属于不燃物质，防火性能良好。
⑧ 本产品不含有害溶剂及放射性物质，对人体无害、不污染环境，属绿色、节能、环保型材料。


5.建筑密封砂浆施工工艺


下面以建筑门窗缝填缝密封砂浆为例，介绍建筑密封砂浆的施工工艺。


5.1 施工机具及设备准备


（1）磅秤，用于称料及水。
（2）不锈钢搅拌筒及配套用可调速手持式搅拌机，或专用可调速小型搅拌机，用于搅拌密封料。
（3）挡板，挡板可为透明有机玻璃板、木板或铝合金板。其中透明有机玻
璃档板因能看清内部灌缝情况，为首选。挡板宽度以盖住缝宽为宜，一般可取10cm宽。
（4）夹具，可专门制作或现场采用小直径钢筋制作，要求灌缝时夹住挡板不至松动或滑落。夹具和挡板配套使用，每块挡板配套使用2～3个夹具。
（5）嵌缝枪，可为电动灌缝枪或手动式填缝枪。
（6）泥刀、抹刀若干，用于灌缝修边。
（7）水桶若干，盛水用。
（8）拖线板若干。
（9）试模，留置试块备验。


5.2工艺流程


密封砂浆在实际应用时，按照挤出法施工工艺流程图7.1进行，具体操作流程分为以下8个步骤。
（1）界面清理、湿润
灌缝施工前，应将门窗缝粘结面浮灰、杂物及松散颗粒清理干净，界面浇水湿润，但不得有浮水。
（2）密封干料和拌合水称量
根据需要采用磅秤称取密封料干料（整包使用时按包数计取即可），按配比要求用磅秤或量筒量取所需洁净拌合水。
（3）搅拌
将所备干料及拌合水倒入搅拌筒或专用搅拌机，采用手持式搅拌机或开动搅拌机搅拌充分搅拌（视情况搅拌2～3分钟），制得均匀的密封材料浆体。
（4）嵌缝枪装料
将专用嵌缝枪头部插入密封材料中，通过真空吸力将密封材料吸入嵌缝枪内，也可直接将密封材料灌入专用电动嵌缝枪料仓中待用。
（5）挡板及夹具安装
当进行门窗缝的密封时，在门窗缝另一侧放置挡板，并用夹具固定在门窗框上，防止密封材料从另一侧流出。
（6）嵌缝
开动电动嵌缝枪或人工推动嵌缝枪手柄，以压力方式均匀挤出密封材料由一端开始逐渐向另一端移动进行连续嵌缝，直至整个门窗缝嵌填完毕。竖缝嵌缝顺序由低至高，水平缝紧接竖缝进行嵌填。
（7）修边
密封材料嵌填完成后2小时可拆除挡板，并在表干前用抹刀进行修整。
（8）机具清洗
嵌缝施工结束，应及时清洗机具。





5.3 施工控制要点及注意事项


（1）不得随意改变设计用水量；建议现场配备专门计量清水的容器；严格
按照水灰比下料。
（2）先放砂浆再加水，充分搅拌，搅拌时间不宜过长或过短，过长容易造
成砂浆流动性偏大，不利于抽取、灌压，过短容易导致混合不均匀；宜采用手持
式搅拌机，叶片呈刀状，机器转速不少于700 r/min，充分剪切砂浆颗粒。
（3）应提前在缝隙外侧设置止漏措施，如PE 棒或外侧挡板；抽取砂浆前，
现将压枪清洗湿润；灌压应由下至上进行施工，并有力灌压，直到背面PE 棒突
起，以确保缝隙填充密实；灌压出现遗漏或者发现有缝隙，应在对应的位置进行
补充，直到背面砂浆突起。
（4）在填缝前，必须确保缝隙的基地无灰尘、垃圾、油污、碎渣等；提前
采用扫把等清理工具进行清除，亦可提前用清水冲洗干净。
（5）未清理干净前不得进行填充，以防止砂浆无法进行有效粘接，降低粘
接力。


6.密封砂浆的工程应用


6.1 工程项目概况


上海万科地杰国际城B街坊项目，见图7.2。位于上海浦东新区北蔡镇，咸塘港以东、御桥路以北、御青路以西。属于居住建筑，总用地面积为40167.0 m2，总建筑面积为112071.89 m2，地下建筑面积22549.8 m2，采用钢筋混凝土剪力墙结构，该项目申报的绿色建筑设计标识等级为三星级。





6.2 密封砂浆在项目中的应用


本项目采用装配整体式住宅设计，相对于传统的现浇剪力墙结构，主要体现为外围剪力墙、填充墙、空调板及楼梯采用工厂预制，现场装配，后浇混凝土或砂浆，使之结合形成受力良好的整体结构，其中门窗与混凝土墙的缝隙采用新型建筑密封砂浆及新型挤出法注射填缝施工工艺，在提高装配整体式住宅的施工质量的同时，大大降低了施工过程中的人力和物力。密封砂浆的挤出法施工过程按照5.2中的施工工艺和流程进行。





密封砂浆在万科项目试点工程中的成功应用表明，新型密封砂浆可以作为门窗缝的密封材料使用，新拌浆体的挤出性能良好，抵抗下垂和侧向变形的能力较强，能够满足现场挤出法注射施工的要求。密封砂浆硬化后强度较高，柔性较好，能够承受一定大小的荷载和变形，在前期使用过程中没有出现干缩开裂，而且抗渗效果好，耐老化能力强。基本解决了现有门窗安装填缝工程中施工操作繁琐、强度低、易开裂、易渗漏和耐久性差等问题。


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作者介绍：杨钱荣（1965- ），副研究员，工学博士，博导，主要研究方向：新型建筑材料及应用技术.E-mail:qryang @sina.com