装配式建筑预制构件接缝材料研究进展

（重庆市建筑科学研究院，重庆400015）

装配式建筑预制构件接缝材料研究进展

陈国福，宋开伟

（重庆市建筑科学研究院，重庆400015）

接缝材料是装配式建筑中预制构件节点连接和处理的核心技术之一，该文讨论了装配式构件接缝处理的特点，结合现行规范提出了对接缝材料的要求，对目前接缝材料存在的不足进行了分析，并提出了接缝材料的研究方向。

装配式建筑；预制构件；接缝材料；住宅产业化；改性水泥基

0 引言

住宅产业化是采用社会化大生产的方式进行住宅生产和经营的组织形式，是将住宅生产全过程的设计、构配件生产、施工建造、销售和售后服务等诸环节联结为一个完整的产业系统，其中装配式预制构件是住宅产业化的技术关键之一。装配式混凝土结构依靠节点及拼缝将预制构件连接成为整体，合理的节点连接可以保证构件的连续性和结构的整体稳固性，使整个结构具有必要的承载能力、刚性和延性，以及良好的抗风、抗震和抗偶然荷载的能力。所以在装配式混凝土结构中，节点连接及处理成为核心技术体系，同时又属于住宅产业化的四新技术（新技术、新材料、新工艺、新设备）之一，成为行业内关注和研究的重点和热点。

1 装配式预制构件接缝处理的特点

目前，装配式构件节点连接分为干式连接和湿式连接。采用干式连接，可能实现承载力及刚度与现浇结构类似，但其延性及恢复力性能难以与现浇混凝土结构的节点等同，因此不能应用于等同现浇的预制框架结构中。采用湿式连接，即预制梁、柱构件在接合部利用钢筋连接或锚固的同时，节点区采用后浇混凝土将预制构件连为整体，这种连接方式的概念是建立在与全现浇框架的强度和延性相当的基础之上，其连接性能可靠，从总体上能够与现浇混凝土节点相媲美。

虽然湿式连接是目前装配式结构最主要的连接方法，但也存在明显的不足：第一，这种连接需要后浇混凝土，由于现浇混凝土的施工及凝结硬化需要较长的周期，使装配式结构施工速度快的特点无法发挥；第二，节点后浇混凝土需要模板支撑及养护，使装配式结构的建造成本增加；第三，后浇水泥混凝土的体积收缩大，二者体积变形性不协调，易出现开裂或脱离现象；第四，后浇混凝土与预制构件之间粘接强度较差，结构连续性和整体性受到一定影响，结合界面容易成为侵蚀性介质进入结构的通道。

在预制构件规模化装配时，节点的连接和处理往往成为影响工程进度和整体质量的关键环节，这就要求接缝材料能够在较短时间内实现与预制构件的协同工作，同时对各种异型或复杂预制构件具有较好的施工操作性。

2 装配式预制构件接缝材料的要求

在国家行业标准《装配式混凝土结构技术规程》（征求意见稿）中规定：装配整体式结构预制构件后浇节点处的混凝土宜采用无收缩快硬普通硅酸盐水泥配制，其强度等级应比预制构件强度等级提高一级，且不应低于30 MPa。江苏省工程建设标准《预制装配整体式剪力墙结构体系技术规程》（征求意见稿）中，要求预制墙体板间现浇连接带部分混凝土应采用比预制部分混凝土强度等级高一级的低收缩混凝土浇筑，且强度等级不应低于C35。

从现有的规范标准来看，均重点关注了强度和体积变形性两个方面，实际上要实现早强和低收缩在现有技术条件下并不算难事，相反容易出现缺陷的大多是在整体性、连续性和耐久性上。整体性和连续性主要是为了保证现浇混凝土与预制构件的稳固结合，在承载、传递荷载和抵抗变形上表现出一致性和协调性，涉及到弹性模量、抗拉能力、粘接强度等性能的匹配程度。此外，预制构件之间密集的钢筋也使得混凝土的浇捣变得困难，不密实或者孔洞既使构件连续性受损，同时也给构件的耐久性留下后患。

因此评价接缝材料的优劣，除了关注材料本身的强度和体积稳定性外，还应将其置于整个节点系统中，优化各种性能，使其更好地起到一种纽带和增强作用。

3 装配式预制构件接缝材料现状

装配式构件接缝材料的研究目前存在两种思路，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选择上通常采用硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥或超早强水泥[1]，掺加矿物掺合料和聚羧酸减水剂来保证早强要求和施工性能，掺加膨胀剂来补偿混凝土的收缩。笔者采用硫铝酸盐水泥、粉煤灰、膨胀剂和聚羧酸减水剂进行接缝材料的试配，水胶比降至0.28，流动性达到16s，1d强度可达到40MPa，但混凝土收缩控制效果并不理想，这显然与低水胶比条件下，胶凝材料体系的自干燥收缩大、膨胀剂的补偿收缩效率有限是相关的。此外在规模化预制构件装配和连接时，特种水泥不易采购，其品质难以控制，这种接缝材料体系并非最佳的选择。为了避免胶凝材料总量过大引起温度裂缝，不少研究者又从养护方面试图解决早强的问题，山西省某公司使用了电热养护方法对装配式框架梁柱节点混凝土进行养护，加速混凝土的强度发展，这种方法虽然有一定效果，但操作复杂，而且会增加施工成本。

在接缝材料的收缩控制方面，目前国内有少量研究和应用报道，原冶金工业部第三冶金建设公司通过技术改性成功地配制了无收缩混凝土。中国建筑材料科学研究总院的研究认为“无收缩混凝土”是一种干燥收缩落差小的混凝土，采用微膨胀混凝土和减缩剂技术可以实现通常意义上的“无收缩混凝土”。中铁十八局则利用膨胀混凝土技术在武广客运专线东湖特大桥112m提篮拱桥上成功地应用C55无收缩混凝土。上述案例中，采用无收缩混凝土的构件所处的工况与装配式预制构件是不相同的，接缝材料所连接的预制构件在装配前，收缩已基本完成，可视为刚性构件，也就是说接缝材料实际上处于一个三向约束状态，在内部钢筋、两端构件的共同约束下，接缝材料的收缩行为将更加复杂，测试混凝土收缩的传统方法中混凝土试件为自由收缩或两向约束，所测得的收缩值并不能反映预制构件接缝材料的真实收缩状况，大量试验研究表明接缝材料的实际收缩要比试验室测得的收缩高出很多。

此外，水泥混凝土体系属于刚性材料，缺乏足够的韧性和粘接强度，既不能有效吸收和释放应力，也不能很好地满足构件错动或热胀冷缩时板缝产生的变形要求，因此越来越多的研究采用改性技术，力图使水泥基接缝材料兼具高强低收缩和一定弹塑性的特点。

传统的改性采用108胶加水泥砂浆或石膏粉加107胶作为接缝材料，再在板间用纤维网格布、牛皮纸、尼龙带等加强粘结[2-3]。虽然接缝材料的粘接能力和抗拉能力得到一定程度的提高，但耐温性差，本身刚度较大，不能适应板材吸水性强、高收缩的特点。

同济大学的王培明，王茹[4]等采用丁苯乳胶对水泥砂浆进行改性，结果表明水泥砂浆的保水性、抗渗性、抗拉强度和粘接强度得到明显提高，但丁苯乳胶在水泥体系中的化学稳定性及温度适应性似乎有待深入研究。高建明[5]等采用丙乳和硅灰对水泥砂浆进行改性，通过丙乳对水泥石毛细孔的填充，以及硅灰的二次水化反应，使得水泥砂浆的孔隙率显著降低，抗渗性能提高，同时又赋予了砂浆较好的抗拉强度和粘接强度。

众多研究对聚合物改性水泥基接缝材料的机理进行了研究并提出了相应的模型。一般认为[6]掺加到水泥砂浆中的聚合物乳液颗粒高度分散，随着水泥的水化，乳液中的水不断被水泥所吸收和结合，聚合物颗粒在水化水泥表面凝聚成一连续的薄膜并粘附在水化水泥浆体外面，形成一均匀并互相穿透的网状结构，聚合物颗粒与水化产物之间可产生离子键型的化学结合；聚合物通过自聚反应、交联反应所形成的纤维像“桥”一样横跨在水泥硬化浆体的微裂缝上，水泥水化物和集料之间的粘结也得到加强，从而有效地阻止裂缝的形成和扩展。因此，聚合物砂浆的拉伸强度、断裂韧性、变形性能都比水泥砂浆有很大提高，弹性模量也明显降低。同时，在水泥-聚合物-集料体系中，聚合物分子间的作用力（范德华力)，能使砂浆具有良好的保水能力，并保证了水泥水化的均匀性和完全性。

4 改性水泥基接缝材料研究方向

如前所述，预制构件接缝材料与一般的灌浆材料或裂缝修补材料在性能要求上存在一定差异，采用单纯的水泥混凝土材料难以同时满足粘接、弹性、塑性和耐温、耐候的要求，而采用聚合物对水泥砂浆进行有目的的改性，使材料性能能够根据不同工况显示出多样性。

改性水泥基接缝材料的研究首先涉及到的就是聚合物的选择。目前用于水泥砂浆改性的聚合物种类较多，包括水溶性聚合物或单体、聚合物乳液和可分散粉末状聚合物。在选择聚合物时，应结合以下要求进行研究[7]：（1）气候稳定性，即能较好的适应温度的变化；（2）对水泥水化和胶结性能无不良影响，不与水化产物发生反应导致C-H-S瓦解；（3）成膜性较好；（4）化学稳定性，即在水泥强碱性环境中不被水解或破坏。

其次，聚合物的溶解、再聚合速率与水泥水化硬化速率的匹配，也是影响改性水泥基接缝材料最终性能的关键因素。聚合物在溶解和再聚合过程中，对水泥的水化及流变性能的影响方式，有机改性剂在无机胶凝材料体系中如何更好地配伍，使二者的结合发挥最大的正效应，也是今后研究的重点之一。

5 结语

目前，重庆市正大力推进住宅产业化发展，可以预见，随着我市住宅产业化的研究和应用工作开展，装配式结构即将迎来一个大发展时期。加快接缝材料的研究，开发适合重庆地区的新型接缝材料，对促进重庆市住宅产业化的发展水平有着重要意义。

[1]黄利频，袁玲.GRC轻质隔墙板新型接缝材料的研究[J].福建建材，2005.

[2]买淑芳.混凝土聚合物复合材料及其应用[M].北京：科学技术文献出版社,1996.

[3]孙坤君.新型防渗接缝材料性能研究[D].杨凌：西北农林科技大学,2007.

[4]陈少青，白智潜.板材拼装接缝施工的新方法[J].房产与应用，2002.

[5]王茹.聚合物乳液改性水泥砂浆性能及机理研究[R].同济大学博士后研究工作报告,2006.

[6]李梦怡.聚合物改性水泥砂浆研究[D].西安：长安大学，2011.

[7]中国水利水电科学研究院.DL/T 5126-2001聚合物改性水泥砂浆试验规程[S].国家经济贸易委员会，2001.

责任编辑：孙苏，李红

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

陈国福(1972-)，男，重庆人，研究生，高级工程师，主要研究方向为建筑材料及地基基础。