装配式建筑拼装接缝材料的试验研究

雷海涛 阎昭琦

（咸阳职业技术学院，陕西 咸阳 712000）

0 引言

装配式建筑是指把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑用构件和配件，运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑。装配式建筑发展时间并不长，但因其具有施工效率高、施工质量优良、施工现场环境影响小等诸多优势，因此成为政策支持发展的建筑形式。大力发展装配式建筑是符合政策趋势的，对其现有问题诸如拼缝问题等进行分析解决，有助于该技术的进一步发展和推广。本文就装配式建筑拼装接缝材料的试验研究情况进行介绍。

1 装配式建筑的优势

装配式建筑的施工流程是：专业深化设计—构件生产—构件安装，建筑主体施工完成，按传统方式进行饰面层的施工工作即可。该形式最大的特点就是能够简化现场施工的工作流程，将混凝土各个构件，尤其是重要结构部分在工厂中进行预制好，而后在现场拼装。

这种装配形式在施工效率和整体工期上具有明显优势。传统混凝土在现场进行浇筑，在其前置工序完成之后，需要进行钢筋绑扎，而后支模板，最后进行混凝土的浇筑。混凝土施工完成之后，需要等待混凝土的硬化，养护至足够强度才能继续施工，在此过程中还需进行模板拆除，整个施工流程持续时间长。装配式形式则可以进行连续的施工作业，大大缩短工期。

在施工质量方面，装配式建筑也有明显的质量提升。传统混凝土工程施工具有体量大、施工流程长、质量控制点多等特点，各环节的管控不严则可能出现多种质量问题。装配式的形式则能够避免此类问题的产生，因构件均在工厂中进行预制，预制过程中有严格的质量标准，进场后仍会进行验收，通过多次验收可以保证工程质量。

2 装配式建筑拼缝通病及其危害

装配式建筑是逐层拼接的形式，在构件与构件之间会存在一定的缝隙，缝隙除了拼接作用之外，还起到施工缝的作用。该缝隙在施工后仍会有较大的距离，范围在5mm～30mm左右。在实际施工中，该缝隙的封堵存在一定的难度。

2.1 防水薄弱点

建筑外立面都有防水要求。一般而言，混凝土虽不防水，但对于正常的雨水冲刷不会造成大面积的快速渗漏。但装配式建筑中的拼接缝，因其是分割每个构件的缝隙，在结构上是完全相通的，雨水冲刷之下会沿着缝隙直接进入室内。即使在缝隙位置进行防水处理，但因该位置有一定的空鼓缝隙，且整体热胀冷缩系数不一致，所以也是防水工程的薄弱点。

2.2 影响饰面层效果

为了满足多元化的建筑装饰需求，在装配式主体完成后均会在建筑主体外侧进行饰面层的施工工作，以起到装饰的作用。传统形式的建筑多采用涂料作为饰面层，且涂料也具有防水的作用，能对建筑主体及保温层起到保护效果。在装配式建筑中，保温层也直接集合在构件位置，而后进行饰面层的施工。因拼接缝的存在，即使进行了可靠的封堵，在缝隙位置也会有明显的凹凸不平，在施工时会影响观感效果。且随着建筑的使用，经过冷热交替后，封堵材料与主体之间出现缝隙，从而造成膨出、塌陷等问题，直接影响饰面层效果，还可能造成饰面层局部脱落而后雨水流进造成的大面积破坏问题。

2.3 影响结构强度

结构强度主要指混凝土工程强度，为了确保结构的稳定性，装配式各个构件之间均有钢筋连接，该缝隙位置距离钢筋是很近的。在上一部分已经简单说明，因缝隙的存在，无法进行可靠封堵或可能成为防水的薄弱点。室内室外均进行防水之后，频繁的雨水渗漏大部分会留存在缝隙空腔之中，进而渗透进混凝土，可能导致钢筋腐蚀的发生，从而使结构强度降低。

3 装配式封堵材料的试验研究

3.1 试验的目的

装配式建筑中的拼缝是无法避免的，由于该拼接缝的存在，会使装配式混凝土结构出现前文所述的较多问题，影响建筑整体耐久性。所以必须对拼接缝进行可靠封堵。

由于装配式混凝土结构出现的时间并不长，且在施工初期采用普通建筑密封胶进行封堵，在交付初期并不会出现明显问题。随着使用时间的增加，接缝位置的漏水和饰面影响情况明显显现，这不利于装配式技术的推行和普及。尤其在我国大部分北方寒冷地区，由于不能对施工缝进行妥善处理，加之冬夏温差极大，造成传统建筑密封胶的耐候性急剧下降，导致室内漏水、保温性能差等问题集中显现。

对混凝土之间的缝隙进行可靠封堵，需满足防水、热胀冷缩、体积稳定性的综合需求，故对针对此需求展开试验，以求解决方案。

3.2 试验流程

3.2.1 试验的要求

该试验的研究对象是装配式混凝土结构，研究关键点为混凝土结构间的缝隙，故在理论层面可简化为两个混凝土试块之间的缝隙。该试验的主要需求是研究一种新型材料，能够将两块混凝土进行可靠连接，同时满足热胀冷缩和防水的需求，该材料自身有一定的耐候性和体积稳定性。

将装配式混凝土的模型简化为混凝土试块，用来模拟混凝土装配式结构，且使用两块分离的试块，之间再用夹具进行固定和连接，缝隙保持在5mm～30mm的范围内，同时可通过操作夹具间距的形式人为改变缝隙距离，用来模拟热胀冷缩的过程。此外通过冻融循环、喷淋试验等形式来探究在冷热交替和雨水冲刷下的性能。

3.2.2 试验的准备

为了接近真实情况，在进行试验之前对装配式结构的组分进行了探究。通过查阅资料得知，大部分装配式建筑构件为夹心保温钢筋混凝土构件，其结构组成如图1所示。

图1 夹心保温钢筋混凝土构件图

在夹心保温层的混凝土构件，从内到外的结构层分别为：①内保护层，在实际安装后其面向建筑内侧；②保温层，根据节能参数和要求进行保温材料种类与规格进行选用；③外保护层，在实际安装后其面向建筑外侧；④连接固定件，主要作用是用来保障浇筑过程中保温层的稳定性；⑤防护层，对混凝土保护层进行保护以提高耐久性。

实际构件的预制过程，在内部会有钢筋存在，其中内外保护层材质均为混凝土，保护层厚度有一定要求。对该结构进行分析，其内部保温层与钢筋层对于接缝位置性能与理化性质并没有明显影响，故在该试验中，对保温层和钢筋工程的影响不做考量。

经资料参考和实际调研，装配式混凝土构件的混凝土强度大部分为C40，最低要求强度为C30，配合比遵循普通混凝土配合比设计。在进行运输和安装过程中，需至少达到最大强度的75%。浇筑使用为金属模具，有常规脱模剂的使用。浇筑后在养护车间进行养护，温度为20±2℃，湿度为95%。

3.2.3 试件制备

根据准备阶段所调研到的数据，进行材料采购。采购的主要材料有水泥、砂石骨料、混凝土早强添加剂，所有材料采购来源合规，检验合格。而后进行混凝土试样的制备工作，制备规格为150mm×150mm×150mm，以及150mm×150mm×450mm，标准试块尺寸用来进行常规性能试验，因接缝试验中需要有较长的拼缝来进行试验，故需采用长形试块而非标准试块。为满足后续试验需求，至少进行两组试件制备。

在进行试块浇筑的过程中，采用铝膜板并配合脱模剂，浇筑完成后充分振捣后在试验箱中进行试块的养护，养护温度22℃，养护过程采取定期浇水的形式保证湿度，养护时间14d，并进行强度检验，在强度达标定强度的75%以上后，至此试件制备完成。

3.2.4 接缝材料的探究

接缝材料要能够满足体积稳定性，适应接缝大小变化，同时需要具有耐候性。本试验选用的材料是高强度水泥，通过外加乳胶粉和橡胶微颗粒的形式来满足性能要求。有研究表明，在传统水泥砂浆中掺入可再分散乳胶粉可以在水泥水化物周围形成稳定的聚合物网络，提高砂浆的韧性、拉伸粘结强度等性能。橡胶微颗粒作为填料加入水泥砂浆，可以进一步提高砂浆的韧性和延展性，使其在使用阶段具有弹性。高强度水泥结构致密，具有自防水的特性。通过高强度水泥、乳胶粉、橡胶微颗粒混合而成的胶泥，结合外部防水的形式，理论上能够解决上述需求。

3.2.5 试验形式

试验主要用来探究高强度水泥与乳胶粉、橡胶微颗粒的混合胶泥能否满足上述需求，且探究适当的添加比例。试验进行两组，一组是通过控制变量的方式，探究不同乳胶粉比例对混合胶泥的性能影响，另一组是动态调整乳胶粉和橡胶微颗粒的添加量，探究最佳的配合比例。

首先将构件从养护箱中取出，检验强度，强度达标进行试验。将两块构件固定在夹具上，调整为平行并使其间距10mm，以模拟装配式混凝土安装后的缝隙，将高强度水泥与橡胶微颗粒的使用量固定，而后分多组改变乳胶粉比例，将混合胶粉批刮到缝隙之中，并尽可能地使其与两端可靠连接，探究其连接性能。

在第一组试验完成后，得到乳胶粉添加数值，而后以该数值为基数，探究不同比例橡胶微颗粒对最终连接效果的影响，同时还要对耐久性和冻融循环进行探究。试验过程中遵循安全操作规范，明确各个设备的使用方式，同时做好自身防护。

3.3 试验数据及分析

3.3.1 第一组试验

第一组试验的主要目的是探究乳胶粉的添加对于混合胶泥连接性能的影响。将施工后的胶泥凝固，尝试分离试块即可得知连接效果。本组试验数据如表1所示。

表1 混合胶泥连接性能试验数据

该数据结论与预估结果类似，再分散乳胶粉可以提高拉结力，但增加过多的乳胶粉会使水泥比例降低，从而对整体粘合度造成影响。从本试验中可以得知，高强度水泥与乳胶粉比例为1:0.6时，其效果最佳，能够发挥水泥的连接性能，通过外加乳胶粉的形式提高拉伸粘结强度。

3.3.2 第二组试验

根据既定试验方案，将第二组试验中乳胶粉比例确定为0.6。主要改变橡胶微颗粒的比例，进行耐候性试验。本组试验是将不同比例的胶粉施工后进行冻融循环和拉伸尝试，本组试验数据见表2。

表2 冻融循环和拉伸试验数据

通过上表数据可知，橡胶微颗粒的添加能够增强接缝材料的拉伸性能，但添加过多对于冻融循环试验后性能并不利。通过本试验可得知，高强度水泥、乳胶粉、橡胶微颗粒的比例为1∶0.6∶0.4时，性能接近于最优。

3.4 试验结论

通过以上试验，能够初步确定在高强度水泥中进行乳胶粉和橡胶微颗粒的添加，能够改变高强度水泥的原有性能，使之更适用于装配式建筑接缝处理。乳胶粉的添加对于水泥的韧性有着改良作用，能够确保高强度水泥在受到外力作用时仍能保持稳定的连接性能。橡胶微颗粒的应用主要改善整体系统的拉伸性能。

在实际施工中，高强度水泥起到材料与混凝土连接的作用，同时具有一定的结构自防水性能；乳胶粉提升整体强度，确保拉伸能力和韧性；橡胶微颗粒增加系统的整体弹性，保证热胀冷缩过程中的体积稳定性。

4 结束语

通过以上试验研究表明，使用乳胶粉和橡胶微颗粒与高强度水泥按一定比例混合，在三种材料的共同作用下，能够初步满足装配式混凝土建筑中接缝位置的处理需求。但全程在试验室环境下进行，未考虑真实环境变化带来的影响。本试验的主要目的是明确接缝材料的具体需求并通过试验进行初步探究，距离实际工程的应用仍有较多的工作需要进行。随着建筑行业的进步与技术的日渐成熟，也会有更多科学可行的方案被应用到装配式建筑品质提升工作之中。