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预制装配式建筑外墙防水密封工艺探讨

时间:2019-01-29 09:28:47  来源:混凝土世界杂志

 

前言iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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装配式建筑具有更高的品质、更快的建造速度、建造过程能耗更低、污染更少等优点,在欧美、日本等发达国家应用率达70%以上,成为建筑发展的主流方向。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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早在20世纪50~60年代,国内就开始探索研究装配式建筑。到80年代后,装配式建筑发展逐渐势微,究其原因,主要有两点:一是当时国内相关技术不成熟,相关配套标准不完善;二是缺少合适的外墙接缝防水工艺与密封材料,导致此类建筑在使用过程中逐渐暴露出外墙渗漏、隔音抗震性能差等问题,阻碍了装配式建筑在国内的进一步发展。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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进入21世纪,万科等房地产企业再次将装配式建筑引进国内。2015年以后,随着科技的发展和节能环保呼声的不断加大,从中央到各地方政府相继出台一系列鼓励和推动装配式建筑发展的政策,预制装配式建筑进入快速发展期。本文将从外墙防水设计、构造防水和使用各类接缝密封材料的选择以及密封胶施工工艺出发,探讨更加合理的外墙防水密封处理方法。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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1、预制装配式混凝土建筑外墙防水设计iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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预制装配式建筑外墙的防水设计应采用多道防线,其中密封防水是第一道防线,外墙接缝中填充各种密封材料形成防水层;造防水是第二道防线,将接缝设计成合适的大小与结构,可以降低水分运动的作用力;剪力墙结构的现浇混凝土或外墙挂板内侧的气密条属于第三道防线,可采用构件生产时胶条与混凝土一次成型或生产时在构件上留槽,安装时贴上胶条。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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2、构造防水iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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在外墙板设计与安装阶段,将接缝设计成合适的结构和大小,可以吸收促使水分运动的作用力,从而起到防水密封作用。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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促使水分运动的作用力可以分为重力、表面张力、毛细管作用、运动能力以及气压差等。针对不同作用力的特点,设计不同的接缝构造。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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2.1、水平接缝的防水设计iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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外墙水平接缝的防水设计应在外墙接缝的迎水面填充密封材料,在背水面一侧使用特定密封条或者灌浆的形式,形成两道材料防水。在两道材料防水之间,增加一道构造防水,可以极大限度地增强防水效果。水平接缝防水密封工艺如图1所示。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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图1 水平接缝防水密封工艺iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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将水平接缝设置成内高外低的企口构造,可以降低雨水运动的能量(重力、表面张力、毛细作用等),即使外层的材料密封遭到破坏,雨水也无法由室外转移到室内。由此形成的空腔有利于渗入的雨水排向垂直接缝的排水口。雨水渗漏发生条件与解决对策见表1。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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2.2、垂直缝的防水设计iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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外墙垂直接缝的防水同样应在室内外两侧做两道材料防水,防水密封工艺如图2所示。两道密封中间设置减压空腔构造,并且在垂直接缝处增加排水口设计,即使外层材料密封被破坏,渗入空腔的雨水也可以通过下部的排水口排除,达到防水密封的作用。排水口设计通常是在外墙嵌填密封材料时预留开水口,在开口处插入导水管而成,图3为垂直接缝导水管处理示意图。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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图2 垂直接缝防水密封工艺iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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图3 垂直接缝导水管处理示意图iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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3、材料防水iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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在外墙接缝中填充各种密封材料形成第一道防线。密封胶是最主要也是最关键的一道防线,一旦密封胶出现问题而引起漏水,检查和修复都比较困难、复杂。因此,选择使用合适的密封胶是相当关键和重要的。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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3.1 装配式建筑外墙接缝特点iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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预制装配式建筑外墙接缝与其他类型接缝相比,具有以下两方面特点。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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3.1.1 难以粘结性iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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混凝土是一种碱性的多孔材料,在制备过程中表面残留部分脱模剂,多方面综合影响使得混凝土材料粘结比较困难。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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3.1.2 移动变形性iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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混凝土外墙板尺寸较大(一般都在3m以上),温度变化、风力、地震及材料自身的干缩变形都会使接缝尺寸发生变化。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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(1)温度变化的影响。构件温度变化对接缝宽度的影响可按如下公式计算:iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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(2)混凝土自身干缩的影响。混凝土硬化过程中的体积收缩会使接缝变宽。混凝土干缩对接缝宽度的影响可按如下公式计算:iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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3.2 装配式建筑外墙接缝用密封胶性能iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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作为整个外墙防水密封最重要的防线,密封胶性能优劣影响外墙的防水效果。根据预制装配式建筑外墙接缝特点,其配套密封胶性能应满足以下五个方面的要求。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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3.2.1 良好的粘结性iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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混凝土良好的粘结性是预制装配式外墙接缝用密封胶最基本也是最重要的性能。目前在国内预制装配式外墙接缝用密封胶领域,用到的产品按照材料不同可分为改性硅酮系(MS)、聚氨酯系(PU)、硅酮系(SR)三类。经过试验与实际验证,配合相应的底涂,改性硅酮、聚氨酯密封胶与混凝土材料粘结性良好,硅酮密封胶粘结性则弱一些。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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3.2.2 变形追随性iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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外墙挂板接缝的伸缩变形及位移运动的特性要求密封胶具有一定的弹性和回弹性。当接缝伸缩变形时,密封胶可以跟随接缝的变化而产生自由形变以保证密封效果。同时密封胶的位移能力必须大于接缝的相对位移,以保证密封胶在反复的形变后依然可以恢复至原有的形态。JC/T 881—2001《混凝土建筑接缝用密封胶》中对密封胶的弹性回复率进行了规范说明,见表2。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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改性硅酮(MS)、聚氨酯(PU)、硅酮(SR)三种材料都具有很好的弹性及回弹性,其性能比较见表3。具有合理处方的产品都可以满足上述标准。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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3.2.3、耐候耐久性iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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密封胶的耐候耐久性关系到外墙接缝防水密封系统的使用寿命。风吹雨淋、紫外光照射以及外力作用都会加速密封胶的老化,最终导致粘结密封失效。良好的耐候耐久性也是密封胶选择时重点考虑的因素。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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紫外线辐射是宇宙中可以辐射到地球表面的最强辐射,其典型波长为300nm,辐射能量为399kJ/mol,辐射能可以造成改性硅酮和聚氨酯的主链分子键断裂,但尚不足以破坏硅酮分子链。表4显示,这三种材料中,硅酮的耐候性最优;聚氨酯中的C-N键键能更低,更易被紫外线辐射破坏,所以聚氨酯密封胶的耐候性最差。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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图4是深圳某PC项目,该项目2014年施胶,同时使用本公司双组分MS密封胶与某进口品牌单组分耐候聚氨酯密封胶。四年后复测发现,在相同朝向(南向),MS胶层表面依然完好,而单组分聚氨酯耐候密封胶表面明显开裂,耐候性明显不足。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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图4 本公司双组分MS密封胶与某进口单组分聚氨酯密封胶耐候性比较iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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3.2.4、表面可涂饰性iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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为增加建筑物的美观性,通常会在建筑物外墙表面涂刷涂料或油漆等涂饰层。这就要求接缝密封胶表面必须可以做涂装,且对涂层无污染。硅酮分子链为连续的硅氧键,分子间作用力大,表面张力大,油漆、涂料很难在其表面润湿,硅酮胶表面无法做涂饰。改性硅酮和聚氨酯密封胶与多种涂料都具有良好的相容性,且不会污染涂层。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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3.2.5、无污染性iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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预制混凝土属多孔材料,更容易遭受污染。这种污染不仅影响建筑物的美观,而且很难清理,清理后会继续产生污染,并产生额外的一笔维护与保养费用。硅酮胶中含有大量的小分子硅油,受分子热运动影响,硅油会逐渐从密封胶内部向表面迁移,经过雨水冲刷,吸附空气中的灰尘等杂质,在建筑外表面形成带状污染,影响建筑物美观。改性硅酮和聚氨酯密封胶不含易析出小分子硅油,不会产生污染。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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改性硅酮在以上五方面性能需求上综合性能最好,是预制装配式外墙接缝密封材料的最佳选择。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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4、装配式建筑外墙接缝密封胶施工关键点iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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4.1、底涂的重要性iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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外墙接缝密封胶施工前一定要涂刷配套底涂。底涂不仅起到增强密封材与墙体间界面粘结的作用,还可以防止墙体中的碱性材料与密封胶中的增塑剂相互迁移,对耐久粘结以及避免相互污染具有很大的作用(如图5所示)。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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图5 底涂作用示意图iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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这里需要重点提示,底涂是通过溶剂挥发而干燥固化成膜的,因此一定要在底涂完全固化后才可以施胶。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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4.2 两面粘结的重要性iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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外墙接缝密封施工时使用隔离材(PE泡沫棒),不但可以降低成本,更重要的是可以将粘结效果由三面粘结变换为两面粘结。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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对于变形接缝,两面粘结非常重要。如图6所示,两面粘结时,密封胶可以追随接缝变形而发生自由形变,以保证密封效果。三面粘结时,密封胶无法自由变形,接缝变化时,密封胶会被撕裂而导致密封失效。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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图6 两面粘结与三面粘结示意图iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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4.3、胶层深度的重要性iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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施胶厚度也会影响密封效果。若胶层太浅,密封材与基材接触面积不足导致界面剥离,同时因为胶层太浅,密封胶更容易因表面老化而断裂。若胶层太深,可能会因完全硬化时间延迟(单组分品)而产生胶层破坏。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

因此建议施胶时,不同的接缝宽度对应不同的施胶厚度(如图7所示)。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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图7 接缝宽度与深度容许范围iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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5、国内改性硅酮密封胶市场iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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改性硅酮密封胶于20世纪70年代起源于日本,SUNSTAR集团是最早开发和应用此类密封材料的企业之一。日本密封胶施胶产业工人具有很高的业务水平,双组分应用非常成熟,加之双组分具有更优异的性能,因此日本市场仍然以双组分为主。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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相比之下,国内的施胶作业人员大多没有经过专业培训,双组分产品对于初学者施工难度大,增加了项目管理难度。因此,施工便捷的单组分产品在国内更受推崇。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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5.1、单、双组分MS密封胶性能比较iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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按照GB/T 14683—2017《硅酮与改性硅酮建筑密封胶》与JC/T 881—2001《混凝土建筑接缝密封胶》要求,对本公司单组分MS-1与双组分MS-2密封胶进行性能测试和性能比较(见表5和表6),以反映二者性能上的差异。单、双组分密封胶各有特点,可以根据实际情况与需求做不同选择。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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5.2、施工流程iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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单、双组分密封胶施胶工艺流程如图8所示;图9为密封胶施胶过程操作图。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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图8 单、双组分密封胶施胶工艺流程iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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图9 密封胶施胶过程操作图iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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结语iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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近年来,从中央到地方都相继出台鼓励和推动装配式建筑发展的政策,装配式建筑已经成为目前国内建筑业发展的热点。但与欧美、日本等发达国家相比,我国的装配式建筑发展还处于起始阶段。相关从业人员经验和知识的不足以及相关标准的缺乏,制约了装配式建筑的进一步开展。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!

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外墙防水密封是装配式建筑发展的重点和难点,关系着装配式建筑在国内的未来发展。合理的构造设计、合格的密封材料、合适的施工工艺是装配式外墙接缝防水密封良好的保证,也是装配式建筑发展的根基。MS密封胶在国内推广多年,已经成为PC外墙接缝密封首选材料。单、双组分MS密封胶性能各有特点,可根据使用环境与需求,选择不同的产品。iiO筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!


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