混凝土接縫用硅酮嵌縫密封材料研究進(jìn)展

  【引言】

  隨著高速鐵路、高速公路與機(jī)場跑道等大型工程的規(guī)?；l(fā)展，長線澆筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用。為解決不同溫度下混凝土結(jié)構(gòu)的變形問題，往往需要隔一段距離設(shè)置一條伸縮縫。為了滿足高性能建筑密封材料的需求，作為耐候性和施工性等優(yōu)越的硅酮嵌縫密封材料近十幾年來獲得了迅速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于混凝土的接縫處理。

  硅酮嵌縫密封材料是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一種新型硅酮嵌縫彈性體，它的分子主鏈?zhǔn)怯晒柩踉咏惶嬗行蚺帕卸?，主鏈不含碳原子而類似于無機(jī)硅酸鹽結(jié)構(gòu)，使其具有良好的熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的耐低溫性、耐氣候老化性和極佳的耐紫外線照射性能，其壽命是一般材料的3-6倍。國外早在上世紀(jì)70年代就將硅酮密封材料應(yīng)用于玻璃幕墻結(jié)構(gòu)粘接等建筑工程，使用效果良好。然而，目前國內(nèi)混凝土伸縮縫所用的密封材料以瀝青類材料和聚氨酯類材料為主。瀝青類密封材料具有原料易得，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是存在施工工藝復(fù)雜，需要加熱后才能使用，對(duì)環(huán)境及施工人員危害大；溫度適應(yīng)性較差，低溫易發(fā)脆，高溫易流淌擠出；耐老化性較差，使用壽命短等缺點(diǎn)。聚氨酯類密封材料多數(shù)為雙組份包裝，需現(xiàn)場計(jì)量混合，極易因計(jì)量差錯(cuò)造成材料不固化或固化后性能無法滿足要求；溫度敏感性較高，低溫（≤5℃）條件下，固化速度慢，對(duì)性能影響大。而密封材料的失效會(huì)導(dǎo)致混凝土接縫處密封功能喪失，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性造成較大的損傷。

  我國混凝土接縫硅酮嵌縫密封材料尤其是高性能硅酮嵌縫材料方面的研究起步較晚，標(biāo)準(zhǔn)體系仍不完善，現(xiàn)有產(chǎn)品性能無法滿足實(shí)際要求，現(xiàn)場施工不夠重視。本文提出了適用于混凝土接縫的高性能硅酮嵌縫密封材料的性能要求，闡述了混凝土接縫硅酮嵌縫密封材料應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題，從跟隨性、粘結(jié)性和耐久性三方面，提出了實(shí)現(xiàn)硅酮嵌縫密封材料高性能的技術(shù)途徑。

  1.硅酮嵌縫密封材料性能特點(diǎn)

圖1 Si-O-Si結(jié)構(gòu)示意圖

  由于硅酮嵌縫材料含有硅氧鍵（Si-O鍵），見圖1，其鍵能高達(dá)452kJ/mol，遠(yuǎn)大于碳碳鍵（C-C鍵）鍵能（356kJ/mol）和碳氧鍵（C-O鍵）鍵能（358kJ/mol）[4]，一般高分子材料以C-C鍵為主鍵，而硅酮嵌縫材料以Si-O鍵為主鏈結(jié)構(gòu)，加之聚硅氧烷分子體積大、內(nèi)聚能密度低，賦予硅酮嵌縫密封材料如下性能特點(diǎn)：

  （1）施工性能好 冷施工，無需加熱加壓設(shè)備，環(huán)境溫度下直接施工且反應(yīng)過程中無吸熱放熱問題；

  （2）溫度適應(yīng)性 可使用溫度范圍在-100℃~315℃，在低溫環(huán)境下材料不顯著變硬變脆，高溫環(huán)境下材料不流淌或降解，尤其適用于高溫、嚴(yán)寒等嚴(yán)酷環(huán)境；

  （3）優(yōu)異的耐候性 良好的熱穩(wěn)定性和卓越的耐候性，在惡劣環(huán)境中能保持30年不龜裂、不變脆的優(yōu)越耐久性能；

  （4）環(huán)境友好性 環(huán)保性好，具有良好的生物相容性，對(duì)環(huán)境友好無害；

  （5）其他特性 優(yōu)異的耐玷污性、高度的疏水性和良好的透氣性；

  鑒于以上性能特點(diǎn)，硅酮嵌縫類密封材料很快在建筑、土木、電子、汽車和航空等工程領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用。

  2.國內(nèi)外硅酮嵌縫密封材料技術(shù)指標(biāo)及存在問題

  國內(nèi)已有部分學(xué)者將各標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行匯總分析：于宵指出國內(nèi)外硅酮嵌縫密封膠標(biāo)準(zhǔn)存在建筑用密封膠和路用密封膠兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)體系，并提出了路用硅酮嵌縫密封膠的8個(gè)性能評(píng)價(jià)方法。劉武強(qiáng)等人主要針對(duì)中國、美國、歐洲三種硅酮結(jié)構(gòu)膠標(biāo)準(zhǔn)體系中相關(guān)測試方法、試驗(yàn)處理?xiàng)l件的不同進(jìn)行了分析，指出國內(nèi)結(jié)構(gòu)密封膠標(biāo)準(zhǔn)在項(xiàng)目、技術(shù)要求設(shè)置及試驗(yàn)方法的完整性等方面與歐洲標(biāo)準(zhǔn)相比存在較大的差距。同濟(jì)大學(xué)的孫艷娜等人認(rèn)為路用混凝土密封材料指標(biāo)體系應(yīng)結(jié)合實(shí)際使用狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，現(xiàn)行規(guī)范僅從彈性、變形量和施工性方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，缺乏反映材料實(shí)際受力狀態(tài)和深入本質(zhì)的老化性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

  目前，國內(nèi)外涉及硅酮嵌縫密封材料技術(shù)要求的主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如表1所示。

  通過分析國內(nèi)外硅酮嵌縫密封材料標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合混凝土接縫的特點(diǎn)，目前混凝土接縫用硅酮嵌縫密封材料標(biāo)準(zhǔn)主要存在以下問題。

  ①指標(biāo)設(shè)置不完善老化性能指標(biāo)中缺乏耐堿性要求，由于混凝土為堿性材料，接著面長期在堿性作用環(huán)境下易造成界面脫落，導(dǎo)致密封失效，建議增加耐堿性評(píng)價(jià)指標(biāo)；力學(xué)性能檢測中缺乏剪切強(qiáng)度要求，高速鐵路、高速公路、機(jī)場跑道等混凝土結(jié)構(gòu)中接縫處會(huì)受到板塊間的剪切力作用，就要求密封材料在受動(dòng)態(tài)剪力作用下跟隨性好，界面粘結(jié)牢固。建議增加剪切粘結(jié)強(qiáng)度指標(biāo)。