混凝土接縫用硅酮嵌縫密封材料研究進展

  【引言】

  隨著高速鐵路、高速公路與機場跑道等大型工程的規(guī)模化發(fā)展，長線澆筑大體積混凝土結構已被廣泛應用。為解決不同溫度下混凝土結構的變形問題，往往需要隔一段距離設置一條伸縮縫。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，并廣泛應用于混凝土的接縫處理。

  硅酮嵌縫密封材料是20世紀60年代出現(xiàn)的一種新型硅酮嵌縫彈性體，它的分子主鏈是由硅氧原子交替有序排列而成，主鏈不含碳原子而類似于無機硅酸鹽結構，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70年代就將硅酮密封材料應用于玻璃幕墻結構粘接等建筑工程，使用效果良好。然而，目前國內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，但是存在施工工藝復雜，需要加熱后才能使用，對環(huán)境及施工人員危害大；溫度適應性較差，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。聚氨酯類密封材料多數為雙組份包裝，需現(xiàn)場計量混合，極易因計量差錯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，對性能影響大。而密封材料的失效會導致混凝土接縫處密封功能喪失，對混凝土結構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，標準體系仍不完善，現(xiàn)有產品性能無法滿足實際要求，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用現(xiàn)狀及存在問題，從跟隨性、粘結性和耐久性三方面，提出了實現(xiàn)硅酮嵌縫密封材料高性能的技術途徑。

  1.硅酮嵌縫密封材料性能特點

圖1 Si-O-Si結構示意圖

  由于硅酮嵌縫材料含有硅氧鍵（Si-O鍵），見圖1，其鍵能高達452kJ/mol，遠大于碳碳鍵（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鍵為主鏈結構，加之聚硅氧烷分子體積大、內聚能密度低，賦予硅酮嵌縫密封材料如下性能特點：

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

  （2）溫度適應性 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、嚴寒等嚴酷環(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，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域中獲得廣泛應用。

  2.國內外硅酮嵌縫密封材料技術指標及存在問題

  國內已有部分學者將各標準體系進行匯總分析：于宵指出國內外硅酮嵌縫密封膠標準存在建筑用密封膠和路用密封膠兩種不同的標準體系，并提出了路用硅酮嵌縫密封膠的8個性能評價方法。劉武強等人主要針對中國、美國、歐洲三種硅酮結構膠標準體系中相關測試方法、試驗處理條件的不同進行了分析，指出國內結構密封膠標準在項目、技術要求設置及試驗方法的完整性等方面與歐洲標準相比存在較大的差距。同濟大學的孫艷娜等人認為路用混凝土密封材料指標體系應結合實際使用狀態(tài)進行評價，現(xiàn)行規(guī)范僅從彈性、變形量和施工性方面進行評價，缺乏反映材料實際受力狀態(tài)和深入本質的老化性能評價指標。

  目前，國內外涉及硅酮嵌縫密封材料技術要求的主要標準規(guī)范如表1所示。

  通過分析國內外硅酮嵌縫密封材料標準，結合混凝土接縫的特點，目前混凝土接縫用硅酮嵌縫密封材料標準主要存在以下問題。

  ①指標設置不完善老化性能指標中缺乏耐堿性要求，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，導致密封失效，建議增加耐堿性評價指標；力學性能檢測中缺乏剪切強度要求，高速鐵路、高速公路、機場跑道等混凝土結構中接縫處會受到板塊間的剪切力作用，就要求密封材料在受動態(tài)剪力作用下跟隨性好，界面粘結牢固。建議增加剪切粘結強度指標。