混凝土接缝用硅酮嵌缝密封材料研究进展.pdf
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1、2 0 1 5年 第 3 期 (总 第 3 0 5 期) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TE CHNOLOGY d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 3 0 4 2 混凝土接缝用硅酮嵌缝密封材料研究进展 李化建 , 易忠来 -一 ,温浩 - ,靳昊 , 谭盐宾 , 谢永江 ( 1 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所, 北京 1 0 0 0 8 1 ; 2 高速铁路轨道技术国家重点实验室,
2、北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘要 : 硅酮嵌缝密封材料具有卓越的耐候性 、 优异的温度适应性和环境友好性等特点, 现已被广泛应用于混凝土结构 的接缝 处理, 特别适用于长线连续浇筑的混凝土接缝 。 针对现有硅酮嵌缝密封材料技术标准存在差异 , 在系统分析国内外硅酮嵌缝密 封材料技术要求的基础上 , 提 出了混凝土接缝硅酮嵌缝密封材料的性能要求。 从跟随性 、 黏结性和耐久性三方面 , 提出了实现硅 酮嵌缝密封材料高性能化的技术途径 , 阐述了混凝土接缝硅酮嵌缝密封材料应用现状及存在问题。 结合国内外 高性能硅酮嵌缝 密封材料研究进展 , 指 出了我国高性能硅酮嵌缝密封材料的发展方向。 关
3、键词: 混凝土接缝 ; 高性能; 硅酮嵌缝; 密封材料 ; 技术要求 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标志码: A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 1 5 6 0 5 R e s e a r c h p r o g r e s s o f s i l i c o n e s e a l a n t s i n c o n c r e t e j o i n t u H u a j i a n , Y I Z h o n g l a i , WE NH a o , J I N H a o , T A N Y a n b i n 。 ,
4、 X I E Y o n g j i a n g , ( 1 R a i l w a y E n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s ti t u t e , C h i n a A c a d e m y o f R m l w a y S c i e n c e , B e ij i n g 1 0 0 0 8 1 , C h i n a ; 2 S t a t e K e y L a b o r a t o r y f o r T r a c k T e c h n o l o g y o f H i g h S p e e d R m l w
5、 a y , B e ij i n g 1 0 0 0 8 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : S i l i c o n e s e a l a n t i s wi d e l y u s e d i n t h e j o i nt o f c o n c r e t e s t r u c t u r e , e s p e c i all y f o r th e l o n g t e r m c o n t i n u o u s c a s ti n g c o n c r e t e s t r u c t u r e, b e c a u s
6、e o f the e x c e l l e n t we a the r a b i l i t y, the rm al a d a p t a b i l i t y a n d e n v i r o n me n tf r i e n d l y e t c Ac c o r d i n g t o the d i f f e r e n c e s o f t e c h n i c a l s t a n d ard s i n s i f c o n e s e a l ant s , p e r f o rm a n c e r e q u i r e me n t s o
7、 f s il i c o n e s e a l a n t s i n c o n c r e t e j o i n t i s p r o p o s e d b a s e d o n a n a l y z i n g t h e t e c hn i c a l r e q u i r e me nts o f s i l i c o n e s e a l an t s F r o m t h e t h r e e a s p e c t s o f f o l l o wi n g, b o n d i n g and d u r a bi li t y, t e c h
8、n o l o g y me tho d s t o a - c hi e v e hi【g hpe rfo rm a n c e of s ili c o n e s e a l a n t s are p r o po s e d, an d e x p o u n d e d the a p p l i c a tio n s t a t u s a n d pr o bl e ms o f s i l i c o n e s e a l a n t s i n c o n c r e m j o i n t C o mb i n i n g wi t h r e s e a r c h
9、 p r o g r e s s o f h i g hp e rf o r ma n c e s i fi c o n e s e a l ant s , the d e v e l o p me n t t r e n d o f h i g h p e r f o rm a n c e s i l i c o n e s e a l i n g ma t e ria l s i n o u r c o u n t r y i s p oi n t e d o u t K e y wo r d s: c o n c r e t e j o i n t ; h i g h perf o rm
10、 anc e ; s i l mo n e ; s e a l i n g ma t e r i al; t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s 随着高速铁路、 高速公路与机场跑道等大型工程的规 模化发展 , 长线浇筑大体积混凝土结构 已被 广泛应用。 为 解决不同温度下混凝土结构 的变形 问题 , 往往需要隔一段 距离设置一 条伸缩缝 。 为 了满 足高性 能建筑 密封材料 的 需求 , 作为耐候性和施工性等优越的硅酮嵌缝密封材料近 十几年来 获得了迅速发展 , 并广泛应用 于混凝土的接缝 处理 。 硅酮嵌缝密封材料 是 2 O世纪 6 0年代出现
11、的一种 新 型硅酮嵌缝弹性体 , 它的分子主链是 由硅氧原子交替有序 排列而成, 主链不含碳原子而类似于无机硅酸盐结构, 使 其具有 良好的热稳 定性 、 优异的耐低温性 、 耐气候 老化性 和极佳 的耐紫外 线照射 性能 , 其 寿命 是一 般材料 的 3 6 倍 。 国外早在 2 0世纪 7 0年代就将 硅酮密 封材料 应用 于玻璃幕墙结构黏接等建筑工程, 使用效果良好。 然而 , 目前 国内混凝土伸缩缝 所用 的密封材料 以沥青 类材料 和 聚氨酯类材料为主。 沥青类 密封 材料具有原料易得 , 成本 低廉等优点, 但是存在施工工艺复杂, 需要加热后才能 使用 , 对环境及施工人员危害大
12、 ; 温度适应性较差 , 低温易 发脆, 高温易流淌挤出; 耐老化性较差, 使用寿命短等缺 点。 聚氨酯类密封材料多数为双组分包装 , 需现场计量 混 合 , 极易因计量差错造成材料不固化 或固化后性能无法满 足要求 ; 温度敏感性较高 , 低温 ( 5) 条 件下 , 固化速度 慢 , 对性能影响大。 而密封材料的失效会导致混凝 土接缝 处密封 功 能 丧失 , 对 混凝 土 结 构 的耐 久 性造 成 较 大 的 损伤。 我国混凝土接缝硅酮嵌缝密封材料 尤其是 高性能硅 酮嵌缝材料方面的研究起步较 晚 j , 标准体 系仍不完善 , 现有产品性能无法满足实际要求 , 现场施工不 够重视。
13、本 研究提出了适用于混凝土接缝 的高性 能硅酮嵌缝密封材 料的性能要求, 阐述了 昆 凝土接缝硅酮嵌缝密封材料应用 现状及存在 问题 , 从跟随性 、 黏结性 和耐久性三方面 , 提出 了实现硅酮嵌缝密封材料高性能的技术途径 。 收稿 日期: 2 0 1 4 一 O 8 1 2 基金项 目: 中国铁路总公司科技研究开发计划项目( 2 0 1 3 G 0 0 8 一 A一 3 ) ; 中国铁道科学研究院基金项 目( 2 0 1 2 Y J 0 2 5 ) 1 56 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 硅酮嵌缝密封材料性能特点 由于硅酮嵌缝 材料含有 硅氧键 ( S
14、 i 一0键 ) , 见 图 1 , 其键能 高达 4 5 2 k J m o l , 远大 于碳 碳键 ( C C键 ) 键 能 ( 3 5 6 k J too 1 ) 和碳 氧键 ( C一0键 ) 键能 ( 3 5 8 k J mo 1 ) j , 一 般 高分子 材料 以 CC键为 主键 , 而硅酮嵌缝 材料 以 s i o 键为主链结构 , 加之聚硅氧烷分子体积大 、 内聚能密 度低 , 赋予硅酮嵌缝密封材料如下性能特点 : 图 1 S l os j 结构 示 葸 图 ( 1 ) 施工性能好 。 冷施工 , 无 需加 热加压设备 , 环境温 度下直接施工且反应 过程 中无吸热放热问题
15、; ( 2 ) 温度适应性。 可使用温度范围在 一1 0 0 3 1 5, 在 低温环境下材料不显著变硬变脆 , 高温环境下材料不流淌 或降解 , 尤其适用于高温 、 严寒等严酷环境 ; ( 3 ) 优 异 的耐候 性。良好 的热稳 定性 和卓 越 的耐候 性能 ; ( 4 ) 环境友好性 。 环保性好 , 具有 良好 的生物相容性 , 对环境友好无害 ; ( 5 ) 其他特性 。 优异 的耐玷 污性 、 高度 的疏 水性和 良 好的透气性 。 鉴 于以上性 能特点 , 硅酮嵌缝类 密封 材料很快 在建 筑 、 土木 、 电子、 汽车和航空等工程领域中获得广泛应用 。 2 国内外硅酮嵌缝密封材
16、料技术指标及存在 问题 国内已有部分 学者将各 标准体 系进 行汇 总分析 : 于 宵 指出国内外硅酮嵌缝密封胶标准存在建筑用密封胶 和路用密封胶两种不同的标准体 系, 并提 出了路用硅酮嵌 缝密封胶 的 8 个性能评价方法。 刘武强 等人主要针对 中 国、 美 国、 欧洲三种硅酮结构胶标准体系 中相关测试方法 、 试验处理条件的不 同进行 了分析 , 指出国内结构密封胶标 准在项目、 技术要求设置及试验方法的完整陛等方面与欧洲 标准相比存在较大的差距。 同济大学 的孙艳娜 等人认 为 路用混凝土密封材料指标体系应结合实际使用状态进行评 价 , 现行规范仅从弹性、 变形量和施工性方面进行评价
17、, 缺乏 反映材料实际受力状态和深入本质的老化性能评价指标。 目前, 国内外涉及硅酮嵌缝密封材料技术要求的主要 性 , 在恶 劣环境 中能保持3 O 年不龟裂 、 不变脆 的优越耐久 标准规范如表 1 所示 。 表 1 国内外密封材料标准汇总 通过分析国内外硅酮嵌缝密封材料标准 , 结合混凝土 接缝的特点, 目前混凝土接缝用硅酮嵌缝密封材料标准主 要存在 以下问题 。 ( 1 ) 指标设置不完善 ( a ) 老化性能指标中缺乏耐碱性要求, 由于混凝土为 碱性材料 , 接着 面长期 在碱性作 用环 境下 易造 成界 面脱 落 , 导致密封失效 , 建议增加耐碱性 评价指标 ; ( b ) 力学性
18、能检测中缺乏剪切强度要求, 高速铁路、 高 速公路、 机场跑道等混凝土结构中接缝处会受到板块间的 剪切力作用, 就要求密封材料在受动态剪力作用下跟随性 好 , 界面黏结牢固。 建议增加剪切黏结强度指标 。 ( C ) 反映材料弹性 性能指标 中缺乏压缩弹性性 能 , 弹 性恢复率是反映受拉向力 ( 图 2 ) 后 , 材料恢复 自身形状 和 尺寸的能力 , 而材料的弹性性能则是材料在释去引起 变形 1 57 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 提 高硅 酮嵌缝 密封材料性 能的途径 高性能硅酮嵌缝密
19、封材料应该具有适合的跟随性、 牢 固的黏结性 和优异 的耐久性三个方面 的综 合性能 。 提高硅 酮嵌缝密封材料性能的途径主要有 以下几点 : 4 1 提高密封材料跟随性能的途径 硅酮嵌缝材料跟随性能 反映材料 自身的应力应 变性 能, 要求材料具有低应力作用下高伸长率的特性。 根据橡 胶弹性理论 , 影 响弹性体应 力应变特 性 的主要 因素包 括 : 填料的补强作用 、 交联网络控制和增塑作用等。 s D e b n a t h 和 K K u e s e n g 研究认为当交联 体系受 到外界冲击 时 , 补强 填料粒 子可 吸收或 传递外 界 冲击 能 量, 避免交联体系出现应力集中现
20、象, 使其达到力学平衡 状态 , 从而防止交联体系受 到破坏 。 随着填料粒 子粒径 的 减小 ( 比表面积增大 ) , 填料粒子与橡胶基体的接触面积增 大。 当橡胶弹性体受到外界冲击作用时, 内部将产生较多 的微裂纹 , 填料微粒 能吸收更多 的冲击能量 , 从 而显著提 高抗 冲击性能。 s B a c e a r o 刮 结合核磁共振 的研究结果 , 提 出了填充炭黑橡胶的非均质模型 ( 图 4 ) , A相为 自由大分 子 , B相为交联结构 , C相为双壳层。 该理论认为 C相通过 类似 “ 骨架 ” 作用连接着具有 弹性 的 A相 和 B相 , 构成 一 个橡胶大分子与 填料整体
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