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建立建筑接缝密封技术规范，实现建筑接缝最佳密封设计
摘要：分析了现行有关建筑规范中对接缝密封技术规定的现状，指出建筑接缝渗漏同建筑接缝密封技术规范的缺失有关．建议制订建筑工程接缝密封技术规范．为实现最佳接缝密封设计和无渗漏工程提供技术支持。
关键词：建筑接缝；渗漏；接缝设计；密封胶；技术规范
在我国，用“十缝九漏”形容建筑接缝密封状况可能过分，但接缝渗漏是建筑质量顽症却是不争的事实。建筑工程接缝密封处理失当将导致结构透水、透风、凝露、腐蚀或局部损伤，增大建筑能耗，影响居住功能，增大维修频度和维护费用，甚至折损建筑寿命，影响结构安全。建筑渗漏的原因可能与材料及施工有关，但结构设计对接缝密封考虑不周带来的问题可能更为突出，这些问题与相关工程技术规范不包容接缝密封设计的技术内容有密切关系。建筑砌体结构、屋面、墙体、地面、路面等都存在接缝密封问题，可靠的密封有赖于相应的工程技术规范的建立，内容涉及接缝设定原则、结构变位及接缝位移量计算、构件接缝间距尺寸和接缝构造设定及密封材料的选择、密封施工、验收和密封系统维护等。本文对有关建筑规范缺失的接缝密封处理技术内容做了扼要分析．简述密封接缝的设定、密封选材、密封构造设计和验算，对建立建筑接缝密封技术规范提出建议。
1建筑规范缺少对接缝密封技术的规定
混凝土固化过程中的凝固收缩可能会引起混凝土构件开裂，干缩湿涨、热胀冷缩、地震荷载及不均匀沉降等因素可能会引起构件变位。为防止或减轻建筑在正常使用条件下开裂、过度挠曲变形或在应力下产生裂缝，建筑设计规范规定了构件接缝最大的间距限值，要求设置伸缩缝、抗震缝、温度补偿及各种变形缝，并提出“嵌填密封”的要求。对结构设计和施工给定接缝的密封，有关工程技术规范和防水技术规范提出“用弹塑性的密封材料嵌填密封”或要求“保证无渗漏”。这些规定和要求对保证结构安全和密封防水无疑是重要的，但仔细分析规范的条文，发现在结构设计阶段缺失最佳接缝密封设计的要素．在防水工程技术中缺失必要的选材、验算和关键细节规定．这些缺失可能会导致实施过程的随意性和接缝的无效密封。
比如，结构设计规范虽然规定了伸缩缝的最大间距及间距的结构极限应力安全性复核验算．但缺失结构变位引起该接缝的伸缩位移量及接缝宽度设定计算，忽略对现有密封材料承受位移能力水平的考虑；对变形缝、施工缝、穿墙管等防水设置和构造．有关建筑防水工程规范要求“均须符合设计要求，严禁有渗漏”，有的规范还详列了密封材料产品标准规定的技术性能，但缺失必要的选材验算条款。其结果可能是，防水工程设计和施工单位无法正确应用密封胶或使用低卡当沥青防水膏，导致建筑接缝密封的失败而引起渗漏。
国际上已有可供借鉴的建筑接缝密封规范和选材标准，涉及的内容包括：接缝各种因素影响的综合分析方法和验算方法，合理设定密封接缝宽度、深度和间隔距离的计算公式，密封胶类型、级别和次级别的正确选择方法，接缝密封施工、养护和维护程序和检查验收标准。笔者建议，尽早研究并建立建筑接缝密封技术规范，建立可为其他建筑规范引用的主体内容和范围独立的标准。
2 接缝密封设计的基本考虑
接缝密封为隐蔽工程，密封失效造成的病害效应滞后，堵漏维修会连累结构和相邻界面，花费大且难以持久有效，所以应在结构设计中实现最佳的接缝密封。嵌填弹塑性密封材料不对构件自由伸缩变位产生约束．但结构的变位会经常循环地拉一压嵌缝密封胶，一些位移能力不足的密封材料会开裂或者脱粘，导致接缝密封失效。所以设计应依据结构特点充分分析引起接缝位移的各种因素，计算接缝的位移量，依据密封材料的位移能力验算接缝设定尺寸的合理性并细化设定密封节点的构造。
2．1 引起接缝位移的相关因素
2．1．1构件及结构系统的锚固
分析接缝位置、结构锚同类型及构件的变位，考虑构件一端锚固的可能性，应按构件全部长度向一端伸缩来计算接缝的位移，不能按两端分别伸缩、位移量均匀分配来考虑。这样的设计安全且充分。
2．1．2热位移
大气温度变化、阳光照射及雨水浸润或蒸发等引起建筑物构件体积变化，接缝尺寸的变动将拉一压接缝密封胶从而产生相应的位移。热位移是引起材料尺寸变化的重要因素．因为每天都会有一个高低温度峰值，每年又会有最高值和最低值，应充分评估建筑使用期内不同阶段温度变化导致的热位移，包括施工中的温度变化、构件未装配时的温度变化、使用和装配后的温度变化。考虑这些过程中不同建筑的不同环境条件，考虑不同建筑材料和建筑体系产生热位移的最高值和最低值，根据不同的建筑工程材料及构件系统种类，确定所要求的接缝位置及接缝密封形状和尺寸。
2．1．3潮湿溶胀
混凝土、砌体等建筑材料会随湿度的不同发生湿涨干缩，有些材料的伸缩变化可能是可逆的，有些是不可逆的，应依据不同材料的性质和构件尺寸给予评估和计算。
2．1.4荷载运动
应评估持久的固定荷载运动和短期的活动荷载运动，如风荷载和地震运动产生的动荷载，引起建筑构件相应的运动和密封接缝尺寸的位移变化。
2．1．5密封胶固化期间的运动
密封胶固化期间所发生的位移运动可能改变密封胶的性能，包括密封胶的拉伸强度、压缩强度、模量及对基材的粘结性，也包括外观和内部的变化，如密封胶表面或内部产生裂缝，内部产生气泡等，都会对密封胶承受应力和位移的能力产生不利影响。接缝计算和设计是建立在已固化密封胶的基础上的，如果施工时不能避免密封胶固化期间发生位移，那么应该设定适当的补偿，包括施工时的保护措施j使密封胶尽可能在无位移期间内固化，或测试密封胶在固化期间发生位移导致的性能变化，在设计接缝宽度中设定补偿系数。
2．1．6框架的弹性形变
多层混凝土结构和钢结构承受荷载后，会发生不同程度的弹性变形，产生层间变位并导致密封接缝尺寸变化。
2．1．7收缩
建筑结构或构件浇筑成型后几个月内会产生不同程度的收缩，设计应考虑这种收缩对接缝尺寸的改变，特别是垂直相交结构(如楼板一墙体)的接缝位移。
2．1．8 建筑公差
包括各种构件各自的公差以及制造、装配时形成的累积公差，都会使接缝设计尺寸改变。如工地施工和车间制作的构件、组合件及子系统的结合体，多是复杂的排列组合。现行的建筑标准给出的公差范围有些很宽，有些标准未必能够适用于密封胶接缝设计，应给予仔细斟酌。对某些材料或系统来说，可能还没有认可的公差，或者其公差不适合直接应用于密封接缝设计，设计应依据接缝施工及条件建立适用的公差范围。如果设计忽视建筑公差的影响，就极有可能造成接缝密封失效，或者由于接缝过于狭窄导致相邻材料或系统之间密封胶的不良填充。此外不同的建筑公差要求不同的施工精度．直接影响到接缝施工的成本，所以设计应具体标明密封接缝的尺寸公差。
2．2 密封胶的位移能力
近十几年来我国建筑密封胶发展十分迅速．高功能的硅酮密封胶、聚氨酯密封胶、丙烯酸密封胶、结构密封胶、耐候密封胶、石材密封胶、混凝土接缝密封胶等已相继开发和应用。我国依据国际标准ISO11600《建筑结构·密封胶·分级和要求》制订了一系列建筑接缝密封胶产品标准．按功能、适用性、位移能力、模量和密封耐久性进行分型、分类和分级供设计选择。值得注意的是，经常见到有设计将伸长率混同位移能力，以为伸长率100％的密封胶就应能承受同幅度的位移，这是极大的误解。实际上，密封胶位移能力级别的认定依据接近接缝的实际位移条件，判定标准是按表1规定的位移幅度，高温压缩7 d+低温拉伸7 d为一个周期，经4个循环试验后的接缝密封胶应无开裂／无脱粘。尽管有些常用的沥青密封膏伸长率可能是300％，但按标准检验其位移能力可能还难以满足7．5级产品要求。
表1 建筑密封胶级别
级别
热压(70℃)一冷拉(-20℃)循环，位移幅度／％
位移能力／％
25
±25
25
20
±20
20
12．5
±12．5
12．5
7．5
±7．5
7．5
对符合25级和20级的密封胶划分了模量级别，判定密封胶模量级别的技术依据是以下试验温度规定的拉伸模量测试值(表2)：
表2模量级别技术指标
模量级别
LM
HM

拉伸60％时的模量／MPa
23℃时
≤O．4
和≤O．6
>0．4
或>O．6
-20℃

对12．5级以下的密封胶，按弹性恢复率划分为三个级别：
1)弹性体(代号“12．5E”)——弹性恢复率大于40％；
2)塑性体(代号“12．5P”)——弹性恢复率小于40％；
3)塑性嵌缝膏(代号“7．5P”)——7．5级。
产品标准规定建筑密封胶的级别应在包装上标记，对那些包装上无级别标记的产品应视为不合格品，或视同为级别最低的密封胶。
3接缝位移量计算
3．1 热位移
3．1．1计算热位移的基础参数
1)建筑环境大气温度极限，冬季最低温度Tw，夏季最高温度TA(示例：Tw=-18℃，TA=32℃)；
2)建筑材料的日光吸收系数A(示例：无色透明玻璃A=0．15；着色玻璃A=0．48～0．53；热反射玻璃A=0．6～0．83；白色大理石A=0．58；混凝土A=0．85……)；
3)储热系数H(示例：红砖、混凝土等高储热的材料H=42～56，钢、铝等低储热的材料H=56～72)；
4)建筑材料线性热膨胀系数a(示例：混凝土6．5×10-6℃-1，玻璃为1×10-5℃-1)。
3．1．2计算夏季材料的最高表面温度
Ts=TA+A·H (1)
示例：混凝土，Ts=32+0．85×42=68(℃)。
3．1．3计算材料表面的最大温差
△TM=Ts-Tw (2)
示例：混凝土表面△TM =68-(-18)=86(℃)。
3．1.4计算接缝热位移量
△L=a·L·△T (3)
式中：△T—材料表面最大温差(△TM)与环境温度之间的差值；L—接缝间距。
示例：在4℃下砌筑的混凝土墙体接缝间距为5m，代入式(3)：
△L=6．5×10-6×5×103×(86-4)=2．67(mm)
3．2湿胀-干缩位移
在干-湿交变条件下，吸湿性建筑材料线性尺寸变化量△LR同材料的变化率(R)有关，即：
△LR=R·L (4)
砖、混凝土吸湿尺寸变化可逆，变化率为0．02％r～0．06%，；石材线性尺寸变化是不可逆的，一般石灰石的变化率为0．0l％，砂岩为O．070%。
示例：以前例混凝土墙体，按式(1)计算接缝干-湿交变尺寸变化：
△LR：R·L=0．03%×5×103=1．5(mm)
3．3接缝位移综合分析
在热位移及其它因素作用下，接缝位移基本类型有4种，包括：压缩、拉伸、竖向切变和水平切变。竖向和水平切变对密封胶接缝的影响是剪切。在接缝中的密封胶要适应上述位移或其中几种组合的位移．包括拉伸一压缩．或拉伸一压缩同竖向切变或水平切变的组合位移、拉伸及压缩之一同竖向切变或水平切变的组合位移。设计密封胶接缝时应对可能遇到的各种位移进行充分分析评估，考虑这些位移对接缝密封胶的作用．保证选用密封胶的位移能力能充分适应这些位移。
4 密封设计和选材
接缝宽度设定与密封胶位移能力级别的选择是一个计算和比较的过程，如果已经设定了接缝宽度，则由给定的接缝位移量计算决定密封胶的位移能力级别选择，若计算结果表明所有密封胶都无法满足接缝的位移要求．则应修改接缝宽度为更大尺寸．反之若已选定密封胶的牌号，则应由位移量算出合适的接缝宽度并复核验算其合理性。
4．1单纯拉伸和压缩位移
接缝尺寸必须同选用密封胶的级别(位移能力)相关联，接缝宽度(WM)按下式验算：
WM=(△=Lx1+△Lx2+…+△Lxi)／S (5)
接缝密封选用的密封胶位移能力(5)可按下式验算：
S=(△Lx1+△Lx2+…+△Lxi)／WM (6)
式中：△Lxi—接缝的各种线性位移量，包括温差位移、干湿交变位移、变动荷载及地震引起结构框架变位等因素在接缝产生的位移)，mm；S—密封胶的位移能力，％，取±7．5、±12．5、±15、±25……。
示例：接缝间距为5 m的混凝土墙体，若仅考虑温差和干湿交变引起的位移量，密封胶选材和接缝尺寸设计可按式(5)、(6)验算。
1)当选用20级密封胶时，接缝宽度为21 mm：
WM=(△Lxl+△Lx2+…+△Lxi)／S
=(2．67+1．5)／0．20=20．9(mm)
2)当采用接缝宽度为2l mm时．必须采用20级以上的密封胶：
S=(△Lxl+△Lx2+…+△Lxi)／WM
=(2．67+1．5)／21=20％(即应选用20级)
若为了降低成本改用7．5级的沥青塑料密封膏，验算后可见必须增大接缝宽度尺寸2．7倍(55．6mm)，也就是说降低密封胶档次(单价成本低)的代价是增加2．7倍的用量；若选用更高档的25级密封胶(单价高)，但接缝宽度可缩小为16．7 mm。经这样的计算，可对接缝密封质量和费用进行斟酌选择。
4．2 接缝竖向或水平位移
接缝剪切变形引起接缝对角线尺寸伸长，WR为设计拟采用的接缝宽度，S为所选密封胶的位移能力，△Lx为竖向或水平切变在该方向引起的位移．则沿对角线变形后接缝密封胶的相应长度(WR+S·WR)至少应符合式(7)：
WR 2+△Lx2=(WR+S·WR)2 (7)
4.3 组合位移
当建筑的不同材料墙体或系统之间的密封接缝是独立的或是交叉墙面的过渡时．密封胶要经受某一方向的拉伸、压缩位移同时又有竖向或水平方向的位移，组合位移所需的最小接缝宽度WR及密封胶的最低位移能力5，可按一系列公式进行验算(限于篇幅，此处从略)。
5接缝尺寸公差和恢复密封-眭的计算
5．1 制造及施工装配公差的影响
对密封接缝设计来说，不能忽视接缝尺寸的负公差，必须将该值同密封胶的位移能力一并考虑，纳入密封胶的位移能力(S)选择和接缝宽度(W)尺寸设定计算中。负公差引起接缝缩小．设计时要重点考虑，否则接缝尺寸过于狭窄，密封胶位移能力将不能满足预计的位移；正公差则引起接缝开口变大，较宽的接缝会影响美观。所以，在确定密封接缝宽度值并完成设计验算之后。应归纳数据选择一个工程中可实际应用的值作为最终设计的接缝宽度。
5．2 对接接缝公差的确定和表示
建筑接缝中最为多见的是对接缝，如砖石墙面上的竖缝、横缝。为保证密封胶粘结密封接缝的可靠性和耐久性，接缝宽度尺寸必须限定合理的公差，接缝的最终设计宽度(WM)应由密封胶位移能力(S)和接缝位移量计算确定．同时增加建筑施工的负公差(Cv)，即：
W = WM + Cv
如前例混凝土墙体位移量为4．17 mm的接缝，用20级密封胶密封，计算接缝宽度为21 mm，若接缝宽度施工误差为±14 mm，则最终设计宽度应表示为W=25 mm。若施工精度较高，能保证{±}2．O mm的公差水平，则接缝宽度最终可为23 mm。
5．3 恢复接缝密封可靠性
接缝密封失效大多是所选用密封胶的位移能力低下、不能适应实际存在的接缝位移所引起的。恢复接缝密封性的原则是更换位移能力级别更高的密封胶或者扩大接缝宽度。典型形式可有：
1)契口接缝。这是一种常用的方法，将过于狭窄的接缝B’扩大为B并按有关公式验算密封胶位移能力的符合性。
2)斜接接缝。密封补偿，用于包括施工错误、接缝设计的密封胶失效、由于材料老化更换密封胶或接缝太狭窄不适合对接接缝形式时。斜接密封胶接缝中密封胶截面形状多为三角形或其他形状，接缝宽度(W)即为密封胶与基材接触边的粘结宽度(B)，可用下式计算：
B=△L／S
其中S表示密封胶位移能力，△L表示由防粘背衬尺寸决定的允许位移量(mm)。通过计算，将原来过于狭窄的接缝密封尺寸扩大。
3)搭接接缝。“补丁”缝，常用作无法开大的接缝的对接接缝。由于经济或技术的原因，有时不可能为了补偿密封失效而扩大接缝尺寸。搭接接缝的宽度日(即防粘胶条宽度)按上式计算。如将原3 mm接缝扩大密封，拟采用40级密封胶并承受5．49 mm位移量，则B=5．49／0．40=13．7(mm)。
6接缝密封胶深度尺寸的考虑
密封胶的形状系数即接缝宽度和深度的比例应限定在一定范闱内，以保证密封胶最佳受力状态，否则将会减弱密封胶对位移的适应能力。接缝密封胶的最佳宽深比为2：l。在保证密封性的基础上考虑经济性可减小嵌填深度，如接缝宽度6～12 mm．深度可不超过6 mm；宽度12～18 mm，深度取宽度的一半；宽度18～50 mm，可取最大深度为9 mm。接缝密封胶层的厚度至少3 mm，以保证密封的可靠性。斜接、搭接和其它形式接缝密封胶的粘结尺寸通常应大于6 mm。对粗糙粘结表面或施工不宜接近时．接缝设计就需要扩大密封面积。
7 结语
接缝密封设计是无渗漏工程的重要基础，为适应我国建筑快速发展和高质量要求，促进高功能密封胶的合理应用，建议设计、施工和材料多方合作，依据同内外接缝密封成熟技术和经验，制订相应工程技术规范，形成完整的建筑密封技术标准体系。