ISO 24068-12021 建筑和土木工程密封剂.固化度的测定.第1部分哑铃形试样拉伸性能的建立标准立项发展报告

建筑和土木工程密封剂固化度的测定第1部分：哑铃形试样拉伸性能的建立标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:BuildingandCivilEngineeringSealants—DeterminationoftheDegreeofCure—Part1:Build-upofTensilePropertiesinDumbbell-shapedSpecimens摘要密封剂在建筑和土木工程领域中广泛应用于接缝的密封与防水，其固化性能是影响工程质量和使用寿命的关键指标。随着建筑工业化与装配式建筑技术的快速发展，密封剂的固化周期与力学性能演化规律对施工进度和质量控制提出了更高要求。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2021年5月发布了ISO24068-1:2021《建筑和土木工程密封剂固化度的测定第1部分：哑铃形试样拉伸性能的建立》，为密封剂固化过程中的拉伸性能演化提供了统一的测试方法。本标准确立了通过哑铃形试样测定密封剂固化过程中拉伸强度、断裂伸长率和规定伸长率下应力等关键力学参数随固化时间演化的标准化试验流程，规定了试样制备条件、试验环境、测试频率及数据记录格式，并给出了结果表达与试验报告的要求。本报告系统梳理了该标准的编制背景、技术内容、关键试验参数及其与相关标准体系的衔接关系，分析了标准的技术特点和创新点，并对标准的推广应用前景进行了展望，以期为我国密封剂固化性能测试标准的制修订和工程应用提供参考。关键词：密封剂；固化度；拉伸性能；哑铃形试样；国际标准；建筑密封胶；力学性能测试Keywords:Sealants;Degreeofcure;Tensileproperties;Dumbbell-shapedspecimens;Internationalstandard;Buildingsealants;Mechanicalpropertiestesting1引言1.1研究背景建筑和土木工程用密封剂是指用于填充建筑物及土木工程结构中接缝、缝隙和孔洞，以达到密封、防水、隔声和隔热等功能的材料。随着现代建筑向高层化、大跨度化和装配化方向发展，密封剂在建筑幕墙、预制构件接缝、道路桥梁伸缩缝、地下工程防水等场景中的应用日益广泛。据统计，建筑密封剂已成为继涂料之后的第二大建筑用化学建材产品，其质量直接关系到建筑结构的耐久性、安全性和使用功能。密封剂通常以液态或膏状形式施工，依靠化学反应或物理变化完成固化，从而形成具有弹性和黏结性能的密封层。在整个服役周期中，固化阶段（即材料从可流动状态转变为弹性固体的过程）是最为关键的时期之一。固化度的准确测定不仅是生产过程中的质量管控手段，也是工程现场确定接缝可开放时间和后续施工工序的关键依据。然而，由于密封剂种类繁多（包括硅酮类、聚氨酯类、聚硫类、丙烯酸类等），固化机理各异，固化过程中的性能演化规律差异显著，因此亟需统一的测试方法和评价体系。1.2标准编制背景在ISO24068-1:2021发布之前，国际上关于密封剂固化性能的测试方法主要分散于各产品标准中，缺乏系统的功能性测试方法标准。各生产企业、检测机构和用户单位往往采用不同的测试条件和评价指标，导致测试结果可比性差，难以对密封剂的固化特性进行统一评价。在此背景下，ISO/TC59（建筑和土木工程设计技术委员会）下属的SC8（密封胶分技术委员会）启动了密封剂固化度测定系列标准的编制工作，ISO24068-1:2021即为该系列标准的第1部分。该标准制定的核心目标是：建立一种基于哑铃形试样的标准化试验方法，通过追踪密封剂在固化过程中拉伸性能（包括拉伸强度、断裂伸长率及特定伸长率下的应力值）的演变规律，实现对固化度的量化表征，从而为密封剂产品研发、质量控制和工程应用提供统一的技术依据。1.3标准基本信息本标准由国际标准化组织（ISO）发布，归口于ISO/TC59/SC8（建筑和土木工程设计技术委员会密封胶分技术委员会），于2021年5月3日正式发布。标准类别为国际标准，采用英语作为官方语言版本，现行有效。标准采用电子版加密PDF格式发行。2标准的适用范围与定位2.1适用范围ISO24068-1:2021适用于所有以哑铃形试样为基础进行固化性能测试的建筑和土木工程用密封剂，包括但不限于硅酮密封胶、聚氨酯密封胶、聚硫密封胶、改性硅烷密封胶和丙烯酸密封胶等各类化学固化型和物理固化型密封剂。标准适用于密封剂制造商进行产品质量控制和配方优化的场景，也适用于第三方检测机构开展固化性能评价的场合。2.2标准定位本标准的定位是密封剂固化性能测定的基础性方法标准，属于ISO24068系列标准的第1部分。该系列标准将涵盖不同测试维度的固化度测定方法，本部分侧重于哑铃形试样拉伸性能的建立过程，后续部分可能涉及其他测试模式和性能指标。该标准作为方法标准，不涉及具体产品性能要求或等级判定，而是为各产品标准引用提供统一的方法学基础，同时对GB/T13477等国内标准的体系完善具有重要的参考价值。3标准的主要技术内容3.1术语和定义该标准界定了以下关键术语：-固化度（Degreeofcure）：密封剂在给定的固化时间和条件下，其性能参数相对于完全固化状态的比值或相对程度，通常以百分比或特定性能的数值表达。-哑铃形试样（Dumbbell-shapedspecimen）：按照标准规定的模具尺寸和制备方法制成的两端较宽、中间较窄的哑铃状密封剂试片，中间狭窄区域为拉伸测试的有效工作段。-拉伸性能的建立（Build-upoftensileproperties）：密封剂在固化过程中，其拉伸力学性能参数随固化时间逐步增长直至趋于稳定的现象和过程。-完全固化（Fullycured）：密封剂在规定的标准环境条件下经过足够长的养护时间，其拉伸性能达到相对稳定状态时所处的阶段。3.2试验原理本标准的试验原理基于力学性能与固化程度之间的相关性。密封剂在固化过程中，其分子链交联密度逐渐增加，表现为宏观力学性能（如拉伸强度、模量等）的逐步增长。通过在设定的时间间隔内对同一批次制备的多个哑铃形试样进行拉伸测试，记录力学性能参数随固化时间的演化数据，即可建立起密封剂“性能-时间”的固化曲线。该方法的物理基础在于：对于化学固化型密封剂，拉伸性能的增长与交联密度存在直接对应关系；对于物理固化型密封剂（如溶剂挥发型），性能的演变与溶剂挥发速率和聚合物链段重排有关。两者均能通过哑铃形试样的拉伸性能变化得以反映。3.3试验设备与材料标准对试验设备提出了明确要求：-试验机：应配备合适的拉伸试验机，具备恒定的拉伸速率控制功能，精度符合相关计量校准要求，力值传感器量程应覆盖试样的最大断裂力值范围。-固化环境控制设备：应能维持标准规定温度（通常为(23±2)℃）和相对湿度（通常为(50±5)%RH）的恒定条件，以保证固化过程的重复性和可比性。-厚度测量工具：精度不低于0.01mm的测厚仪，用于哑铃形试样工作段厚度的测量。-模具：用于制备哑铃形试样的标准模具，应符合标准规定的几何尺寸要求。3.4试样制备试样的制备是确保测试结果可靠性的关键环节。标准对试样制备提出了系统要求：3.4.1基材选择与表面处理密封剂在工程应用中通常需与基材粘接。为评估密封剂自身的拉伸性能，标准规定采用低表面能的防粘材料（如聚四氟乙烯板）作为衬底，使密封剂在固化后能够与衬底自然分离，从而获得无粘接约束的独立密封剂哑铃形试片。这种方法排除了粘接界面的干扰，使测试结果能够纯粹反映密封剂材料本体的力学性能变化。3.4.2制样过程将混合均匀的密封剂填入规定尺寸的哑铃形模具中，需确保材料充分填充模具型腔，避免产生气泡和缺陷。试样表面应平整光滑，无气孔、裂纹和明显缺陷。密封剂的取样量和混合操作应符合产品技术要求，对于多组分密封剂，应按照产品规定的配比和混合程序进行。3.4.3固化条件试样制备完成后，应在标准环境条件（温度(23±2)℃，相对湿度(50±5)%RH）下进行固化养护。标准要求测试环境的温度精度控制在±2℃以内，相对湿度精度控制在±5%以内，以确保不同实验室之间结果的比对有效性。3.5试验步骤3.5.1测试时间点的设置标准要求根据密封剂的固化特性设定合理的测试时间点。对于固化速度较快的密封剂，测试时间间隔应适当缩短；对于固化速度较慢的产品，则需延长观测周期。常见的时间间隔设置为：初期（如固化开始后0.5h、1h、2h、4h、8h），中期（如1d、2d、3d、5d、7d），后期（如14d、21d、28d），具体可根据产品特点适当调整。每个时间点应至少测试5个平行试样。3.5.2拉伸试验将哑铃形试样安装在拉伸试验机的夹具上，确保试样纵轴与拉伸方向一致。以标准规定的恒定拉伸速率（通常为(5±0.5)mm/min或(50±5)mm/min，具体取决于标准规定）施加拉伸载荷，直至试样断裂。试验过程中自动记录力-位移曲线或应力-应变曲线。3.5.3数据记录记录的参数包括：试样尺寸（厚度和宽度）、断裂最大力值、断裂伸长率、特定伸长率（如100%）对应的应力值、以及完整的应力-应变曲线数据。对于每个测试时间点，计算各参数的算术平均值和标准偏差。3.6试验结果的处理与表达3.6.1拉伸强度拉伸强度按下式计算：\[\sigma=\frac{F}{A}\]其中，\(\sigma\)为拉伸强度（MPa），\(F\)为试样断裂时的最大拉力（N），\(A\)为哑铃形试样工作段的初始横截面积（mm²）。横截面积取试样工作段的实测宽度与厚度的乘积。3.6.2断裂伸长率断裂伸长率按下式计算：\[\varepsilon=\frac{L_f-L_0}{L_0}\times100\%\]其中，\(\varepsilon\)为断裂伸长率（%），\(L_f\)为试样断裂时的标距长度（mm），\(L_0\)为初始标距长度（mm）。3.6.3固化曲线的构建以固化时间为横坐标、拉伸性能参数为纵坐标，绘制密封剂拉伸性能随固化时间的变化曲线。该曲线直观地反映了密封剂固化过程中力学性能的建立过程，可用于确定达到某一性能水平所需的固化时间。4标准的技术特点与创新点4.1系统化的固化行为表征方法ISO24068-1:2021的突出特点在于其以“性能建立”为核心视角的测试框架。该标准将固化过程视为拉伸性能参数的渐近增长过程，通过多时间点的系统测定构建完整的性能演化曲线，可全面表征密封剂的使用性能演化过程，克服了传统终点法检测的局限。4.2多参数综合评价体系标准从多个力学维度同时评价密封剂的固化行为，将强度增长与弹性演变相结合。在密封剂的实际服役中，过度追求固化速度可能导致弹性不足，而过分强调弹性又会延长施工周期，多参数协同评价为平衡固化速度与最终性能提供了实用的分析工具。4.3兼顾不同类型密封剂的适应性设计标准在测试时间间隔、固化环境条件等方面预留了灵活的调整空间，可根据密封剂的具体类型（化学固化型或物理固化型）和产品特性设定合理的测试方案。这种通用性与灵活性兼顾的设计理念，使得标准具有广泛的适用性。5标准与相关标准体系的关系5.1国际标准体系中的定位在ISO标准体系中，ISO24068-1:2021与其他密封剂测试标准共同构成了完整的测试方法体系：-ISO8339：密封剂拉伸性能的测定（针对已完全固化的密封剂）-ISO7389：密封剂弹性恢复率的测定-ISO9046：密封剂在建筑接缝中使用时粘接/内聚性能的测定-ISO24068-1:2021：密封剂固化过程中拉伸性能建立的测定方法ISO24068-1:2021填补了上述标准体系中“固化过程性能演化”这一维度的方法空白，与终点性能测试标准形成互补关系。5.2与我国标准体系的衔接我国建筑密封胶领域的测试标准主要基于GB/T13477系列（等同采用ISO8339等相关标准），已有较好的国际接轨基础。ISO24068-1:2021的发布为我国密封剂固化性能评价体系的完善提供了重要的技术参照。6国内转化与应用建议6.1标准转化建议建议我国相关标准化技术委员会积极跟踪ISO24068-1:2021的技术进展，适时启动该标准的采标工作。转化过程中应重点考虑以下因素：-气候适应性：我国幅员辽阔，不同地区温湿度差异显著，在转化时应考虑增加适应不同气候条件的固化环境选项。-产品体系覆盖：我国密封剂市场上除ISO标准涉及的类别外，还存在大量改性沥青类、环氧类等密封材料。建议在转化时评估增设适用类别说明的可行性。-与现有标准的协调：需梳理与GB/T13477系列、JC/T482等标准的衔接关系，避免方法之间的冲突和重复。6.2工程应用建议在实际工程应用中，建议将ISO24068-1:2021的测试方法用于以下方面：-施工窗口期的确定：通过固化曲线的测定，科学合理地确定接缝密封施工后的开放时间和后续工序插入时间。-配比优化与工艺控制：在密封剂配方优化中，利用固化曲线评价不同催化剂用量、环境条件对固化速率的影响。-质量控制与进场检验：将固化曲线的特征参数作为密封剂产品质量一致性的评价指标之一。-标准制订的参考：各产品标准的修订可引用本标准的测试方法作为固化性能评价的统一途径。7标准修订的主要参与单位7.1负责技术委员会本标准由ISO/TC59（建筑和土木工程设计技术委员会）下属的SC8（密封胶分技术委员会，Subcommittee8,Sealants）负责制定。TC59是国际标准化组织中负责建筑和土木工程领域标准制定的主要技术委员会，其工作范围涵盖建筑设计、建筑施工、建筑材料和建筑性能评价等方面。SC8专门负责密封胶领域的标准化工作，秘书处由日本工业标准调查会（JISC）承担。7.2主要参与组织ISO/TC59/SC8的成员包括来自中国、美国、德国、法国、日本、英国、韩国等多个国家的标准化机构和行业专家。工作组WG5具体负责密封剂试验方法的制定工作，召集人由日本密封材料行业的资深专家担任，其研究团队长期从事建筑用密封剂的性能评价与标准化研究，在硅酮密封胶、改性硅烷密封胶等领域积累了丰富的试验数据和实践经验。8结论与展望ISO24068-1:2021的发布是建筑密封剂标准化领域的一项重要进展。该标准首次以国际标准的形式系统规范了密封剂固化过程中拉伸性能建立的测定方法，为密封剂固化行为的量化评价提供了统一的技术框架。标