聚酯玻纖布瀝青卷材的制備和性能研究

韋剛 ，毛鑫勃 ，劉譽(yù)貴

（1.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074；2.重慶北新渝長高速公路建設(shè)有限公司，重慶 400042；3.重慶交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400074）

0 引言

瀝青防水卷材所使用的胎基材料主要有聚酯氈、玻纖氈、聚乙烯膜、玻纖網(wǎng)格布增強(qiáng)玻纖氈、聚酯氈與玻纖網(wǎng)格布復(fù)合氈等[1-3]。玻纖布具有耐腐蝕性、耐水性和耐老化性能好的優(yōu)點(diǎn)。但是其拉力及延伸率指標(biāo)都不及聚酯氈。聚酯布胎體具有高強(qiáng)度、高延伸和耐穿刺，自重輕、抗拉強(qiáng)度高、滲透性好、耐高溫、抗冷凍、耐老化、耐腐蝕等特點(diǎn)[4]。將聚酯和玻纖復(fù)合制備的聚酯玻纖布是一種全新的玻纖復(fù)合防裂材料，其是由60%玻璃纖維和40%聚酯纖維組成的一種復(fù)合土工合成材料。這種獨(dú)特的組合為其提供了玻璃纖維的強(qiáng)度和聚酯纖維的柔韌性，并且與瀝青有良好的相容性。

陳捷祥等[5]對改性瀝青防水卷材耐久性研究發(fā)現(xiàn)，以聚酯氈和無堿玻纖氈為胎體的SBS、APP改性瀝青防水卷材耐水性好；而以滌棉無紡布、高堿玻纖網(wǎng)格布制成的改性瀝青復(fù)合胎防水卷材耐水性差。張廣彬等[6]對2種典型改性瀝青（SBS和橡膠粉）聚酯胎防水卷材進(jìn)行了自然曝曬老化性能、耐酸堿鹽腐蝕性能和耐水性以及抗凍融性能的測試，分析了改性瀝青防水卷材的耐久性，結(jié)果顯示，SBS改性瀝青聚酯胎防水卷材表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性，相比之下橡膠粉改性瀝青聚酯胎防水卷材的耐久性較差。劉金景等[7]研制了一種耐候性改性瀝青防水卷材，以玻纖氈或聚酯氈為增強(qiáng)體，增強(qiáng)體上面涂覆耐候性改性瀝青層，增強(qiáng)體下面涂覆易熱熔的改性瀝青層，耐候性改性瀝青層上表面覆礦物顆粒層，易熱熔的改性瀝青層下表面覆聚乙烯膜，可有效改善傳統(tǒng)防水卷材的防水性能和耐老化性能，減少了高溫下改性瀝青的老化和對環(huán)境的污染。

本試驗(yàn)采用聚酯玻纖作為基體材料，以基質(zhì)瀝青為本體，摻加阻燃劑和助劑，制備防水卷材。本試驗(yàn)著重介紹聚酯玻纖布的制備，以及對復(fù)配瀝青防水卷材的性能進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原材料

試驗(yàn)采用70#瀝青，來源于延長石油，其基本性能見表1。

表1 70#基質(zhì)瀝青性質(zhì)

聚酯和玻纖由重慶三江化工公司提供，阻燃劑和助劑由重慶興光化工公司提供。

1.2 主要儀器

FA35高速剪切機(jī)，轉(zhuǎn)速0～8000 r/min，F(xiàn)LUKO公司生產(chǎn)；電子萬用爐，最高溫度380℃；SYD－2801E針入度儀；SYD－2806E全自動瀝青軟化點(diǎn)儀；SY－2B恒溫雙速瀝青延伸儀，紫外老化試驗(yàn)機(jī)，無錫市華南實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)；冰柜BC/BD-318HD，海爾公司生產(chǎn)。

1 .3 聚酯玻纖布及其瀝青卷材的制備

首先將聚酯加熱到300℃使其完全熔融，加入玻纖（長度在0.5～1.0 mm）使用高速剪切機(jī)在3000 r/min下攪拌1 h（聚酯和玻纖質(zhì)量比3∶2），再將其傾倒在玻璃板上平攤厚度為0.5 mm；隨后加熱瀝青至熔融，將聚酯玻纖布成條狀（5～10 cm）按照質(zhì)量比1∶20加入到基質(zhì)瀝青中，加入1%助劑，攪拌30 min，平攤3 mm至玻璃板冷卻。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗水抗凍融穩(wěn)定性

將聚酯玻纖布瀝青卷材和SBS改性瀝青防水卷材（以下簡稱SBS瀝青卷材）同時置于冰柜中，加入水，-20～-40℃循環(huán)冷凍72 h，再將聚酯玻纖布瀝青布取出，置于60～80℃水浴循環(huán)72 h，重復(fù)5次；再將2種布鋪筑于含水率小于1%黏土上，密閉玻璃器皿加蓋，放置168 h。對2種試件的物理性能和防水透水性進(jìn)行測試，結(jié)果見表2。

表2 SBS瀝青卷材和聚酯玻纖布瀝青卷材防水抗凍融性

從表2可以看出，對比SBS瀝青卷材，聚酯玻纖布瀝青卷材高溫水穩(wěn)定性明顯優(yōu)越，這與玻纖的物理性質(zhì)有關(guān)。浸水高溫作用下，玻纖沒有發(fā)生物理變化，而基質(zhì)瀝青軟化，玻纖充當(dāng)支撐骨架，聚酯充當(dāng)基體，有效阻擋了結(jié)構(gòu)破損，而SBS瀝青卷材因?yàn)楦邷剀浕瘎t防透水性減弱，但依然能滿足使用要求；聚酯玻纖布瀝青卷材力學(xué)拉伸性能較SBS瀝青卷材性能提升不大，說明聚酯玻纖布與瀝青結(jié)合主要改變其骨架支撐，對抗拉和伸長率提升效果有限，這也正與聚酯和玻纖的物理伸長率較低符合。

2.2 抗老化性能

將聚酯玻纖布瀝青卷材和SBS瀝青卷材在140℃下分別進(jìn)行 0、24、48、72、96、120、144 和 168 h 的紫外加熱老化試驗(yàn)，研究透水性變化以及老化后的試件再分別進(jìn)行針入度以及軟化點(diǎn)測試，結(jié)果見表3。

表3 SBS瀝青卷材和聚酯玻纖布瀝青卷材抗老化性能

從表3可以看出，經(jīng)過長時間紫外老化，聚酯玻纖布瀝青氈的高溫穩(wěn)定性優(yōu)于SBS瀝青卷材，軟化點(diǎn)較高，瀝青雖老化，結(jié)構(gòu)改變，但聚酯和玻纖的物理性能穩(wěn)定，與初始基本保持不變，SBS瀝青卷材軟化點(diǎn)則由于瀝青老化而上升。由于瀝青老化，結(jié)構(gòu)改變，瀝青質(zhì)增加，輕組分減少，SBS瀝青卷材和聚酯玻纖布?xì)轴樔攵榷冀档停埘ゲ＠w布?xì)纸档洼^小。經(jīng)過老化后聚酯玻纖布?xì)衷?68 h的紫 外老化下出現(xiàn)了輕微透水，而SBS瀝青卷材在120 h時已經(jīng)發(fā)生滲水，主要因?yàn)榫埘ゲ＠w布瀝青卷材和SBS瀝青卷材的主要成分都是高分子聚合物，而高分子聚合物最容易老化，所以長時間的老化勢必影響SBS瀝青卷材的防水性能。

2.3 層間粘結(jié)性能

SBS瀝青卷材與基礎(chǔ)等粘結(jié)，作為永久結(jié)構(gòu)防水基層，層間粘結(jié)性至為關(guān)鍵。本研究采用剪切試驗(yàn)評價不同粘層油類型及用量對聚酯玻纖布瀝青卷材和SBS瀝青卷材抵抗層間剪應(yīng)力的影響。先用輪碾壓法成型5 cm厚的水泥穩(wěn)定碎石基層，待表面基本干燥時，用毛刷將表面清掃干凈，然后在上面均勻?yàn)⒉纪笇佑?，透層油采用改性乳化瀝青，改性乳化瀝青用量按1.0kg/m2，在養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)7 d，然后在上面均勻?yàn)⒉疾煌硨佑停⊿BS改性瀝青、基質(zhì)瀝青），接著鋪設(shè)聚酯玻纖布瀝青卷材和SBS瀝青卷材，脫模后將試件切割成100 mm×100 mm×50 mm長方體。分別在剪切速率為10mm/min和50mm/min條件下，選用 3種粘層油用量（0.8、1.0、1.2 kg/m2）進(jìn)行斜剪試驗(yàn)，分析不同因素對剪切強(qiáng)度的影響。結(jié)果見表4。

表4 聚酯玻纖布瀝青卷材和SBS瀝青卷材的粘結(jié)性能

從表4可以看出，當(dāng)粘油層用量增加，剪切所產(chǎn)生的應(yīng)力稍微增加，可見增加粘油層的厚度來增加油氈和底板的粘結(jié)并不最可靠；同等剪切速率和粘油層作用下，SBS改性瀝青粘油層的抗破損性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青粘油層；剪切速率越大，越容易破損，并且可以發(fā)現(xiàn)，粘油層用量在1.0 kg/m2，SBS瀝青氈產(chǎn)生最小的剪力，說明低剪切作用下，粘油層用量在1.0kg/m2較優(yōu)；同等粘油層厚度，基質(zhì)瀝青較SBS瀝青剪切作用下產(chǎn)生的力小，說明基質(zhì)瀝青作為粘油層性能較SBS改性瀝青的性能好。

2.4 抗永久變形能力

動態(tài)剪切流變實(shí)驗(yàn)是評價瀝青高溫穩(wěn)定性所常用的一種方法，美國SHRP定義復(fù)數(shù)模量與相位角的正玄值的比值（G*/sinδ）作為抗車轍因子，其值越大表明瀝青的彈性越好，抗永久變形能力就越強(qiáng)。用此方法在防水卷材上，可以分析由于長期荷載作用在卷材上面所產(chǎn)生的應(yīng)力帶來的材料變形，彈性性能越好，抗變形能力就越強(qiáng)，卷材就不易出現(xiàn)裂紋喪失防水性能。設(shè)定動剪切應(yīng)力為12%，角頻率設(shè)定10%，掃面溫度為35～70℃，溫度間隔5℃，停留時間360 s。結(jié)果見圖1。

圖1 SBS瀝青卷材和聚酯玻纖布瀝青卷材的車轍因子

從圖1可以看出，隨著溫度的升高，聚酯玻纖布瀝青卷材和SBS瀝青卷材的高溫抗車轍因子都減小，說明隨著溫度升高，2種材料的抗高溫性能都減弱，抗永久變形降低；相同溫度作用下，聚酯玻纖布瀝青卷材的車轍因子大于SBS瀝青卷材的車轍因子，說明聚酯玻纖布瀝青卷材的抗永久變形能力優(yōu)于SBS瀝青卷材；當(dāng)G*/sinδ小于1.0 kPa時，瀝青抗高溫性能喪失，不可恢復(fù)的永久變形產(chǎn)生?？梢钥闯?，SBS瀝青卷材在55℃時基本已經(jīng)喪失抗永久變形的能力，而聚酯玻纖布?xì)衷?5℃左右才喪失抗永久變形能力。主要因?yàn)榫埘ゲ＠w布與瀝青形成一體結(jié)構(gòu)，充當(dāng)瀝青中的骨架，有效發(fā)揮了聚酯玻纖布的高強(qiáng)度等性能。綜上可以看出，聚酯玻纖布瀝青卷材抗永久變形能力好于SBS瀝青卷材。

3 結(jié)論

（1）通過抗水抗凍融實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，聚酯玻纖布瀝青卷材與SBS瀝青卷材抗水抗凍融低溫水穩(wěn)定能力相差不大，但高溫水穩(wěn)定性能明顯優(yōu)于SBS瀝青卷材。

（2）經(jīng)過抗老化實(shí)驗(yàn)后，聚酯玻纖布瀝青卷材都有較強(qiáng)的抗水能力，直到168 h的老化狀態(tài)下，聚酯玻纖布瀝青卷材有一定的裂紋導(dǎo)致漏水，但仍可滿足使用條件，而SBS瀝青卷材在120 h時已經(jīng)發(fā)生滲水。

（3）層間粘結(jié)實(shí)驗(yàn)分析表明，適量的粘層油有助于瀝青卷材氈的固定，1.0 kg/m2粘層油施工最優(yōu)，且基質(zhì)瀝青優(yōu)于SBS改性瀝青作為粘層油。

（4）聚酯玻纖布瀝青卷材和SBS瀝青卷材都隨著溫度升高，抗永久變形能力減弱，但聚酯玻纖布瀝青卷材相比SBS瀝青卷材的高溫抗變形溫度提高約10℃。

[1]GB/T 18840—2002，瀝青防水卷材用胎基[S].

[2] 段文鋒，李文志，劉金景，等.阻燃型自粘聚合物改性瀝青防水卷材制備與應(yīng)用性能研究[J].新型建筑材料，2015，42（3）：67-70.

[3] 徐茂震，劉金景，羅偉新，等.自粘聚合物改性瀝青防水卷材性能探究[J].新型建筑材料，2016，43（1）：52-55.

[4] 曾三海，夏冰，比干旭桄，等.改性瀝青防水卷材用聚酯胎浸油問題研究[J].新型建筑材料，2014，41（10）：55-60.

[5] 陳捷翔，李國慶，夏輝華.改性瀝青防水卷材耐久性初步研究[J].新型建筑材料，2006，33（3）：43-45.

[6] 張廣彬，尚華勝，杜奎義，等.改性瀝青聚酯胎防水卷材的耐久性探討[J].中國建筑防水，2007（3）：12-15.

[7] 劉金景，段文鋒，吳士瑋，等.聚合物改性瀝青耐根穿刺防水卷材的特性及阻根機(jī)理[J].新型建筑材料，2009，36（11）：75-78.