聚合物改性瀝青防水卷材研究進(jìn)展*

龍瑩春 魯圣軍 庭開艷 馮一 李慶彪

摘 要 綜述了防水卷材的特點(diǎn)，介紹了熱塑性丁苯橡膠（SBS）改性瀝青防水卷材和無規(guī)聚丙烯（APP）改性瀝青防水卷材的改性原理和研究進(jìn)展。建議國內(nèi)外企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)研究環(huán)保、無污染、防水性能更好的聚合物改性瀝青防水卷材。

關(guān)鍵詞 建筑防水材料；SBS改性瀝青防水卷材；APP改性瀝青防水卷材

Research progress of polymer modified asphalt waterproof rolling material

Long Yingchun， Ting Kaiyan， Feng Yi， Li Qingbiao， Lu Shengjun

（Department of Polymer Material and Engineering， College of Materials and Metallurgy，Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract This paper summarizes the characteristics of waterproof membrane， introduces the modification principle and research progress of Styrene Butadiene Rubber（ASTM，BS） （SBS） modified asphalt waterproof membrane and Atactic Polypropylene （APP） modified asphalt waterproof membrane， and suggests that domestic and foreign enterprises and scientific research institutions should study environmental protection and no pollution. Better waterproof performance of polymer modified asphalt waterproofing roll.

Key words Architectural waterproofing material； SBS modified asphalt waterproof roll； App modified asphalt waterproof roll

前言

防水卷材在國內(nèi)國外建筑防水材料的應(yīng)用中處于主導(dǎo)的地位，它在整個(gè)建筑防水材料中占有重要地位，廣泛地被應(yīng)用到房屋面、地下通道和其他特殊性的建筑防水，但瀝青基防水卷材是目前使用量最大的防水卷材，由于瀝青基防水卷材的防水性能較差，進(jìn)而研究了改性瀝青防水材料，在有水條件下灌注可增加混凝土裂縫的黏結(jié)強(qiáng)度從而達(dá)到防水作用[1]。它們不僅有較強(qiáng)的防水性，而且它的拉伸強(qiáng)度高，耐腐蝕性好，且耐低溫。

防水卷材按照組成的不同又可分為三大類，分別為高聚物改性瀝青防水卷材、合成高分子防水卷材、瀝青防水卷材。其中高分子聚合物改性防水卷材為新型的防水材料，具有卓越的耐水性能，其次耐腐蝕、耐老化、拉伸強(qiáng)度高、延伸率大等性能優(yōu)異，解決了傳統(tǒng)防水材料易撕裂，易老化，壽命短，環(huán)境污染大等問題。近年來高聚物改性瀝青防水卷材發(fā)展迅速在高等房屋建筑、地下和其他特殊建筑尤其需要使用這種高聚物改性瀝青，減少防水材料的護(hù)養(yǎng)次數(shù)，保證建筑防水的質(zhì)量。

1 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

六十年代初，意大利、法國、荷蘭等國家先后用高分子材料對石油瀝青改性，生產(chǎn)出SBS、APP改性瀝青油氈，其他西歐國家也得到了迅速發(fā)展[2]。目前，國外的相關(guān)公司已經(jīng)向中國建筑市場推薦SBS、PE等改性瀝青，其中PE改性瀝青已經(jīng)成功在中國建筑市場占據(jù)一席之地。

在我國改性瀝青防水卷材是目前發(fā)展最快的新型防水材料，隨著技術(shù)的發(fā)展，改性瀝青從實(shí)驗(yàn)室逐漸走向大眾的視野，使得改性瀝青得到了全球性的廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用。例如，1994年北京機(jī)場高速公路第一次將改性瀝青作為道路的鋪設(shè)材料；1997年通順路、北京長安街使用SBS改性；北京奧運(yùn)會場館、國家糧食儲存庫和上海無滲漏工程建設(shè)中采用SBS、APP改性。這些建筑工程為改性瀝青在公路道路與場館建筑中廣泛使用，起到了最好的示范性作用。特別是利用國產(chǎn)的SBS改性瀝青面層，因?yàn)槠溆袃?yōu)秀的穩(wěn)定性、抗裂性，還有早期病害少的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使得成為全國一流的改性材料，在一些超重交通問題的省市尤為需要。

2 聚合物改性瀝青防水卷材

聚合物改性瀝青防水卷材是指在瀝青中加入定量的改性劑[3]，使瀝青在穩(wěn)定性、耐久性、抗老化性等方面得到改善，目前改性瀝青使用最多的改性劑是聚合物的改性劑，一般分為彈性體改性劑和塑性體改性劑[4]，其中彈性體改性劑主要為用SBS改性瀝青防水卷材，塑性體改性劑主要為用APP改性瀝青防水卷材。

2.1 SBS改性瀝青防水卷材

SBS是一種熱塑性彈性體全名又稱為熱塑性丁苯橡膠，是以丁二烯和苯乙烯為單體，以丁基鋰為引發(fā)劑采用陰離子聚合產(chǎn)生的嵌段共聚物。常見SBS結(jié)構(gòu)有線型結(jié)構(gòu)和星型結(jié)構(gòu)：

線性：[CH2-CH（C6H5）]n-[CH2-CH=CHCH2]m-[CH（C6H5）-CH2]n

星型：{[CH3-CH（C6H5）]n-[CH2-CH=CH-CH2]m}4Si

SBS改性瀝青防水材料是以聚酯氈、玻纖氈、玻纖增加聚酯氈為胎基，表面涂有隔熱材料的卷材。SBS分子鏈中的PS鏈段物理交聯(lián)區(qū)域間的相互作用使瀝青分子之間不產(chǎn)生滑移從而改善瀝青高溫變形的能力（提高剛度），同時(shí)也提高了瀝青的抗裂開和收縮的能力。目前國內(nèi)外已經(jīng)大量使用SBS作為瀝青改性劑并把SBS改性瀝青實(shí)施到公路、建筑等方面。

（1）SBS改性瀝青防水卷材原理

瀝青的SBS改性屬于高聚物物理混合過程，瀝青與SBS之間相容性差，可以通過高速機(jī)械剪切力的作用將SBS小碎塊均勻地分散在瀝青中，在穩(wěn)定劑的作用下形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)，使SBS與瀝青通過相界面分子之間的相互作用結(jié)合在一起，瀝青分子在相界面上與SBS改性劑形成新的區(qū)域性結(jié)構(gòu)，生成SBS—瀝青接枝物，使兩者很好地結(jié)合從而提高了兩者的相容性。

SBS是塑性彈性體具有多相的結(jié)構(gòu)，其中分子鏈的中間丁二烯聚合物鏈段構(gòu)成連續(xù)相，而與丁二烯聚合物鏈段相連兩端的苯乙烯聚合物鏈段形成聚集相。又因?yàn)镾BS中具有PS鏈段和PB鏈段從而使改性的瀝青具有低溫不發(fā)脆，高溫不軟化的特點(diǎn)。當(dāng)SBS分散在瀝青中時(shí)，原來的膠體結(jié)構(gòu)平衡被打破，發(fā)生了溶脹現(xiàn)象，同時(shí)中基吸收瀝青的軟青質(zhì)組分形成很多的海綿狀的材料，建立新的結(jié)構(gòu)體系，在瀝青中形成具有彈性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得瀝青的性能得到全面的改善[5-6]。

（2）SBS改性瀝青防水卷材研究進(jìn)展

為了打破傳統(tǒng)SBS改性瀝青防水卷材在冷熱極端環(huán)境條件下的限制，科順防水科技股份有限公司的張軍[7]在2016年通過不斷試驗(yàn)，并選擇不同的SBS彈性體改性劑、FS輔助改性劑及調(diào)整瀝青、基礎(chǔ)油等原材料的比例，研制出了一種既耐-40 ℃高寒，又耐115℃高溫的SBS改性瀝青防水卷材，為極寒或極熱地區(qū)的橋梁、公路及房屋的防水所需開辟了一條新的道路。

普通防水瀝青因在防水的過程中受到太陽光長時(shí)間的照射受熱會發(fā)生軟化和形變，為了改善普通瀝青的這一缺點(diǎn)，弓銳、彌海晨[8]兩人以BE-Q型乳化劑、降粘劑配合SBS改性劑對普通瀝青進(jìn)行改性，通過測試改性瀝青的軟化點(diǎn)、延度以及彈性恢復(fù)。總結(jié)得出隨著SBS改性劑的用量增加，瀝青的軟化點(diǎn)、延度以及彈性恢復(fù)都有提高，最佳SBS改性劑摻量為3%左右。通過這一方法成功的延長瀝青受熱軟化的時(shí)間，也增大了瀝青的延度、軟化點(diǎn)以及彈性恢復(fù)，使SBS改性瀝青具有良好的高溫穩(wěn)定、低溫韌性、防水性能優(yōu)良。

隨著我國的經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，國家在建設(shè)高速公路這方面投入了很大的精力，短短的幾十年，我國建設(shè)的高速公路路程就到達(dá)了十幾萬公里。但是，近幾年超載的車輛不斷增加、紫外線的照射以及雨水滲透等綜合因素的影響，給路面帶來嚴(yán)重的損壞，尤其是防水層的損壞，大大縮短了公路的運(yùn)行壽命。華北高速有限公司的專業(yè)技術(shù)員[9]通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)以高含量的SBS改性瀝青防水材料采用分層結(jié)構(gòu)，達(dá)到良好的防水效果，有效地防止了水對公路、橋梁路面的損壞，提高了安全系數(shù)。

2.2 APP塑性體改性瀝青防水卷材

塑性體改性瀝青防水卷材是指以聚酯氈為胎基，以無規(guī)聚丙烯（APP）或聚烯烴類聚合物（APAO、APO等）作石油瀝青改性劑，兩面覆以隔離材料所制成的防水卷材。APP是聚丙烯PP生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，具有良好的耐高溫性能。由于它與瀝青容易混合且價(jià)格低廉，發(fā)展及其應(yīng)用十分迅速，是目前國內(nèi)外塑性體改性瀝青使用最廣的改性劑。

（1）APP的性質(zhì)及其與瀝青的共混機(jī)理

APP是無規(guī)聚合物，所以結(jié)構(gòu)非晶性。物理性質(zhì)與等規(guī)PP相比較呈現(xiàn)較大差異，因而無法注塑成型。作為瀝青改性劑是它的主要用途。具體方法有溶劑法和氣相本體法。在我國的石化企業(yè)中，燕山石化和遼陽石化均采用溶劑法生產(chǎn)PP，這種聚合方法產(chǎn)生的APP較多，所以生產(chǎn)過程中要用溶劑將產(chǎn)生的APP洗去，對資源的浪費(fèi)較大[10]。1996年之后，一部分企業(yè)才改用氣相本體法，該方法得到大量APP，卻也造成了PP的短缺問題。

通過一定方法將APP滲入瀝青后可按比例提高其軟化點(diǎn)，延伸率和黏結(jié)性能進(jìn)而提高防水卷材的耐紫外線使其具有更好的耐老化性特點(diǎn)。這是由于APP結(jié)構(gòu)中所含極性碳原子少使得單鍵結(jié)構(gòu)不易分解而具有良好的穩(wěn)定性。經(jīng)過APP改性的瀝青防水卷材具有更好的抗沖擊性，不易產(chǎn)生永久變形。顧名思義材料以塑性為主，正是由于改性后的瀝青防水卷材具有更好的抗沖擊性及耐老化性，它更容易在長時(shí)間的破壞下保持美觀性。

（2）APP改性瀝青防水卷材研究進(jìn)展

上海建科檢驗(yàn)有限公司的蔣勤選[11]與上海建筑防水材料（集團(tuán)）公司的孫飛躍使用高克重（≥25g/m2）長絲聚酯氈、添加了奧地利“HERBITECT”品牌抗根劑的APP改性瀝青、聚乙烯膜、細(xì)沙或礦物粒料研制出了具有優(yōu)秀阻根性能的耐根穿刺防水卷材，這一優(yōu)異性能能夠用于種植層面技術(shù)，使建筑層面的防水層擁有了耐根穿刺的能力，并且極大地保障了綠化建筑的工程質(zhì)量及壽命。

隨著飛機(jī)日夜的不斷的起飛與降落有些跑道出現(xiàn)了水泥板塊的斷裂，是因?yàn)橄旅媛坊姆e水造成，在飛機(jī)載荷的情況下泥漿擠壓噴出，板縫之間的縫隙不斷增大，鋪蓋在水泥板上的防水瀝青不斷地受到飛機(jī)起降的沖擊、剪切、撕裂的作用，防水瀝青的作用急劇的下降，壽命不長。桂林奇峰嶺機(jī)場的技術(shù)人員[12]采用4 mm 厚聚酯胎基APP 防水卷材與瀝青覆蓋在跑道上，經(jīng)過跑道試驗(yàn)裸露在外面的APP改性瀝青卷材經(jīng)得起飛機(jī)起降的沖擊、剪切、撕裂，未被撕裂與掀起，防水作用優(yōu)異，延長了跑道的壽命，保護(hù)了飛行人員的安全。

3 發(fā)展方向

改性瀝青的研究發(fā)展和實(shí)踐應(yīng)用在國內(nèi)國外的分量越來越重，不但是因?yàn)槠鋬?yōu)越的性能特點(diǎn)，還包括其用量只是普通瀝青的40%-60%，大大降低了成本用量。我國的改性瀝青材料已經(jīng)有了良好的發(fā)展歷程和條件，隨著現(xiàn)代化城市的改造與道路的建設(shè)，改性瀝青將會有越來越多的市場需求，因此人們對防水材料的要求逐漸提高。但我國防水材料的技術(shù)和設(shè)計(jì)有待提高，建議國內(nèi)外企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)大力發(fā)展改性建筑防水材料，研究環(huán)保、無污染、防水性能更好的材料將會使我國的建筑防水工程有更高的飛躍。

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