寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材

吳士瑋 ，羅偉新 ，劉金景 ，吳大偉 ，戚丁文

（1.北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司，北京 101309；2.遼寧省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，遼寧 沈陽(yáng) 110032）

0 前言

我國(guó)東北地區(qū)緯度高，冬季寒冷漫長(zhǎng)，部分地區(qū)處于寒溫帶，在目前的建筑防水材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有一種材料可滿足-30～-40℃的環(huán)境下有效抵御外界應(yīng)力的影響，因此開(kāi)發(fā)一種寒冷地區(qū)專(zhuān)用的聚合物改性瀝青防水卷材具有較為重要的意義[1-3]。

針對(duì)上述情況，專(zhuān)門(mén)研制了寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材，本文主要介紹寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材的產(chǎn)品規(guī)格、構(gòu)造和性能指標(biāo)等，同時(shí)分析了該類(lèi)防水產(chǎn)品能夠抵御寒冷氣候，起到有效防水的作用，為寒冷地區(qū)的防水工程特別是地下工程的防水材料選擇提供參考。

1 寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材

寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材采用飽和SBS和飽和SIS復(fù)配對(duì)瀝青進(jìn)行改性，同時(shí)添加少量蒙脫土等材料共同配制成改性瀝青，將增強(qiáng)材料長(zhǎng)纖胎基經(jīng)過(guò)預(yù)浸和涂覆改性瀝青后，上表面覆以聚乙烯膜（PE）、細(xì)砂（S）或礦物粒料（M）等，下表面覆以聚乙烯膜（PE）、細(xì)砂（S）。產(chǎn)品構(gòu)造見(jiàn)圖1。產(chǎn)品的主要物理性能和應(yīng)用性能應(yīng)符合Q/SY YHF042—2015《超低溫SBS改性瀝青防水卷材》，具體見(jiàn)表1。

圖1 寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材

表1 寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材的主要性能

2 寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材的低溫應(yīng)用性能

寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材以飽和SBS和飽和SIS復(fù)配為主改性劑、同時(shí)配以蒙脫土來(lái)提高改性瀝青卷材在高寒地區(qū)的低溫抗裂性能[4-5]；為了考察該產(chǎn)品在低溫狀態(tài)下的應(yīng)用情況，進(jìn)行了低溫狀態(tài)下接縫疲勞加載試驗(yàn)、抗裂性及防竄水性研究。

2.1 低溫狀態(tài)下接縫疲勞加載試驗(yàn)的研究

按JGJ/T 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)要求制備混凝土試件，尺寸為400 mm×200 mm×50 mm，養(yǎng)護(hù)21 d備用。清除表面浮漿，涂刷基層處理劑，干燥后在試件表面采用熱熔法施工寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材，然后在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置24 h。在混凝土基板的下面割鋸形成如圖2所示的凹槽。試驗(yàn)依次在-10、-20、-30、-40℃下進(jìn)行，試驗(yàn)前試件在試驗(yàn)溫度放置24 h。

圖2 接縫變形試件

試件安裝在變形試驗(yàn)機(jī)上，試驗(yàn)機(jī)的拉力F與防水卷材方向水平。試驗(yàn)機(jī)能保證裂縫位移在規(guī)定的極限范圍內(nèi)，試驗(yàn)時(shí)避免磨損和扯動(dòng)裂縫的邊緣。采用合適的裝置測(cè)試裂縫的位移，試件裂縫隨兩邊試驗(yàn)夾具變化，測(cè)量裝置控制裂縫的變化。變形試驗(yàn)機(jī)使混凝土試件在60 s內(nèi)產(chǎn)生0.5 mm的裂縫，然后開(kāi)始循環(huán)加載變化裂縫寬度，加載頻率為1 Hz，實(shí)測(cè)裂縫張合寬度為0.25mm。

試件分別在-10、-20、-30、-40℃溫度下放置24 h后進(jìn)行試驗(yàn)，共進(jìn)行10 000次循環(huán)，停機(jī)后檢查試件有無(wú)裂縫、剝離等狀況。

寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材在各個(gè)溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，均無(wú)裂縫、剝離等狀況，說(shuō)明該卷材能在低溫下抵御接縫疲勞的外力破壞。

2.2 低溫狀態(tài)下抗裂性研究

為考察寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材承受基層開(kāi)裂的能力，研究中設(shè)計(jì)了如下抗裂性測(cè)試方法：

抗裂性試件基板：制備尺寸為200mm×100mm×10mm的鋼絲網(wǎng)水泥砂漿板3塊，在室溫下養(yǎng)護(hù)28 d后備用。

在基板上的一面兩邊涂刷基層處理劑，每邊涂刷面積為200 mm×30 mm。待基層處理劑干燥后，將卷材試件烘烤粘在涂刷基層處理劑的基板表面，粘貼牢固，試驗(yàn)分別在-10、-20、-30℃放置24 h。如圖3所示。

圖3 抗裂性試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽?/p>

采用寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材進(jìn)行試驗(yàn)，將試件卷材面向上，放在抗裂性測(cè)定儀的位架上，調(diào)整底部螺桿使三角刀刃與試件底部成垂直方向接觸，然后緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的手柄，使水泥試塊漸漸產(chǎn)生裂紋。當(dāng)水泥試塊裂紋達(dá)到3～4 mm，卷材仍保持完好，沒(méi)有開(kāi)裂（見(jiàn)圖4）。說(shuō)明寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材低溫下具有一定的適應(yīng)結(jié)構(gòu)層裂縫的能力，或者說(shuō)低溫下具有一定的抗變形能力[4]。

圖4 抗裂性試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程及結(jié)果展示

2.3 低溫狀態(tài)防竄水性研究

為考察寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材的防竄水能力，研究設(shè)計(jì)了如下防竄水測(cè)試方法。

2.3.1 混凝土試件制備

混凝土配合比為：m（P·O42.5 水泥）∶m（標(biāo)準(zhǔn)砂）∶m（2～20 mm 碎石）∶m（水）=1∶1.3∶2.5∶0.5。

將混凝土澆筑在抗?jié)B性模具中，在（20±2）℃放置24 h后脫模，再在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d。

2.3.2 抗?jié)B性試件制備

將配套基層處理劑均勻涂覆在混凝土模塊的試驗(yàn)面，用于粘接卷材，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)6 h±5 min。

2.3.3 測(cè)試操作

將養(yǎng)護(hù)后的抗?jié)B性試件分別放置在（-30±0.2）℃、（-40±0.2）℃的低溫箱中24 h。將低溫處理后的抗?jié)B性試件裝入混凝土抗?jié)B儀，卷材面迎水，加壓到0.4 MPa，保持24 h，以后每增加0.1 MPa，保持4 h，直至混凝土滲水，或達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.6 MPa試驗(yàn)壓力。

按照上述方法對(duì)寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材進(jìn)行試驗(yàn)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定0.6 MPa試驗(yàn)壓力后，將試件取下，揭去卷材，寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材粘接面均無(wú)無(wú)明水滲出，說(shuō)明寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材在冷凍后依然能夠抵抗一定的水壓，能起到防水作用，有效保障地下層的水不能對(duì)上面建筑物造成破壞。

3 寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材產(chǎn)品特點(diǎn)

寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材既具有良好的抵御低溫破壞性能，又具有優(yōu)異的防水等物理性能。該系列產(chǎn)品所具有的優(yōu)異性能主要由卷材的改性瀝青和產(chǎn)品構(gòu)造決定，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 優(yōu)異的耐水性

寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材所選用胎基是采用丙烯酸樹(shù)脂浸漬的長(zhǎng)纖聚酯無(wú)紡布，不吸水，耐水性能優(yōu)；改性瀝青所選用的瀝青、改性劑和樹(shù)脂等原材料均不吸水，表現(xiàn)出良好的憎水性。

由于原材料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層的優(yōu)異耐水性能，得以保障了寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材長(zhǎng)期在水環(huán)境下性能幾乎不衰減，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)層選用長(zhǎng)纖聚酯胎拉伸強(qiáng)度高、延伸高，能夠適應(yīng)一定的基層形變，抵御一定水壓的穿透。在德國(guó)DIN 18195規(guī)范中聚酯胎的SBS/APP改性瀝青卷材及其熱施工是唯一可單獨(dú)用于有壓力地下工程的。也說(shuō)明改性瀝青材料是地下經(jīng)得住考驗(yàn)的優(yōu)異防水材料。

3.2 優(yōu)異的抗裂性

寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材選用蒙脫土作為該配方體系中的瀝青添加劑，利用蒙脫土具有的良好分散性，以及提高抗沖擊、抗疲勞、尺寸穩(wěn)定性、氣體阻隔性能等特點(diǎn)，從而起到增強(qiáng)聚合物綜合物理性能的作用，同時(shí)運(yùn)用蒙脫土改性瀝青混合料彎曲應(yīng)變能密度要大于基質(zhì)瀝青的特點(diǎn)，使卷材具有了在高寒地區(qū)環(huán)境溫度達(dá)到-30℃及基層混凝土變形的情況下卷材不出現(xiàn)裂縫，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗裂性。

3.3 優(yōu)異的耐低溫性

寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材由于瀝青中摻入了加氫粉末SBS及加氫粉末SIS復(fù)配的彈性體改性劑，賦予瀝青橡膠的優(yōu)異特性。該卷材在-40℃彎曲無(wú)裂紋，將卷材置于-20℃低溫下，成卷的卷材以1 m/min速度展開(kāi)時(shí)無(wú)裂紋。

3.4 優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性

寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材在高溫和低溫反復(fù)變化時(shí)尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異，這也是聚酯胎改性瀝青卷材相比高分子卷材的優(yōu)勢(shì)，卷材在80℃下加熱24 h后尺寸變化只有0.2%，而高分子卷材均在2%左右，也就是說(shuō)10 m長(zhǎng)卷材防水層低溫下將收縮20 cm，這是個(gè)不小的收縮。收縮時(shí)卷材受拉應(yīng)力的作用，對(duì)接縫產(chǎn)生威脅，細(xì)部的卷材還會(huì)與基層剝離。

3.5 耐老化性能優(yōu)

卷材胎基為聚酯無(wú)紡布（化學(xué)纖維），具有耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的性能，胎基的上下表面涂有一定厚度的高聚物改性瀝青。瀝青和橡膠改性劑、樹(shù)脂的組成決定了材料的耐化學(xué)侵蝕性能。在酸、堿、鹽介質(zhì)中浸漬試驗(yàn)后的性能保持在90%左右，熱處理后的性能保持也在90%。

3.6 優(yōu)良的耐疲勞性

經(jīng)過(guò)疲勞試驗(yàn)的考核，卷材具有超乎尋常的耐疲勞性。該性能的形成條件：（1）特殊加工的T032型長(zhǎng)纖聚酯無(wú)紡布，具有高拉伸強(qiáng)度（大于850 N/50 mm），并具柔韌性、延伸性、自身的耐疲勞性（國(guó)外資料介紹反復(fù)彎曲60 000次纖維不斷裂）；（2）高強(qiáng)度、高延伸、勁度大等橡膠特性，同時(shí)厚度大，在原始裂縫寬度為0.25 mm，25 t軸重荷載作用下裂縫張合寬度為0.1 mm，經(jīng)過(guò)10 000次疲勞試驗(yàn)，防水卷材本身未出現(xiàn)開(kāi)裂，卷材與混凝土基面無(wú)脫離、縫隙等狀況，防水卷材的抗裂縫開(kāi)展性能良好。試驗(yàn)證明該卷材具有優(yōu)異的耐疲勞性能。

3.7 良好的施工保障性

施工性能對(duì)于工程項(xiàng)目非常重要，寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材采用熱熔法把卷材粘于基層，在用火焰烘烤卷材底面瀝青層時(shí)，流淌的瀝青溫度在250℃左右，改性瀝青具有良好的流動(dòng)性，加之施加外力充分?jǐn)D壓，使得改性瀝青充分滲入到基層的每一個(gè)疏松空隙中，卷材與卷材之間改性瀝青自身具有良好的相容性，熱熔粘結(jié)后自身粘結(jié)強(qiáng)度大，施工性能得到充分的保障。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材是專(zhuān)門(mén)針對(duì)寒冷地區(qū)防水工程建筑而設(shè)計(jì)的，其較高的抗拉張力、低溫應(yīng)用環(huán)境下優(yōu)異的防水性能，可廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)期處于低溫狀態(tài)下的建筑工程防水項(xiàng)目中。

（2）產(chǎn)品優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、耐老化性能和良好的施工保障性能，決定了其使用壽命長(zhǎng)、施工方便、相對(duì)安全可靠。

（3）寒冷地區(qū)專(zhuān)用聚合物改性瀝青防水卷材是一種具有優(yōu)異耐水性、抗裂性、耐高低溫性、尺寸穩(wěn)定性、耐老化性的防水材料，主要用于寒冷地區(qū)的建筑工程防水，可有效解決因長(zhǎng)期處于低溫環(huán)境導(dǎo)致的防水材料耐疲勞性劣、抗裂性差等引起的防水功能喪失，造成建筑被破壞的問(wèn)題，該產(chǎn)品具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。