寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材

2018-10-19吴士玮罗伟新刘金景吴大伟戚丁文

新型建筑材料 2018年8期

吴士玮，罗伟新，刘金景，吴大伟，戚丁文

（1.北京东方雨虹防水技术股份有限公司，北京 101309；2.辽宁省产品质量监督检验院，辽宁沈阳 110032）

0 前言

我国东北地区纬度高，冬季寒冷漫长，部分地区处于寒温带，在目前的建筑防水材料国家标准中没有一种材料可满足-30～-40℃的环境下有效抵御外界应力的影响，因此开发一种寒冷地区专用的聚合物改性沥青防水卷材具有较为重要的意义[1-3]。

针对上述情况，专门研制了寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材，本文主要介绍寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材的产品规格、构造和性能指标等，同时分析了该类防水产品能够抵御寒冷气候，起到有效防水的作用，为寒冷地区的防水工程特别是地下工程的防水材料选择提供参考。

1 寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材

寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材采用饱和SBS和饱和SIS复配对沥青进行改性，同时添加少量蒙脱土等材料共同配制成改性沥青，将增强材料长纤胎基经过预浸和涂覆改性沥青后，上表面覆以聚乙烯膜（PE）、细砂（S）或矿物粒料（M）等，下表面覆以聚乙烯膜（PE）、细砂（S）。产品构造见图1。产品的主要物理性能和应用性能应符合Q/SY YHF042—2015《超低温SBS改性沥青防水卷材》，具体见表1。

图1 寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材

表1 寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材的主要性能

2 寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材的低温应用性能

寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材以饱和SBS和饱和SIS复配为主改性剂、同时配以蒙脱土来提高改性沥青卷材在高寒地区的低温抗裂性能[4-5]；为了考察该产品在低温状态下的应用情况，进行了低温状态下接缝疲劳加载试验、抗裂性及防窜水性研究。

2.1 低温状态下接缝疲劳加载试验的研究

按JGJ/T 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》标准要求制备混凝土试件，尺寸为400 mm×200 mm×50 mm，养护21 d备用。清除表面浮浆，涂刷基层处理剂，干燥后在试件表面采用热熔法施工寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材，然后在标准条件下放置24 h。在混凝土基板的下面割锯形成如图2所示的凹槽。试验依次在-10、-20、-30、-40℃下进行，试验前试件在试验温度放置24 h。

图2 接缝变形试件

试件安装在变形试验机上，试验机的拉力F与防水卷材方向水平。试验机能保证裂缝位移在规定的极限范围内，试验时避免磨损和扯动裂缝的边缘。采用合适的装置测试裂缝的位移，试件裂缝随两边试验夹具变化，测量装置控制裂缝的变化。变形试验机使混凝土试件在60 s内产生0.5 mm的裂缝，然后开始循环加载变化裂缝宽度，加载频率为1 Hz，实测裂缝张合宽度为0.25mm。

试件分别在-10、-20、-30、-40℃温度下放置24 h后进行试验，共进行10 000次循环，停机后检查试件有无裂缝、剥离等状况。

寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材在各个温度下进行试验，均无裂缝、剥离等状况，说明该卷材能在低温下抵御接缝疲劳的外力破坏。

2.2 低温状态下抗裂性研究

为考察寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材承受基层开裂的能力，研究中设计了如下抗裂性测试方法：

抗裂性试件基板：制备尺寸为200mm×100mm×10mm的钢丝网水泥砂浆板3块，在室温下养护28 d后备用。

在基板上的一面两边涂刷基层处理剂，每边涂刷面积为200 mm×30 mm。待基层处理剂干燥后，将卷材试件烘烤粘在涂刷基层处理剂的基板表面，粘贴牢固，试验分别在-10、-20、-30℃放置24 h。如图3所示。

图3 抗裂性试验模型示意

采用寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材进行试验，将试件卷材面向上，放在抗裂性测定仪的位架上，调整底部螺杆使三角刀刃与试件底部成垂直方向接触，然后缓缓转动螺杆的手柄，使水泥试块渐渐产生裂纹。当水泥试块裂纹达到3～4 mm，卷材仍保持完好，没有开裂（见图4）。说明寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材低温下具有一定的适应结构层裂缝的能力，或者说低温下具有一定的抗变形能力[4]。

图4 抗裂性试验测试过程及结果展示

2.3 低温状态防窜水性研究

为考察寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材的防窜水能力，研究设计了如下防窜水测试方法。

2.3.1 混凝土试件制备

混凝土配合比为：m（P·O42.5 水泥）∶m（标准砂）∶m（2～20 mm 碎石）∶m（水）=1∶1.3∶2.5∶0.5。

将混凝土浇筑在抗渗性模具中，在（20±2）℃放置24 h后脱模，再在标准养护条件下养护28 d。

2.3.2 抗渗性试件制备

将配套基层处理剂均匀涂覆在混凝土模块的试验面，用于粘接卷材，在标准条件下养护6 h±5 min。

2.3.3 测试操作

将养护后的抗渗性试件分别放置在（-30±0.2）℃、（-40±0.2）℃的低温箱中24 h。将低温处理后的抗渗性试件装入混凝土抗渗仪，卷材面迎水，加压到0.4 MPa，保持24 h，以后每增加0.1 MPa，保持4 h，直至混凝土渗水，或达到标准规定的0.6 MPa试验压力。

按照上述方法对寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材进行试验，达到标准规定0.6 MPa试验压力后，将试件取下，揭去卷材，寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材粘接面均无无明水渗出，说明寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材在冷冻后依然能够抵抗一定的水压，能起到防水作用，有效保障地下层的水不能对上面建筑物造成破坏。

3 寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材产品特点

寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材既具有良好的抵御低温破坏性能，又具有优异的防水等物理性能。该系列产品所具有的优异性能主要由卷材的改性沥青和产品构造决定，主要体现在以下几个方面：

3.1 优异的耐水性

寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材所选用胎基是采用丙烯酸树脂浸渍的长纤聚酯无纺布，不吸水，耐水性能优；改性沥青所选用的沥青、改性剂和树脂等原材料均不吸水，表现出良好的憎水性。

由于原材料和产品结构层的优异耐水性能，得以保障了寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材长期在水环境下性能几乎不衰减，同时由于结构层选用长纤聚酯胎拉伸强度高、延伸高，能够适应一定的基层形变，抵御一定水压的穿透。在德国DIN 18195规范中聚酯胎的SBS/APP改性沥青卷材及其热施工是唯一可单独用于有压力地下工程的。也说明改性沥青材料是地下经得住考验的优异防水材料。

3.2 优异的抗裂性

寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材选用蒙脱土作为该配方体系中的沥青添加剂，利用蒙脱土具有的良好分散性，以及提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性、气体阻隔性能等特点，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时运用蒙脱土改性沥青混合料弯曲应变能密度要大于基质沥青的特点，使卷材具有了在高寒地区环境温度达到-30℃及基层混凝土变形的情况下卷材不出现裂缝，表现出优异的抗裂性。

3.3 优异的耐低温性

寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材由于沥青中掺入了加氢粉末SBS及加氢粉末SIS复配的弹性体改性剂，赋予沥青橡胶的优异特性。该卷材在-40℃弯曲无裂纹，将卷材置于-20℃低温下，成卷的卷材以1 m/min速度展开时无裂纹。

3.4 优异的尺寸稳定性

寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材在高温和低温反复变化时尺寸稳定性优异，这也是聚酯胎改性沥青卷材相比高分子卷材的优势，卷材在80℃下加热24 h后尺寸变化只有0.2%，而高分子卷材均在2%左右，也就是说10 m长卷材防水层低温下将收缩20 cm，这是个不小的收缩。收缩时卷材受拉应力的作用，对接缝产生威胁，细部的卷材还会与基层剥离。

3.5 耐老化性能优

卷材胎基为聚酯无纺布（化学纤维），具有耐化学介质腐蚀的性能，胎基的上下表面涂有一定厚度的高聚物改性沥青。沥青和橡胶改性剂、树脂的组成决定了材料的耐化学侵蚀性能。在酸、碱、盐介质中浸渍试验后的性能保持在90%左右，热处理后的性能保持也在90%。

3.6 优良的耐疲劳性

经过疲劳试验的考核，卷材具有超乎寻常的耐疲劳性。该性能的形成条件：（1）特殊加工的T032型长纤聚酯无纺布，具有高拉伸强度（大于850 N/50 mm），并具柔韧性、延伸性、自身的耐疲劳性（国外资料介绍反复弯曲60 000次纤维不断裂）；（2）高强度、高延伸、劲度大等橡胶特性，同时厚度大，在原始裂缝宽度为0.25 mm，25 t轴重荷载作用下裂缝张合宽度为0.1 mm，经过10 000次疲劳试验，防水卷材本身未出现开裂，卷材与混凝土基面无脱离、缝隙等状况，防水卷材的抗裂缝开展性能良好。试验证明该卷材具有优异的耐疲劳性能。

3.7 良好的施工保障性

施工性能对于工程项目非常重要，寒冷地区专用聚合物改性沥青防水卷材采用热熔法把卷材粘于基层，在用火焰烘烤卷材底面沥青层时，流淌的沥青温度在250℃左右，改性沥青具有良好的流动性，加之施加外力充分挤压，使得改性沥青充分渗入到基层的每一个疏松空隙中，卷材与卷材之间改性沥青自身具有良好的相容性，热熔粘结后自身粘结强度大，施工性能得到充分的保障。