蘇長泳，吳士瑋，劉金景，羅偉新，馬力軍

（北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司，北京 101309）

0 概述

改性瀝青防水卷材為基質(zhì)瀝青通過苯乙烯-丁二烯-苯乙烯等材料改性配制成改性瀝青，以聚酯胎、玻纖胎、玻纖增強聚酯胎為載體，將改性瀝青涂覆在載體上，再經(jīng)過擠壓、冷卻定型等過程加工而成不同厚度規(guī)格的片材[1]。

改性瀝青防水卷材必須有一定的厚度，且厚度必須保證一定的均勻度，厚度的均勻性對卷材的防水效果有一定的影響。主要表現(xiàn)在：（1）瀝青雖然為石油提取物，性能相對穩(wěn)定，為非親水物質(zhì)，自身能夠防水，但改性瀝青防水卷材需要通過一定厚度的改性瀝青涂層來抵抗外界的水壓力。（2）改性瀝青防水卷材由于主材是基質(zhì)瀝青，它除了需要通過借助載體成型外，還必須要有一定的厚度。（3）改性瀝青防水卷材大部分應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)主要起到柔性防水的作用，必須有一定厚度可以擠壓，能夠適應(yīng)與剛性混凝土層的復(fù)合使用。（4）厚度的均勻性對于施工加熱、擠壓有一定的影響，厚度均勻性差，對于熱熔卷材，加熱烘烤的程度存在差異，粘結(jié)效果出現(xiàn)差異；對于自粘型產(chǎn)品，擠壓同樣的力度，2種材料都會出現(xiàn)粘結(jié)差甚至未粘結(jié)情況，進而導(dǎo)致應(yīng)用中出現(xiàn)竄水、漏水的現(xiàn)象。

綜合以上，改性瀝青防水卷材生產(chǎn)時需盡可能降低厚度差異，以改善防水效果，本文分析不同規(guī)格型號的改性瀝青防水卷材厚度產(chǎn)生不均的原因，進而提出減小這些影響因素的方法。

1 試驗

1.1 改性瀝青防水卷材厚度測試

改性瀝青防水卷材的厚度按照GB/T 328.4—2007《建筑防水卷材試驗方法 第4部分 瀝青防水卷材 厚度、單位面積質(zhì)量》進行測試[2]。在改性瀝青防水卷材距邊緣0.1 m處均勻取10個點，用直徑為0.1 m，表面壓力為20 kPa的測厚儀測量這10個點的厚度。

1.2 凹液面差測試

測試基質(zhì)瀝青及改性瀝青從高溫冷卻到室溫并穩(wěn)定后的凹液面高度。測試過程如圖1所示，液體通過漏斗注入圓柱形容器中，瀝青凹液面測試實物見圖2。

圖1 凹液面差測試示意

圖2 瀝青凹液面測試實物

測試過程中，將待測液體加熱到180℃，通過漏斗加入到固定尺寸（容器內(nèi)徑55 mm，內(nèi)部高50 mm）的容器中，所加入液體質(zhì)量為（45±1）g，加入后保證液面平整。取樣后保證試樣水平，并在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護24 h，用測量儀測試凹液面的高度。

1.3 瀝青及改性瀝青張力系數(shù)測試

選用拉脫法測試基質(zhì)瀝青及改性瀝青的表面張力系數(shù)[2]，如圖3所示。實驗開始前需測量與測力裝置相連的圓環(huán)及吊桿質(zhì)量mg，圓環(huán)的內(nèi)徑D1和外徑D2。在燒杯中裝入一定量待測液體，調(diào)節(jié)測力裝置的高度使圓環(huán)完全浸沒在液體中，調(diào)節(jié)升降臺，使液面向下運動直至圓環(huán)將要與液面分離。讀取此時的測力讀數(shù)F，則此時受力關(guān)系滿足式（1）：

式中：f——液體表面張力，f=πα（D1+D2），D1和D2分別為圓環(huán)的內(nèi)徑和外徑，由此可以推出張力系數(shù)α見式（2）：

圖3 測試改性瀝青表面張力示意

2 結(jié)果與討論

2.1 改性瀝青防水卷材厚度差異

測試企業(yè)A和企業(yè)B的SBSIPYPEPE3.0-10卷材以及企業(yè)C的SBSIPYPEPE4.0-10卷材，結(jié)果如表1所示。

表1 3企業(yè)改性瀝青防水卷材厚度測試結(jié)果 mm

由表1可見，企業(yè)A的3 mm卷材和企業(yè)C的4 mm卷材測試點間均存在明顯的厚度差異，說明不同型號卷材厚度大小不均一；企業(yè)A的3 mm卷材及企業(yè)B的3 mm卷材測試點間及兩企業(yè)的厚度均值均存在明顯差異，由此可知，相同型號及不同廠家的改性瀝青卷材也存在厚度差異，防水卷材的厚度差異普遍存在。

2.2 厚度差異模擬

為了模擬SBS改性瀝青卷材厚度差異，分別準(zhǔn)備秦皇島70#和 90#、長慶 70#和 90#及濱州 70#、90#基質(zhì)瀝青，以及SBS摻量分別為1.5%、3.0%、4.5%、6.0%、7.5%進行瀝青改性，并按1.2中的測試方法進行制樣測試。凹液面高度差測試結(jié)果如表2、表3所示。

表2 基質(zhì)瀝青凹液面差測試結(jié)果

由表2可知，不同廠家相同牌號的瀝青凹液面差異明顯，秦皇島瀝青的凹液面差最大，濱州瀝青凹液面差最小。同一廠家不同牌號的瀝青相比，牌號小，則凹液面差較大，如長慶70#瀝青凹液面差為0.85 mm，90#瀝青為0.84 mm。凹液面差的大小主要與廠家工藝技術(shù)有關(guān)，與牌號無絕對關(guān)系，如秦皇島90#瀝青卻比濱州70#瀝青的凹液面差大0.02 mm。SBS改性秦皇島90#瀝青厚并差見表3。

表3 SBS改性瀝青凹液面差

由表3可知，摻入SBS后改性瀝青凹液面差變化很大。當(dāng)SBS含量僅為1.5%時，凹液面差達到4.96 mm，隨著SBS摻量增大，凹液面高度不斷增大，總體呈現(xiàn)線性關(guān)系。由此可知，SBS的加入對凹液面差起著很大的作用，且凹液面差與SBS的摻量為正相關(guān)關(guān)系。

2.3 不同種類改性劑對凹液面差的影響

選取另一種改性劑聚烯烴作為研究對象。比較不同比例聚烯烴對凹液面差的影響。固定SBS摻量為6.0%，將聚烯烴的摻量設(shè)置為3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%，并按1.2中的測試方法測試凹液面差，測試結(jié)果如表4所示。

表4 聚烯烴對SBS改性瀝青凹液面差的影響

如表4所示，與SBS不同，隨著聚烯烴比例的增大，液面差逐漸減小，且呈一定的線性關(guān)系。由此可知，聚烯烴對凹液面差的大小為負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.4 液體整體高對凹液面差的影響

實驗過程中發(fā)現(xiàn)，在1.2測試容器中裝入不同的改性瀝青，則凹液面差的大小不同。鑒于此，制取6.0%SBS和5.0%聚烯烴的2種改性瀝青，同樣采用1.2中的固定容器，分別取35、40、45、50和55 g置于容器中制成試樣，測試凹液面差，如表5所示。

由表5可知，隨著改性瀝青量的增加，凹液面差的大小也隨之增加，且具有良好的線性關(guān)系。聚烯烴改性瀝青由于密度稍小，同樣質(zhì)量下液面總高較大，因此凹液面差值更大。

表5 不同質(zhì)量改性瀝青對厚度的影響

2.5 凹液面差的理論探究

表面張力是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。液體分子處于不停的無規(guī)則運動中，液體表面分子有向液體內(nèi)部運動的趨勢，運動過程中需克服液體內(nèi)部分子對其斥力作用，液體內(nèi)部分子有向液體表面運動的趨勢，運動過程中需克服液體內(nèi)部分子的斥力及引力雙重作用。因此，液體表面分子更易向內(nèi)部運動。然而這種運動必須是平衡的，因此，必然有一種力來阻礙液體表面分子的遷移，這種力就是表面張力，表現(xiàn)形式即為在液體表面形成凹液面[3]。

通過以上實驗可知，改性瀝青經(jīng)冷卻后變?yōu)榘家好?，可能存在表面張力。為了證實這種張力的存在，分別測試了2.3中的實驗材料。改性瀝青制備好后在180℃保溫1 h，并在180℃條件下測試改性瀝青表面的張力系數(shù)，結(jié)果如表6所示。

表6 不同比例聚烯烴改性瀝青在180℃下的表面張力系數(shù)

由表6可知，聚烯烴改性瀝青于1.2中的容器中表面存在張力，且張力大小隨著聚烯烴摻量的增大而逐漸減小，凹液面差也逐漸減小。因此，凹液面差可以從側(cè)面反映改性瀝青表面張力的大小。

由此可知，SBS對表面張力起正相關(guān)關(guān)系，隨著SBS摻量的增大，液面的表面張力逐漸增大。這是由于SBS作為一種分子質(zhì)量在15萬～25萬的剛性大分子，在瀝青中溶脹分散，然而冷卻后能量降低，分子間距減小，逐漸收縮，且數(shù)量越多，相互間的作用越明顯。

對于聚烯烴而言，其本身為線性柔性結(jié)構(gòu)，加熱冷卻后分子間的作用力不強，因此表現(xiàn)為隨著摻量的增大，降低了體系整體的張力，因此凹液面差逐漸減小[4]。

2.6 表面張力的減小措施

鑒于改性瀝青卷材中由于基質(zhì)瀝青本身及改性劑作用下

造成的厚度差異，可從以下方面減小卷材的厚度差異。（1）由于改性劑的分子質(zhì)量和柔性對改性瀝青冷卻后的收縮起到至關(guān)重要的作用，因此可以用柔性大的分子取代柔性小的分子來減小厚度差異；（2）在生產(chǎn)成型過程的涂覆改性瀝青環(huán)節(jié)，通過調(diào)節(jié)擠壓輥，使其盡可能平行，以保證卷材縱向方向的厚度均勻性，以此減小厚度差異；（3）采用多次涂覆過程，使每次涂覆的改性瀝青均能密實、均勻地相互層疊；（4）卷材在冷卻水床過程中，提升水溫，延長冷卻距離，避免卷材上的改性瀝青驟冷后的快速變形。

3 結(jié)語

改性瀝青防水卷材在生產(chǎn)過程中，改性瀝青經(jīng)過涂覆后表面存在張力作用，這種張力隨著冷卻過程的進行逐漸變大，作用在卷材上表現(xiàn)形式為卷材的厚度存在差異。這種由表面張力引起的厚度差異存在于基質(zhì)瀝青中，且在改性劑的作用下差異更為明顯。影響厚度差異的因素包括：（1）剛性越強的分子，隨著添加量的增加，厚度的差異將逐漸增大；（2）柔性越大的分子，隨著添加量的增加，厚度的差異將逐漸減??；（3）改性瀝青總厚度越厚，表面張力作用力越強，厚度差異越明顯。

通過分析和實踐，提出了減小卷材厚度差異的措施：（1）減小改性劑的內(nèi)聚力，提高改性劑的柔性；（2）定期調(diào)整擠壓輥使其保持平行，減小縱向卷材的厚度差異；（3）采用多次涂覆過程，增加改性瀝青間的密實程度和平整度；（4）延長卷材冷卻距離，減小單位時間冷卻幅度。