低硫环烷基原油沥青制备防水卷材沥青的研究

邓文广，李佰昌，王涵（中海沥青股份有限公司，山东 滨州　256600）



低硫环烷基原油沥青制备防水卷材沥青的研究

邓文广，李佰昌，王涵
（中海沥青股份有限公司，山东 滨州256600）

利用环烷基原油沥青的低温延伸度大、感温性能好等特点，通过加入调和油及增强剂进一步提升沥青的高低温性能，以制备性能优良的防水卷材沥青，同时达到降低卷材生产成本的目的。

环烷基；沥青；调和；防水卷材

建筑防水的质量和应用效果对建筑工程的结构安全和寿命起着十分重要的作用。沥青基防水卷材在我国防水材料中占有重要的地位，广泛应用于建筑物的地面、地下和其它特殊构筑物的防水，是一种量大面广的防水材料。目前，改性沥青防水卷材是发展较快的新型建筑防水材料，改性沥青性能是决定聚合物改性沥青防水卷材质量的关键因素。由于聚合物改性沥青可以显著提高沥青的耐热性，降低其低温脆性，改善其弹性、塑性和低温变形性，因此，聚合物改性沥青代表着沥青的发展方向，在未来将得到越来越广泛的应用。

沥青是沥青基防水卷材的主要构成原料，其性能直接影响防水材料的防水效果。为了满足防水材料在实际使用过程中的需要，所使用的关键材料沥青必须具有优良的高低温性能，这就需要加入高掺量价格昂贵的聚合物改性剂，因此造成了成本的大幅度上升。通过一系列预处理的措施，对基质沥青进行预改性制备防水卷材沥青，使用该沥青进行聚合物改性时，能够大幅度降低聚合物改性剂掺量，达到节省成本、提高效益的目的。

1　实验

1.1基质沥青

基质沥青是进行预处理最基础的组分，不同种类的基质沥青性质差别较大，对最终产品的性能影响非常显著。因此，经过筛选，本研究选用中海沥青股份有限公司生产的中海AH-70，直馏重交沥青。该沥青具有低含蜡、低温延伸度大、感温性能好等特点。AH-70沥青的技术指标见表1所示。

表1　中海AH-70基质沥青的技术指标

1.2试样制备

取一定量的基质沥青加入调和油，搅拌加热至150℃，然后加入增强剂，继续加热至185℃，搅拌1 h，得到样品，进行性能分析测试。

1.3性能测试

基质沥青测性能试按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行测试，防水卷材沥青性能按照JC/T 2218—2014《防水卷材沥青技术要求》进行测试。

2　结果与讨论

2.1调和油的选择

根据胶体理论，沥青是一种胶体体系。它是以相对分子质量很大的沥青质为中心，在其周围吸附一些胶质、芳香分以及饱和分形成的胶束，即分散相。

本研究选择3种调和油，分别为调和油A、调和油B、调和油C。对调和油的组分组成及性能指标进行了测试分析，结果如表2所示。

表2　3种调和油的组分组成

由表2可以看出，3种调和油的组分组成不同，其中调和油A的芳香分含量较高，而调和油B的胶质含量较高，根据组分理论［1］，在制备SBS改性沥青过程中，沥青中的饱和分容易被SBS吸收，进而发生溶胀，在高于SBS的玻璃化转变温度时，SBS的溶胀较明显，相对来讲线型SBS较星型SBS更容易溶胀。SBS溶胀成分的密度集中在0.97～1.01 g/cm3，与芳香分的密度非常接近。从极性方面来讲，溶胀后的SBS更接近胶质，改性剂与沥青之间的部分相容性改变了沥青组分组成，这种改变在很大程度上影响着沥青的相态转变，沥青组分对聚合物粒子的溶胀和聚合物粒子对沥青组分的吸附，是一个会对聚合物改性沥青的三维网状空间结构产生很大影响的动态过程。

从表2可以得出，富含芳香分及胶质的调和油A为最佳调和组分。

对于聚合物改性沥青来说，芳香分含量越高、沥青质含量越小，基础沥青与改性剂的相容性较好，有学者定义了组分比的概念［2］，即：

Ic值越小，SBS与沥青的相容性越好，能够形成热力学稳定体系，以此为基础，本研究对调和油A的添加比例进行了探索。分别在基质沥青中加入不同掺量的调和油A，通过加温搅拌的方法使其混合均匀，然后测试各混合样品的组分构成，进而计算得到组分比Ic，同时测试其软化点，详细结果如表3。

表3　组分比与调和油A掺量的关系

由表3可以看出，随着调和油A添加比例的增加，组分比Ic呈现逐渐下降的趋势，根据组分比理论，调和油A掺量应该越多越好。然而随着调和油A掺量的增加，软化点也逐渐降低，沥青的高温性能受到较大影响，不利于下一步的加工处理。因此，综合组分比和软化点两方面考虑，选择调和油A掺量为12%。

2.2增强剂的选择

根据防水卷材的使用特点，防水卷材用沥青必须具备优异的抗高温变形能力，普通沥青不能满足这种需要，必须加入增强剂对高温性能进行改进以符合使用要求。另一方面，从胶体理论来说，增强剂所含有的沥青质可以促进形成更加稳定的胶体体系，同时沥青质的加入可以与聚合物发生接枝交联反应，形成稳定的三维网状结构，对产品的储存稳定性有积极影响。

通过筛选，选择了3种不同的高温增强剂进行了研究，分别为增强剂1#、2#、3#。在调和沥青中分别加入不同掺量组分的3种增强剂，搅拌均匀，对所制备沥青的相关性能指标进行测试，并目测各样品加入增强剂后与沥青相容性，结果如表4所示。

表4　增强剂对改性沥青性能的影响

由表4可以看出，3种增强剂的加入均能对改性沥青的高温性能有积极影响，随着掺量的增加，软化点逐渐增高，而15℃延度呈现了相反的趋势。这说明增强剂能够增强高温性能，但是随着掺量的增加，沥青针入度降低，沥青会变硬，因此必须选择一个合理的范围。

另外，随着增强剂掺量的加大，增强剂与沥青的相容性愈差，不同类型增强剂的相容效果也不同，其中2#增强剂与沥青的相容性最好。

将3种增强剂相容性效果最好的一组（即1#掺量10%、2#掺量15%、3#掺量10%）的测试结果进行进一步对比分析，与其它2种增强剂相比，加入2#增强剂的沥青软化点最高，显著提高了沥青的耐热性；其延度最大，说明2#增强剂对沥青的低温性能影响较小。结合性能指标及相容性考虑，2#增强剂为最佳选择，最佳掺量为15%。

2.3性能评价

选择加入调和油A掺量12%、2#增强剂掺量15%，制备防水卷材沥青样品，并按JC/T 2218—2014进行性能测试，结果如表5所示。

表5　防水卷材沥青的性能测试结果

由表5可以看出，该防水卷材沥青的所测性能指标均符合JC/T 2218—2014标准要求，而且高低温性能更加突出。

随后分别以AH-70、本研究制得防水卷材沥青为原料，制备SBS改性沥青。在达到软化点90℃的情况下，对SBS掺量及改性沥青的性能进行了对比，结果如表6所示。

表6　AH-70和防水卷材沥青制备的改性沥青性能指标比较

由表6可以看出，以本研究制得防水卷材沥青为原料制备SBS改性沥青与70#基质沥青（AH-70）制备的样品相比，软化点相近的情况下，针入度较低，低温延度差别不大。而防水卷材沥青可以大幅度降低SBS掺量，减少SBS掺量1.2个百分点，可明显降低生产成本。

3　结语

通过向基质沥青中加入调和油和增强剂，使沥青的胶体体系更加稳定，在保证对延度等指标影响不大的情况下，较大幅度提高了沥青的软化点和粘附性等指标。同时增强剂的加入，增加了沥青体系中的物理交联点的数量，添加SBS改性时，交联点可与SBS发生接枝交联反应，形成较稳定的三维网状结构，可明显提高防水卷材的高低温性能，且可以降低SBS的加入量，降低生产成本。

［1］张玉军，王仕峰，欧阳春发，等.SBS在沥青中溶胀行为的研究［J］.石油沥青，2004（4）：6-9.

［2］沈金安.沥青及沥青混合料路用性能［M］.北京：人民交通出版社，2001.

The research of preparation of waterproofing roll product by naphthenic base asphalt with low sulfur

DENG Wenguang，LI Baichang，WANG Han
（China Offshore Bitumen Co.Ltd.，Binzhou 256600，China）

Naphthenic base asphalt has big low temperature ductility and good temperature susceptibility.By adding the blend oil and strengthening agent，it can further promote high and low temperature performance of asphalt.The quality of the naphthenic base asphalt waterproofing roll product has an excellent property.Meanwhile it has better effect of lowering production cost.

naphthenic base，asphalt，blending，waterproofing roll product

TU57+3

A

1001-702X（2016）06-0099-03

2016-01-19

邓文广，男，1986年生，山东无棣人，助理工程师。地址：山东省滨州市黄河七路817号，E-mail：dengwg@cnooc.com.cn。