改性沥青防水卷材厚度差异原因分析及其改进措施

苏长泳，吴士玮，刘金景，罗伟新，马力军

（北京东方雨虹防水技术股份有限公司，北京 101309）

0 概述

改性沥青防水卷材为基质沥青通过苯乙烯-丁二烯-苯乙烯等材料改性配制成改性沥青，以聚酯胎、玻纤胎、玻纤增强聚酯胎为载体，将改性沥青涂覆在载体上，再经过挤压、冷却定型等过程加工而成不同厚度规格的片材[1]。

改性沥青防水卷材必须有一定的厚度，且厚度必须保证一定的均匀度，厚度的均匀性对卷材的防水效果有一定的影响。主要表现在：（1）沥青虽然为石油提取物，性能相对稳定，为非亲水物质，自身能够防水，但改性沥青防水卷材需要通过一定厚度的改性沥青涂层来抵抗外界的水压力。（2）改性沥青防水卷材由于主材是基质沥青，它除了需要通过借助载体成型外，还必须要有一定的厚度。（3）改性沥青防水卷材大部分应用于建筑结构主要起到柔性防水的作用，必须有一定厚度可以挤压，能够适应与刚性混凝土层的复合使用。（4）厚度的均匀性对于施工加热、挤压有一定的影响，厚度均匀性差，对于热熔卷材，加热烘烤的程度存在差异，粘结效果出现差异；对于自粘型产品，挤压同样的力度，2种材料都会出现粘结差甚至未粘结情况，进而导致应用中出现窜水、漏水的现象。

综合以上，改性沥青防水卷材生产时需尽可能降低厚度差异，以改善防水效果，本文分析不同规格型号的改性沥青防水卷材厚度产生不均的原因，进而提出减小这些影响因素的方法。

1 试验

1.1 改性沥青防水卷材厚度测试

改性沥青防水卷材的厚度按照GB/T 328.4—2007《建筑防水卷材试验方法 第4部分 沥青防水卷材 厚度、单位面积质量》进行测试[2]。在改性沥青防水卷材距边缘0.1 m处均匀取10个点，用直径为0.1 m，表面压力为20 kPa的测厚仪测量这10个点的厚度。

1.2 凹液面差测试

测试基质沥青及改性沥青从高温冷却到室温并稳定后的凹液面高度。测试过程如图1所示，液体通过漏斗注入圆柱形容器中，沥青凹液面测试实物见图2。

图1 凹液面差测试示意

图2 沥青凹液面测试实物

测试过程中，将待测液体加热到180℃，通过漏斗加入到固定尺寸（容器内径55 mm，内部高50 mm）的容器中，所加入液体质量为（45±1）g，加入后保证液面平整。取样后保证试样水平，并在标准环境下养护24 h，用测量仪测试凹液面的高度。

1.3 沥青及改性沥青张力系数测试

选用拉脱法测试基质沥青及改性沥青的表面张力系数[2]，如图3所示。实验开始前需测量与测力装置相连的圆环及吊杆质量mg，圆环的内径D1和外径D2。在烧杯中装入一定量待测液体，调节测力装置的高度使圆环完全浸没在液体中，调节升降台，使液面向下运动直至圆环将要与液面分离。读取此时的测力读数F，则此时受力关系满足式（1）：

式中：f——液体表面张力，f=πα（D1+D2），D1和D2分别为圆环的内径和外径，由此可以推出张力系数α见式（2）：

图3 测试改性沥青表面张力示意

2 结果与讨论

2.1 改性沥青防水卷材厚度差异

测试企业A和企业B的SBSIPYPEPE3.0-10卷材以及企业C的SBSIPYPEPE4.0-10卷材，结果如表1所示。

表1 3企业改性沥青防水卷材厚度测试结果 mm

由表1可见，企业A的3 mm卷材和企业C的4 mm卷材测试点间均存在明显的厚度差异，说明不同型号卷材厚度大小不均一；企业A的3 mm卷材及企业B的3 mm卷材测试点间及两企业的厚度均值均存在明显差异，由此可知，相同型号及不同厂家的改性沥青卷材也存在厚度差异，防水卷材的厚度差异普遍存在。

2.2 厚度差异模拟

为了模拟SBS改性沥青卷材厚度差异，分别准备秦皇岛70#和 90#、长庆 70#和 90#及滨州 70#、90#基质沥青，以及SBS掺量分别为1.5%、3.0%、4.5%、6.0%、7.5%进行沥青改性，并按1.2中的测试方法进行制样测试。凹液面高度差测试结果如表2、表3所示。

表2 基质沥青凹液面差测试结果

由表2可知，不同厂家相同牌号的沥青凹液面差异明显，秦皇岛沥青的凹液面差最大，滨州沥青凹液面差最小。同一厂家不同牌号的沥青相比，牌号小，则凹液面差较大，如长庆70#沥青凹液面差为0.85 mm，90#沥青为0.84 mm。凹液面差的大小主要与厂家工艺技术有关，与牌号无绝对关系，如秦皇岛90#沥青却比滨州70#沥青的凹液面差大0.02 mm。SBS改性秦皇岛90#沥青厚并差见表3。

表3 SBS改性沥青凹液面差

由表3可知，掺入SBS后改性沥青凹液面差变化很大。当SBS含量仅为1.5%时，凹液面差达到4.96 mm，随着SBS掺量增大，凹液面高度不断增大，总体呈现线性关系。由此可知，SBS的加入对凹液面差起着很大的作用，且凹液面差与SBS的掺量为正相关关系。

2.3 不同种类改性剂对凹液面差的影响

选取另一种改性剂聚烯烃作为研究对象。比较不同比例聚烯烃对凹液面差的影响。固定SBS掺量为6.0%，将聚烯烃的掺量设置为3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%，并按1.2中的测试方法测试凹液面差，测试结果如表4所示。

表4 聚烯烃对SBS改性沥青凹液面差的影响

如表4所示，与SBS不同，随着聚烯烃比例的增大，液面差逐渐减小，且呈一定的线性关系。由此可知，聚烯烃对凹液面差的大小为负相关关系。

2.4 液体整体高对凹液面差的影响

实验过程中发现，在1.2测试容器中装入不同的改性沥青，则凹液面差的大小不同。鉴于此，制取6.0%SBS和5.0%聚烯烃的2种改性沥青，同样采用1.2中的固定容器，分别取35、40、45、50和55 g置于容器中制成试样，测试凹液面差，如表5所示。

由表5可知，随着改性沥青量的增加，凹液面差的大小也随之增加，且具有良好的线性关系。聚烯烃改性沥青由于密度稍小，同样质量下液面总高较大，因此凹液面差值更大。

表5 不同质量改性沥青对厚度的影响

2.5 凹液面差的理论探究

表面张力是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。液体分子处于不停的无规则运动中，液体表面分子有向液体内部运动的趋势，运动过程中需克服液体内部分子对其斥力作用，液体内部分子有向液体表面运动的趋势，运动过程中需克服液体内部分子的斥力及引力双重作用。因此，液体表面分子更易向内部运动。然而这种运动必须是平衡的，因此，必然有一种力来阻碍液体表面分子的迁移，这种力就是表面张力，表现形式即为在液体表面形成凹液面[3]。

通过以上实验可知，改性沥青经冷却后变为凹液面，可能存在表面张力。为了证实这种张力的存在，分别测试了2.3中的实验材料。改性沥青制备好后在180℃保温1 h，并在180℃条件下测试改性沥青表面的张力系数，结果如表6所示。

表6 不同比例聚烯烃改性沥青在180℃下的表面张力系数

由表6可知，聚烯烃改性沥青于1.2中的容器中表面存在张力，且张力大小随着聚烯烃掺量的增大而逐渐减小，凹液面差也逐渐减小。因此，凹液面差可以从侧面反映改性沥青表面张力的大小。

由此可知，SBS对表面张力起正相关关系，随着SBS掺量的增大，液面的表面张力逐渐增大。这是由于SBS作为一种分子质量在15万～25万的刚性大分子，在沥青中溶胀分散，然而冷却后能量降低，分子间距减小，逐渐收缩，且数量越多，相互间的作用越明显。

对于聚烯烃而言，其本身为线性柔性结构，加热冷却后分子间的作用力不强，因此表现为随着掺量的增大，降低了体系整体的张力，因此凹液面差逐渐减小[4]。

2.6 表面张力的减小措施

鉴于改性沥青卷材中由于基质沥青本身及改性剂作用下

造成的厚度差异，可从以下方面减小卷材的厚度差异。（1）由于改性剂的分子质量和柔性对改性沥青冷却后的收缩起到至关重要的作用，因此可以用柔性大的分子取代柔性小的分子来减小厚度差异；（2）在生产成型过程的涂覆改性沥青环节，通过调节挤压辊，使其尽可能平行，以保证卷材纵向方向的厚度均匀性，以此减小厚度差异；（3）采用多次涂覆过程，使每次涂覆的改性沥青均能密实、均匀地相互层叠；（4）卷材在冷却水床过程中，提升水温，延长冷却距离，避免卷材上的改性沥青骤冷后的快速变形。

3 结语

改性沥青防水卷材在生产过程中，改性沥青经过涂覆后表面存在张力作用，这种张力随着冷却过程的进行逐渐变大，作用在卷材上表现形式为卷材的厚度存在差异。这种由表面张力引起的厚度差异存在于基质沥青中，且在改性剂的作用下差异更为明显。影响厚度差异的因素包括：（1）刚性越强的分子，随着添加量的增加，厚度的差异将逐渐增大；（2）柔性越大的分子，随着添加量的增加，厚度的差异将逐渐减小；（3）改性沥青总厚度越厚，表面张力作用力越强，厚度差异越明显。

通过分析和实践，提出了减小卷材厚度差异的措施：（1）减小改性剂的内聚力，提高改性剂的柔性；（2）定期调整挤压辊使其保持平行，减小纵向卷材的厚度差异；（3）采用多次涂覆过程，增加改性沥青间的密实程度和平整度；（4）延长卷材冷却距离，减小单位时间冷却幅度。