聚合物改性沥青防水卷材研究进展*

龙莹春 鲁圣军 庭开艳 冯一 李庆彪

摘 要 综述了防水卷材的特点，介绍了热塑性丁苯橡胶（SBS）改性沥青防水卷材和无规聚丙烯（APP）改性沥青防水卷材的改性原理和研究进展。建议国内外企业和科研机构研究环保、无污染、防水性能更好的聚合物改性沥青防水卷材。

关键词 建筑防水材料；SBS改性沥青防水卷材；APP改性沥青防水卷材

Research progress of polymer modified asphalt waterproof rolling material

Long Yingchun， Ting Kaiyan， Feng Yi， Li Qingbiao， Lu Shengjun

（Department of Polymer Material and Engineering， College of Materials and Metallurgy，Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract This paper summarizes the characteristics of waterproof membrane， introduces the modification principle and research progress of Styrene Butadiene Rubber（ASTM，BS） （SBS） modified asphalt waterproof membrane and Atactic Polypropylene （APP） modified asphalt waterproof membrane， and suggests that domestic and foreign enterprises and scientific research institutions should study environmental protection and no pollution. Better waterproof performance of polymer modified asphalt waterproofing roll.

Key words Architectural waterproofing material； SBS modified asphalt waterproof roll； App modified asphalt waterproof roll

前言

防水卷材在国内国外建筑防水材料的应用中处于主导的地位，它在整个建筑防水材料中占有重要地位，广泛地被应用到房屋面、地下通道和其他特殊性的建筑防水，但沥青基防水卷材是目前使用量最大的防水卷材，由于沥青基防水卷材的防水性能较差，进而研究了改性沥青防水材料，在有水条件下灌注可增加混凝土裂缝的黏结强度从而达到防水作用[1]。它们不仅有较强的防水性，而且它的拉伸强度高，耐腐蚀性好，且耐低温。

防水卷材按照组成的不同又可分为三大类，分别为高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材、沥青防水卷材。其中高分子聚合物改性防水卷材为新型的防水材料，具有卓越的耐水性能，其次耐腐蚀、耐老化、拉伸强度高、延伸率大等性能优异，解决了传统防水材料易撕裂，易老化，寿命短，环境污染大等问题。近年来高聚物改性沥青防水卷材发展迅速在高等房屋建筑、地下和其他特殊建筑尤其需要使用这种高聚物改性沥青，减少防水材料的护养次数，保证建筑防水的质量。

1 国内外应用现状

六十年代初，意大利、法国、荷兰等国家先后用高分子材料对石油沥青改性，生产出SBS、APP改性沥青油毡，其他西歐国家也得到了迅速发展[2]。目前，国外的相关公司已经向中国建筑市场推荐SBS、PE等改性沥青，其中PE改性沥青已经成功在中国建筑市场占据一席之地。

在我国改性沥青防水卷材是目前发展最快的新型防水材料，随着技术的发展，改性沥青从实验室逐渐走向大众的视野，使得改性沥青得到了全球性的广泛生产和应用。例如，1994年北京机场高速公路第一次将改性沥青作为道路的铺设材料；1997年通顺路、北京长安街使用SBS改性；北京奥运会场馆、国家粮食储存库和上海无渗漏工程建设中采用SBS、APP改性。这些建筑工程为改性沥青在公路道路与场馆建筑中广泛使用，起到了最好的示范性作用。特别是利用国产的SBS改性沥青面层，因为其有优秀的稳定性、抗裂性，还有早期病害少的实践经验，使得成为全国一流的改性材料，在一些超重交通问题的省市尤为需要。

2 聚合物改性沥青防水卷材

聚合物改性沥青防水卷材是指在沥青中加入定量的改性剂[3]，使沥青在稳定性、耐久性、抗老化性等方面得到改善，目前改性沥青使用最多的改性剂是聚合物的改性剂，一般分为弹性体改性剂和塑性体改性剂[4]，其中弹性体改性剂主要为用SBS改性沥青防水卷材，塑性体改性剂主要为用APP改性沥青防水卷材。

2.1 SBS改性沥青防水卷材

SBS是一种热塑性弹性体全名又称为热塑性丁苯橡胶，是以丁二烯和苯乙烯为单体，以丁基锂为引发剂采用阴离子聚合产生的嵌段共聚物。常见SBS结构有线型结构和星型结构：

线性：[CH2-CH（C6H5）]n-[CH2-CH=CHCH2]m-[CH（C6H5）-CH2]n

星型：{[CH3-CH（C6H5）]n-[CH2-CH=CH-CH2]m}4Si

SBS改性沥青防水材料是以聚酯毡、玻纤毡、玻纤增加聚酯毡为胎基，表面涂有隔热材料的卷材。SBS分子链中的PS链段物理交联区域间的相互作用使沥青分子之间不产生滑移从而改善沥青高温变形的能力（提高刚度），同时也提高了沥青的抗裂开和收缩的能力。目前国内外已经大量使用SBS作为沥青改性剂并把SBS改性沥青实施到公路、建筑等方面。

（1）SBS改性沥青防水卷材原理

沥青的SBS改性属于高聚物物理混合过程，沥青与SBS之间相容性差，可以通过高速机械剪切力的作用将SBS小碎块均匀地分散在沥青中，在稳定剂的作用下形成稳定的三维网络空间结构，使SBS与沥青通过相界面分子之间的相互作用结合在一起，沥青分子在相界面上与SBS改性剂形成新的区域性结构，生成SBS—沥青接枝物，使两者很好地结合从而提高了两者的相容性。

SBS是塑性弹性体具有多相的结构，其中分子链的中间丁二烯聚合物链段构成连续相，而与丁二烯聚合物链段相连两端的苯乙烯聚合物链段形成聚集相。又因为SBS中具有PS链段和PB链段从而使改性的沥青具有低温不发脆，高温不软化的特点。当SBS分散在沥青中时，原来的胶体结构平衡被打破，发生了溶胀现象，同时中基吸收沥青的软青质组分形成很多的海绵状的材料，建立新的结构体系，在沥青中形成具有弹性的网状结构，使得沥青的性能得到全面的改善[5-6]。

（2）SBS改性沥青防水卷材研究进展

为了打破传统SBS改性沥青防水卷材在冷热极端环境条件下的限制，科顺防水科技股份有限公司的张军[7]在2016年通过不断试验，并选择不同的SBS弹性体改性剂、FS辅助改性剂及调整沥青、基础油等原材料的比例，研制出了一种既耐-40 ℃高寒，又耐115℃高温的SBS改性沥青防水卷材，为极寒或极热地区的桥梁、公路及房屋的防水所需开辟了一条新的道路。

普通防水沥青因在防水的过程中受到太阳光长时间的照射受热会发生软化和形变，为了改善普通沥青的这一缺点，弓锐、弥海晨[8]两人以BE-Q型乳化剂、降粘剂配合SBS改性剂对普通沥青进行改性，通过测试改性沥青的软化点、延度以及弹性恢复。总结得出随着SBS改性剂的用量增加，沥青的软化点、延度以及弹性恢复都有提高，最佳SBS改性剂掺量为3%左右。通过这一方法成功的延长沥青受热软化的时间，也增大了沥青的延度、软化点以及弹性恢复，使SBS改性沥青具有良好的高温稳定、低温韧性、防水性能优良。

随着我国的经济快速的发展，国家在建设高速公路这方面投入了很大的精力，短短的几十年，我国建设的高速公路路程就到达了十几万公里。但是，近几年超载的车辆不断增加、紫外线的照射以及雨水渗透等综合因素的影响，给路面带来严重的损坏，尤其是防水层的损坏，大大缩短了公路的运行寿命。华北高速有限公司的专业技术员[9]通过实验室实验和现场试验以高含量的SBS改性沥青防水材料采用分层结构，达到良好的防水效果，有效地防止了水对公路、桥梁路面的损坏，提高了安全系数。

2.2 APP塑性体改性沥青防水卷材

塑性体改性沥青防水卷材是指以聚酯毡为胎基，以无规聚丙烯（APP）或聚烯烃类聚合物（APAO、APO等）作石油沥青改性剂，两面覆以隔离材料所制成的防水卷材。APP是聚丙烯PP生产过程中产生的副产物，具有良好的耐高温性能。由于它与沥青容易混合且价格低廉，发展及其应用十分迅速，是目前国内外塑性体改性沥青使用最广的改性剂。

（1）APP的性质及其与沥青的共混机理

APP是无规聚合物，所以结构非晶性。物理性质与等规PP相比较呈现较大差异，因而无法注塑成型。作为沥青改性剂是它的主要用途。具体方法有溶剂法和气相本体法。在我国的石化企业中，燕山石化和辽阳石化均采用溶剂法生产PP，这种聚合方法产生的APP较多，所以生产过程中要用溶剂将产生的APP洗去，对资源的浪费较大[10]。1996年之后，一部分企業才改用气相本体法，该方法得到大量APP，却也造成了PP的短缺问题。

通过一定方法将APP渗入沥青后可按比例提高其软化点，延伸率和黏结性能进而提高防水卷材的耐紫外线使其具有更好的耐老化性特点。这是由于APP结构中所含极性碳原子少使得单键结构不易分解而具有良好的稳定性。经过APP改性的沥青防水卷材具有更好的抗冲击性，不易产生永久变形。顾名思义材料以塑性为主，正是由于改性后的沥青防水卷材具有更好的抗冲击性及耐老化性，它更容易在长时间的破坏下保持美观性。

（2）APP改性沥青防水卷材研究进展

上海建科检验有限公司的蒋勤选[11]与上海建筑防水材料（集团）公司的孙飞跃使用高克重（≥25g/m2）长丝聚酯毡、添加了奥地利“HERBITECT”品牌抗根剂的APP改性沥青、聚乙烯膜、细沙或矿物粒料研制出了具有优秀阻根性能的耐根穿刺防水卷材，这一优异性能能够用于种植层面技术，使建筑层面的防水层拥有了耐根穿刺的能力，并且极大地保障了绿化建筑的工程质量及寿命。

随着飞机日夜的不断的起飞与降落有些跑道出现了水泥板块的断裂，是因为下面路基的积水造成，在飞机载荷的情况下泥浆挤压喷出，板缝之间的缝隙不断增大，铺盖在水泥板上的防水沥青不断地受到飞机起降的冲击、剪切、撕裂的作用，防水沥青的作用急剧的下降，寿命不长。桂林奇峰岭机场的技术人员[12]采用4 mm 厚聚酯胎基APP 防水卷材与沥青覆盖在跑道上，经过跑道试验裸露在外面的APP改性沥青卷材经得起飞机起降的冲击、剪切、撕裂，未被撕裂与掀起，防水作用优异，延长了跑道的寿命，保护了飞行人员的安全。

3 发展方向

改性沥青的研究发展和实践应用在国内国外的分量越来越重，不但是因为其优越的性能特点，还包括其用量只是普通沥青的40%-60%，大大降低了成本用量。我国的改性沥青材料已经有了良好的发展历程和条件，随着现代化城市的改造与道路的建设，改性沥青将会有越来越多的市场需求，因此人们对防水材料的要求逐渐提高。但我国防水材料的技术和设计有待提高，建议国内外企业和科研机构大力发展改性建筑防水材料，研究环保、无污染、防水性能更好的材料将会使我国的建筑防水工程有更高的飞跃。

参考文献

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[2] 马韬速.地下室SBS改性沥青防水卷材施工[J].科技与企业，2014，（14）：235-235.

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[6] 李立寒.聚合物改善沥青性能的基础条件[J].石油沥青，1995，（3）：30-34.

[7] 张军.一种耐高温、超低温SBS改性沥青防水卷材的研制[J].中国建筑防水，2016，（14）：10-13.

[8] 弓锐，弥海晨.SBS改性剂对改性乳化沥青性能影响研究[J].石油沥青，2017，31（5）：1-3.

[9] Zhang，H.F.，L.Y. Wei， N. An.The Application of High Content SBS Modified Asphalt Waterproof Layer in the Project of Jing-Jin-Tang Highways Bridge Deck Maintenance[J].Advanced Materials Research，2014，（919-921）：1178-1183.

[10] 范新宇，刘力奇.塑性体改性沥青防水卷材发展新探[C].全国防水技术经验交流会暨防水技术专业委员会学术年会. 全国防水技术经验交流会暨防水技术专业委员会学术年会论文集.北京：北京金源东和化学有限责任公司，1997：17-19.

[11] 蒋勤选，孙飞跃.APP改性沥青耐根穿刺防水卷材的研发与应用[J].上海建材，2013，（1）：18-20.

[12] 朱贤明，雷俊卿.路桥用APP防水卷材的防水机理分析与应用[J].公路交通技术，2004，（6）：46-50.