聚合物改性沥青防水卷材高性能化途径探讨.pdf

Discussion on Performance Upgrading Approach of PolymerModified Bitumen Waterproofing MembraneZhang Yong，Li Nan，Hu Xibao（China National Building Waterproof Association,Beijing 100055,China）Abstract:Based on the research on durability and reliability regulations of hot-melt polymer modified bitumen waterproofingmembrane in domestic and foreign standards,this article analyzes the technical essence of“high-performance”of this type ofwaterproofing material.It proposes to start with raw materials,formula,production process,application technology and otheraspects to achieve performance upgrading of polymer modified bitumen waterproofing membrane.Key words:high-performance polymer modified bitumen waterproofing membrane;durability;reliability;waterproofingengineering聚合物改性沥青防水卷材高性能化途径探讨改革开放以来，伴随着经济腾飞，国内建筑防水行业取得了长足的发展。防水材料产品体系、生产装备、检测评价、设计和施工技术等与国外先进水平的差距显著缩小，但防水工程质量仍有待进一步提高。强制性工程建设规范建筑与市政工程防水通用规范（GB 550302022）明确提出了工程防水设计工作年限，并以此为抓手保证和提高防水工程质量，提高各类防水材料的耐久性和防水系统的可靠性已成为当务之急。1“高性能”的本质建筑防水是一门面向工程建设的应用学科，任何新材料、新产品、新技术、新工艺均以解决过程中遇到的防水问题，并不断提高质量和效率为目标。工程防水设计工作年限是指工程防水系统在不需进行大修即可按预定目的使用的年限，是工程防水设计的重要参数和性能目标。防水系统包括防水层及构造、细部节点、排水措施等。防水材料是形成防水系统的物质基础，保证和提高工程防水设计工作年限势必需要不断提高防水材料的耐久性及可靠性。材料的收稿日期：2023-07-25作者简介：张勇，男，1976 年生，研究员，中国建筑防水协会总工，主要从事建筑防水应用技术研究及标准化工作。联系地址：100055 北京市丰台区广安路 9 号国投财富广场 1 号楼12A，电话：010-88415189，E-mail：。张勇，李楠，胡希宝（中国建筑防水协会，北京 100055）摘要：在调研国内外标准有关热熔聚合物改性沥青防水卷材耐久性与可靠性规定的基础上，分析了该类防水材料“高性能”的技术本质，提出应从原料、配方、生产工艺、应用技术等方面入手，实现聚合物改性沥青防水卷材的高性能化。关键词：高性能聚合物改性沥青防水卷材；耐久性；可靠性；防水工程文章编号：1007-497X（2023）-08-0001-04中图分类号：TU502；TU57+3文献标志码：A中国建筑防水China Building Waterproofing2023 年第 8 期8 月2023 No.8AugustDOI:10.15901/ki.1007-497x.2023.08.00101-耐久年限是指在标准化人工加速老化试验方法结果基础上，结合工程实践，由认证机构出具的在一定使用环境条件下，材料保持其功能完整性的年限。可见，防水材料的耐久年限是其耐久性的具体表征，而材料耐久性又是工程防水设计工作年限的基础。高性能混凝土评价标准（JGJ/T 3852015）中，高性能混凝土（high performance concrete，HPC）是指，以建设工程设计、施工和使用对混凝土性能特定要求为总体目标，选用优质常规原材料，合理掺加外加剂和矿物掺合料，采用较低水胶比并优化配合比，通过预拌和绿色生产方式以及严格的施工措施，制成具有优异的拌合物性能、力学性能、耐久性能和长期性能的混凝土。该定义对“高性能”的解释完全从工程需求出发，得到混凝土行业的普遍认同。参考高性能混凝土的定义，高性能聚合物改性沥青防水卷材，可定义为“以建设工程设计、施工和使用对卷材耐老化性和搭接可靠性要求为目标，选用优质石油沥青、聚合物改性剂、增强材料等原材料，优化配方及构造，以绿色方式制造的聚合物改性沥青防水卷材”。理解此定义需要注意：其一，“高性能”修饰的是“防水卷材”而非“聚合物”，所以对产品性能集中体现在卷材性能指标上；其二，该定义参考了“高性能混凝土”的定义，涵盖了原料、配方、生产和使用，落脚点为产品的耐久性和搭接可靠性；其三，“高性能聚合物改性沥青防水卷材”概念的提出源于工程应用要求，体现了屋面和防水工程的发展方向，即高耐久、长寿命、高可靠，但工程所处服役环境条件各不相同，因此是否“高性能”还与此相关。无特殊说明，“高性能”产品仅在一般环境条件下成立。2国内外现状衡量聚合物改性沥青防水卷材是否“高性能”，可参考各国基于工程实践制定的标准技术指标。本文选取国内工程使用最广的 SBS 改性沥青防水卷材为研究对象，依照建筑与市政工程防水通用规范（GB550302022）第 3.2 节有关耐水性、耐热老化性、人工气候加速老化、接缝剥离强度及接缝不透水性五项指标，横向比较国际主要标准有关技术指标。具体如表 13 所示。由表 1 可见，改性沥青防水卷材的热空气老化试验温度一般为 80 益或 70 益；试验时长，国内标准从10 d 起，最长 28 d，国外标准 84 d、168 d 不等。处理前后，国内标准重点关注拉伸性能、低温柔性、剥离强度和尺寸变化率的变化，国外标准重点关注低温柔性和接缝剥离强度变化。由表 2 可见，浸水处理试验条件一般为 23 益伊7d 或 23 益伊14 d，处理前后国内标准关注质量变化、拉伸强度和接缝剥离强度，国外标准关注低温柔性及表 1热空气老化处理条件及性能要求对比标准国别标准代号性能要求中国国标GB 18242200880 益伊10 d处理后，低温柔性升高不超过5益，其中玉/域型热老化前低温柔性分别为-20 益/-25 益；最大拉力保持率逸90%，最大延伸率保持率逸80%；尺寸变化率臆0.7%；质量损失率臆1%接缝剥离强度：无处理逸1.5 N/mmGB 550302022热老化按不低于 70 益伊14 d 的条件进行，试验后材料的低温柔性温度升高不应超过热老化前标准值 2 益接缝剥离强度：无处理逸1.5 N/mm，70 益伊7d 热处理后逸1.2 N/mm接缝不透水性：无处理及 70 益伊7 d 热处理后，均满足 0.2 MPa伊30 min 不透水GB/T 35609201780 益伊28 d 热老化处理后，拉伸性能保持率逸80%，低温柔性不降低美标ASTMD616470 益伊90 d 热老化处理前后，低温柔性保持-18 益不变欧标EN 137072013单层使用、表面有轻质保护层的改性沥青防水卷材，按 EN 1296 所示人工加速热老化试验方法测定，70 益伊84 d 处理后，低温柔性符合厂家标示值长期使用有重质保护层（如卵石压铺）、改性沥青垫层或用于中间防水层的改性沥青防水卷材则无需测定热老化性能欧洲建筑技术鉴定联合会（UEAtc）标准耐热度逸100 益，接缝剥离强度逸100 N/50mm，低温柔性臆-15 益无裂纹；70 益伊168 d热老化处理后，低温柔性升高不超过 15 益且小于 0 益，耐热度逸90 益，接缝剥离强度降低不大于 50%且逸25（N/50 mm）中国建筑防水2023 年第 8 期总第 465 期02-表 3人工气候加速老化条件及性能要求对比标准国别标准代号性能要求中国国标GB 182422008氙弧灯法，累计辐照能量 1 500 MJ/m2（720h），外观无滑动、无流淌、无滴落，低温柔性升高不超过 5 益，拉力保持率逸80%GB 550302022外露使用防水材料应采用氙弧灯进行人工气候加速老化试验，340 nm 波长处的累计辐照能量不应小于 5 040 kJ/（m2 nm），其中外露单层使用的卷材的累计辐照能量不应小于 10 080 kJ/（m2 nm）。老化试验后材料外观不应出现裂纹、分层、起泡、粘结和孔洞GB/T 356092017美标ASTMD6164欧标EN 137072013外露单层使用的聚合物改性沥青防水卷材，按照 EN 1296 测定 70 益伊84 d 的耐热老化性能，同时按照 EN 1297 进行 1 000 h UV照射人工加速老化性能测试，试验后产品外观应无开裂及裂纹、无流淌（EN 1850-1）欧洲建筑技术鉴定联合会（UEAtc）标准表 2浸水处理条件及性能要求对比标准国别标准代号性能要求中国国标GB 18242200823 益伊7 d 浸水后，质量增加臆1%（PE、S），臆2%（M）GB 550302022耐水性试验条件不应低于 23 益伊14 d，试验后外观不应出现裂纹、分层、起泡和破碎接缝剥离强度：无处理逸1.5 N/mm，23 益伊7d 浸水处理后逸1.2 N/mm接缝不透水性：无处理及 23 益伊7 d 浸水处理后，均满足 0.2 MPa伊30 min 不透水GB/T 35609201723 益伊14 d 浸水处理后，拉伸强度保持率逸80%美标ASTM D6164欧标EN 137072013欧洲建筑技术鉴定联合会（UEAtc）标准23 益伊7 d 浸水处理后，低温柔性升高不超过 5 益且小于 0 益；采用粘结搭接的产品，60 益伊7 d 浸水处理后，接缝剥离强度及剪切强度变化臆20%接缝剥离强度变化，即浸水处理后接缝剥离强度值及外观变化是考察的重点。这侧面反映出沥青基材料自身的疏水特点。由表 3 可见，仅对于外露使用的卷材，需要测定其人工气候加速老化性能。测试均采用氙弧灯法，国内标准累计辐照时间不低于 720 h，国外标准则延长到 1 000 h。考虑到 建筑与市政工程防水通用规范（GB 55030）实施后，外露防水产品的人工气候加速老化入门要求将大幅提高至 2 745 h（5 040 kJ/（m2nm），而绝大多数情况下，沥青基防水卷材均不外露使用（带页岩保护层的除外），故不再设定人工气候加速老化性能要求。众所周知，为降低原料成本在改性沥青中掺加废胶粉和废机油，不但会延长改性时间、增加能耗，造成沥青烟气排放超标，也会显著降低卷材的使用寿命及防水功能的可靠性。故对高性能聚合物改性沥青类防水卷材的评价还应采取更为严格的原料有害物质限制可溶物含量测试，以控制配方中有害物质的添加。根据国标 建筑防水卷材试验方法 第 26 部分 沥青防水卷材 可溶物含量（浸涂材料含量）（GB/T328.262007）的规定，萃取的终点为“回流溶剂第一次变为浅色为止”，实际中萃取时间往往超过 12 h 甚至长达 24 h，主要原因是涂盖料中的废胶粉在溶剂中的溶胀、溶解需要比 SBS 改性剂更长的时间。废胶粉添加量越大，萃取试验用时越长，反之，则用时短。高性能应该是高耐久性、高可靠性、高环保性等性能的综合体现。对聚合物改性沥青防水卷材而言，产品的耐久性和防水功能的可靠性是关注的重点，保证了这两点，则环保性，特别是生产阶段的环保性就有了基本保证。根据以上调研，结合验证试验结果，高性能聚合物改性沥青防水卷材（T/CWA 2082022）对高性能SBS 改性沥青防水卷材的技术指标规定如表 4 所示。由表 4 可见，从工程应用需求角度来看，高性能SBS 改性沥青防水卷材的接缝剥离强度、吸水率要求显著高于 GB 550302022 的规定。因此类卷材采用热熔搭接，其接缝不透水性保证度高，沿用 GB550302022 的规定即可。同时，为从原料及配方角度保障卷材的耐久性，表 4 也显著提高了对卷材可溶张勇，等：聚合物改性沥青防水卷材高性能化途径探讨03-卷材构造胎体增强材料聚合物改性剂防水沥青工程防水设计工作年限运维质量验收施工工程设计可溶物含量渗油性低温柔性接缝剥离强度接缝不透水性材料性能图 1高性能 SBS 改性沥青卷材性能、配方及应用间联系表 4高性能 SBS 改性沥青防水卷材技术指标项目指标可溶物含量（萃取时间不超过 3 h，g/m2）3 mm 厚逸2 1004 mm 厚逸2 900渗油性（90 益伊24 h，张）臆2低温柔性无处理-25益，无裂纹热老化（80 益伊28 d）处理-25益，无裂纹吸水率（60 益伊7 d）试验后外观无裂纹、无分层、无发黏、无起泡、无破碎，质量增加臆2%（PE、S），臆3%（M）接缝剥 离 强度（平均剥离力平均值）无处理逸2.0 N/mm热处理（80 益伊7 d）逸1.8 N/mm浸水处理（23 益伊7 d）逸1.8 N/mm物含量、渗油性、低温柔性三项指标的要求。3高性能化途径从以上调研和分析可见，宜从原料、配方、产品构造、生产工艺等方面入手，实现卷材的“高性能”化，但要满足工程防水设计工作年限的要求，还应重视设计、施工、质量验收及运维，如图 1 所示。从图 1 可见，可将卷材的性能指标划分为耐久性（指标包括可溶物含量、渗油性、低温柔性）和可靠性（搭接边剥离强度及不透水性）两大类。卷材耐久性和可靠性均与卷材的原料、构造及生产工艺有关，且二者均又是工程防水设计的必须考虑的因素，应结合勘察、设计、施工、验收和运维，共同满足工程防水设计工作年限之要求。原材料方面，宜选用石化炼厂出产的专用防水沥青，选择高针入度、低柔度、低蜡含量的品种，这不但可以节约改性时间及能耗，也可适当减少聚合物改性剂用量，降低废气排放。沥青改性剂的选用，应摒弃掺加废轮胎胶粉、废机油（“二废”）的行业陋习。在防水通用规范发布实施、全社会要求切实提高防水工程质量的大背景下，行业如继续因袭旧习，在改性沥青中掺加“二废”，实属饮鸩止渴之短视行为。胎体增强材料提供必要的力学强度，是贯通连续式生产线的基础物料。传统的聚酯无纺布胎体从短纤改为长纤后，厚度有所下降，但仍然有近 1.8 mm，导致改性沥青涂盖料厚度略显单薄，进而影响到卷材的搭接可靠性，特别是在 T 型搭接部位。采用高强、更薄、尺寸稳定性更好的胎体，有助于提高卷材搭接的可靠性。据试验研究，自粘类卷材采用胶-胶搭接的可靠性显著高于胶-膜搭接，因此，改变搭接边构造以及采用偏胎构造，也有助于提高卷材搭接边的可靠性。有了原材料的基础，再配合优化沥青改性及涂布、冷却等生产工艺环节，可望制造出性能优良的卷材产品。为满足工程防水设计工作年限的规定，需要根据工程防水类别和使用环境类别综合得到防水等级，并以此为依据进行工程防水设计。因地制宜进行合理选材就是设计的一个重要环节，选择的依据就是材料的耐久性和可靠性。再以设计为依据，进行施工，加强施工过程中产品进场复验、隐蔽工程验收等质量控制，加上运维期间的常规养护维修，有望在技术层面实现工程对防水的高质量需求。4结论聚合物改性沥青防水卷材“高性能化”是行业发展的必然趋势。高性能以防水工程需要的材料耐久性和可靠性为目标，从沥青、聚合物改性剂、胎体材料、卷材构造、生产工艺等多个方面着手，以技术指标约束为手段，通过设计、施工、验收和运维的工程全生命周期努力，满足工程防水设计工作年限对材料性能的要求。（编辑：庞正其）中国建筑防水2023 年第 8 期总第 465 期04-