一种改性沥青防水卷材及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于高分子材料和防水材料领域，具体涉及一种改性沥青防水卷材及其制备方法和应用。


背景技术：

2.目前，铁路桥梁混凝土桥面、有砟轨道的防水体系一般采用如下结构：在混凝土基层上先铺设改性沥青防水卷材层，然后浇注一定厚度的混凝土或者沥青混凝土作为保护层。上述防水体系的防水性能取决于卷材是否能够与基层和保护层完全粘结以及卷材间是否牢固搭接、没有缝隙。
3.改性沥青防水卷材的结构一般包括改性沥青层和设置于其上下表面的隔离层。现有技术中已经出现了增强型改性沥青防水卷材，以聚酯毡等为增强胎基，在其上下表面分别依次设置改性沥青层和隔离层，如公开号cn114958237a的中国发明专利申请即公开了一种增强型自粘聚合物改性沥青聚酯胎防水卷材(公开日2022年8月30日)。
4.弹性体sbs是经常使用的沥青改性剂。但经调查发现普通sbs防水卷材常见质量问题主要集中在可溶性成分含量较低、低温柔韧性差和接缝剥离强度低等方面。为了降低制造过程的成本，现有技术中出现使用诸如机油等低成本材料来增加防水卷材的柔韧性。尽管这样制备出的防水卷材可以满足低温柔韧性方面的要求，但在热老化后，会使材料出现塌陷等状况。因此，经过一段时间运营后，大多数改性沥青防水卷材耐高低温性能衰减较快，与其下表面的混凝土基面和上表面的保护层失去粘接力，导致表面碎裂损坏严重，防水结构提前失效。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种新的改性沥青防水卷材及其制备方法和应用。本发明的改性沥青防水卷材耐高低温性能优良，与上下界面间的粘接力好，从而保证防水结构的持久性。
6.本发明采用了如下的技术方案：
7.一种改性沥青防水卷材，包括顺序设置的下隔离层、下改性沥青层、增强胎基层、上改性沥青层和上隔离层；所述下改性沥青层和上改性沥青层的原料组成相同，按照重量份计，原料包括：沥青40～60份、sbs弹性体5～15份、改性剂5～10份、溶剂油10～20份、填料10～20份、阻燃剂2.5～9.5份和耐低温助剂0.1～0.5份。
8.优选地，所述改性沥青防水卷材的厚度大于2mm且小于等于4mm。
9.优选地，所述上改性沥青层和下改性沥青层的原料由沥青、sbs弹性体、改性剂、溶剂油、填料、阻燃剂和耐低温助剂组成。
10.优选地，所述沥青选自70#、90#重交道路石油沥青中的一种或多种。
11.更优选地，所述沥青的针入度(25℃，100g，5g)为60～100(0.1mm)，软化点45～55℃。
12.优选地，所述sbs弹性体选自牌号yh1791、yh792、yh801、yh802、4402的sbs弹性体中的一种或多种。
13.更优选地，所述sbs弹性体选自牌号yh802和4402的sbs弹性体中的一种或两种。
14.优选地，所述改性剂选自三甲基氯硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、赖氨酸二异氰酸酯(ldi)、茂金属聚乙烯树脂、高密度聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯树脂(eva)中的一种或多种。
15.更优选地，所述改性剂选自甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)和茂金属聚乙烯树脂中的一种或多种。
16.优选地，所述溶剂油选自减三线油、糠醛抽出油、环烷油和芳烃油中的一种或多种。
17.更优选地，所述溶剂油选自糠醛抽出油和环烷油中的一种或两种。
18.优选地，所述填料选自硅粉、重质碳酸钙、轻质碳酸钙和硅藻土中的一种或多种。
19.更优选地，所述填料选自硅粉和轻质碳酸钙中的一种或两种。
20.优选地，所述阻燃剂选自聚磷酸铵和聚磷酸三聚氰胺中的一种或两种，以及选自二季戊四醇和季戊四醇中的一种或两种。
21.优选地，所述耐低温助剂为石墨烯。
22.优选地，所述增强胎基层选自短纤聚酯毡、长纤聚酯毡和聚丙烯无纺毡中的一种。
23.优选地，所述长纤聚酯毡的纤维长度大于等于6mm且小于19mm。
24.优选地，所述短纤聚酯毡的纤维长度小于6mm。
25.优选地，所述下隔离层的材料选自土工布和聚乙烯膜中的一种。
26.优选地，所述上隔离层材料选自细砂、石粉和胶粘剂中的一种或多种。
27.更优选地，所述细砂粒径小于0.6mm。
28.还优选地，所述石粉粒径小于0.075mm。
29.优选地，所述胶粘剂选自氯丁胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、丁基胶粘剂、eva热熔胶膜、tpu热熔胶膜、pes热熔胶膜、pa热熔胶膜和po热熔胶膜中的一种或多种。该胶粘剂外表面为光面，混凝土浇注以后，在水化热作用下胶粘剂与混凝土粘接在一起。
30.本发明还有一个目的在于提供上述改性沥青防水卷材的制备方法，包括如下步骤：
31.i.改性沥青的制备
32.i-1.按照配比准备原料；
33.i-2.将沥青预热至150～180℃，依次加入所述sbs弹性体、改性剂和溶剂油，170～180℃下慢速搅拌3～4h；
34.i-3.向步骤i-2得到的混合料中依次入所述填料、阻燃剂和耐低温助剂，保温，继续慢速搅拌3～4h，得到改性沥青；
35.ii.将增强胎基浸入所述改性沥青中1～2h，取出，压平并冷却，得到改性沥青和增强胎基复合材料；
36.iii.在步骤iii得到的改性沥青和增强胎基复合材料的一侧表面进行如下操作：
37.(a)喷洒细砂和/或石粉，至细砂和/或石粉覆盖50～80％的表面；
38.或
39.(b)或全部铺贴所述胶粘剂；
40.在另一侧面施加土工布或聚乙烯膜；得到改性沥青防水卷材；
41.iv.将步骤iii得到的改性沥青防水卷材的下隔离层朝外卷起，打包，得到成品。
42.优选地，所述步骤i中，慢速搅拌的搅拌速度为50～200rpm。
43.本发明第三个目的在于提供上述改性沥青防水卷材或者通过上述制备方法制备得到的改性沥青防水卷材在铁路桥梁混凝土桥面或有砟轨道的防水体系中的应用。
44.具体地，所述应用包括如下步骤：
45.(1)混凝土基层的准备
46.对混凝土基层进行除尘、除污、找平和干燥处理；
47.(2)去除所述改性沥青防水卷材的下隔离层，暴露出下改性沥青层；
48.(3)通过如下方法将所述改性沥青防水卷材固定在所述混凝土基层上：
49.a)用明火将所述改性沥青卷材下改性沥青层加热烘烤至软化状态，边烘烤边按压卷材，使卷材与混凝土基面充分粘接；或
50.b)在所述下改性沥青层表面上喷涂热粘涂料，边喷涂边铺贴，使卷材与混凝土基面充分粘接；或
51.c)在所述下改性沥青层表面上喷涂或涂抹胶粘剂，边喷涂或涂抹边铺贴，使卷材与混凝土基面充分粘接；
52.(4)所述改性沥青防水卷材铺贴完成后，将现场搅拌合的混凝土浇注至所述改性沥青防水卷材表面，振捣，养护。
53.本发明提供的改性沥青，各组分协同发挥作用。其中：
54.所述改性剂使改性沥青具有较高的延伸率、热处理老化后延伸率、人工加速气候老化后的延伸率、耐化学腐蚀性等，提高了防水卷材的不透水性、抗刺破强度等。
55.所述溶剂油提高了沥青、改性剂、sbs弹性体和填料之间的相容性。
56.所述填料有助于提高防水卷材的耐热性和力学性能，耐高温110℃不流淌。
57.所述阻燃剂赋予防水卷材较低的氧指数、燃烧无毒无烟、离火即熄等特点，有效避免了施工过程中人员、设施等风险。
58.所述耐低温助剂为石墨烯，少量的石墨烯与sbs弹性体和改性剂存在协同作用，共同提高了沥青的物理力学性能。
59.本发明的改性沥青防水卷材上隔离层中的胶粘剂，被保护层混凝土固化过程中释放的热量熔化，从而实现了卷材与混凝土保护层满粘，避免了后期服役过程中混凝土保护层冻融碎裂后窜水的风险。
具体实施方式
60.以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
61.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，部分原料购买情况如下：。
62.沥青：中国石油化工集团公司；
63.石墨烯：中国科学院成都有机化学有限公司；
64.sbs弹性体：中国石油化工集团公司；
65.改性剂：中国石油化工集团公司；
66.填料：国药试剂有限公司；
67.溶剂油：中国石油化工集团公司；
68.阻燃剂：湖北隆信化工实业有限公司；
69.胶粘剂：北京东方雨虹防水技术股份有限公司。
70.下述各实施例和对比例的改性沥青防水卷材，通过如下工艺步骤制备：
71.i.改性沥青的制备
72.i-1.按照配比准备原料；
73.i-2.将沥青预热至150～180℃，依次加入sbs弹性体、改性剂和溶剂油，170～180℃下慢速搅拌3～4h；
74.i-3.向步骤i-2得到的混合料中依次入填料、阻燃剂和耐低温助剂，保温，继续慢速搅拌3～4h，得到改性沥青；
75.ii.将增强胎基浸入所述改性沥青中1～2h，取出，压平并冷却，得到改性沥青和增强胎基复合材料；
76.iii.在步骤iii得到的改性沥青和增强胎基复合材料的一侧表面进行如下操作：
77.(a)喷洒细砂和/或石粉，至细砂和/或石粉覆盖50-80％的表面；
78.或
79.(b)全部铺贴胶粘剂；
80.在另一侧面施加土工布或聚乙烯膜；得到改性沥青防水卷材；
81.iv.将步骤iii得到的改性沥青防水卷材的下隔离层朝外卷起，打包，得到成品。
82.下述各实施例和对比例的改性沥青防水卷材通过如下步骤应用于铁路混凝土桥面或有砟轨道的防水体系：
83.(1)混凝土基层的准备
84.对混凝土基层进行除尘、除污、找平和干燥处理；
85.(2)去除所述改性沥青防水卷材的下隔离层，暴露出下改性沥青层；
86.(3)通过如下方法将所述改性沥青防水卷材固定在所述混凝土基层上：
87.a)用明火将所述改性沥青卷材下改性沥青层加热烘烤至软化状态，边烘烤边按压卷材，使卷材与混凝土基面充分粘接；或
88.b)在所述下改性沥青层表面上喷涂热粘涂料，边喷涂边铺贴，使卷材与混凝土基面充分粘接；或
89.c)在所述下改性沥青层表面上喷涂或涂抹胶粘剂，边喷涂或涂抹边铺贴，使卷材与混凝土基面充分粘接；
90.(4)所述改性沥青防水卷材铺贴完成后，将现场搅拌合的混凝土浇注至所述改性沥青防水卷材表面，振捣，养护。
91.实施例1～5一种改性沥青
92.实施例1～5的改性沥青的原料及用量见表1。
93.表1实施例1～5的改性沥青的配方表(单位：kg)
[0094][0095]
实施例6～10一种改性沥青防水卷材
[0096]
实施例6～10的改性沥青防水卷材由依次设置的下隔离层、下改性沥青层、增强胎基层、上改性沥青层和上隔离层构成，各层的材料见表2所示。
[0097]
表2实施例6～10的改性沥青防水卷材
[0098][0099]
对比例1～5一种改性沥青
[0100]
对比例1～5的改性沥青的原料及用量见表3。
[0101]
表3对比例1～5的改性沥青的配方表(单位：kg)
[0102][0103]
对比例6～10一种改性沥青防水卷材
[0104]
对比例的改性沥青防水卷材由依次设置的下隔离层、下改性沥青层、增强胎基层、上改性沥青层和上隔离层构成，各层的材料见表4所示。
[0105]
表4对比例的改性沥青防水卷材
[0106][0107]
测试例各实施例和对比例的改性沥青防水卷材的性能
[0108]
测定上述实施例和对比例的改性沥青防水卷材的相关性能，结果见表5和表6。
[0109]
表5各实施例的改性沥青防水卷材的性能测定结果
[0110][0111]
表5示出，本发明实施例6-10的防水卷材物理力学性能和耐老化性能好，与后浇的混凝土粘接力好，尤其是上隔离层为胶粘剂的防水卷材。因此，本发明的改性沥青防水卷材应用于混凝土路面或桥面的防水结构，能够保证防水结构的耐久性。
[0112]
表6各对比例的改性沥青防水卷材的力学性能
[0113][0114]
对比例1中阻燃剂和石墨烯用量过低，力学性能稍差，并且基本无阻燃性能。对比例2的改性剂用量较少，防水卷材的耐高低温性能均较差。对比例3中阻燃剂用量较大，严重影响了防水卷材的力学性能。对比例4较低的沥青含量，防水卷材的可溶物含量较低，粘合性和不透水性较差。对比例5中石墨烯用量较大，影响了防水卷材的链段结构，致使力学性能、耐高低温性能、不透水性均较差。