道橋用sbs改性瀝青防水卷材的研制

道橋用sbs改性瀝青防水卷材的研制

為了延長道路和橋梁的使用壽命，降低維護(hù)成本，需要在道路上設(shè)置防水層。目前,APP改性瀝青防水卷材以其優(yōu)異的耐高溫及防水性能在道橋上得到了應(yīng)用,但由于我國北方地區(qū)冬季氣溫很低,而APP改性瀝青防水卷材低溫性能相對較差(-10~-15℃,JC/T974—2005),不適于在這些地區(qū)使用。因此,我們研制了道橋用SBS改性瀝青防水卷材,該卷材的性能指標(biāo)達(dá)到或超過了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T974—2005,具有高耐熱、高延伸、抗剪切和耐老化性能,尤其是其優(yōu)異的低溫性能,特別適合在北方地區(qū)的道橋上應(yīng)用。1ds卷材與道橋用sb卷材的性能對比本研究是在以往生產(chǎn)普通SBS改性瀝青防水卷材的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,道橋用SBS卷材比普通SBS卷材有更多的性能要求,如鹽處理、熱老化等,應(yīng)用性能如:50℃剪切和粘結(jié)強(qiáng)度、熱碾壓后抗?jié)B性、接縫變形能力等。普通SBS卷材和道橋用SBS卷材的耐熱性能和低溫性能對比見表1。通過表1可以看出,道橋用SBS卷材的性能明顯優(yōu)于普通SBS卷材。拉力和延伸率性能方面可通過選用優(yōu)質(zhì)胎體解決;耐熱度和低溫柔性的提高是本次研究的重點(diǎn),即提高瀝青涂蓋料的軟化點(diǎn)和低溫柔度。因此,在原材料選擇上應(yīng)有更高的要求。1.1在改性文獻(xiàn)中的應(yīng)用SBS和瀝青的相容性是決定改性瀝青性能的關(guān)鍵因素。通過對瀝青組分的分析和瀝青膠體理論的研究發(fā)現(xiàn):瀝青質(zhì)含量較高的瀝青不宜進(jìn)行改性;飽和分能使SBS結(jié)構(gòu)中的聚丁二烯(PB)段得到溶脹,但對聚苯乙烯(PS)段的溶脹較差,致使PS段易聚集;芳香分可以使SBS中的PS段得到充分的溶脹,降低PS段的物理交聯(lián)能力,又能使PB段溶脹與分散,提高鏈段運(yùn)動(dòng)的自由度,促進(jìn)SBS和基質(zhì)瀝青充分相容,從而使改性瀝青的性能最優(yōu)、穩(wěn)定性最好。因此,本實(shí)驗(yàn)選用瀝青質(zhì)含量較少、飽和分含量適中、芳香分含量較多的基質(zhì)瀝青AH-100#,其具體指標(biāo)見表2。1.2ss嵌段比對改性瀝青性能的影響SBS按結(jié)構(gòu)可分為星型和線型,星型結(jié)構(gòu)SBS具有更多的化學(xué)交聯(lián)點(diǎn),分子間的相互作用力大,因而對基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)提高幅度較大,改性瀝青具有較好的高溫性能;線型結(jié)構(gòu)SBS對基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)提高幅度較小,但其在5℃時(shí)延伸度可以達(dá)到70cm以上,使改性瀝青具有較好的低溫性能和穩(wěn)定性。SBS的嵌段比S/B對改性瀝青的性能也有一定影響,當(dāng)分子鏈中PS段比例增加時(shí),SBS拉伸強(qiáng)度增大,變形性能及伸長率下降,其改性瀝青粘度大,具有較好的耐高溫性能,但柔性較差;反過來PB段含量增加,則改性瀝青的高溫性能不佳,但延度往往較大,低溫性能好。綜合以上兩種因素,本實(shí)驗(yàn)選用燕山石化產(chǎn)的SBS4303,星型,S/B為30/70。1.3優(yōu)塑劑增塑劑能有效降低聚合物的玻璃化溫度,提高制品的低溫性能。根據(jù)相似相容原理,本實(shí)驗(yàn)選用環(huán)烷油來溶解SBS,以改善瀝青的低溫柔性。1.4輔助改性瀝青的用量SBS為苯乙烯-丁二烯的嵌段聚合物,PB和PS鏈段形成的三維結(jié)構(gòu)使它具有兩個(gè)玻璃化溫度:Tg1為-80℃左右,Tg2為90℃左右,外在表現(xiàn)為高溫下具有塑性、低溫下具有橡膠特性,這也決定了單用SBS來改性瀝青無法滿足道橋用瀝青卷材的耐熱性能要求,因此,必須加入輔助改性劑來解決。本實(shí)驗(yàn)選用的耐高溫助劑玻璃化溫度大于Tg2(90℃),能夠和SBS改性瀝青相容,形成微觀的非均相體系,提高改性瀝青的耐熱性能。1.5填充材料采用滑石粉作填料來降低成本。2實(shí)驗(yàn)方法2.1電子流量計(jì)密度計(jì)及依據(jù)電動(dòng)攪拌器,臺(tái)秤(0.01g),電加熱系統(tǒng)(帶排煙裝置),小反應(yīng)罐,電子溫度計(jì)(0~200℃、200~300℃兩個(gè)量程)。2.2試料的制備將瀝青與增塑劑混合加熱升溫,開動(dòng)攪拌。當(dāng)溫度升至180~190℃時(shí)加入SBS,溫度保持在190~200℃之間,待SBS溶解(約1~1.5h)后加入耐高溫助劑,待其溶解(約0.5h)后加入滑石粉,攪拌均勻,把混合料倒出制樣。測量軟化點(diǎn)及低溫柔度。2.3測定軟化點(diǎn):根據(jù)GB/T4507—1999測定。耐熱性及低溫柔度:按照建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T974—2005《道橋用改性瀝青防水卷材》的規(guī)定進(jìn)行。3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為使原材料中各組分的配比趨于合理,減少實(shí)驗(yàn)數(shù)量,決定采用正交實(shí)驗(yàn)法,并考核軟化點(diǎn)、低溫柔度這兩個(gè)指標(biāo)。3.1確定組合組分用量通過分析,本實(shí)驗(yàn)決定考察各組分用量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。為便于分析,將滑石粉的用量固定為25%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同),而對其他四個(gè)組分,只需確定其中三個(gè)組分的用量,另一組分用量即隨之確定。為此,根據(jù)聚合物改性瀝青卷材的生產(chǎn)和研究經(jīng)驗(yàn),確定了SBS、增塑劑和耐高溫助劑的用量這三個(gè)因子及其水平,見表3。3.2實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和結(jié)果對本實(shí)驗(yàn)的3個(gè)三水平因子進(jìn)行正交設(shè)計(jì),得出如下方案,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方案及其結(jié)果見表4。4各子級差的估計(jì)對表4中的軟化點(diǎn)和低溫柔性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,分別計(jì)算出各因子在各個(gè)水平上獲得的和T1、T2、T3與平均值t1、t2、t3及對應(yīng)的級差R,如表5所示。并根據(jù)表5數(shù)據(jù),畫得各因子用量-軟化點(diǎn)圖(圖1)、各因子用量-低溫柔性圖(圖2)。4.1不同用量下ss--預(yù)軟化點(diǎn)的影響由表5中的數(shù)據(jù)可以得出各因子對軟化點(diǎn)和低溫柔性指標(biāo)影響的程度,判斷的原則是:級差R越大,該因子對軟化點(diǎn)的影響越明顯。1)對軟化點(diǎn)而言,表5中耐高溫助劑的用量所對應(yīng)的級差最大,表明這個(gè)因子對其影響最明顯,且隨著用量的增加,軟化點(diǎn)提高的幅度越大;其次是SBS,且隨著SBS用量的增加,軟化點(diǎn)提高的幅度減小;增塑劑的影響最小,在5%~7%的范圍內(nèi),加大用量,可使軟化點(diǎn)有一定的提高,這是因?yàn)樵鏊軇?huì)促進(jìn)改性劑和瀝青混溶,使改性劑更好地發(fā)揮作用,但添加過多會(huì)對改性瀝青起稀釋作用,導(dǎo)致軟化點(diǎn)下降。2)對低溫柔性而言,表5中SBS用量所對應(yīng)的級差最大,表明這個(gè)因子對其影響最明顯;其次是增塑劑;耐高溫助劑的影響最小。4.2原材料用量的確定通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析,我們可以確定3個(gè)因子的最優(yōu)組合:SBS13%、增塑劑7%、耐高溫助劑8%。但在實(shí)際生產(chǎn)中,考慮到經(jīng)濟(jì)效益,在產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下,可對原材料的用量作適度調(diào)整。調(diào)整后道橋用SBS改性瀝青防水卷材的生產(chǎn)配方如下:100#道路瀝青53%~55%、SBS9%~10%、增塑劑7%、耐高溫助劑4%~5%、滑石粉25%。5增溶劑和助劑對卷材品質(zhì)的影響道橋用SBS改性瀝青防水卷材與普通SBS卷材的生產(chǎn)工藝基本一致,這里不再贅述。但應(yīng)注意以下幾點(diǎn):1)加料順序:道路瀝青→增塑劑→SBS→耐高溫助劑→滑石粉;2)SBS經(jīng)膠體磨研磨充分溶解后方可加入耐高溫助劑,耐高溫助劑一般0.5h后即可溶解;3)配料溫度保持在180~200℃。依據(jù)實(shí)驗(yàn)室推薦配方生產(chǎn)的卷材按行標(biāo)《道橋用改性瀝青防水卷材》(JC/T974—2005)進(jìn)行檢驗(yàn),其結(jié)果見表6。由表6數(shù)據(jù)可以看出:按該配方生產(chǎn)的道橋用SBS改性瀝青防水卷材的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T974—2005的要求。6防水卷材研制本研究所選