道桥用sbs改性沥青防水卷材的研制

道桥用sbs改性沥青防水卷材的研制

为了延长道路和桥梁的使用寿命，降低维护成本，需要在道路上设置防水层。目前,APP改性沥青防水卷材以其优异的耐高温及防水性能在道桥上得到了应用,但由于我国北方地区冬季气温很低,而APP改性沥青防水卷材低温性能相对较差(-10~-15℃,JC/T974—2005),不适于在这些地区使用。因此,我们研制了道桥用SBS改性沥青防水卷材,该卷材的性能指标达到或超过了行业标准JC/T974—2005,具有高耐热、高延伸、抗剪切和耐老化性能,尤其是其优异的低温性能,特别适合在北方地区的道桥上应用。1ds卷材与道桥用sb卷材的性能对比本研究是在以往生产普通SBS改性沥青防水卷材的基础上进行的,道桥用SBS卷材比普通SBS卷材有更多的性能要求,如盐处理、热老化等,应用性能如:50℃剪切和粘结强度、热碾压后抗渗性、接缝变形能力等。普通SBS卷材和道桥用SBS卷材的耐热性能和低温性能对比见表1。通过表1可以看出,道桥用SBS卷材的性能明显优于普通SBS卷材。拉力和延伸率性能方面可通过选用优质胎体解决;耐热度和低温柔性的提高是本次研究的重点,即提高沥青涂盖料的软化点和低温柔度。因此,在原材料选择上应有更高的要求。1.1在改性文献中的应用SBS和沥青的相容性是决定改性沥青性能的关键因素。通过对沥青组分的分析和沥青胶体理论的研究发现:沥青质含量较高的沥青不宜进行改性;饱和分能使SBS结构中的聚丁二烯(PB)段得到溶胀,但对聚苯乙烯(PS)段的溶胀较差,致使PS段易聚集;芳香分可以使SBS中的PS段得到充分的溶胀,降低PS段的物理交联能力,又能使PB段溶胀与分散,提高链段运动的自由度,促进SBS和基质沥青充分相容,从而使改性沥青的性能最优、稳定性最好。因此,本实验选用沥青质含量较少、饱和分含量适中、芳香分含量较多的基质沥青AH-100#,其具体指标见表2。1.2ss嵌段比对改性沥青性能的影响SBS按结构可分为星型和线型,星型结构SBS具有更多的化学交联点,分子间的相互作用力大,因而对基质沥青的软化点提高幅度较大,改性沥青具有较好的高温性能;线型结构SBS对基质沥青的软化点提高幅度较小,但其在5℃时延伸度可以达到70cm以上,使改性沥青具有较好的低温性能和稳定性。SBS的嵌段比S/B对改性沥青的性能也有一定影响,当分子链中PS段比例增加时,SBS拉伸强度增大,变形性能及伸长率下降,其改性沥青粘度大,具有较好的耐高温性能,但柔性较差;反过来PB段含量增加,则改性沥青的高温性能不佳,但延度往往较大,低温性能好。综合以上两种因素,本实验选用燕山石化产的SBS4303,星型,S/B为30/70。1.3优塑剂增塑剂能有效降低聚合物的玻璃化温度,提高制品的低温性能。根据相似相容原理,本实验选用环烷油来溶解SBS,以改善沥青的低温柔性。1.4辅助改性沥青的用量SBS为苯乙烯-丁二烯的嵌段聚合物,PB和PS链段形成的三维结构使它具有两个玻璃化温度:Tg1为-80℃左右,Tg2为90℃左右,外在表现为高温下具有塑性、低温下具有橡胶特性,这也决定了单用SBS来改性沥青无法满足道桥用沥青卷材的耐热性能要求,因此,必须加入辅助改性剂来解决。本实验选用的耐高温助剂玻璃化温度大于Tg2(90℃),能够和SBS改性沥青相容,形成微观的非均相体系,提高改性沥青的耐热性能。1.5填充材料采用滑石粉作填料来降低成本。2实验方法2.1电子流量计密度计及依据电动搅拌器,台秤(0.01g),电加热系统(带排烟装置),小反应罐,电子温度计(0~200℃、200~300℃两个量程)。2.2试料的制备将沥青与增塑剂混合加热升温,开动搅拌。当温度升至180~190℃时加入SBS,温度保持在190~200℃之间,待SBS溶解(约1~1.5h)后加入耐高温助剂,待其溶解(约0.5h)后加入滑石粉,搅拌均匀,把混合料倒出制样。测量软化点及低温柔度。2.3测定软化点:根据GB/T4507—1999测定。耐热性及低温柔度:按照建材行业标准JC/T974—2005《道桥用改性沥青防水卷材》的规定进行。3实验设计为使原材料中各组分的配比趋于合理,减少实验数量,决定采用正交实验法,并考核软化点、低温柔度这两个指标。3.1确定组合组分用量通过分析,本实验决定考察各组分用量对实验结果的影响。为便于分析,将滑石粉的用量固定为25%(质量分数,下同),而对其他四个组分,只需确定其中三个组分的用量,另一组分用量即随之确定。为此,根据聚合物改性沥青卷材的生产和研究经验,确定了SBS、增塑剂和耐高温助剂的用量这三个因子及其水平,见表3。3.2实验计划和结果对本实验的3个三水平因子进行正交设计,得出如下方案,并进行实验,实验方案及其结果见表4。4各子级差的估计对表4中的软化点和低温柔性数据进行统计分析,分别计算出各因子在各个水平上获得的和T1、T2、T3与平均值t1、t2、t3及对应的级差R,如表5所示。并根据表5数据,画得各因子用量-软化点图(图1)、各因子用量-低温柔性图(图2)。4.1不同用量下ss--预软化点的影响由表5中的数据可以得出各因子对软化点和低温柔性指标影响的程度,判断的原则是:级差R越大,该因子对软化点的影响越明显。1)对软化点而言,表5中耐高温助剂的用量所对应的级差最大,表明这个因子对其影响最明显,且随着用量的增加,软化点提高的幅度越大;其次是SBS,且随着SBS用量的增加,软化点提高的幅度减小;增塑剂的影响最小,在5%~7%的范围内,加大用量,可使软化点有一定的提高,这是因为增塑剂会促进改性剂和沥青混溶,使改性剂更好地发挥作用,但添加过多会对改性沥青起稀释作用,导致软化点下降。2)对低温柔性而言,表5中SBS用量所对应的级差最大,表明这个因子对其影响最明显;其次是增塑剂;耐高温助剂的影响最小。4.2原材料用量的确定通过实验数据和数据分析,我们可以确定3个因子的最优组合:SBS13%、增塑剂7%、耐高温助剂8%。但在实际生产中,考虑到经济效益,在产品符合标准要求的前提下,可对原材料的用量作适度调整。调整后道桥用SBS改性沥青防水卷材的生产配方如下:100#道路沥青53%~55%、SBS9%~10%、增塑剂7%、耐高温助剂4%~5%、滑石粉25%。5增溶剂和助剂对卷材品质的影响道桥用SBS改性沥青防水卷材与普通SBS卷材的生产工艺基本一致,这里不再赘述。但应注意以下几点:1)加料顺序:道路沥青→增塑剂→SBS→耐高温助剂→滑石粉;2)SBS经胶体磨研磨充分溶解后方可加入耐高温助剂,耐高温助剂一般0.5h后即可溶解;3)配料温度保持在180~200℃。依据实验室推荐配方生产的卷材按行标《道桥用改性沥青防水卷材》(JC/T974—2005)进行检验,其结果见表6。由表6数据可以看出:按该配方生产的道桥用SBS改性沥青防水卷材的各项指标均达到或超过行业标准JC/T974—2005的要求。6防水卷材研制本研究所选