鄧文廣，李佰昌，王涵（中海瀝青股份有限公司，山東 濱州　256600）

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低硫環(huán)烷基原油瀝青制備防水卷材瀝青的研究

鄧文廣，李佰昌，王涵
（中海瀝青股份有限公司，山東 濱州256600）

利用環(huán)烷基原油瀝青的低溫延伸度大、感溫性能好等特點(diǎn)，通過(guò)加入調(diào)和油及增強(qiáng)劑進(jìn)一步提升瀝青的高低溫性能，以制備性能優(yōu)良的防水卷材瀝青，同時(shí)達(dá)到降低卷材生產(chǎn)成本的目的。

環(huán)烷基；瀝青；調(diào)和；防水卷材

建筑防水的質(zhì)量和應(yīng)用效果對(duì)建筑工程的結(jié)構(gòu)安全和壽命起著十分重要的作用。瀝青基防水卷材在我國(guó)防水材料中占有重要的地位，廣泛應(yīng)用于建筑物的地面、地下和其它特殊構(gòu)筑物的防水，是一種量大面廣的防水材料。目前，改性瀝青防水卷材是發(fā)展較快的新型建筑防水材料，改性瀝青性能是決定聚合物改性瀝青防水卷材質(zhì)量的關(guān)鍵因素。由于聚合物改性瀝青可以顯著提高瀝青的耐熱性，降低其低溫脆性，改善其彈性、塑性和低溫變形性，因此，聚合物改性瀝青代表著瀝青的發(fā)展方向，在未來(lái)將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

瀝青是瀝青基防水卷材的主要構(gòu)成原料，其性能直接影響防水材料的防水效果。為了滿足防水材料在實(shí)際使用過(guò)程中的需要，所使用的關(guān)鍵材料瀝青必須具有優(yōu)良的高低溫性能，這就需要加入高摻量?jī)r(jià)格昂貴的聚合物改性劑，因此造成了成本的大幅度上升。通過(guò)一系列預(yù)處理的措施，對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行預(yù)改性制備防水卷材瀝青，使用該瀝青進(jìn)行聚合物改性時(shí)，能夠大幅度降低聚合物改性劑摻量，達(dá)到節(jié)省成本、提高效益的目的。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青是進(jìn)行預(yù)處理最基礎(chǔ)的組分，不同種類的基質(zhì)瀝青性質(zhì)差別較大，對(duì)最終產(chǎn)品的性能影響非常顯著。因此，經(jīng)過(guò)篩選，本研究選用中海瀝青股份有限公司生產(chǎn)的中海AH-70，直餾重交瀝青。該瀝青具有低含蠟、低溫延伸度大、感溫性能好等特點(diǎn)。AH-70瀝青的技術(shù)指標(biāo)見表1所示。

表1　中海AH-70基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標(biāo)

1.2試樣制備

取一定量的基質(zhì)瀝青加入調(diào)和油，攪拌加熱至150℃，然后加入增強(qiáng)劑，繼續(xù)加熱至185℃，攪拌1 h，得到樣品，進(jìn)行性能分析測(cè)試。

1.3性能測(cè)試

基質(zhì)瀝青測(cè)性能試按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)試，防水卷材瀝青性能按照J(rèn)C/T 2218—2014《防水卷材瀝青技術(shù)要求》進(jìn)行測(cè)試。

2　結(jié)果與討論

2.1調(diào)和油的選擇

根據(jù)膠體理論，瀝青是一種膠體體系。它是以相對(duì)分子質(zhì)量很大的瀝青質(zhì)為中心，在其周圍吸附一些膠質(zhì)、芳香分以及飽和分形成的膠束，即分散相。

本研究選擇3種調(diào)和油，分別為調(diào)和油A、調(diào)和油B、調(diào)和油C。對(duì)調(diào)和油的組分組成及性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試分析，結(jié)果如表2所示。

表2　3種調(diào)和油的組分組成

由表2可以看出，3種調(diào)和油的組分組成不同，其中調(diào)和油A的芳香分含量較高，而調(diào)和油B的膠質(zhì)含量較高，根據(jù)組分理論［1］，在制備SBS改性瀝青過(guò)程中，瀝青中的飽和分容易被SBS吸收，進(jìn)而發(fā)生溶脹，在高于SBS的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，SBS的溶脹較明顯，相對(duì)來(lái)講線型SBS較星型SBS更容易溶脹。SBS溶脹成分的密度集中在0.97～1.01 g/cm3，與芳香分的密度非常接近。從極性方面來(lái)講，溶脹后的SBS更接近膠質(zhì)，改性劑與瀝青之間的部分相容性改變了瀝青組分組成，這種改變?cè)诤艽蟪潭壬嫌绊懼鵀r青的相態(tài)轉(zhuǎn)變，瀝青組分對(duì)聚合物粒子的溶脹和聚合物粒子對(duì)瀝青組分的吸附，是一個(gè)會(huì)對(duì)聚合物改性瀝青的三維網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大影響的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

從表2可以得出，富含芳香分及膠質(zhì)的調(diào)和油A為最佳調(diào)和組分。

對(duì)于聚合物改性瀝青來(lái)說(shuō)，芳香分含量越高、瀝青質(zhì)含量越小，基礎(chǔ)瀝青與改性劑的相容性較好，有學(xué)者定義了組分比的概念［2］，即：

Ic值越小，SBS與瀝青的相容性越好，能夠形成熱力學(xué)穩(wěn)定體系，以此為基礎(chǔ)，本研究對(duì)調(diào)和油A的添加比例進(jìn)行了探索。分別在基質(zhì)瀝青中加入不同摻量的調(diào)和油A，通過(guò)加溫?cái)嚢璧姆椒ㄊ蛊浠旌暇鶆?，然后測(cè)試各混合樣品的組分構(gòu)成，進(jìn)而計(jì)算得到組分比Ic，同時(shí)測(cè)試其軟化點(diǎn)，詳細(xì)結(jié)果如表3。

表3　組分比與調(diào)和油A摻量的關(guān)系

由表3可以看出，隨著調(diào)和油A添加比例的增加，組分比Ic呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，根據(jù)組分比理論，調(diào)和油A摻量應(yīng)該越多越好。然而隨著調(diào)和油A摻量的增加，軟化點(diǎn)也逐漸降低，瀝青的高溫性能受到較大影響，不利于下一步的加工處理。因此，綜合組分比和軟化點(diǎn)兩方面考慮，選擇調(diào)和油A摻量為12%。

2.2增強(qiáng)劑的選擇

根據(jù)防水卷材的使用特點(diǎn)，防水卷材用瀝青必須具備優(yōu)異的抗高溫變形能力，普通瀝青不能滿足這種需要，必須加入增強(qiáng)劑對(duì)高溫性能進(jìn)行改進(jìn)以符合使用要求。另一方面，從膠體理論來(lái)說(shuō)，增強(qiáng)劑所含有的瀝青質(zhì)可以促進(jìn)形成更加穩(wěn)定的膠體體系，同時(shí)瀝青質(zhì)的加入可以與聚合物發(fā)生接枝交聯(lián)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)產(chǎn)品的儲(chǔ)存穩(wěn)定性有積極影響。

通過(guò)篩選，選擇了3種不同的高溫增強(qiáng)劑進(jìn)行了研究，分別為增強(qiáng)劑1#、2#、3#。在調(diào)和瀝青中分別加入不同摻量組分的3種增強(qiáng)劑，攪拌均勻，對(duì)所制備瀝青的相關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，并目測(cè)各樣品加入增強(qiáng)劑后與瀝青相容性，結(jié)果如表4所示。

表4　增強(qiáng)劑對(duì)改性瀝青性能的影響

由表4可以看出，3種增強(qiáng)劑的加入均能對(duì)改性瀝青的高溫性能有積極影響，隨著摻量的增加，軟化點(diǎn)逐漸增高，而15℃延度呈現(xiàn)了相反的趨勢(shì)。這說(shuō)明增強(qiáng)劑能夠增強(qiáng)高溫性能，但是隨著摻量的增加，瀝青針入度降低，瀝青會(huì)變硬，因此必須選擇一個(gè)合理的范圍。

另外，隨著增強(qiáng)劑摻量的加大，增強(qiáng)劑與瀝青的相容性愈差，不同類型增強(qiáng)劑的相容效果也不同，其中2#增強(qiáng)劑與瀝青的相容性最好。

將3種增強(qiáng)劑相容性效果最好的一組（即1#摻量10%、2#摻量15%、3#摻量10%）的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步對(duì)比分析，與其它2種增強(qiáng)劑相比，加入2#增強(qiáng)劑的瀝青軟化點(diǎn)最高，顯著提高了瀝青的耐熱性；其延度最大，說(shuō)明2#增強(qiáng)劑對(duì)瀝青的低溫性能影響較小。結(jié)合性能指標(biāo)及相容性考慮，2#增強(qiáng)劑為最佳選擇，最佳摻量為15%。

2.3性能評(píng)價(jià)

選擇加入調(diào)和油A摻量12%、2#增強(qiáng)劑摻量15%，制備防水卷材瀝青樣品，并按JC/T 2218—2014進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如表5所示。

表5　防水卷材瀝青的性能測(cè)試結(jié)果

由表5可以看出，該防水卷材瀝青的所測(cè)性能指標(biāo)均符合JC/T 2218—2014標(biāo)準(zhǔn)要求，而且高低溫性能更加突出。

隨后分別以AH-70、本研究制得防水卷材瀝青為原料，制備SBS改性瀝青。在達(dá)到軟化點(diǎn)90℃的情況下，對(duì)SBS摻量及改性瀝青的性能進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表6所示。

表6　AH-70和防水卷材瀝青制備的改性瀝青性能指標(biāo)比較

由表6可以看出，以本研究制得防水卷材瀝青為原料制備SBS改性瀝青與70#基質(zhì)瀝青（AH-70）制備的樣品相比，軟化點(diǎn)相近的情況下，針入度較低，低溫延度差別不大。而防水卷材瀝青可以大幅度降低SBS摻量，減少SBS摻量1.2個(gè)百分點(diǎn)，可明顯降低生產(chǎn)成本。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)向基質(zhì)瀝青中加入調(diào)和油和增強(qiáng)劑，使瀝青的膠體體系更加穩(wěn)定，在保證對(duì)延度等指標(biāo)影響不大的情況下，較大幅度提高了瀝青的軟化點(diǎn)和粘附性等指標(biāo)。同時(shí)增強(qiáng)劑的加入，增加了瀝青體系中的物理交聯(lián)點(diǎn)的數(shù)量，添加SBS改性時(shí)，交聯(lián)點(diǎn)可與SBS發(fā)生接枝交聯(lián)反應(yīng)，形成較穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可明顯提高防水卷材的高低溫性能，且可以降低SBS的加入量，降低生產(chǎn)成本。

［1］張玉軍，王仕峰，歐陽(yáng)春發(fā)，等.SBS在瀝青中溶脹行為的研究［J］.石油瀝青，2004（4）：6-9.

［2］沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能［M］.北京：人民交通出版社，2001.

The research of preparation of waterproofing roll product by naphthenic base asphalt with low sulfur

DENG Wenguang，LI Baichang，WANG Han
（China Offshore Bitumen Co.Ltd.，Binzhou 256600，China）

Naphthenic base asphalt has big low temperature ductility and good temperature susceptibility.By adding the blend oil and strengthening agent，it can further promote high and low temperature performance of asphalt.The quality of the naphthenic base asphalt waterproofing roll product has an excellent property.Meanwhile it has better effect of lowering production cost.

naphthenic base，asphalt，blending，waterproofing roll product

TU57+3

A

1001-702X（2016）06-0099-03

2016-01-19

鄧文廣，男，1986年生，山東無(wú)棣人，助理工程師。地址：山東省濱州市黃河七路817號(hào)，E-mail：dengwg@cnooc.com.cn。