建筑用橡膠、瀝青密封材料的研究與應(yīng)用

陳靜、李子安、魏申莉

（石油和化學(xué)工業(yè)橡膠及再生產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）

（天津市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站第四十二站 天津 300384）

建筑用橡膠、瀝青密封材料的研究與應(yīng)用

陳靜、李子安、魏申莉

（石油和化學(xué)工業(yè)橡膠及再生產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）

（天津市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站第四十二站 天津 300384）

該材料具備壓敏、自粘、自愈性和非硫化橡膠集一身的特性，使用時(shí)只需將隔離紙撕掉，即可粘貼在需要密封的建筑物上，形成一個(gè)封閉嚴(yán)密的整體的防水層。原材料中使用了大量顆粒再生橡膠，部分代替生膠，使瀝青的性質(zhì)得以改性，材料節(jié)能環(huán)保，而制成橡膠瀝青嵌縫密封材料、裂縫貼縫帶等系列材料，用于所需的部位。

橡膠、瀝青、密封材料、壓敏、自粘

一、前言

隨著建筑工程新技術(shù)、新工藝不斷出現(xiàn)和迅速發(fā)展，對(duì)建筑用密封材料提出了更高的要求。建筑用密封材料一般填充建筑物的接縫、裂縫及管道接頭或其它結(jié)構(gòu)物的連接處，并可用于混凝土接縫的密封。密封材料要具有良好的粘結(jié)性、彈性、耐老化性和溫度適應(yīng)性，并能耐機(jī)械作用引起的振動(dòng)變形。因此近年來，低模量、高彈性、大延伸的彈性密封材料得以迅速發(fā)展。

以研究綠色制造工藝和使用技術(shù)為中心，開發(fā)出冷施工“建筑用橡膠、瀝青密封材料”。研制材料具有壓敏、自愈合性能，基層變形不被拉斷、使用壽命長、環(huán)保、安全。材料中摻添了顆粒再生橡膠，它的摻添大幅降低了成本。研制的密封材料可在常溫下進(jìn)行冷施工，無須熱熔、熱焊或使用膠粘劑，節(jié)約了能源，取消了膠粘劑的使用，達(dá)到環(huán)保、節(jié)能、減排的雙贏效果。此材料具有獨(dú)特的自愈性，是一種先進(jìn)的柔性的冷施工密封材料。

二、國內(nèi)、外建筑密封材料的發(fā)展

最早生產(chǎn)彈性密封材料并將其用于建筑物的是美國Thiokol公司，該公司成功地合成出了彈性聚硫橡膠，并作為填縫密封材料用于建筑物。隨后日本開始生產(chǎn)丙烯酸酯類乳液型密封材料和聚氨酯類密封材料。到目前為止，美國、日本、歐洲一些國家生產(chǎn)的建筑密封材料，主要有硅酮類、聚硫類、丙烯酸類、聚氨酯類及改性瀝青類。橡膠作為一種高分子彈性材料，在建筑方面的應(yīng)用已有幾十年的歷史，橡膠密封材料在建筑方面的應(yīng)用十分廣泛，即使在西方經(jīng)濟(jì)蕭條的形勢(shì)下，防水密封膏產(chǎn)量仍是穩(wěn)定增長。

在我國，隨著建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)制化、高層化和大型框架掛板的應(yīng)用，建筑及市政建設(shè)的接縫密封日趨重要，在高中檔的密封材料中，硅酮類產(chǎn)品在我國的應(yīng)用面最廣，年生產(chǎn)能力在500～1000噸以上的企業(yè)有20多家，聚氨酯密封材料的總銷量約在5000噸。以上密封材料造價(jià)較高。近年來，隨著密封施工工藝的方便、快捷，改性瀝青密封材料已成為建筑嵌縫的主要材料之一。

研制的“建筑用橡膠、瀝青密封材料”——橡膠瀝青嵌縫密封材料、裂縫貼縫帶等系列材料，依照建筑工程不同部位密封的需求，通過調(diào)整配方比例和制造工藝，可制成不同的產(chǎn)品，用于所需的部位。使用時(shí)只需將隔離紙撕掉，即可粘貼在需要密封的建筑物上，形成一個(gè)封閉嚴(yán)密的整體的防水層。它可在復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位施工，密封材料具備壓敏、自粘、自愈性和非硫化橡膠集一身的特性，它擴(kuò)大了密封材料的施工范圍，帶動(dòng)了國內(nèi)建筑密封材料的技術(shù)進(jìn)步。

三、“建筑用橡膠、瀝青密封材料”特點(diǎn)

目前建筑密封材料按其外觀形狀可分為定型密封材料（如密封帶、止水帶、密封條），和不定型密封材料（如各種密封材料、嵌縫膏），按其基本原料分，主要分為改性瀝青密封材料和高分子密封材料兩大類，詳見圖1：

圖1　建筑密封材料分類及常見產(chǎn)品

研制的“建筑用橡膠、瀝青密封材料”是以液態(tài)的合成橡膠、顆粒再生橡膠、瀝青為主體材料，加入軟化劑、增粘劑，按一定比例混合，在一定的溫度下選取特定的制造工藝，使瀝青的性質(zhì)得以改性而制成的橡膠、瀝青混合物，并用帶硅油的PE膜覆蓋而成?？芍瞥蓧K、條、片、帶等不同形狀以滿足不同工程的需求。該密封材料由于加入瀝青，不僅具有橡膠膩?zhàn)映涮罨炷恋臍饪缀皖A(yù)留槽內(nèi)空隙的性能，同時(shí)與混凝土在一定的壓力下具有良好的粘著性能，使混凝土與密封材料連成一體，起到止水作用。其特點(diǎn)如下：

1. 具有優(yōu)異的延伸性能，能經(jīng)受一定范圍內(nèi)的剪切與拉伸，從而能適應(yīng)接縫部位的沉降錯(cuò)位。

2. 具有良好的柔順性，在一定的壓力下，能填充到各種裂縫及空洞中。

3. 具有良好的耐化學(xué)性和優(yōu)良的耐老化性能。

4. 與混凝土、金屬等多種材料有良好的粘結(jié)力。

5. 操作簡便，施工速度快，可用來處理各種形態(tài)的裂縫。

6. 常溫冷施工，無須熱熔、熱焊，節(jié)約燃料和能源。

7. 摻添顆粒再生橡膠，使廢舊橡膠資源化，得到再循環(huán)利用。

8. 材料最大特點(diǎn)具有壓敏性，增粘劑不析出，長期保持粘性，稍用力即能自愈破損的部位，為國內(nèi)自粘材料首創(chuàng)。

四、“建筑用橡膠、瀝青密封材料”研制機(jī)理

橡膠與瀝青混合，形成相容體系，改善了瀝青的使用性能。無論是橡膠吸附了瀝青中的油分，溶脹后分布在瀝青中，還是橡膠吸附了瀝青中的油分，溶脹后形成連續(xù)相，使瀝青中的重組分存在于橡膠中，都是因?yàn)橄鹉z的存在，改善了瀝青的高低溫性能。

項(xiàng)目研制中加入了顆粒再生橡膠，它可以均勻地和瀝青熔在一起。顆粒再生橡膠在熱瀝青中可以達(dá)到比較大的分散程度。因?yàn)轭w粒再生橡膠有類似生膠的性能，在一定溫度下瀝青與顆粒再生橡膠混合發(fā)生了相互擴(kuò)散，形成顆粒再生橡膠改性瀝青。

在研制中采用了較高的聚合物含量，即橡膠比例較大的配方體系，在這種情況下，能形成聚合物的連續(xù)相。實(shí)際上不是聚合物改性瀝青，而是瀝青中的油對(duì)聚合物的塑性化，原瀝青中較重的組分，分散在聚合物連續(xù)相中，這種體系所反映出來的性能已經(jīng)不是瀝青的性質(zhì)，而是聚合物的性質(zhì)。

將合成橡膠、顆粒再生橡膠、瀝青為主體材料，加入一定比例的增粘劑、軟化劑，經(jīng)特定的生產(chǎn)工藝制備的密封材料，具有優(yōu)良的防水、防潮性能，優(yōu)良的粘結(jié)性能及壓敏自愈性，拉斷伸長率大，當(dāng)基層結(jié)構(gòu)伸縮變形時(shí)，能隨結(jié)構(gòu)伸縮而伸縮，而且耐高、低溫性能優(yōu)良。其主要性能實(shí)測(cè)值達(dá)到JC/T 207-2011標(biāo)準(zhǔn)要求。材料具有壓敏“自愈”功能，可廣泛的應(yīng)用于市政工程、屋面工程、地下工程、地鐵工程中。

五、“建筑用橡膠、瀝青密封材料”配方試驗(yàn)

1. “建筑用橡膠、瀝青密封材料”配方組成

采用橡膠、石油瀝青為主體材料，配合劑選用增塑劑、增粘劑、表面活性劑、礦物填充劑等。配方經(jīng)過優(yōu)化組合和篩選，當(dāng)試驗(yàn)條件合理，所制備的壓敏型橡膠、瀝青密封材料，不但具有較好的工藝加工性能，同時(shí)還具有較好的物理性能。

2. 顆粒再生橡膠良好的物理性能

顆粒再生橡膠粒徑對(duì)密封材料性能的影響（見表1）

表1　不同粒徑顆粒再生橡膠的物理性能

由表1可知，顆粒再生橡膠粒徑不同其物理性能不同，粒徑越細(xì)，比表面積越大，各種助劑對(duì)廢橡膠的活化程度越高，制備的密封材料延伸率高。

3. 增塑劑的變量試驗(yàn)

增塑劑按其作用可分為兩種類型，一類是內(nèi)增塑劑；另一類是外增塑劑。本項(xiàng)目采用外增塑劑。增塑劑加入主體材料中，減弱了分子間吸引力，從而降低了分子間相互作用，增加了膠料的塑性，降低了其內(nèi)聚強(qiáng)度、彈性，同時(shí)增加了延伸性和耐寒性。

4. 增粘劑的變量試驗(yàn)

研制的“建筑用橡膠、瀝青密封材料”屬于壓敏自粘型，該材料不需加熱，用指壓便可粘接，是一種有一定抗剝離強(qiáng)度的密封材料，該材料符合：粘基力 ＞ 內(nèi)聚力 ＞ 粘附力＞ 快粘力 （見圖2）

1.2.3 健康對(duì)照組納入標(biāo)準(zhǔn) （1）年齡20～70歲，（2）最佳矯正視力≥1.0，（3）屈光度≤ ±6D、柱鏡≤±2D，（4）Goldmann壓平眼壓測(cè)量值小于21 mm Hg，（5）視乳頭及黃斑區(qū)結(jié)構(gòu)正常（眼底鏡檢查），（6）無眼科疾病史，（8）無眼科手術(shù)史。

圖2　壓敏構(gòu)成示意圖

選用的增粘劑應(yīng)賦予“橡膠、瀝青建筑密封材料”一定的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)能夠使密封材料對(duì)非極性材料及金屬等極性材料具有一定的粘結(jié)強(qiáng)度和壓敏性。

特性：·施工簡便。

·對(duì)極性及非極性材料都有一定粘接力。

· 無溶劑。

· 具有重復(fù)、多次使用的特性。

六、“建筑用橡膠、瀝青密封材料”物理性能及指標(biāo)

1. 優(yōu)異的耐熱性

將制備好的帶金屬槽的試件放于 45°支架上，并將支架放入 80℃烘箱中放置5h，然后取出試件，分別測(cè)量每個(gè)試件從金屬槽下端到油膏下垂端點(diǎn)的長度，下垂值均為2mm，耐熱度達(dá)到JC/T 207-2011標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。

2. 良好的柔度

將試件放入-20℃、-25℃的低溫箱中，在此溫度下保持2h，取出試件，按照J(rèn)C/T 207-2011在2s內(nèi)彎曲，密封材料試件無裂紋及粘結(jié)損壞情況現(xiàn)象。

由此可知，制備的密封材料，不僅適宜于夏季高溫條件，而且低溫性能良好，超過JC/T 207-2011低溫柔性的要求-20℃，達(dá)到-25℃以下。該密封材料在低溫下不脆裂，仍具有良好的彈性、伸長和柔韌性，適宜于冬季施工。其性能實(shí)測(cè)值達(dá)到并超過JC/T 207-2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的物理性能指標(biāo)（見表2）

表2　物理性能及指標(biāo)

七、“建筑用橡膠、瀝青密封材料”的工藝路線

1. 生產(chǎn)工藝路線

2. 施工工藝路線

八、結(jié)論

1. “建筑用橡膠、瀝青密封材料”，是以合成橡膠、顆粒再生橡膠、瀝青為主體材料，加入增粘劑等配合劑，從而提高了密封材料的耐熱性、低溫柔性，其物理性能達(dá)到JC/T 207-2011標(biāo)準(zhǔn)要求的指標(biāo)。

2. 該材料粘結(jié)強(qiáng)度高，不僅可以用來填補(bǔ)結(jié)構(gòu)簡單的縫隙，更適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工程，特別是多基樁、基坑部位。

3. 該材料具有壓敏性，粘性大，易于粘合，稍用力即能自愈破損的部位，克服了瀝青冬季施工脆裂的現(xiàn)象，施工快捷方便，無污染，是新一代的環(huán)保材料。

4. 該材料使用了顆粒再生橡膠，且生產(chǎn)工藝方法簡單，避免了生產(chǎn)過程中廢氣對(duì)環(huán)境的污染，降低了能源消耗，可部分代替生膠，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

陳靜，女，（1979～），工程師，就職于石油和化學(xué)工業(yè)橡膠及再生產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，從事檢測(cè)與標(biāo)準(zhǔn)管理