一种道桥用改性沥青防水卷材及其制备方法

技术领域

本申请涉及防水卷材技术领域，具体涉及一种道桥用改性沥青防水卷材及其制备方法。

背景技术

以水泥混凝土为面层的道路和桥梁，常在表面铺装改性沥青防水卷材。改性沥青防水卷材是一种可卷曲的片状防水材料，按照施工方式来分，道桥用改性沥青防水卷材主要有自粘型改性沥青防水卷材、SBS型改性沥青防水卷材、APP I型改性沥青防水卷材和APPII 型改性沥青防水卷材。SBS型改性沥青防水卷材的延展性和耐久性优于自粘型改性沥青防水卷材和APP I型改性沥青防水卷材和APP II型改性沥青防水卷材。加上市售SBS型改性沥青防水卷材具有较高的耐热度，能保证高热沥青混凝土摊铺时防水层不被破坏，使得SBS型改性沥青防水卷材广泛用于道桥用防水材料。

但是市售SBS型改性沥青防水卷材施工时需要热熔手段，需以天然气为原料进行明火热熔，沥青在燃烧时会产生废气，容易污染大气环境。SBS型改性沥青防水卷材热熔法施工操作要求较高，只有受热均匀才能实现防水卷材的满粘满铺。加上冬季温度外界环境影响，SBS型改性沥青防水卷材热胀冷缩现象明显，常常导致低温下出现裂纹，降低SBS型改性沥青防水卷材的防水性能。

公告号为CN107266917B的专利采用高密实性改性沥青提高了防水卷材的低温柔性，高密实性改性沥青以SBS、丁苯橡胶和APAO为改性剂，高密实性改性沥青以有机膨润土、炭黑和滑石粉为填料，填料与改性剂的相容性和分散性较差，从而降低改性沥青防水卷材的剪切强度。

发明内容

为提高道桥用改性沥青防水卷材的低温柔性和剪切强度，本申请提供一种道桥用改性沥青防水卷材。

第一方面，本申请提供一种道桥用改性沥青防水卷材，采用如下技术方案实现：

一种道桥用改性沥青防水卷材，包括砂层、上表面改性沥青层、胎基层、下表面改性沥青层和隔离层，按重量份计，所述上表面改性沥青层的制备原料包括沥青60-80份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物10-20份、乙烯-醋酸乙烯共聚物5-15份、酸酐改质酯化松香5-15份、填料25-35 份、硅烷偶联剂2-5份。

通过采取上述技术方案，上述配比的上表面改性沥青料中，乙烯-丙烯酸丁酯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物共同改性沥青，是新型改性沥青材料，且其与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青相比，可以提高道桥用改性沥青防水卷材的低温柔性、剪切强度，还可以提高道桥用改性沥青防水卷材的耐热性和不透水性，且对施工条件要求较低，热碾后抗渗性好。这是由于乙烯-丙烯酸丁酯共聚物是无规共聚物，乙烯-醋酸乙烯共聚物具有耐环境应力开裂性，丙烯酸丁酯链段的加入提高了上表面改性沥青层与胎基层的粘附力，同时提高了填料与改性剂的相容性和分散性，提高了道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。此外，酸酐改质酯化松香含有非结晶含酸根官能基树脂，具有可塑性和偶合作用，能控制有效分子结构，增加道桥用改性沥青防水卷材的耐热性及加工性，大大降低了施工时沥青燃烧带来的危害。

优选的，按质量百分比计，所述下表面改性沥青层的制备原料包括苯乙烯-异戊二烯- 苯乙烯嵌段共聚物15-25％、聚乙烯蜡3-5％、辛基酚聚氧乙烯醚1-2％、滑石粉10-20％、有机硅树脂4-8％、石油沥青余量。

通过采取上述技术方案，上述配比的下表面改性沥青料中，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性石油沥青，在聚乙烯蜡、有机硅树脂和辛基酚聚氧乙烯醚的共同作用下，提高了道桥用改性沥青防水卷材的低温柔性(在-25℃和-35℃均无裂纹)，同时提高了道桥用改性沥青防水卷材的不透水性(0.9MPa/180min)和热碾后的抗渗性，且提高了道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。

优选的，所述聚乙烯蜡的数均分子量为2000-3000、软化点为90-95℃。

通过采用上述技术方案，聚乙烯蜡以微晶形式浮布在下表面改性沥青料中，低数均分子量和低软化点的聚乙烯蜡可以降低下表面改性沥青料的粘度，提高了滑石粉的相容性和分散性，防止滑石粉粘连或沉淀，进一步提高了道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。

优选的，所述苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物的苯乙烯含量为16-18wt％、在190℃ 5.0kg下的熔体质量流动速率为20-30g/min。

通过采用上述技术方案，采用苯乙烯含量为16-18wt％、在190℃5.0kg下的熔体质量流动速率为20-30g/min的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，可以进一步提高道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。这是由于苯乙烯含量高则硬度较大，苯乙烯含量低则柔软度高，且熔体质量流动速率较低时不利于下表面改性沥青料中滑石粉分散均匀。

优选的，所述乙烯-丙烯酸丁酯共聚物选自乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物中的一种或多种；更优选的，所述乙烯-丙烯酸丁酯共聚物为乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物的混合物；进一步更优选的，所述乙烯-丙烯酸丁酯共聚物为乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物的混合物。

通过采用上述技术方案，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、乙烯 -丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物三者复配作为乙烯-丙烯酸丁酯共聚物，可以进一步提高道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。这是由于三者复配，受到甲基丙烯酸缩水甘油酯链段和马来酸酐链段的影响，不仅提高了上表面改性沥青料中各物质的分散和相容性，还提高了上表面改性沥青对砂层的粘结性，防止砂层脱落，从而提高道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。

优选的，所述乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物中，马来酸酐的含量为3.1-3.6wt％；更优选的，所述乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物中，马来酸酐的含量为3.6wt％。

通过采用上述技术方案，马来酸酐的含量为3.6wt％的乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物对应道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度较高。

优选的，所述乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物为

通过采用上述技术方案，乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物

优选的，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物选自TAISOX 7470M、SEETEC EVA VA810、LGEVA EA28025中的一种或多种；更优选的，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为TAISOX 7470M。

通过采用上述技术方案，乙烯-醋酸乙烯共聚物TAISOX 7470M可以进一步提高道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。这是由于乙烯-醋酸乙烯共聚物TAISOX 7470M不仅韧性好，且其可交联，其与硅烷偶联剂共同作用，进一步提高了填料在上表面改性沥青料中的相容性和分散性。

优选的，所述填料为绢云母粉。

通过采用上述技术方案，绢云母粉互相平行的层层排列形式，不仅具有优异的防水阻隔效果，还有效阻隔了砂层脱落的细砂，提高了道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。

第二方面，本申请提供一种道桥用改性沥青防水卷材的制备方法，采用如下的技术方案：

一种道桥用改性沥青防水卷材的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备上表面改性沥青料；

S2、制备下表面改性沥青料；

S3、制备道桥用改性沥青防水卷材：将上表面改性沥青料涂覆在胎基层的上侧形成上表面改性沥青层，将下表面改性沥青料涂覆在胎基层的下侧形成下表面改性沥青层，然后将砂覆在上表面改性沥青层上形成砂层，将聚乙烯膜隔离膜覆在下表面改性沥青层下侧形成隔离层，经冷却、定型后得到道桥用改性沥青防水卷材。

通过采用上述技术方案，本申请提供的道桥用改性沥青防水卷材制备方法简单，道桥用改性沥青防水卷材防水效果好，易于施工。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请采用乙烯-丙烯酸丁酯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物共同改性沥青，是新型改性沥青材料，且其与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青相比，可以提高道桥用改性沥青防水卷材的低温柔性、剪切强度，还可以提高道桥用改性沥青防水卷材的耐热性和不透水性，且对施工条件要求较低，热碾后抗渗性好；酸酐改质酯化松香含有非结晶含酸根官能基树脂，具有可塑性和偶合作用，能控制有效分子结构，增加道桥用改性沥青防水卷材的耐热性及加工性，大大降低了施工时沥青燃烧带来的危害。

2、本申请采用乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物三者复配作为乙烯-丙烯酸丁酯共聚物，可以进一步提高道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。

3、本申请采用苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性石油沥青，在聚乙烯蜡、有机硅树脂和辛基酚聚氧乙烯醚的共同作用下，提高了道桥用改性沥青防水卷材的低温柔性，在 -25℃和-35℃均无裂纹，同时提高了道桥用改性沥青防水卷材的不透水性(0.9MPa/180min)和热碾后的抗渗性，且提高了道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请使用的原料均可通过市售获得，若无特殊说明，本申请没提及的原料均购买自国药集团化学试剂有限公司。

制备例

上表面改性沥青料的制备例

制备例1-14提供了一种上表面改性沥青料，以下以制备1为例进行说明。

制备例1提供的上表面改性沥青料，其制备步骤为：

将6kg沥青、1kg乙烯-丙烯酸丁酯共聚物和0.5kg乙烯-醋酸乙烯共聚物混合均匀，加热至 140℃，继续以300rpm的搅拌速度搅拌，边搅拌边加入0.5kg酸酐改质酯化松香，继续搅拌 40min；继续升温至200℃，先加入0.2kg硅烷偶联剂，搅拌均匀后再加入2.5kg填料，继续搅拌30min，得上表面改性沥青料；

其中，所述沥青为10#建筑沥青，购买自衡水泽浩橡胶化工有限公司；

所述乙烯-丙烯酸丁酯共聚物为乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物，牌号为

所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的牌号为LG EVA EA28025，购买自韩国LG化学；

所述酸酐改质酯化松香的型号为RM-100，购买自中国台湾元良实业有限公司；

所述硅烷偶联剂为KH-570，购买自济南兴隆达化工有限公司；

所述填料为活性碳酸钙，目数325，购买自张家港勤昌碳酸钙有限公司。

制备例2-6，同制备例1，不同之处仅在于：所述上表面改性沥青料的种类和质量不同，具体见表1。

表1制备例1-6上表面改性沥青料的种类和质量

其中，所述硅烷偶联剂KH-560购买济南兴隆达化工有限公司；

所述70#沥青购买自洛阳紫东石化有限公司。

制备例7，同制备例4，不同之处仅在于：所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为TAISOX7470M，购买自湾台塑。

制备例8，同制备例4，不同之处仅在于：所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为SEETEC EVAVA810，购买自韩国乐天。

制备例9，同制备例7，不同之处仅在于：所述乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物为

制备例10，同制备例7，不同之处仅在于：所述乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物为

制备例11，同制备例9，不同之处仅在于：所述乙烯-丙烯酸丁酯共聚物由乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物

制备例12，同制备例11，不同之处仅在于：所述乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物为

制备例13，同制备例12，不同之处仅在于：所述乙烯-丙烯酸丁酯共聚物由乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物

制备例14，同制备例13，不同之处仅在于：所述填料为绢云母粉，目数325，购买自灵寿县嘉源矿产品加工厂。

上表面改性沥青料的制备对比例

制备对比例1，同制备例1，不同之处仅在于：所述乙烯-丙烯酸丁酯共聚物等质量替换为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物LG SBS LG-512，购买自韩国LG化学。

制备对比例2，同制备例1，不同之处仅在于：所述乙烯-醋酸乙烯共聚物等质量替换为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物LG SBS LG-512。

制备对比例3，同制备例1，不同之处仅在于：所述酸酐改质酯化松香等质量替换为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物LG SBS LG-512。

制备对比例4，同制备例1，不同之处仅在于：所述酸酐改质酯化松香等质量替换为C5加氢石油树脂，所述C5加氢石油树脂购买自濮阳市恒泰石油化工有限公司。

下表面改性沥青料的制备例

制备例15-25提供了一种下表面改性沥青料，以下以制备15为例进行说明。

制备例15提供的下表面改性沥青料，其制备步骤为：

将6.7kg石油沥青、1.5kg苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和0.4kg有机硅树脂混合均匀，加热至140℃，继续以300rpm的搅拌速度搅拌，边搅拌边依次加入0.1kg辛基酚聚氧乙烯醚和0.3kg聚乙烯蜡，加入完毕后继续搅拌30min；继续升温至230℃，加入1kg滑石粉，继续搅拌60min，得下表面改性沥青料；

其中，所述石油沥青为90#石油沥青，购买自河北蓝途交通工程有限公司；

所述苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物为

所述有机硅树脂为华特1503有机硅树脂，购买自济南华特化工有限公司；

所述辛基酚聚氧乙烯醚为OP-10，购买自山东金畅鑫化工科技有限公司；

所述聚乙烯蜡的型号为B-118，数均分子量为3000-4000、软化点为115-120℃，购买自北京天赐源科贸有限公司；

所述滑石粉，目数为800目，购买自灵寿县汇鑫矿业加工厂。

制备例16-18，同制备例15，不同之处仅在于：所述下表面改性沥青料的种类和质量不同，具体见表2。

表2制备例15-18下表面改性沥青料的种类和质量

制备例19，同制备例18，不同之处仅在于：所述聚乙烯蜡的型号为B-90，数均分子量为 2000-3000、软化点为100-105℃，购买自北京天赐源科贸有限公司。

制备例20，同制备例18，不同之处仅在于：所述聚乙烯蜡的型号为B-80，数均分子量为2000-3000、软化点为90-95℃，购买自北京天赐源科贸有限公司。

制备例21，同制备例20，不同之处仅在于：所述苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物为

制备例22，同制备例20，不同之处仅在于：所述苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物为

制备例23，同制备例15，不同之处仅在于：所述苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物等质量替换为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物LG SBS LG-512。

制备例24，同制备例15，不同之处仅在于：所述聚乙烯蜡等质量替换为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物LG SBS LG-512。

制备例25，同制备例15，不同之处仅在于：所述辛基酚聚氧乙烯醚等质量替换为十二醇聚氧乙烯醚，型号MOA-3，购买自南通熙泰化工有限公司。

实施例

实施例1-24提供了一种道桥用改性沥青防水卷材，以下以实施例1为例进行说明。

实施例1提供的道桥用改性沥青防水卷材，其制备步骤为：

将上表面改性沥青料涂覆在胎基层的上侧形成上表面改性沥青层(上表面改性沥青层的厚度为1.4mm)，将下表面改性沥青料涂覆在胎基层的下侧形成下表面改性沥青层(下表面改性沥青层的厚度为1mm)，然后将砂覆在上表面改性沥青层上形成砂层(砂层的厚度为0.2mm)，将聚乙烯膜隔离膜覆在下表面改性沥青层下侧形成隔离层(隔离层的厚度为0.4mm)，经冷却、定型后得到道桥用改性沥青防水卷材；

其中，所述上表面改性沥青料来源于制备例1；

所述胎基层由聚酯胎基布组成，聚酯胎基布购买自潍坊旭鑫防水材料有限公司，胎基层的厚度为0.5mm；

所述下表面改性沥青料来源于制备例15；

所述砂的目数为60目，购买自无锡市惠通砂浆科技有限公司；

所述聚乙烯膜隔离膜的货号为dnz062715，购买自泰安东诺工程材料有限公司。

实施例2-14，同实施例1，不同之处仅在于：所述上表面改性沥青料来源不同，具体见表3。

表3实施例1-14上表面改性沥青料来源

实施例15-21，同实施例14，不同之处仅在于：所述下表面改性沥青料来源不同，具体见表4。

表4实施例14-21下表面改性沥青料来源

实施例22-24，同实施例1，不同之处仅在于：所述下表面改性沥青料来源不同，具体见表5。

表5实施例1、22-24下表面改性沥青料来源

对比例

对比例1-4，同实施例1，不同之处仅在于：所述上表面改性沥青料来源不同，具体见表6。

表6实施例1、对比例1-4上表面改性沥青料来源

性能检测试验针对本申请实施例1-24和对比例1-4提供的道桥用改性沥青防水卷材，进行如下的性能检测。

1、低温柔性：按GB/T 18242-2000中5.3.6的操作，对弯曲直径为30mm的实施例1-24和对比例1-4提供的道桥用改性沥青防水卷材进行低温柔性测试，观察-25℃、-35℃有无裂纹，测试结果见表7。

2、耐热性：按GB/T 18242-2000中5.3.5的操作，对实施例1-24和对比例1-4提供的道桥用改性沥青防水卷材进行耐热性测试，观察115℃时上表面改性沥青层、下表面改性沥青层相对于胎基层是否滑动、流淌，沥青是否滴落，测试结果见表7。

表7低温柔性和耐热性的测试数据

3、不透水性：按GB/T 18242-2008，对实施例1-24和对比例1-4提供的道桥用改性沥青防水卷材在0.6MPa/120min和0.9MPa/180min的不透水性进行测试，测试结果见表8。

4、剪切强度：按JGJ/T 55-1996的要求制备强度等级C30的水泥混凝土试件，厚度45mm，长和宽均为100mm，养护21d备用，并按JC/T 974-2005中5.16处理实施例1-24和对比例1-4提供的道桥用改性沥青防水卷材和制备试件，按照JC/T 974-2005中5.17的操作对实施例1-24和对比例1-4提供的道桥用改性沥青防水卷材的50℃剪切强度进行测试，测试结果见表8。

5、热碾后抗渗性：按JGJ/T 55-1996的要求制备强度等级C30的水泥混凝土试件，厚度45mm，长和宽均为100mm，养护21d备用，并按JC/T 974-2005中5.16处理实施例1-24 和对比例1-4提供的道桥用改性沥青防水卷材和制备试件，按照JC/T 974-2005中5.19的操作对实施例1-24和对比例1-4提供的道桥用改性沥青防水卷材的热碾后抗渗性进行测试，测试结果见表8。

表8不透水性、剪切强度和热碾后抗渗性的测试数据

以下结合表7和表8提供的检测数据，详细说明本申请。

从本申请实施例1-6和对比例1-4可知，本申请制备的道桥用改性沥青防水卷材具备优异的力学性能和施工性能，低温柔性好(-35℃无裂纹)、耐热性好(115℃时上表面改性沥青层、下表面改性沥青层相对于胎基层均无滑动、无流淌、无滴落)、不透水性好(0.9MPa/180min不透水)，剪切强度不低于0.26MPa、热碾后抗渗性好(0.3MPa/60min不透水)，完全满足道桥用改性沥青防水卷材的要求。从本申请实施例1和对比例1可知，乙烯- 丙烯酸丁酯共聚物替代SBS提高了道桥用改性沥青防水卷材的力学性能和施工性能；从本申请实施例1和对比例2可知，乙烯-醋酸乙烯共聚物替代SBS提高了道桥用改性沥青防水卷材的力学性能和施工性能；从本申请实施例1和对比例3可知，酸酐改质酯化松香替代SBS，也提高了道桥用改性沥青防水卷材的力学性能和施工性能。从本申请实施例1和对比例4可知，酸酐改质酯化松香与C5加氢石油树脂相比，不仅具有增粘作用，还含有非结晶含酸根官能基树脂，具有可塑性和偶合作用，能控制有效分子结构，增加道桥用改性沥青防水卷材的力学性能和施工性能。

从本申请实施例4、7-8可知，乙烯-醋酸乙烯共聚物TAISOX 7470M对应的剪切强度高于SEETEC EVA VA810对应的剪切强度，乙烯-醋酸乙烯共聚物TAISOX 7470M对应的剪切强度更高于LG EVA EA28025对应的剪切强度。

从本申请实施例7、9-13可知，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐的含量为3.6wt％的乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物

从本申请实施例13-14可知，绢云母粉与活性碳酸钙相比，可以进一步提高道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。

从本申请实施例1和实施例23-25可知，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性石油沥青，在聚乙烯蜡、有机硅树脂和辛基酚聚氧乙烯醚的共同作用下，提高了道桥用改性沥青防水卷材的低温柔性，在-25℃和-35℃均无裂纹，同时提高了道桥用改性沥青防水卷材的不透水性(0.9MPa/180min)和热碾后的抗渗性，且提高了道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。

从本申请实施例18-20可知，聚乙烯蜡B-80对应的剪切强度高于聚乙烯B-90对应的剪切强度，聚乙烯蜡B-80对应的剪切强度更高于B-118对应的剪切强度。这是由于聚乙烯蜡B-80的数均分子量和软化点低，可以提高下表面改性沥青料的粘度，防止滑石粉粘连或沉淀，进一步提高了道桥用改性沥青防水卷材的剪切强度。

从本申请实施例20-22可知，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。