聚酯玻纤布沥青卷材的制备和性能研究

2018-06-14韦刚毛鑫勃刘誉贵

新型建筑材料 2018年5期

韦刚，毛鑫勃，刘誉贵

（1.重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074；2.重庆北新渝长高速公路建设有限公司，重庆 400042；3.重庆交通大学材料科学与工程学院，重庆 400074）

0 引言

沥青防水卷材所使用的胎基材料主要有聚酯毡、玻纤毡、聚乙烯膜、玻纤网格布增强玻纤毡、聚酯毡与玻纤网格布复合毡等[1-3]。玻纤布具有耐腐蚀性、耐水性和耐老化性能好的优点。但是其拉力及延伸率指标都不及聚酯毡。聚酯布胎体具有高强度、高延伸和耐穿刺，自重轻、抗拉强度高、渗透性好、耐高温、抗冷冻、耐老化、耐腐蚀等特点[4]。将聚酯和玻纤复合制备的聚酯玻纤布是一种全新的玻纤复合防裂材料，其是由60%玻璃纤维和40%聚酯纤维组成的一种复合土工合成材料。这种独特的组合为其提供了玻璃纤维的强度和聚酯纤维的柔韧性，并且与沥青有良好的相容性。

陈捷祥等[5]对改性沥青防水卷材耐久性研究发现，以聚酯毡和无碱玻纤毡为胎体的SBS、APP改性沥青防水卷材耐水性好；而以涤棉无纺布、高碱玻纤网格布制成的改性沥青复合胎防水卷材耐水性差。张广彬等[6]对2种典型改性沥青（SBS和橡胶粉）聚酯胎防水卷材进行了自然曝晒老化性能、耐酸碱盐腐蚀性能和耐水性以及抗冻融性能的测试，分析了改性沥青防水卷材的耐久性，结果显示，SBS改性沥青聚酯胎防水卷材表现出优异的耐久性，相比之下橡胶粉改性沥青聚酯胎防水卷材的耐久性较差。刘金景等[7]研制了一种耐候性改性沥青防水卷材，以玻纤毡或聚酯毡为增强体，增强体上面涂覆耐候性改性沥青层，增强体下面涂覆易热熔的改性沥青层，耐候性改性沥青层上表面覆矿物颗粒层，易热熔的改性沥青层下表面覆聚乙烯膜，可有效改善传统防水卷材的防水性能和耐老化性能，减少了高温下改性沥青的老化和对环境的污染。

本试验采用聚酯玻纤作为基体材料，以基质沥青为本体，掺加阻燃剂和助剂，制备防水卷材。本试验着重介绍聚酯玻纤布的制备，以及对复配沥青防水卷材的性能进行研究。

1 试验

1.1 主要原材料

试验采用70#沥青，来源于延长石油，其基本性能见表1。

表1 70#基质沥青性质

聚酯和玻纤由重庆三江化工公司提供，阻燃剂和助剂由重庆兴光化工公司提供。

1.2 主要仪器

FA35高速剪切机，转速0～8000 r/min，FLUKO公司生产；电子万用炉，最高温度380℃；SYD－2801E针入度仪；SYD－2806E全自动沥青软化点仪；SY－2B恒温双速沥青延伸仪，紫外老化试验机，无锡市华南实验仪器有限公司生产；冰柜BC/BD-318HD，海尔公司生产。

1 .3 聚酯玻纤布及其沥青卷材的制备

首先将聚酯加热到300℃使其完全熔融，加入玻纤（长度在0.5～1.0 mm）使用高速剪切机在3000 r/min下搅拌1 h（聚酯和玻纤质量比3∶2），再将其倾倒在玻璃板上平摊厚度为0.5 mm；随后加热沥青至熔融，将聚酯玻纤布成条状（5～10 cm）按照质量比1∶20加入到基质沥青中，加入1%助剂，搅拌30 min，平摊3 mm至玻璃板冷却。

2 结果与讨论

2.1 抗水抗冻融稳定性

将聚酯玻纤布沥青卷材和SBS改性沥青防水卷材（以下简称SBS沥青卷材）同时置于冰柜中，加入水，-20～-40℃循环冷冻72 h，再将聚酯玻纤布沥青布取出，置于60～80℃水浴循环72 h，重复5次；再将2种布铺筑于含水率小于1%黏土上，密闭玻璃器皿加盖，放置168 h。对2种试件的物理性能和防水透水性进行测试，结果见表2。

表2 SBS沥青卷材和聚酯玻纤布沥青卷材防水抗冻融性

从表2可以看出，对比SBS沥青卷材，聚酯玻纤布沥青卷材高温水稳定性明显优越，这与玻纤的物理性质有关。浸水高温作用下，玻纤没有发生物理变化，而基质沥青软化，玻纤充当支撑骨架，聚酯充当基体，有效阻挡了结构破损，而SBS沥青卷材因为高温软化则防透水性减弱，但依然能满足使用要求；聚酯玻纤布沥青卷材力学拉伸性能较SBS沥青卷材性能提升不大，说明聚酯玻纤布与沥青结合主要改变其骨架支撑，对抗拉和伸长率提升效果有限，这也正与聚酯和玻纤的物理伸长率较低符合。

2.2 抗老化性能

将聚酯玻纤布沥青卷材和SBS沥青卷材在140℃下分别进行 0、24、48、72、96、120、144 和 168 h 的紫外加热老化试验，研究透水性变化以及老化后的试件再分别进行针入度以及软化点测试，结果见表3。

表3 SBS沥青卷材和聚酯玻纤布沥青卷材抗老化性能

从表3可以看出，经过长时间紫外老化，聚酯玻纤布沥青毡的高温稳定性优于SBS沥青卷材，软化点较高，沥青虽老化，结构改变，但聚酯和玻纤的物理性能稳定，与初始基本保持不变，SBS沥青卷材软化点则由于沥青老化而上升。由于沥青老化，结构改变，沥青质增加，轻组分减少，SBS沥青卷材和聚酯玻纤布毡针入度都降低，但聚酯玻纤布毡降低较小。经过老化后聚酯玻纤布毡在168 h的紫外老化下出现了轻微透水，而SBS沥青卷材在120 h时已经发生渗水，主要因为聚酯玻纤布沥青卷材和SBS沥青卷材的主要成分都是高分子聚合物，而高分子聚合物最容易老化，所以长时间的老化势必影响SBS沥青卷材的防水性能。

2.3 层间粘结性能

SBS沥青卷材与基础等粘结，作为永久结构防水基层，层间粘结性至为关键。本研究采用剪切试验评价不同粘层油类型及用量对聚酯玻纤布沥青卷材和SBS沥青卷材抵抗层间剪应力的影响。先用轮碾压法成型5 cm厚的水泥稳定碎石基层，待表面基本干燥时，用毛刷将表面清扫干净，然后在上面均匀洒布透层油，透层油采用改性乳化沥青，改性乳化沥青用量按1.0kg/m2，在养护室养护7 d，然后在上面均匀洒布不同粘层油（SBS改性沥青、基质沥青），接着铺设聚酯玻纤布沥青卷材和SBS沥青卷材，脱模后将试件切割成100 mm×100 mm×50 mm长方体。分别在剪切速率为10mm/min和50mm/min条件下，选用 3种粘层油用量（0.8、1.0、1.2 kg/m2）进行斜剪试验，分析不同因素对剪切强度的影响。结果见表4。

表4 聚酯玻纤布沥青卷材和SBS沥青卷材的粘结性能

从表4可以看出，当粘油层用量增加，剪切所产生的应力稍微增加，可见增加粘油层的厚度来增加油毡和底板的粘结并不最可靠；同等剪切速率和粘油层作用下，SBS改性沥青粘油层的抗破损性能优于基质沥青粘油层；剪切速率越大，越容易破损，并且可以发现，粘油层用量在1.0 kg/m2，SBS沥青毡产生最小的剪力，说明低剪切作用下，粘油层用量在1.0kg/m2较优；同等粘油层厚度，基质沥青较SBS沥青剪切作用下产生的力小，说明基质沥青作为粘油层性能较SBS改性沥青的性能好。

2.4 抗永久变形能力

动态剪切流变实验是评价沥青高温稳定性所常用的一种方法，美国SHRP定义复数模量与相位角的正玄值的比值（G*/sinδ）作为抗车辙因子，其值越大表明沥青的弹性越好，抗永久变形能力就越强。用此方法在防水卷材上，可以分析由于长期荷载作用在卷材上面所产生的应力带来的材料变形，弹性性能越好，抗变形能力就越强，卷材就不易出现裂纹丧失防水性能。设定动剪切应力为12%，角频率设定10%，扫面温度为35～70℃，温度间隔5℃，停留时间360 s。结果见图1。

图1 SBS沥青卷材和聚酯玻纤布沥青卷材的车辙因子

从图1可以看出，随着温度的升高，聚酯玻纤布沥青卷材和SBS沥青卷材的高温抗车辙因子都减小，说明随着温度升高，2种材料的抗高温性能都减弱，抗永久变形降低；相同温度作用下，聚酯玻纤布沥青卷材的车辙因子大于SBS沥青卷材的车辙因子，说明聚酯玻纤布沥青卷材的抗永久变形能力优于SBS沥青卷材；当G*/sinδ小于1.0 kPa时，沥青抗高温性能丧失，不可恢复的永久变形产生。可以看出，SBS沥青卷材在55℃时基本已经丧失抗永久变形的能力，而聚酯玻纤布毡在65℃左右才丧失抗永久变形能力。主要因为聚酯玻纤布与沥青形成一体结构，充当沥青中的骨架，有效发挥了聚酯玻纤布的高强度等性能。综上可以看出，聚酯玻纤布沥青卷材抗永久变形能力好于SBS沥青卷材。