防水卷材研究进展及其使用情况

2022-01-04李宏伟李晓楚高周周

安徽科技 2021年12期

文/田益李宏伟张超袁瑞李晓楚梅选刘钊高周周

（1.雨中情防水技术集团股份有限公司；2.长安大学材料科学与工程学院）

随着社会的进步和经济的发展，修筑的公路和桥梁隧道逐年增加。为避免资源浪费，延长基础设施的使用年限，对公路、桥梁隧道和建筑屋面的防水功能的要求也越来越严格。在路桥结构或建筑屋面设置一层柔性防水侵蚀层用来有效阻隔雨水的渗入成为主流方法。防水卷材因其施工方便、所需工期短、施工无污染等特点，成为一种常用的柔性防水层材料，防水卷材的相关技术也得以迅速发展。目前市面上应用最广的两类防水卷材为SBS改性沥青防水卷材和APP 改性沥青防水卷材，但研究发现这两种卷材制作成本较高，限制了其在建筑屋面和地下防水工程中的应用和推广。从技术水平上看，国内的发展逐渐接近国际先进水平，部分领域处于全球前列，但整体水平仍然与发达国家有差距。本文总结了国内外防水卷材的研究现状和使用情况，希望能够通过借鉴国外相关经验，瞄准市场需求，促进产品向系统化、功能化发展，并不断完善施工工艺，进一步推动我国防水卷材相关技术的进步。

一、国外防水卷材使用现状

1.欧洲国家

欧洲国家所使用的建筑防水材料主要包括改性沥青防水卷材、单层聚合物卷材和氧化沥青油毡三种。目前市面上以改性沥青防水卷材应用范围最广，单层聚合物防水卷材的市场占有率也在逐年增加，氧化沥青油毡的市场占有率则呈减少趋势。其中，SBS 改性沥青防水卷材在欧洲的市场占有率已经超过APP 改性沥青防水卷材和氧化沥青防水卷材的市场占有率。其虽然其制作成本较高，但使用寿命长、防水效果优异，受到市场欢迎。

2011 年欧洲的改性沥青防水卷材市场总量约为9.5亿平方米，与2008 年的市场总量相比下降了约12%。预计至2022 年欧洲的改性沥青防水卷材市场总量为10.2亿平方米，比2011 年的市场总量增长约7%。SBS 改性沥青防水卷材在北欧的市场占有率较高，APP 改性沥青防水卷材在南欧市场占有率较高。在欧洲，改性沥青防水卷材的使用寿命达30 年的约占85%，高分子卷材的使用寿命为15 年的约占15%。改性沥青防水卷材的施工铺筑方法主要为热熔法，但是在施工过程中易引发火灾，存在很大的安全隐患。

2011 年欧洲的单层高分子聚合物防水卷材市场总量约为3.91 亿平方米，与2008 年市场总量相比下降了约7%，预计至2022 年欧洲的单层高分子聚合物防水卷材市场总量为5 亿平方米。PVC 防水卷材的市场占有量处于主导地位，1998 年单层高分子聚合物防水卷材的铺设面积约为3700 万平方米，其中PVC 防水卷材的铺设面积约占59%。欧洲单层高分子聚合物防水卷材主要包括PVC、EPDM、ECB 等，但是研究发现EPDM防水卷材施工过程中接缝比较困难，不能够广泛应用。随着聚烯烃相关技术的发展和进步，TPO 单层防水卷材以其优异的性能逐渐占有了市场。

2.日本

日本所使用的防水卷材主要是氧化沥青叠层油毡，此类沥青油毡在施工过程中一般铺筑三层，底层采用纸胎油毡，上两层均采用合成纤维（聚酯和尼龙胎毡等）。日本的防水卷材以单层高分子聚合物防水卷材为主，近几年来PVC 防水卷材逐渐占据领先地位，但改性沥青油毡市场占有率反呈下降趋势。2000 年日本的防水卷材总产量为1873 万平方米，其中硫化橡胶防水卷材约占53.5%，非硫化橡胶防水卷材约占0.66%，PVC 防水卷材和EVA 防水卷材约占38.94%，改性沥青防水卷材约占1.27%，TPE 防水卷材约占5.61%。

3.美国

美国起初和欧洲很多国家一样，采用沥青油毡叠层铺筑来起到防水的作用。随着高分子材料技术的快速发展，单层高分子防水卷材逐渐成为美国主要的屋面防水卷材。传统的氧化沥青叠层油毡的防水材料的市场占有率不如高分子防水卷材和改性沥青防水卷材，但是通过产品质量和施工技术的改进和创新，在市场中仍占据一定比例。

调研结果显示，2008 年以沥青叠层油毡作为防水材料的建筑约占总建筑的12%，以EPDM防水卷材作为防水材料的建筑约占总建筑的28%，以PVC 防水卷材作为防水措施的建筑约占总建筑的8%，以TPO 防水卷材作为防水措施的建筑约占总建筑的21%，以SBS 和APP 改性沥青防水卷材作为防水措施的建筑约占总建筑的14%。

二、国内防水卷材使用情况

我国防水材料起步较晚，但在吸取其他国家的经验的情况下发展迅速。经过十几年的发展，逐渐形成了沥青及改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂料、密封材料和刚性止水材料共五大类材料几百个品种。目前我国建筑防水行业仍然主要采取改性沥青防水卷材作为防水材料，占据我国所使用防水材料总量的80%，合成高分子防水卷材约占总量的10%，防水涂料及其他防水材料约占总量的10%。

我国1950 年初使用沥青纸胎油毡（以下简称油毡），到1958 年时油毡的年产量高达1.9 亿平方米，改革开放前，油毡年产量已经达到5.3 亿平方米。改革开放后，我国石油工业和建筑行业迅速发展，到1995 年，油毡的年产量已达12.2 亿平方米。由于油毡在施工铺设的过程中会造成环境污染，现在已明令禁止生产油毡。目前我国高聚物改性沥青防水卷材的施工工艺基本上采用国外常用的热熔施工法和沥青玛蹄脂冷粘法。

三、国内外防水卷材研究现状

改性沥青防水卷材主要可分为弹性体改性沥青防水卷材（SBS）、塑性体改性沥青防水卷材（APP）、自黏改性沥青防水卷材、其他改性沥青防水卷材四种类型。高源研究了以PU 和SBS 为改性剂制作防水卷材的工艺，并由此探究了聚氨酯掺量和芳烃油掺量等对防水卷材路用性能的影响。王治等研究发现，随着SBR 掺量的增大会导致自黏聚合物改性沥青的低温柔性升高，使其黏性维持时间延长，接缝剥离强度增大，可以通过增加SBR 掺量来充分改善防水卷材的黏结性能。崔树亮对不同种类的SBS 改性沥青防水卷材技术性能进行分析，研究发现SBS7301 的旋转黏度较低，SBS4303 低温柔性较差，SBS 7301 接缝剥离强度较好。赵志文根据内蒙古寒冷地区的气候特点，研究制备出了寒冷地区专用电气石负离子粉/SBS 复合改性沥青防水卷材。其具有优良的拉伸性能、低温柔性等。孙艳芳等以SBS 和APP 为改性剂制备SBS/APP 复合改性沥青防水卷材，通过改变SBS 及APP的掺量，试验得出其对各项性能的影响，并由此得到SBS/APP 复合改性沥青防水卷材的最佳试验配方。葛洋洋等对两种不同类型的SBS 改性沥青防水卷材采用了人工加速式的老化方法，并研究其性能与人工老化措施之间的关系，以及三种人工加速老化方式的实际老化效果。观姗姗等深入地研究了TPO 防水卷材（热塑性聚烯烃类防水卷材）的微观结构与热老化性能之间的关系，结果表明TPO 本身的各种微观结构以及助剂所造成结构的差异对TPO 防水卷材的热老化性能有很大的影响。朱广河将SBS 改性沥青和内蒙古岩沥青共混改性，通过高速剪切机制备得到岩沥青/SBS 复合改性沥青防水卷材，并研究该复合改性沥青防水卷材的抗氯离子渗透性能及耐久性等。

国外也有很多对改性沥青防水卷材的研究。MAZZOTTA F 等提出了一种用于保护混凝土桥面的绿色防水卷材，它是由一个可回收的橡胶毡，夹在两层SBS 改性沥青之间制作而成，通过对其各项性能的测试确认其性能可以满足相关规定。RUPAL A 等合成了一种新型的沥青与聚氨酯添加剂组成的防水卷材，并对其力学性能进行探讨。

这些调研表明，国内外对于高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材的研究已经非常全面，我国可根据现有研究对国内的防水卷材进行技术改革以提高其在国际市场的影响力。

四、国内外差距及建议

1.国内产品的差距

防水卷材在我国的发展很慢，近几年该类型产品的质量和现场的施工技术提高不多，导致我国建筑屋面和地下防水工程等不尽如人意。叠层油毡屋面最开始采用三层铺设，利用热熔沥青作为其中的黏结剂。有关部门调研显示，此种油毡的平均使用寿命可达23 年，后来为了施工方便改为两层铺设，导致其使用寿命大幅度降低。加上热熔沥青施工过程中会散发烟雾而导致环境污染的问题无法得到妥善解决，市面上该材料的使用量剧减。而日本叠层沥青屋面材料和施工技术都在不断改善，烟雾问题等得到了解决，所以叠层沥青油毡仍然是日本目前最信赖的防水措施。

防水卷材相关技术经过三十余年的发展，我国的SBS 改性沥青防水卷材年产量已高居世界第一，年销售量达几十亿平方米。热黏沥青施工技术由于缺乏对温度的调控所以施工过程中易引发火灾，在国内已被禁用，而国外能够很好地解决着火和烟雾的问题，应借鉴国外的经验。改性沥青防水卷材是由叠层沥青防水卷材发展而来的，国外起初单、双层都使用，实践显示单层不能够满足需要，现在国外一些国家已经改为双层防水。此外，我国的SBS 改性沥青防水卷材在短时间内发展很快，但是市面上充斥着大量假冒伪劣产品，这不仅影响了市场的运作，还会阻碍防水卷材相关技术的发展。通过比较国外的同类型产品，发现我国SBS 改性沥青防水卷材的质量和国外同类型产品相比有一定差距，其原因主要是部分厂商为了降低成本，减少SBS 掺量，选择低标号的沥青，以废胶粉替代SBS 或者用废机油溶解废胶粉，导致产品质量不高。