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桥面防水涂料的性能影响因素研究
曾三海，王鹏，王光辉，比干旭光
（湖北工业大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430068）
桥梁防水涂料是以优质重交沥青为基料，采用橡胶和树脂为改性剂，添加多种功能助剂制成的新型水性环保防水涂料。改性沥青中的橡胶形成连续网络而互相贯穿、交联，使改性沥青呈现出高聚物性能。该防水材料不仅有良好的防水性能，而且可吸收桥面层应力和噪声，作为应力的吸收层[1]。本文综合研究了桥梁防水涂料性能的影响因素。
1 实验
1.1 主要原材料
橡胶乳液：选用阳离子型氯丁橡胶胶乳，固含量50%，上海山橡化工有限公司产；丁苯胶乳，固含量51%，江阴正邦化学品有限公司产。沥青：进口90# 重交道路沥青，江阴泰富沥青、10# 建筑石油沥青，荆门石化。树脂：自制。增塑剂：邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二辛脂（DOP）；增稠剂：聚乙烯醇（2099）；乳化剂：1631（十六烷基三甲基溴化铵）、SDBS（十二烷基苯磺酸钠）；功能助剂：乳液稳定剂、成膜助剂、分散剂、消泡剂等，均由市场购得；功能粉料：超细碳酸钙、煅烧高岭土等，均由市场购得。
1.2 基本配比
实验中桥面防水涂料的基本配比见表1。
表1 水乳型橡胶改性沥青防水涂料基本配方
1.3 生产工艺
改性乳化沥青的制备工艺有3 种：二次热混合法、一次热混合法、一次冷混合法[2]。试验表明，3 种制备工艺在原材料相同的条件下，一次冷混合法制备的改性乳化沥青涂料不稳定、易分层，其性能也较差；二次热混合法制备的改性乳化沥青涂料稳定性最好，其性能指标也最好[3]。本实验采用二次热混合法。
1.4 性能测试
采用上述配方和工艺制得的水乳型橡胶改性沥青防水涂料为褐色液体，在贮存期存放无明显结块、分层，其性能按照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》进行测试。
2 结果讨论
2.1 沥青对桥面防水涂料性能的影响
沥青是桥面防水涂料的基料，是影响涂料性能的决定性因素，尤其是其乳化性能、高低温性能、与聚合物的相容性等。
2.1.1 沥青的品种
沥青是一种有机胶结材料，是由多种高分子碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物。一般来说，用作建筑防水涂料成膜物质的沥青主要是天然沥青和石油沥青。石油沥青又分为道路石油沥青、建筑石油沥青、普通石油沥青。实验选用进口90# 重交道路沥青和10# 建筑石油沥青，其技术性能指标见表2。
通过对比试验，总结了用于改性乳化沥青涂料的沥青应达到的要求：
（1）沥青软化点不能过低或过高，过低则耐热性不好，过高则不易乳化，一般应在40～80 ℃；
（2）在常温下要有一定的延度和黏弹性，针入度很小、延度很低的沥青不容易乳化；
（3）对于改性沥青而言，其沥青-聚合物的混合体系要稳定，相容性要好[4]。
2.1.2 沥青用量
沥青是涂料的主要成膜物质，其用量直接关系到涂膜的性能。通过试验表明，在同等条件下，随着沥青用量的增加（相对应氯丁胶乳的用量在不断的降低），涂膜的断裂伸长率减小、低温柔性变差、耐高温能力降低、不透水性下降。其对涂料性能的影响可以参照本文2.2 节。
2.2 聚合物乳液对桥面防水涂料性能的影响
聚合物乳液是桥面防水涂料的主要成膜物质之一，对涂料的性能有较大的影响，它关系到涂膜的硬度、柔韧性、低温特性以及对基层的粘结强度等性能。
2.2.1 聚合物乳液的品种
一般来说，水乳型高聚物改性沥青防水涂料所用的胶乳主要有氯丁胶乳、丁苯胶乳、再生橡胶胶乳。在国外，这类涂料都是以氯丁胶乳、丁苯胶乳为原料配制而成，而上述2 种胶乳均是合成胶乳，其性能较好，价格较昂贵。
2.2.2 橡胶乳液对防水涂料断裂伸长率的影响
实验考察所选用的2 种橡胶乳液，即氯丁橡胶胶乳和丁苯橡胶胶乳，它们对涂料断裂伸长率的影响见图1。实验配比见表1。
图1 乳液用量对涂料断裂伸长率的影响
从图1 可以看出：（1）涂料的断裂伸长率随着乳液用量的增加而增大，这是因为，随着乳液用量的增加，橡胶的高分子链与沥青分子构成的空间网状结构越密集，因此，涂料断裂伸长率不断增加；（2）2 种乳液对涂料断裂伸长率的影响不同，在同样添加量的条件下，添加氯丁胶乳的涂料断裂伸长率较大。
2.2.3 橡胶乳液对涂料低温柔性的影响
低温柔性是桥面防水涂料的一个重要指标，本次实验考察所选2 种橡胶乳液，在涂料其它原料相同等的条件下，对涂料低温柔性的影响结果见表3。试验设计的固含量为50%，乳液添加量分别为20%、25%、30%、35%、40%。
分析表3 中数据可以发现，桥面防水涂料的低温柔性与所有的橡胶乳液存在一定关系。选用氯丁胶乳配制的涂料低温柔性较好，这是因为2 种橡胶乳液中氯丁橡胶自身的耐低温性能较好，氯丁橡胶与沥青混合改性后保留了这一良好性能。
2.2.4 橡胶乳液对涂料不透水性的影响
不透水性是反映涂料在一定水压力的作用下，涂料防水层不被水流穿透的能力。试验采用不透水仪，0.3 MPa、30 min的测试结果见表4。
表4 乳液用量对涂料不透水性的影响
表4 表明，2 种乳液的加入对涂料的不透水性都有提高，而且在0.3 MPa、30 min 不透水的标准下，氯丁胶乳的用量比丁苯胶乳的要少。
2.3 涂料助剂对桥面防水涂料性能的影响
涂料助剂可以改进涂料的生产工艺，提高涂料的质量，同时也能改善涂料的施工条件。在主要成膜物质相同的条件下，加入涂料助剂与不加涂料助剂的会在性能上出现差别。消泡剂的加入，减少了膜片中气孔的数量和大小；增塑剂的加入，改善了树脂与沥青的相容性和乳化性；分散剂的加入，使粉填料与液体混合的更加均匀；稳定剂和防沉淀剂的加入，使得涂料内各相更加的稳定，不至于发生离析、分层、结块等现象。
2.3.1 消泡剂
桥面防水涂料在生产和施工过程中会产生气泡，其原因主要有3 个方面：（1）在涂料所用的原料中，橡胶胶乳是通过乳液聚合生产出来的，生产时使用了表面活性剂。乳化剂和分散剂中都有表面活性剂的成分，故而本身就易产生气泡。（2）生产过程中温度在70~80℃，并且伴有不断的搅拌，会使涂料产生气泡。（3）为了使涂料中各成分稳定，易于立面施工，加入了增稠剂。这样，使得涂料的黏度增大，涂料内产生的气泡不易逸出。涂料内的气泡会影响桥面防水涂料防水效果和涂膜的外观，这是因为在单位面积的涂料用量固定的情况下，气泡越多，涂膜各个部分的厚度分布就越不均匀，而且气泡周围容易产生应力集中，在有水压的冲击下，容易产生裂纹，使涂膜失去防水效果。
针对以上气泡产生的原因，可以采取2 种消泡方法：（1）物理消泡，如在不影响沥青乳化效果的前提下，适当降低乳化温度。（2）化学消泡，如少用或者不用润湿分散剂，减少不必要的助泡剂。实验中选用了SPA202、CF1845、CF1383、磷酸三丁酯4 种消泡剂做了对比试验，用量均为0.3%，测试结果见表5。
表5 不同消泡剂的消泡效果
从表5 可以看出，SPA-202 的消泡效果最好，分析其成分：SPA-202 是硅、酯、乳化剂等的复合型；CF1845、CE1383 是改性有机硅消泡剂；磷酸三丁酯是酯类消泡剂。可见，复合型的消泡剂效果最好。
2.3.2 增塑剂
在桥面防水涂料的配方设计中，为了达到更好的拉伸强度和延伸率，也为了让树脂能更好地和沥青相容及乳化，在很多情况下都必须加入一定量的增塑剂[5]。实验选用了DBP 和DOP 2 种增塑剂进行对比试验，在选用AH-90 沥青、氯丁橡胶乳液和自制树脂的条件下，增塑剂对沥青乳化性和涂料拉伸强度的影响分别见表6、图2。
表6 增塑剂对沥青乳化性的影响
图2 增塑剂对涂膜拉伸强度的影响
2.3.3 稳定剂
PVA（聚乙烯醇）在桥面防水涂料中起着调节涂料黏度和保证涂料各成分之间的稳定[6]。试验表明，加入适量的PVA 可以很好地改善涂料的稳定性。但是PVA 添加的过多，会使涂料生产过程中产生的气泡无法排除，进而影响涂料的强度和涂膜外观。
3 结语
桥面防水涂料（水乳型橡胶改性乳化沥青防水涂料）是一种环保型防水涂料，符合JC/T 408—2005《水乳型沥青防水涂料》和JC/T 975—2005《道桥用防水涂料》标准。
实验表明，桥梁防水粘结涂料采用二次热混合法的制备工艺，改性效果最好；在同等条件下，选用氯丁橡胶乳液改性沥青，更能改善沥青的各项基本性能。涂料助剂的正确选用能改善涂料的施工性能。总之，沥青、聚合物乳液、助剂均会对涂膜的施工和力学性能产生影响。为了使涂膜更好地发挥防水性能，需要综合考虑以上几方面的因素。
