喷涂速凝橡胶沥青防水涂料专用乳化沥青的性能研究.docx

材料研究喷涂速凝橡胶沥青防水涂料专用乳化沥青的性能研究张敬义，吴立报，黄婉利，罗望群（中石化炼油销售有限公司，上海 200050）摘要：介绍了喷涂速凝橡胶沥青防水涂料专用乳化沥青的主要组成和性能特点，研究了该乳化沥青固含量与黏度的关系、破乳剂浓度与凝聚时间的关系、搅拌速度与筛上余量的关系，以及该乳化沥青的粒径分布、与橡胶胶乳的相容性等。该专用乳化沥青具有固含量高、粒径小、抗剪切性好、力学稳定性好、对破乳剂敏感、易凝聚、与多种橡胶乳液相容性好 等特点。关键词：喷涂速凝橡胶沥青防水涂料；乳化沥青；相容性；黏度；粒径分布；稳定性文章编号：1007-497X（2013）-16-0015-04中图分类号：TU56+1.65; TU57+1文献标识码：APerformance Study on Special Emulsified Asphalt for SprayQuick-setting Liquid RubberZhang Jingyi，Wu Libao，Huang Wanli，Luo Wangqun（Refining and Marketing Co., Ltd., China Petroleum & Chemical Corporation, Shanghai 200050, China）Abstract: This article introduced main components and characteristic of spray quick-setting liquid rubber. The relationshipsbetween solid content and viscosity of emulsified asphalt, concentration of de-emulsifier and solid time, mixing rate and sieve residue were studied, as well as particle size distribution and compatibility with rubber latex. The special emulsified asphalt was high solid content, small particle size, good shear resistance and stability, sensitive to the de -emulsifier, easy coacervation and had good compatibility with various rubber latexes.Key words: spray quick-setting liquid rubber; emulsified asphalt; compatibility; viscosity; particle size distribution; stability0前言喷涂速凝橡胶沥青防水涂料是国内外近年来兴 起的一种新型防水材料，该产品由 A、B 两组分组成， A 组分为橡胶沥青乳液，B 组分为成膜剂。在施工现 场，A、B 两组分通过专用喷涂设备的两个喷嘴喷出， 收稿日期：2013-04-07 作者简介：张敬义，男，高级工程师，现就职于中石化炼油销售 有公司，主要从事防水涂料用乳化沥青的研究开发工作。联系 地址：200050 上海市长宁区延安西路 728 号 25 层中石化炼油 销售有公司。雾化混合，在基面上瞬间破乳析水，凝聚成膜，实干后形成连续无缝、整体致密的橡胶沥青防水层。喷涂速 凝橡胶沥青防水涂料具有高弹性、高延伸性、超强粘 结性、抗刺穿性、自愈性、环保、可在潮湿基面施工、快 速成膜、施工效率高等一系列优点，除用于一般建筑 工程的防水外，还可以满足高速铁路、高速公路和城 市地铁建设以及水利工程的防水要求，具有很好的 发展应用前景1。喷涂速凝橡胶沥青防水涂料的主要组分之一是具有特殊性能的乳化沥青，一般来说，该乳化沥青必201316 中国建筑防水 15材料研究须具备以下三个特性：与橡胶乳液配伍性好，利于选择通用橡胶乳液进行改性；力学稳定性好，抗剪 切，保证喷涂的顺利进行；化学稳定性差，遇到破乳 剂快速凝聚析水，保证施工效率。目前，这类乳化沥 青大多由防水材料厂家从市场上购买沥青自行生产， 或委托道路乳化沥青厂家加工，尚无统一产品标准。 由于不同厂家同一牌号的石油沥青在乳化性能方面 存在差异，从而导致乳化沥青的产品质量不宜控制， 进而影响喷涂速凝橡胶沥青防水涂料的性能。本文 从喷涂速凝橡胶沥青防水涂料的生产和施工应用的 实际需要出发，研究考察了喷涂速凝橡胶沥青防水涂 料专用乳化沥青（下称防水专用乳化沥青）的组成、特 殊技术要求和主要性能，为企业生产喷涂速凝橡胶沥 青防水涂料时进行乳化沥青的选择提供参考。1防水专用乳化沥青的主要组成1.1基质沥青 基质沥青是防水专用乳化沥青的主要成分之一，其性能对喷涂速凝橡胶沥青防水涂膜的质量影响较 大。一般说来，蜡含量低、胶质含量高的石油沥青具 有较好的粘结性和耐高低温性能，而石油沥青的性能 又取决于所用的原油。中石化炼油销售有限公司选 择进口高硫、低蜡的中间基和环烷基原油，通过专输、 专储、专炼、直馏工艺生产的系列沥青，具有良好的综 合性能。根据使用要求的不同，可以选择 50#、70#、90#重交沥青作为防水专用乳化沥青的基质沥青。1.2沥青乳化剂 防水专用乳化沥青的乳化剂除需考虑满足对沥青良好乳化性的一般要求外，还要满足与橡胶乳液配 伍性好、能够快速凝聚、力学稳定性好等喷涂速凝橡 胶沥青防水涂料的特殊要求。单一的沥青乳化剂具有固定的亲油亲水平衡值（HLB 值），往往不能满足组成复杂的沥青的乳化要 求。复合乳化剂能够降低沥青与水相之间的界面张 力，使两者在较大的面积上接触，生成微小的颗粒，使 沥青微粒均匀分布于水溶液之中；能够缩小沥青与水 之间的相对密度差及黏度差；在沥青与水之间定向排列时，能够增强沥青微粒的电势，形成双电层，增加微粒之间的排斥力，阻碍沥青微粒的聚合。经过大量的 试验研究，防水专用乳化沥青选用了多种阴离子表面 活性剂组成的复合乳化体系。1.3稳定剂 乳化沥青属热力学不稳定体系，影响稳定性的因素很多，如沥青性质、乳化剂性能、沥青微粒粒径、乳 液中沥青的含量、温度、湿度、沥青与水相的密度差 等。沥青乳液是水包油（O/W）型的胶体体系，影响其 稳定性的主要因素是沥青微粒的沉降速度，微粒下沉 的速度可用斯托克公式计算：v=2gr（2 1-2）/9（1）式中，g 为重力加速度，r 为微粒半径，1 为水相密度，2 为沥青密度， 为水相黏度。从式（1）可以看出，影响沉降速度的主要因素是 沥青微粒直径，其次是分散相与分散介质密度差，还有就是分散介质的黏度。在沥青微粒直径一定的情况下，减小沥青相与水相的密度差或提高乳液的黏度 都可以降低沥青微粒的沉降速度，使体系保持稳定。 通常无机稳定剂可以提高水相密度，有机稳定剂 能够增加水相黏度，两者复合使用，可以获得更好的 稳定效果。防水专用乳化沥青采用了有机-无机复合稳定剂。22.1防水专用乳化沥青的性能研究防水专用乳化沥青与橡胶乳液的相容性 防水专用乳化沥青与适宜的橡胶乳液混合构成喷涂速凝橡胶沥青防水涂料，因此要求防水专用乳化沥青与通用的一些橡胶乳液具有较好的相容性。这 里所说的相容性有两层含义：一是乳化沥青与橡胶乳 液能够机械混合并保持体系相对稳定，二是在破乳剂 的作用下，乳化沥青颗粒与橡胶乳液颗粒能够同步凝 聚并形成互穿网络结构的高分子合金，以获得优异的 物理力学性能。本研究选择多种聚合物乳液如丁苯 胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳和丙烯酸乳液等对防水专 用乳化沥青的相容性进行了研究，结果见表 1。结果表明，防水专用乳化沥青与阴离子氯丁胶16 CBW 2013166050恩氏黏度 403020100545860626568固含量/%材料研究表 1 防水专用乳化沥青与橡胶乳液的相容性图 1 防水专用乳化沥青固含量与黏度的关系度相对较小，有利于喷涂施工。2.3防水专用乳化沥青的粒径分布 水包油型乳液中，根据颗粒的大小，可分为普通乳液和精细乳液。普通乳液的粒径一般为 120 m， 精细乳液的粒径一般为 0.010.05 m。乳化沥青为 普通乳液，其典型的颗粒粒径分布为 d5 m 的占 15%。 本研究采用 Microtrac S3500 型激光粒度仪分析了防 水专用乳化沥青的粒径分布，结果表明，防水专用乳 化 沥 青 的 平 均 粒 径 只 有 1.538 m，d 1 m 的 占20%，1 md2.7 m 的占 5%， 呈正态分布。防水专用乳化沥青的粒径较一般的乳 化沥青要小，有利于体系的稳定和喷涂施工。2.4防水专用乳化沥青的化学稳定性 化学稳定性是指乳液对添加的化学药品的稳定性。对分散液具有很大破坏力的化学药品大多是水 溶性的，可分为电解质和非电解质两类，前者一般是无机盐类，后者一般是极性有机化合物。防水专用乳化沥青采用阴离子表面活性剂，可使 颗粒表面带负电荷，形成双电层结构，并得到稳定体 系。所以，一旦在乳液中加入化学破乳剂，则化学破 乳剂十分容易进入扩散双电层中，从而引起 电位的 降低和双电层厚度的压缩，减少势能屏障。当势能屏 障消失时， 电位趋于零，乳液颗粒就凝聚，乳化沥青 体系遭到破坏。本研究测定了防水专用乳化沥青采用不同浓度 化学破乳剂的破乳时间，即凝胶时间。在标准条件下，（下转 第 36 页）注：体系配比为防水专用乳化沥青 70%，胶乳 30%（质量比）。乳、阴离子丁苯胶乳、阴离子羧基丁苯胶乳、丁腈胶乳和丁吡胶乳都具有很好的相容性，体系相对稳定，无 明显分层，凝聚完全彻底、析出水清；但与水泥专用丁 苯胶乳、丙烯酸酯乳液的相容性不好，虽能调和，但凝 聚性不好，可能是上述乳液的乳化体系与防水专用乳 化沥青不匹配导致的。2.2防水专用乳化沥青固含量与黏度的关系 乳化沥青是将沥青热融，经过机械的作用，沥青以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的水溶液中，形 成水包油的沥青乳液。人们希望乳化沥青的固含量 高一些，这样可以在有效沥青含量相同的情况下，降 低运输费用。固含量的高低受乳化沥青制备技术和 设备的影响，一般情况下，随着固含量的增加，乳化沥 青的黏度和制备难度相应增加。对于防水专用乳化 沥青来说，由于国内高固含量的橡胶乳液较少，为得 到高固含量的橡胶沥青防水涂料，制备高固含量的防水专用乳化沥青是一条比较现实、有效的途径。但随着防水专用乳化沥青的固含量增加到一定程度，其黏 度会急剧增加，流动性变差。防水专用乳化沥青的固 含量与黏度的关系见图 1。由图 1 可见，防水专用乳 化沥青的固含量控制在 58%65%比较适宜，此时黏201316 中国建筑防水 17乳液类别项 目乳液固 含量/%调和稳定 性（5 d）凝聚性阴离子氯丁胶乳4850均匀，无明显 分层快速彻底，水清阴离子丁苯胶乳6971均匀、不分层快速彻底，水清阴离子羧基丁苯胶乳4951均匀、不分层快速彻底，水清丁腈胶乳3841均匀，无明显 分层快速彻底，水清丁吡胶乳3841均匀，无明显 分层快速彻底，水清水泥专用丁苯胶乳4851均匀，无明显 分层凝聚不彻底丙烯酸酯乳液4851均匀，无明显 分层不凝聚108 s/凝胶时间6420123510破乳剂浓度/%图 2 化学破乳剂与凝胶时间的关系0.03%/ 0.02筛上余量 0.01003579搅拌时间/min图 3 搅拌时间与筛上余量的关系地下建筑防水以避免绑扎钢筋时卷材粘脚。2）如采用马凳筋，则在其下增设防水卷材片。3）在防水层后续施工过程中，防水施工单位全程 跟进，如发现卷材破损，采用防水卷材片作为补救措施及时补修。5结语本工程在防水设计时采用“皮肤式”防水理念，将 防水层与结构层直接粘结，从源头上消除了窜水层， 阻断了水的窜流途径。同时，通过周密的施工组织和精心施工，使本工程的防水效果达到了预期的效果，完工后地下室墙面、底板均无渗漏，地下室内干燥。参考文献：1住房和城乡建设部. GB 501082008 地下工程防水技术规范S.中国计划出版社，2008.住房和城乡建设部. GB 502082011 地下防水工程质量 验收规范S. 中国建筑工业出版社，2012. 谭武，周明，涂根林. 广东省新博物馆地下室防水工程技 术J. 中国建筑防水，2011（14）：6-8.23!测定仪，在转速 12 000 r/min 条件下测定了防水专用乳化沥青搅拌时间与筛上余量的关系，结果见图 3。 由图 3 可以看出，防水专用乳化沥青的力学稳定性较 好，在 12 000 r/min 的转速 条件下，经 3 min 高 速剪 切，100 目筛余基本为零；经 9 min 高速剪切，100 目 筛余低于 0.03%。防水专用乳化沥青完全可以满足喷 涂速凝橡胶沥青防水涂料生产和施工应用的要求。（上接 第 17 页）称取 50 mL 防水专用乳化沥青加入 200 mL 烧杯中，加入化学破乳剂，并充分搅拌，记录破乳剂加入至防 水专用乳化沥青不流动的时间，结果见图 2。由图 2 可以看出，防水专用乳化沥青对化学破乳剂非常敏感 ，1%浓度的破乳 剂可使其凝 聚，2%5%浓度的破乳剂可使其凝胶时间缩短为 15 s。2.5防水专用乳化沥青的力学稳定性 力学稳定性是指乳化沥青在经受机械操作时的稳定性。因为在制备喷涂速凝橡胶沥青防水涂料的 过程中，要经泵送、搅拌及施工时的喷涂等操作，因此 防水专用乳化沥青及用其配制的橡胶沥青防水涂料 要能经受得住机械操作而不发生显著变化。防水专 用乳化沥青粒子小，在离心