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摘 要： 為適應我國路橋建設的高速發(fā)展，研制一種用氯丁膠乳改性的乳化瀝青作為新型的專用 的路橋防水涂料，較詳細介紹了該涂料的生產機理和工藝、設備及施工方法。 關鍵詞： 路橋專用防水涂料的工藝、設備、性能指標及施工方法。 一、課題的由來 隨著我國改革開放的不斷深入，全國各地交通設施迅猛發(fā)展，近二十多年來，北京、上海、天津、廣州等大中城市相繼修建了一大批城市大跨徑橋梁、高架橋、立架橋等城市橋梁，高速公路、一級公路等高等級公路更是每年以上萬公里的速度增加。


由于城市道路和橋梁的大量興建，人們對城市道路、橋梁、結構防水技術研究的課題提到了議事日程上來。 國外發(fā)達國家，例如美國、日本、西歐諸國對橋梁均設置專門的防水層。從橋梁結構類型、面層材料、防水技術、防水方法、使用性能、維修費用等方面都作了詳細的規(guī)定。 我國最初的橋梁結構防水一般采用路橋柔性材料鋪裝系統(tǒng)，所采用的防水材料和施工做法，主要參照建筑防水工程做法，主要品種是 SBS 或 APP （ APAO ）改性瀝青防水卷材或建筑防水涂料，如聚氨酯防水涂料、 JS 復合防水涂料等，尚未有專用的路橋防水材料，也未形成一套適合于路橋防水材料的試驗方法和性能指標。 由于不少橋梁不做防水或采用的防水材料不當造成橋梁出現滲水，使鋼筋銹蝕，鋪裝層剝落，堿骨料反應，由鋼筋銹蝕面引起的混凝土膨脹等嚴重損壞問題，嚴重影響了橋梁的堅固性和使用壽命，行車的舒適性和安全性。 橋梁防水主要存在著三個問題，一是結構設計問題，主要是鋪裝設計不合理和受力薄弱環(huán)節(jié)未做防水，二是缺少路橋專用防水材料，三是防水施工質量尚未過關沒有專門的路橋防水施工規(guī)范與驗收標準。 隨著我國高速公路和城市橋梁建設的飛速發(fā)展，解決好道路橋梁的防水問題已到了刻不容緩的地步，蘇州中材非金屬礦工業(yè)設計研究院有限公司與蘇州市泛力德路橋防水材料有限公司決定研究開發(fā)性能優(yōu)良的路橋防水涂料。 二、聚合物改性乳化瀝青 由于路橋防水涂料有其特殊的性能要求，防水層涂膜平均厚度在 1 . 2mm~2mm 時能適應路橋反復動荷載抗壓的要求，當混凝土路橋板開裂 ≤ 2mm 時防水涂膜變形量滿足不拉裂的需要以保證防水要求。同時防水層應有良好的耐久性，使用年限應在 10 年以上，使用環(huán)境溫度 -15 ℃ ~90 ℃ ，在經受瀝青混凝土攤鋪溫度 150 ℃ 的沖擊不影響防水層的使用性能。 過去我國路橋防水層的施工較多使用 APP 改性瀝青防水卷材，主要是 APP 防水卷材抗拉強度較大，也能耐 150 ℃ 高溫，但由于防水卷材施工繁鎖，施工不當會造成鋪裝層分層脫殼，目前已很少采用。雖然國內已有大橋涂料生產，但由于其是溶劑型涂料，易燃、有毒，施工速度慢，因而具有很大的局限性。 乳化瀝青是一種水性涂料，無毒環(huán)保，可用噴涂施工，施工速度快。在普通公路的施工與修復中已廣泛采用，但其耐溫、耐候性能差，難以達到高等級公路與橋梁對防水層的要求。因而用高聚物對乳化瀝青進行改性，使其成為一種路橋專用的防水涂料。 三、乳化瀝青與改性劑的確定 乳化瀝青以瀝青為分散相，水為速續(xù)相，依靠乳化劑的電荷而形成穩(wěn)定的乳化液。根據乳化劑的類型，可分為陰離子、陽離子、非離子、粘土穩(wěn)定等四種乳化瀝青。陽離子乳化瀝青，其帶有陽離子電荷，骨料帶有陰離子電荷當與骨料表面接觸時，由于異性相吸的作用，使瀝青微粒吸收在骨料的表面上，兩者在有水膜的情況下，仍可以吸附結合，因而在陰濕或低溫季節(jié)（ 5 ℃ 以上）陽離子瀝青乳液仍可以施工，而不影響質量。由于陽離子乳化瀝青可以增強與骨料表面粘附力，提高路面的早期強度和抗?jié)B能力。因而我們選擇了陽離子乳化瀝青。


 瀝青改性劑通常規(guī)有 SBS 、 APP （ APAO ）和橡膠類通過大量的實驗室試驗我們發(fā)現 SBS 、 APP （ APAO ）雖然具有優(yōu)越的改性性能如 SBS 能使瀝青低溫柔性達到 -25 ℃ 以上， APP 能使瀝青耐高溫性能達到 150 ℃ 以上。但 SBS 、 APP （ APAO ）難以制備膠乳，乳化效果較差，故不適合作為乳化瀝青的改性劑。 橡膠材料是一種有機高分子彈性化合物，它在很廣的溫度范圍（ -50 ℃ ~150 ℃ ）內具有極為優(yōu)越的彈性，同時橡膠材料不具有良好的抗裂性，耐久性和不透水的特點。 橡膠膠乳材料是高聚物粒子分散在水介質中所形成的具有一定穩(wěn)定性的膠體分散體系，它在干燥未硫化的狀態(tài)下具有較大的伸長率，并在除去外力后能迅速恢復原狀。 橡膠膠乳改性乳化瀝青在高溫時有良好的穩(wěn)定性，在低溫下仍有一定的柔性，其針入度降低，軟化點上升，脆點下降，韌性和粘附性提高。 橡膠膠乳按其來源可分為天然膠乳、合成膠乳、人造膠乳以及再生膠乳四大類，但可用于改性乳化瀝青的膠乳并不多，通過大量的實驗室試驗，綜合其性能價格比及資源來源，我們選擇了氯丁橡膠膠乳與丁苯橡膠膠乳。 現將氯丁膠乳與丁苯橡膠膠乳分別介紹如下： 氯丁膠乳是由氯丁二烯乳液聚合而制得，它是最早生產的一種合成膠乳。氯丁膠乳按用途可分為通用型和特種型兩大類，共有 30 多個品種。氯丁膠具有極好的綜合性能，主要表現在，具有較強的粘合能力、較好的成膜性、較高的強度、同時還有良好的耐油、耐燃、耐溶劑、耐熱及耐老化等性能。因此，氯丁膠乳已成為合成膠乳中最常用的品種之一。氯丁膠乳的最大弱點是耐寒性能低（ -40 ℃）和儲存穩(wěn)定性差（半年），在儲存期間，它不僅膠體性能發(fā)生變化，而且硫化膠膜性能也有所降低，但若在氯丁膠乳中加入增塑劑或聚合時加少量的第二單體，可以增加它的耐寒性能。 氯丁膠乳具有較好的綜合性能和易于成膜以及和瀝青混溶性好和耐老化性能優(yōu)等特點。氯丁膠乳與乳化瀝青摻配并用能明顯改善乳化瀝青的粘附性和熱穩(wěn)定性及耐老化性、耐化學腐蝕等性能。一般可將陽離子氯丁膠乳和適量穩(wěn)定劑直接摻入陽離子乳化瀝青中，經過充分的攪拌或二次乳化制成陽離子氯丁橡膠乳改性乳化瀝青產品，該產品具有優(yōu)良的耐老化性能和抗?jié)B性以及較好的熱穩(wěn)定性和粘附性。同時抗低溫抗裂性能也有所改善。該產品可用于高等級公路和重交通路面及路橋的防水材料以及橋隧和地下工程的防水材料，也可用于特殊結構變形縫的填充材料。這種材料尤其適用于高等級公路和重交通道路路面的日常維修養(yǎng)護，故我們首先采用氯丁膠乳改性方案。 丁苯膠乳是以丁二烯和苯乙烯二種單體，分散在含有皂類乳化劑的水溶液中，并加入引發(fā)劑，在 40~60 ℃下乳液聚合而成。丁苯膠乳是綜合性能較好的通用型合成膠乳，它的薄膜物理機械性能雖比天然膠乳要低得多，但由于它具有良好的耐老化性、耐熱性和耐腐蝕性以及較高的稀釋穩(wěn)定性，而且它的品種多（約 400 多種）、價格低，因此，它廣泛用于道路及土木建筑工程中的材料改性。 丁苯膠乳與乳化瀝青摻配并用所制備的丁苯橡膠膠乳改性瀝青具有良好的熱穩(wěn)定性和耐久性。在乳化瀝青材料中摻入 2%~4% 的丁苯橡膠膠乳，能使乳化瀝青的軟化點提高，低溫延度增加，脆性降低，由于丁苯膠乳與乳化瀝青與其他膠乳相比有良好的稀釋穩(wěn)定性，加之品種多、價格低，因而人們多選用丁苯膠乳作為乳化瀝青的改性摻加料，以便提高乳化瀝青的熱穩(wěn)定性和耐久性。


從改性乳化瀝青的性能檢測和貫入式灑布以及稀漿封層應用結果證明，改性乳化瀝青的低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性、粘結性、抗老化性均優(yōu)于未改性乳化瀝青，但綜合性能低于氯丁膠改性乳化瀝青，因此在客戶要求價格較低時可采用。 四、聚合物改性乳化瀝青的生產 改性乳化瀝青的制備方法有 3 種。第一種方法稱為二次熱混合法，即橡膠膠乳經過兩次熱混合分散過程。橡膠膠乳（常溫）與熱乳化劑溶液（ 60~70 ℃）經乳化機混合，得橡膠膠乳乳化劑混合液，立即把該混合液與熱熔瀝青（ 120~130 ℃）再送入乳化機進行乳化。在乳化過程中，橡膠膠乳與瀝青再混合并分散，得到改性乳化瀝青；第二種方法稱為一次熱混合法，即橡膠膠乳與瀝青乳液經過一次熱混合分散過程。熱乳化劑水溶液 （ 60~70 ℃）與熱熔瀝青（ 120~130 ℃）經乳化機乳化得乳化瀝青（ 90~10 0 ℃），把乳化瀝青立即與橡膠膠乳（常溫）再送入乳化機進行混合，得到改性乳化瀝青；第三種方法稱為一次冷混合法，即橡膠膠乳與瀝青乳液經過一次冷混合分散過程。橡膠膠乳（常溫）與瀝青乳液（常溫）于常溫下送入乳化機進行混合，得到改性乳化瀝青。 二次熱混合法分散性好，有較好改性效果。一次熱混合法分散性也好，改性效果也好，一次冷混合法分散性不如前兩種，改性效果較前二者差，但三種方法均可達到改性目的，我們選擇了第一種方法即二次熱混合法。 改性乳化瀝青的工藝流程見下圖：  瀝青貯槽 瀝青攪拌罐 乳化機 乳化液攪拌罐 乳化瀝青攪拌罐 成品貯罐    瀝青泵 比例泵 比例泵 瀝青泵      導熱油加熱爐   路橋專用防水涂料設備詳見下列設備表： 1 、 QSY-15 燃油導熱油加熱爐 一套 2 、 100# 瀝青貯油槽 40m 3 3 × 6 × 2 . 5m （混凝土結構） 3 、瀝青加熱攪拌罐 1 . 5 m 3 3 . 0KW 1 只 4 、乳化液攪拌罐（不銹鋼） 1 . 5 m 3 1 . 1KW 1 只 5 、乳化瀝青攪拌罐 2 . 5 m 3 1 . 1KW 1 只 6 、乳化機 15KW 1 只 7 、 QGB54 × 46-2 螺桿泵 4KW 2 臺 8 、 LCB-3A 瀝青泵（調速） 3 KW 1 臺 9 、 LCB-3A 乳液泵（調速） 3 KW 1 臺 10 、電氣操作臺 1 臺 11 、 乳化瀝青貯存罐（臥式） 20m 3 1 只 12 、工藝管線閥門操作平臺 1 套 五、影響改性乳化瀝青穩(wěn)定的因素 在改性乳化瀝青體系中，若某個粒子（ A/R 微粒、 R 粒子、 A 微珠）界面膜破裂，那么這個粒子將吸附于它周圍的其他粒子，從而導致這些粒子界面膜的破裂，這些粒子又將吸附各自周圍的許多粒子，這樣就形成了以起始的那個粒子為中心的凝聚團，產生聚沉現象，從而導致整個體系失去平衡的因素很多，例如橡膠膠乳和乳化瀝青所用乳化劑一個是陽離子型，一個是陰離子型，這樣 A 微珠和 R 粒子上的界面電荷不同，兩者相遇后，由于異性電荷相吸引，立即會引起界面膜破裂從而發(fā)生聚沉現象。又如瀝青乳液和橡膠膠乳的密度不一致，兩者相遇后，密度大的粒子將會下沉從而導致整個體系聚沉。又如兩乳液酸堿性不同，相遇后將發(fā)生酸堿中和作用從而使乳液中的擴散雙電層破壞，導致體系聚沉。因此兩乳液必須同時滿足下列條件時才能穩(wěn)定共存。 （ 1 ）乳化劑類型一致。兩種乳液所用乳化劑同是陽離子型，或同是陰離子型，或是陽離子型與非離子型，或是陰離子型與非陽離子型。而陽離子型與陰離子型只有采取特殊方式才可共存。


 （ 2 ）乳化劑親水親油平衡（ HLB ）值一致。同類乳化劑 HLB 值應相同或接近。即瀝青乳化劑滿足對橡膠的乳化要求，橡膠乳化劑也能滿足對瀝青的乳化要求。 （ 3 ）密度一致。橡膠膠乳與瀝青膠乳密度應相同或盡量接近。 （ 4 ）酸堿性（ PH 值）一致。兩乳液 PH 值同在酸性或同在堿性范圍內， PH 值相同或盡量接近。 （ 5 ）表面張力一致。兩乳液的表面張力應相同或盡量接近。 以上 5 個條件中若有一個不能滿足，都會引起共存體系產生聚沉而遭到破壞。這五個條件是制備和保持乳液穩(wěn)定的必要條件。除此之外，還應同時滿足下列兩個基本要求。若不能滿足這兩個基本要求，所制備的改性乳化瀝青將沒有實用價值，因此也就失去了實際意義。這兩個基本要求是： ①相容性良好。指破乳后橡膠與瀝青能充分混溶而不分層。相容性良好才能發(fā)揮各自的優(yōu)越性，起到優(yōu)勢互補的作用，得到良好的改性效果。 ②符合使用要求。改性后的乳化瀝青破乳速度、粘附性等符合使用要求，破乳成型后的各項使用性能應達到相應技術指標要求。 六、路橋專用防水材料的性能指標 由于路橋專用防水材料尚未有國家標準與行業(yè)標準故我們參考了國內外同類產品標準資料考慮到工程應用實際要求在驗證試驗的基礎制定了 Q/320581BHK002-2003 《路橋防水涂料》企業(yè)標準。
七、路橋防水涂料防水層設計及施工要求 1 、應選用易在潮濕基面作業(yè)的濕氣揮發(fā)固化型涂料，如乳化瀝青、丁苯膠乳改性瀝青和陽離子氯丁膠乳改性瀝青防水涂料等親水性涂料； 2 、選用斷裂延伸率大的防水涂料，以適應橋梁的振動和變形； 3 、選用的防水層與路橋板和頂層粘結性能可靠； 4 、為增強防水效果，涂料應與玻纖布、無紡布等復合使用，以提高防水層的強度； 5 、施工基層應干凈、平整、無浮漿。達到 70% 以上混凝土強度。 用路橋防水涂料防水應注意的細節(jié)問題 1 、鋼筋混凝土路橋板與鋪裝層之間應設置有效的防水和防溶解鹽的不透水層，以避免發(fā)生水侵害銹蝕鋼筋； 2 、路橋板防水層頂，可采用水泥混凝土或瀝青混凝土路橋鋪裝層； 3 、選用的路橋防水涂料應堅固、耐久、彈韌性強，能適應高溫 90 ℃，低溫 -15~-30 ℃和瀝青混凝土攤鋪溫度 150 ℃的熱碾壓施工要求； 4 、橋梁防水層設計厚度：采用水泥混凝土鋪裝層時，防水層厚度為 1.5mm ，采用瀝青混凝土鋪裝層時，厚度為 2mm ，當橋梁縱向坡度大于 1.8% 時，防水層厚度可適當減薄；


 5 、 防水涂料施工后，為防止綁扎混凝土鋪裝層鋼筋扎破或碾壓瀝青混凝土鋪裝時破損，應在防水層頂設置保護層，保護層應在防水層施工后 24h 內完成； 6 、路橋防水涂料在施工中，應在現場對防水涂料進行抽樣檢測，以保證產品質量符合標準要求。 八、研制總結 由我所設計研究開發(fā)和蘇州泛力德路橋防水材料有限公司生產的路橋防水涂料，經國家建筑材料工業(yè)產品質量監(jiān)督檢驗測試中心的檢測，產品質量符合企業(yè)標準《路橋防水涂料》 Q/320581BHK002-2003 的要求，另外根據路面施工要求和使用要求，增加了 160 ℃× 30min 的耐高溫試驗，試驗結果為不起泡，將延伸率指標提高到 400~600% 。產品經河南省新鄉(xiāng)高速公路連接線橋梁使用，防水抗?jié)B效果良好，滿足路面和橋梁防水要求，該涂料是目前較理想的防水材料之一。 路橋防水技術展望：我國路橋建設事業(yè)在過去的 20 年來有了快速的發(fā)展和進步。進入 21 世紀以來，我國路橋建設的前景是十分廣闊的，隨著我國城市化進程的加快，祖國各地必將興建眾多的城市大跨經橋梁、高架橋、立交橋。隨著我國經濟和社會綜合實力的不斷提高，必將促進城市路橋防水事業(yè)的發(fā)展。 我國今后在路橋防水技術的發(fā)展趨勢為： 1 、隨著我國路橋建設的迅速發(fā)展，路橋防水將擺到十分重要的位置，且發(fā)展前景十分廣闊； 2 、路橋防水技術的標準化工作將提到重要的日程，并逐步與國際接軌，國外的一些成功經驗將被采用； 3 、路橋防水材料的研制、開發(fā)和生產將有極大的發(fā)展。科研、材料、生產、設計、施工和管理等部門將加大合作力度，開發(fā)一大批優(yōu)良的路橋專用防水材料來滿足我國橋梁防水的技術要求。 綜上所述，路橋防水，前景廣闊。