10防水材料

10防水材料——姜波本章提要本章主要讲述了石油沥青的主要技术性质、质量标准及应用；介绍了我国目前广泛应用的沥青防水材料、新型高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材及新型密封材料的性质和应用。本章内容10.1沥青10.2防水卷材10.3防水涂料10.4密封材料10.5沥青混合料10.1沥青沥青沥青是一种有机胶凝材料，是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）衍生物所组成的混合物。常温下呈黑色或暗黑色固体、半固体或粘稠状物。沥青能溶于多种有机溶剂，完全溶解于二硫化碳，具有憎水性、不透水、不导电、耐腐蚀等优良性能，与钢、木、砖、石、混凝土等有良好的黏结性。沥青具有良好的粘结性、塑性、不透水性及耐化学侵蚀性，并能抵抗大气的风化作用。在土建工程中，沥青主要作为防水、防潮、防腐材料和胶凝材料，广泛应用于铁路桥梁、道路工程、涵洞、建筑屋面、地下室的防水工程以及防腐工程中，是土建工程不可或缺的材料。还可用来制造防水卷材、防水涂料、油膏、胶结剂及防腐涂料等等。一般用于建筑工程的有石油沥青和煤沥青两种。10.1沥青10.1.1石油沥青10.1.2煤沥青10.1.3改性沥青10.1.1石油沥青石油沥青石油沥青是非常复杂的烃类和非烃类的混合物，是石油中相对分子量最大、组成及结构最复杂的组分，除了碳氢两种元素外，还有少量的硫、氮、氧等非金属元素及钒、镍、铁、钠、钙等微量金属元素。石油沥青由原油经蒸馏提炼出汽油、煤油、柴油和机油后的残渣，再经处理而得。1.石油沥青的分类(用途)①道路石油沥青：主要是直馏沥青和蒸馏沥青。主要用于铺筑道路，其中较粘稠的可用于屋面防水、地下防水防潮、制作浸渍油纸和绝缘材料等。②建筑石油沥青：主要是氧化沥青。用于屋面和地下的防水材料、制作油毡、油纸和绝缘材料等。③普通石油沥青：因含蜡量较高，性能较差，在工程中一般不直接使用，但可与其它石油沥青掺配成混合沥青使用。2.石油沥青的组成沥青的化学组成非常复杂，含碳量一般在83％～87％之间，含氢量在10％左右，H/C原子比约在1.4～1.6之间。为便于分析应用，在工程中常将沥青中化学成分和物理特征相似的部分作为一个部分，从而将石油沥青分为三个主要部分或四个主要部分，叫三组分法或四组分法。按三组分将沥青分为油分、胶质及沥青质按四组分将沥青分为饱和分、芳香族、胶质及沥青质。（1）油分：它是无色或淡黄色的油状液体，能使沥青具有流动性。它是沥青中最轻的组分，密度为0.6～1，在沥青中的含量约为40％～60％，能溶于大多数有机溶剂，但不溶于酒精，170℃以上能挥发。油分含量多的沥青较软、易流，而粘性和温度稳定性较差。（2）胶质（又称树脂质）：它是黄色至褐色的粘稠半固体，能使沥青具有粘性和塑性。它的密度为1.0～1.1，熔点低于100℃，能溶解于汽油、三氯甲烷等有机溶剂中，在石油沥青中的含量约为15％～30％。脂胶含量高的沥青，其黏结性和塑性较高。（3）沥青质（又称地沥青质）：它是沥青中的固体颗粒，能使沥青具有粘性和耐热性。它的密度为1.1～1.5，黑色，不溶于汽油、酒精，但能溶于二硫化碳和三氯甲烷，在石油中的含量约为10％～30％。沥青质含量高的沥青，其粘结性能大，热稳定性好，但塑性降低，硬脆性增大。3.石油沥青的技术性质沥青的主要技术性质有粘滞性、塑性、温度稳定性、大气稳定性，另外它的闪点和燃点以及溶解度、水分等对它的应用都有影响。(1)粘滞性粘滞性是指沥青在外力作用下抵抗变形的能力，反映了沥青的稀稠软硬程度。油分少呈固态，粘滞性较大，受力不易变形；油分多呈半固态，粘滞性较小，受力容易变形；含油分再多呈流态，容易流淌，粘滞性更小。温度升高，其粘滞性降低。流态沥青的粘滞性用粘滞度表示，而固态、半固态沥青的粘滞度用针入度表示。粘滞度的测定示意图针入度：针入度是在25℃条件下，总重度为100g的标准试针（连杆）在5内，竖直插入固态或半固态沥青试件的深度，以0.1mm为1度。如针入度为6.3mm，则沥青的针入度为63度。针入度越大，说明沥青越软，粘滞性越小针入度测定示意图(2)塑性指沥青在外力作用下能产生变形而不断裂的性能。塑性好的沥青，其变形能力强，在使用的过程中，能随着结构的变形而变形且不开裂，保持其防水防潮性能。沥青塑性的大小与它的组分和所处温度紧密相关。沥青的塑性随温度升高(降低)而增大(减小)；沥青质含量相同时，树脂和油分的比例将决定沥青的塑性大小，油分、树脂含量愈多，沥青塑性愈大。沥青的塑性用延度或延伸率表示：用特制试模，将沥青制成“8”字型试件（中部最窄处的截面积为1），在恒温25℃的水中，以5cm/min的速度缓慢拉伸至试件断裂时的伸长量（cm），即为沥青的延度。沥青的延度一般在1～100cm之间，延度越大的沥青，其塑性越好。延度测定示意图(3)温度稳定性也称温度敏感性，沥青性能随温度变化而变化的程度称为温度稳定性，它反映沥青的耐热程度。沥青的粘滞性和塑性都随温度的变化而变化。在相同的温度范围内，粘滞性和塑性变化程度较小的沥青，其温度稳定性较好。软化点温度稳定性用软化点表示，用“环球法”测定：将沥青试样装入小铜环中，上面加放一个质量为3.5g的小钢球，在水中以5℃/min的速度加热升温，随着沥青的软化，沥青连球下坠25.4mm（与下方底板接触）时的温度即为流态时的温度。一般沥青的软化点在30～95℃之间，软化点越高的沥青，其温度稳定性越好，软化点测定示意图(4)大气稳定性：沥青在长期的大气、阳光、雨雪、温变的综合作用下，其性能的稳定程度称为大气稳定性。它反映沥青的耐老化性能即耐久性能。沥青在上述诸因素的长期作用下，一部分油分被挥发，其余分子则会氧化、缩合和聚合，导致组分逐渐递变，发生油分向脂质转化，脂质向沥青质转化，结果使油分、脂质逐渐减少，分子量大的沥青质逐渐增多，因而使沥青的塑性降低，脆性增加，各方面性能下降，最后失去其防水性能。这种现象叫做“老化”。沥青的大气稳定性，用沥青受热后的蒸发减少量和蒸发前后沥青针入度比表示。即将测定了质量和针入度的沥青试样加热至160℃并恒温5h，测其蒸发后的质量和针入度，计算其质量减少和蒸发前后针入度比。规范规定，当蒸发减少量不超过1%，蒸发前后针入度比不小于规定时，沥青的大气稳定性才算合格。(5)溶解度：沥青的溶解度是指沥青在溶剂中(苯或二硫化碳)溶解的百分率。沥青溶解度是用来确定沥青中沥青中有害物质含量高，主要会降低沥青的粘滞性。一般石油沥青溶解度高达98%以上，而天然沥青因含不溶性矿物质，溶解度低。一般石油沥青的溶解度应在98%以上。(6)闪电和燃点：沥青在使用时通常需加热熔化，如加热温度过高，其挥发的油气遇到火焰会发生闪火甚至燃烧，从而危及施工安全。沥青初次发生闪火（着火而不持续）时的温度称为闪点,能发生燃烧(保持5s以上)时的温度称为燃点。沥青的闪点在180～230℃之间，燃点又称着火点。当沥青温度达到闪点，温度如再上升，与火接触而产生的火焰能持续燃烧5s以上时，这个开始燃烧的温度即为燃点。燃点只比该沥青的闪点高10℃左右。因此，为保证施工安全，必须控制好沥青熬制的温度。(7)水分：水在纯沥青中溶解度在0.001%~0.01%之间。沥青吸收的水分取决于所含能溶于水的盐分的多少，沥青含盐分越多，水作用时间越长，水分就越大。在施工熔制时，沥青所含水分蒸发成泡，容易发生溢锅现象，以致引起火灾，危及施工安全。所以在加热熔制时，锅内沥青不要装得过满，熔制过程中要控制好温度，加强搅拌，使气泡易于上浮破裂，以确保施工安全。4.沥青的主要技术标准沥青的主要技术标准以针入度、延伸度、软化点等指标表示。石油沥青按其针入度划分牌号。我国现行石油沥青材料标准，将石油沥青分为道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青三种。道路石油沥青分为200、180、140、100甲、100乙、60甲、60乙共7个牌号。建筑石油沥青分为40号、30号和10号。普通石油沥青分为75号、65号和55号。石油沥青的质量指标石油沥青牌号简易鉴别方法牌号简易鉴别方法103060140~100用铁锤敲击，成为较小碎块，表面呈黑色并有光质地较柔软5.石油沥青的选用：石油沥青的选用，应根据工程所出处环境，满足塑性或温度稳定性的要求。在此前提下，宜选牌号较高者以提高其使用年限。用于路面、地坪、地下防水及可能产生相对位移的沟管接头、伸缩缝、沉降缝等，应选用粘性大、塑性好、能随着构件变形而保持其完整有效性能的沥青，如选用60号、100号或140号及其掺合的沥青。用于屋面防水的沥青，主要依据温度稳定性来选择，要达到夏季不流淌、冬季不脆裂的要求。一般夏季高温时屋面受阳光直射，其实际温度比当时的标准气温要高出20～30℃，因此要求所选用沥青的软化点应比当地气温高出20～25℃。对于炎热地区屋面坡度较大的防水层，常选用10号、、30号及其混合的石油沥青；对气温不太高或屋面坡度不大的屋面防水层，则可选用60号与30号、60号与10号的混合沥青，所选用沥青均以达到所要求的软化点为准。6.石油沥青的掺配当某种牌号的石油沥青不能满足工程技术要求时，需用不同牌号的沥青进行掺配。在掺配时，为了不使掺配的沥青胶体结构被破坏，应选用表面张力相近和化学性质相似的沥青。试验证明同产源的沥青容易保证掺配后的沥青胶体结构的均匀性。所谓同产源是指同属石油沥青，或同属煤沥青。两种沥青掺配的比例可用下式估算：Q1——较软沥青用量，%；Q2——较硬沥青用量，%；T——掺配后的沥青软化点，℃；T1——较软沥青软化点，℃；T2——较硬沥青软化点，℃。根据估算的掺配比例和在其邻近的比例（5%～10%）进行试配（混合熬制均匀），测定掺配后沥青的软化点，然后绘制“掺配比—软化点”曲线，即可从曲线上确定所要求的掺配比例。1001211TTTTQ12100QQ煤沥青煤沥青是炼焦或生产煤气的副产品。烟煤干馏时所挥发的物质冷凝为煤焦油，煤焦油经分馏加工，提取出各种油质后的产品即为煤沥青。煤沥青主要是由碳、氢、氧、硫和氮元素组成，碳氢比要比沥青大得多。煤沥青可分离为油分、软树脂、硬树脂和游离碳四个组分，油分又可分离为中性油、酚、萘和葸。10.1.2煤沥青按蒸馏程度不同，煤沥青分为低温煤沥青（软化点低于75℃）中温煤沥青（软化点为75～95℃）高温煤沥青（软化点为95～120℃）工程上多采用低温煤沥青。煤沥青的应用与石油沥青相比，煤沥青的塑性、大气稳定性都较差，冬季易脆裂，夏季易软化，老化快，不宜用于屋面防水和温度变化较大的环境。煤沥青含有酚、蒽等有毒成分，但粘性好，所以常用于地下防水和木材防腐材料。由于煤沥青含有有毒成分，在贮存和施工中，应遵守有关劳保规定，以防中毒。煤沥青也可分为硬煤沥青与软煤沥青两种。硬煤沥青是从煤焦油中蒸馏出轻油、中油、重油及蒽油之后的残留物，常温下一般呈硬的固体；软煤沥青是从煤焦油中蒸馏出水分、轻油及部分中油后得到的产品。煤沥青的技术指标指标名称低温沥青中温沥青高温沥青一类二类电极用一般用软化点(环球法)(℃)甲苯不溶物含量(%)灰分(%)不大于水分(%)挥发分(%)喹啉不溶物含量(%)不大于30~45————＞45~75————＞75~9015~250.35.060~7010＞75~95＜250.55.055~75＞95~120——5.0—煤沥青与石油沥青的区别煤沥青与石油沥青都是一种复杂的高分子碳氢化合物，它们的外观相似，具有共同点，但由于组分不同，它们之间存在着很大区别。石油沥青与煤沥青的主要区别性质石油沥青煤沥青密度(g/cm3)燃烧锤击颜色溶解温度稳定性大气稳定性防水性抗腐蚀性近于1.0烟少、无色、有松香味、无毒韧性较好呈辉亮褐色易溶于煤油与汽油中，呈棕黑色较好较高较好差1.25~1.28烟多、黄色、臭味大、有毒韧性差，较脆浓黑色难溶于煤油