SBS改性沥青防水卷材耐久性试验研究

李景锡

李景锡

佛山市顺德区建设工程质量安全监督检测中心528300

摘要：通过对相同型号，但原材料及配方不同的两种SBS改性沥青防水卷材在3种老化方式下性能变化的对比，对其耐久性进行了研究。结果表明：老化龄期相同时，自然老化对PE膜和沥青涂盖层的破坏比浸水老化和冻融循环老化更快、更严重；自然老化对卷材的厚度基本没有影响，而浸水老化和冻融循环老化会使厚度产生永久性增加；浸水老化对胎基的破坏作用高于自然老化和冻融循环老化。

关键词：SBS改性沥青防水卷材；耐久性；自然老化；浸水老化；冻融循环老化

SBS改性沥青防水卷材是指以聚酯毡、玻纤毡等为胎基，以苯乙烯－丁二烯－苯乙烯（SBS）共聚热塑性弹性体改性沥青为涂盖料，两面覆以聚乙烯膜、细砂或矿物粒料而制成的长条片状可卷曲的防水材料。其利用SBS改性后的石油沥青作涂盖材料，改善了沥青的感温性，有了良好的耐高低温性能，提高了憎水性、粘结性、延伸性、耐老化性和耐腐蚀性，具有优异的防水功能。作为建筑防水材料的主导产品，SBS改性沥青防水卷材已被广泛应用于建筑各领域。自SBS改性沥青防水卷材被广泛应用以来，其耐久性问题随之浮现。建筑防水工程中，经常将SBS改性沥青防水卷材铺在屋面最上层使用，直接经受日晒、雨淋和冰冻，在这种情况下，其将面临自然老化。SBS改性沥青防水卷材的自然老化是光、热、水及冻融等因素共同作用于卷材的一种老化方式，本文针对自然老化方式进行试验研究，以期找到一些规律，为SBS改性沥青防水卷材的耐久性研究提供参考，为防水工程选材提供帮助。

1.试验部分

1.1原材料

本文采用两个厂家生产的SBS改性沥青防水卷材（下文简称SBS防水卷材）作为试验原材料，规格型号均为SBSIIPYPEPE3，两种卷材的配方不同，具体配方厂家严格保密。下文叙述过程中将两种卷材分别记为卷材1和卷材2。

1.2主要仪器设备

电子万能试验机。用途：防水卷材拉伸试验。

恒温恒湿培养箱。用途：防水卷材试件在试验前的标准养护。

冻融试验机。用途：防水卷材冻融循环试验。

低温箱。用途：防水卷材低温柔性试验。

烘箱。用途：防水卷材耐热性试验。

电子天平。用途：检测拉伸试件重量变化。

游标卡尺。用途：检测拉伸试件尺寸，将试件宽度控制在50±0.5mm。

测厚仪。用途：检测拉伸试件厚度变化。

1.3试验方案

本文选取SBS防水卷材的拉伸性能、耐热性和低温柔性作为检测对象，其中拉伸性能包括最大峰拉力和最大峰时延伸率两个测试项目，下文简称拉力和延伸率。各项试验均按照《弹性体改性沥青防水卷材》（GB18242－2008）标准进行。本文通过拉伸性能表征SBS防水卷材胎基的性能，通过耐热性和低温柔性表征SBS防水卷材沥青涂盖层的性能，最终通过胎基和沥青涂盖层的性能变化对SBS防水卷材在浸水和冻融循环条件下的耐久性进行研究。

浸水老化处理：将两种卷材预先制成试验试件，测试完初始性能后，将试件放入23℃±2℃的水中浸泡，每隔1个月进行一次取样测试，每次取样后将试件放入恒温恒湿培养箱中晾置24h，再进行各项试验，恒温恒湿培养箱的养护条件为温度23℃、相对湿度50%。冻融循环处理：将两种卷材预先制成试验试件，测试完初始性能后，先将试件在15℃～25℃的水中充分浸泡168h，再按-15℃冷冻4h、15℃～25℃水中融化2h的循环制度进行冻融循环。每隔90次循环进行一次取样测试，每次取样后将试件放入恒温恒湿培养箱中晾置24h，再进行各项试验，恒温恒湿培养箱的养护条件为温度23℃、相对湿度50%。

2.试验结果分析

2.1SBS改性沥青防水卷材的组成以及性能影响因素

SBS防水卷材是由胎基、浸涂材料（石油沥青、SBS改性剂、增塑剂和无机填料）以及覆面材料复合而成。胎基是SBS防水卷材的骨架，使其具有一定的形状、强度和韧性，对卷材的机械性能起关键作用。构成SBS防水卷材聚酯胎的主体材料是聚酯纤维和胶乳，聚酯纤维是影响胎基物理性能的关键因素，而胶乳的作用则是增加强度、减少热收缩以及提高聚酯胎与沥青的亲和性；浸涂材料质量决定卷材的耐高、低温等性能；覆面材料起到隔离、反射和装饰的作用。可以看出，SBS防水卷材的性能主要由胎基和浸涂材料的性能决定。本文检测的拉伸性能，主要随聚酯胎基性能的变化而变化，而耐热性和低温柔性则与浸涂材料的性能密切相关。

2.2自然老化试验分析

自然老化过程中，卷材上表面沥青涂盖层逐渐变硬、粉化。最初，表面形成一层硬皮，随后因局部收缩产生裂纹，随着老化程度加深，收缩加剧，产生裂缝，漏出内部新鲜的沥青，使得光氧反应不断进行，最终导致深层沥青逐渐被老化。加上自然环境中风雨的冲刷，上述现象会加剧。但自始至终只在卷材上表面沥青涂盖层的局部产生了浅层裂缝，并未有深入至胎基的深层裂缝。与上表面沥青涂盖层形成巨大反差的是，卷材下表面沥青涂盖层一直完好无损，只是由于卷材内部干、湿气体受热膨胀，导致表面的PE膜出现起皮、鼓包，除去PE膜后可以看到完好、光亮的下表面沥青涂盖层。在试验过程中，上、下表面沥青涂盖层最大的区别就在于上表面受到紫外线辐射，而下表面没有。试验结果强烈的反差，说明紫外线辐射对卷材沥青涂盖层有明显的破坏作用。图1为自然老化后卷材2上、下表面沥青涂盖层照片。卷材1自然老化后的沥青涂盖层状态与卷材2类似，只是上表面沥青涂盖层的破坏程度略轻于卷材2，这是浸涂材料的配方、质量不同所导致，故在此只列出卷材2的照片，更为直观。

上表面（2）下表面

在每月取样测试卷材的耐热性和低温柔性后发现，自始至终两种卷材的耐热性测试结果都能达到国家标准中“105℃，无流淌、滴落，位移≤2mm”的要求。在－25℃低温柔性试验后，只发现个别上表面试件有裂纹，但没有深入到胎基的裂缝，下表面试件均无裂纹，符合国家标准要求。老化过程中，特取已经产生浅层裂缝的局部区域作为上表面试件进行－25℃低温柔性试验，结果表明浅层裂缝并未在低温试验后扩展为深层裂缝。在最后一次试验的同时，取一组不透水性试件进行不透水性试验，取样条件是每个试件的有效面积内必须包含老化过程中形成的浅层裂缝，试验结果为0.3MPa，恒压30min不透水，符合国家标准要求。以上试验充分证明了在老化周期内紫外线辐射尚未完全破坏对胎基起保护作用的沥青涂盖层，基本可以排除老化周期内紫外线辐射对拉伸性能的影响，也就是对胎基性能的影响。

对于长期暴露于自然条件下使用的SBS防水卷材，14个月的龄期尚处于其使用寿命的初期。从表2看出，在经历14个月自然老化后，拉伸性能保持率始终维持在90%以上水平，个别数据甚至达到95%以上，说明自然老化对SBS防水卷材胎基性能的影响并不明显，但这仅限于自然老化初期。笔者推断，在SBS防水卷材使用寿命的初期，胎基一直处于沥青涂盖层的保护之下，其拉伸性能的年平均值会有一个逐年稳步下降的规律。一旦卷材上表面沥青涂盖层受到严重破坏，有可能直接导致渗漏，并且紫外线辐射会促使聚酯大分子部分化学键断裂，从而影响聚酯胎基的拉伸性能，降低SBS防水卷材抵抗基层变形等能力，最终导致卷材断裂，造成渗漏。

结论

浸水老化和冻融循环老化，对型号相同、配方不同的SBS防水卷材影响规律基本一致，但影响程度不同。浸水老化对SBS防水卷材胎基性能的影响显著，在浸水老化前期尤为明显。在浸水环境中，水会进入到SBS防水卷材内部，与其中的浸涂材料和聚酯胎基产生物理化学反应，导致其厚度和重量产生不同程度的增加，而且这种增加是永久性的。浸水老化和冻融循环老化对SBS防水卷材拉力的影响很有规律，对拉力数据添加趋势线，其R2值均接近于1，说明可以通过数学方法对其拉力进行预测。今后应对浸水老化和冻融老化是否会影响卷材的粘接性能，以及影响程度做深入研究。

参考文献

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[2]徐茂震，李文志.SBS改性沥青防水卷材性能影响因素探讨[J].中国建筑防水，2015，32（01）：15－20.

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