環(huán)氧乳化瀝青防水涂料的研究進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀

摘 要：因環(huán)氧乳化瀝青具有穩(wěn)定三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一種“剛?cè)岵?jì)”的防水粘結(jié)涂料，具有性能優(yōu)異、安全環(huán)保及應(yīng)用范圍較廣等優(yōu)點(diǎn)，使得該材料逐漸成為眾多學(xué)者的熱門研究課題。本文概述了環(huán)氧乳化瀝青防水涂料的研究進(jìn)展，分析了其組成、特點(diǎn)、制備方法、應(yīng)用及發(fā)展趨勢，指出了環(huán)氧瀝青防水涂料在發(fā)展、應(yīng)用過程中可能存在的問題與建議。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧乳化瀝青；防水涂料；研究進(jìn)展；應(yīng)用現(xiàn)狀

1 引言

防水涂料是防止水分、水汽和其他液體進(jìn)入建筑物內(nèi)部的材料統(tǒng)稱。防水涂料的種類多品種雜，按其狀態(tài)和所呈現(xiàn)的形式可歸納為乳液類、溶劑類、瀝青類、反應(yīng)類四種。其中，瀝青類防水涂料產(chǎn)品的粘結(jié)性高、塑性好、抗水性強(qiáng)及耐腐蝕性好而被廣泛應(yīng)用。

早期使用的道路與橋梁防水涂料主要是以熱塑性聚合物為主的系列產(chǎn)品[1]，其高溫剪切強(qiáng)度低，后期行車剪切會造成防水層破壞；干燥成型速度慢，上設(shè)瀝青混凝土層攤鋪時(shí)易被施工車輛帶起，破壞防水層；涂膜表面易形成氣泡；路面出現(xiàn)推移、開裂現(xiàn)象；安全性差、造價(jià)高、環(huán)保性差，且對人體有害。

隨著社會的發(fā)展，綠色經(jīng)濟(jì)理念推動了防水涂料的迅猛發(fā)展。水性環(huán)氧樹脂作為熱固性聚合物的典型代表，用其改性乳化瀝青替代了有機(jī)溶劑類、瀝青類防水涂料。其符合國家提倡的綠色、便捷、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、低碳的要求，且耐候性好、抗變形能力強(qiáng)、拉伸強(qiáng)度高，從根本上減少了底層收縮和開裂變形的可能，適應(yīng)性明顯提高，基本取代了傳統(tǒng)防水涂料。

近年來，環(huán)氧乳化瀝青防水涂料用作粘結(jié)防水層而被逐步應(yīng)用于瀝青路面、橋面鋪裝、舊路改造、道路養(yǎng)護(hù)等方面。本文主要通過分析環(huán)氧乳化瀝青防水涂料的組成、特點(diǎn)、制備方法等，重點(diǎn)闡述環(huán)氧乳化瀝青防水涂料的研究進(jìn)展、應(yīng)用及發(fā)展趨勢，分析環(huán)氧乳化瀝青防水涂料在使用過程中可能存在的問題，并提出合理化建議。

2環(huán)氧乳化瀝青防水涂料概述

2.1環(huán)氧乳化瀝青防水涂料的組成及特點(diǎn)

環(huán)氧瀝青是環(huán)氧樹脂與瀝青基聚合而得到的產(chǎn)物的簡稱。環(huán)氧乳化瀝青防水涂料主要由乳化瀝青、水性環(huán)氧樹脂和固化劑組成。乳化瀝青是借助乳化劑、水和助劑將基質(zhì)瀝青在膠體磨中研磨乳化后的產(chǎn)物。水性環(huán)氧樹脂固化后形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使環(huán)氧瀝青防水涂料形成了一種“剛?cè)岵?jì)”的水性高分子材料。一方面，環(huán)氧瀝青的“生根”效應(yīng)會將下層與上層粘結(jié)成一個(gè)整體，改善其受力情況。另一方面，環(huán)氧瀝青非常致密，可有效防止水分滲入建筑物內(nèi)部，提高建筑物的使用壽命。此外，其中的液體乳化瀝青和合成后的膠乳成分是環(huán)氧乳化瀝青涂料的主要成膜物質(zhì)，具備層間黏結(jié)強(qiáng)度高、安全環(huán)保、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)而被人們所關(guān)注，已逐漸成為路橋主要防水涂料[2]。

乳化瀝青最為常見的有兩種，分別為陰離子乳化瀝青和陽離子乳化瀝青，具有工藝較簡單、制備技術(shù)相對完善及制備出的乳化瀝青可直接應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，在其發(fā)展初期就受到行業(yè)人員的關(guān)注。直到20世紀(jì)中葉，我國成功研制出的陽離子乳化瀝青，其具有與骨料電荷相反、黏附性強(qiáng)且用量少等優(yōu)點(diǎn)而得到了更廣泛的應(yīng)用[3]。環(huán)氧樹脂為一種高分子聚合物，可按分子結(jié)構(gòu)和類型劃分其種類（如表1）。目前，雙酚A型環(huán)氧樹脂在市場上最為廣泛，常見的環(huán)氧樹脂固化劑（如表1）為胺類固化劑。

選擇恰當(dāng)?shù)沫h(huán)氧樹脂種類與其相匹配的環(huán)氧固化劑進(jìn)行組合，對環(huán)氧瀝青涂料的路用性能及應(yīng)用領(lǐng)域有很大影響。畢研秋等[4]對環(huán)氧瀝青冷補(bǔ)料的韌性進(jìn)行了研究，根據(jù)水性環(huán)氧性能差異，將其分為剛性和柔性兩類。

2.2環(huán)氧乳化瀝青防水涂料的制備

環(huán)氧樹脂沒有親水基團(tuán)，須通過化學(xué)鍵接枝親水基團(tuán)。水性環(huán)氧樹脂乳液按制備方法不同，主要有機(jī)械法、化學(xué)改性法和相反轉(zhuǎn)法三種[5]。其中，相反轉(zhuǎn)法可將95%以上的環(huán)氧樹脂乳化成穩(wěn)定的環(huán)氧乳液，且制備出水性環(huán)氧樹脂乳液性能高、應(yīng)用廣。

環(huán)氧乳化瀝青防水涂料制備流程如圖1，將乳化好的水性環(huán)氧樹脂與相容環(huán)氧固化劑在650r/min的剪切速率下攪拌至顏色均勻一致，作為改性乳化瀝青用基料。將陽離子乳化瀝青緩緩倒入基料中，同時(shí)用高速剪切機(jī)剪切約10min，得到環(huán)氧乳化瀝青防水涂料[6]。

3環(huán)氧乳化瀝青防水涂料的研究進(jìn)展

3.1環(huán)氧乳化瀝青防水涂料國外研究進(jìn)展

美國殼牌公司在20世紀(jì)60年代初期開發(fā)出了環(huán)氧瀝青類涂料，首次應(yīng)用于圣馬特奧海沃德大橋的鋪筑層，提升了橋面的粘結(jié)防水性能。80年代研制的水乳型環(huán)氧瀝青防水涂料具有涂膜彈性高及抗水壓能力強(qiáng)的特點(diǎn)；同時(shí)，研制出的水泥基環(huán)氧瀝青防水涂料的阻燃性好，隔熱性強(qiáng)，且耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)。90年代研制出的乙烯基環(huán)氧瀝青涂料應(yīng)用于路面養(yǎng)護(hù)。21世紀(jì)初研究的丁苯橡膠改性乳化瀝青主要應(yīng)用于瀝青路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)[7]。近年來，為了響應(yīng)綠色呼聲，英國研究的環(huán)氧乳化瀝青涂料主要用于高速公路、公交港灣和道路交叉口、機(jī)場跑道；日本在環(huán)氧乳化瀝青防水涂料研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)上陸續(xù)提出了系統(tǒng)的試驗(yàn)方法和施工標(biāo)準(zhǔn)；德國在二十世紀(jì)四十年代也研制成功了一種水泥結(jié)晶型防水涂料應(yīng)用于船舶業(yè)，解決水泥船滲漏的問題?？梢?，環(huán)氧乳化瀝青防水涂料在國外主要輕工業(yè)發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)和應(yīng)用已占據(jù)了重要地位。

3.2環(huán)氧乳化瀝青防水涂料國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國乳化瀝青防水涂料的研發(fā)及應(yīng)用開始于二十世紀(jì)60年代，但其主要應(yīng)用在一些重大工程建設(shè)項(xiàng)目中。70年代，開發(fā)出的非離子、陰離子及陽離子改性劑改性瀝青防水涂料存在使用壽命短、粘結(jié)性差、VOC含量高等缺點(diǎn)，只能滿足一般屋面的防水應(yīng)用要求。80年代，中國建筑防水協(xié)會的成立大大推動了SBS改性瀝青防水卷材的不斷壯大。90年代，伴隨進(jìn)口丙烯酸防水涂料在中國市場的宣傳和推廣，各類共聚高分子防水涂料問世[8]。21世紀(jì)，在我國相關(guān)政策的大力支持下，環(huán)氧瀝青防水涂料的研究跨越到水性環(huán)氧-乳化瀝青防水涂料研究，如芳香胺環(huán)氧乳化瀝青的制備工藝及其在微表處中的應(yīng)用研究；比較SBS瀝青與環(huán)氧瀝青性能，證明后者能顯著改變水穩(wěn)定性及高低溫性；研制水性環(huán)氧樹脂聚合改性SBS乳化瀝青產(chǎn)品，用于路表面細(xì)微裂縫處治的路用性能研究，證明了該產(chǎn)品的施工性與粘結(jié)性顯著提高；水泥復(fù)配水性環(huán)氧乳化瀝青產(chǎn)品，用于鋼橋面鋪裝，性能良好；比較不同環(huán)氧瀝青產(chǎn)品的粘結(jié)強(qiáng)度、高低溫性能和水穩(wěn)性，證明環(huán)氧乳化瀝青的綜合性能顯著提升。此外，對水性環(huán)氧乳化瀝青的室內(nèi)研究目前已經(jīng)細(xì)化到相容性、成膜機(jī)理、微觀結(jié)構(gòu)、不同環(huán)氧摻量等方面。

4 環(huán)氧乳化瀝青防水涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀

環(huán)氧乳化瀝青防水涂料在瀝青路面面層間及面層與基層間，在橋面鋪裝時(shí)的水泥混凝土結(jié)構(gòu)層與面層間，在白加黑路面結(jié)構(gòu)層間、霧封層以及老舊小區(qū)改造的防水、防潮和防滲等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

4.1在瀝青路面基層與面層間的應(yīng)用

路面基層與上設(shè)層間粘結(jié)效果的好壞是路表面是否造成早期破壞的主要因素之一。近年來，越來越多的RAP與乳化瀝青拌合用作冷再生層作為基層或下面層使用，因常規(guī)透層油的軟化點(diǎn)較低，上設(shè)層的熱瀝青混合料經(jīng)壓路機(jī)反復(fù)搓壓易造成防水層破裂，使用過程中下滲水進(jìn)入再生層，凍融破壞影響再生層乃至其它層性能，影響道路使用壽命，而環(huán)氧乳化瀝青防水涂料恰恰能克服這一難題。研究人員通過室內(nèi)剪切試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)與常規(guī)粘層材料對比，表明環(huán)氧乳化瀝青防水層滲透后的芯樣剪切強(qiáng)度值達(dá)1.13MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，粘結(jié)防水性能優(yōu)越[9]。

4.2在水泥混凝土橋面與瀝青路面層間的應(yīng)用

防水粘結(jié)層起到承上啟下的作用，其設(shè)置一方面可防止雨水滲入橋面板，減緩混凝土中鋼筋的銹蝕速度，另一方面可有效粘結(jié)橋面板和鋪裝層。常見的瀝青基防水涂料高溫時(shí)強(qiáng)度較低，干燥成型速度慢，安全性差，成本高，且危害人體健康。環(huán)氧乳化瀝青涂料是一種“剛?cè)岵?jì)”的環(huán)氧瀝青高分子材料，既能改善其受力情況，又具有強(qiáng)度高和防水能力好的優(yōu)勢。有研究表明，水性環(huán)氧乳化瀝青防水涂料產(chǎn)品的抗剪強(qiáng)度（2.8MPa）和拉拔強(qiáng)度（1.7MPa）均優(yōu)于傳統(tǒng)防水涂料，具有良好的力學(xué)性能和耐久性，且綠色環(huán)保；在相同應(yīng)力比時(shí)，環(huán)氧乳化瀝青試件的復(fù)合梁疲勞次數(shù)是傳統(tǒng)防水涂料的3倍以上，說明其粘結(jié)性能及柔韌性顯著改善，抗裂能力顯著增強(qiáng)[10]。

4.3在建筑中的應(yīng)用

傳統(tǒng)瀝青防水涂料應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)中，主要存在防水能力及抗?jié)B能力不足，涂膜粘結(jié)性能差，涂層易開裂等缺點(diǎn)。環(huán)氧乳化瀝青建筑防水涂料具有防水、防腐蝕的特點(diǎn)，且價(jià)格便宜，是大眾化產(chǎn)品，但保質(zhì)期較短、高溫發(fā)粘低溫硬脆且耐候性差，只能用于低等級要求的建筑場所[11]。未來，人們的環(huán)保意識逐漸增強(qiáng)，水性建筑涂料將會重新占領(lǐng)市場，高性能環(huán)氧乳化瀝青因順應(yīng)時(shí)代與政策的要求，其研制及在建筑中的應(yīng)用刻不容緩。

5環(huán)氧乳化瀝青防水涂料發(fā)展中存在的問題與建議

（1）水性環(huán)氧樹脂種類繁多且差異性大，與固化劑的匹配性、相容性、成膜機(jī)理等研究應(yīng)是今后的重點(diǎn)。

（2）目前，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有水性瀝青基防水涂料的試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)，但大多學(xué)者只是依據(jù)單一規(guī)范要求測定產(chǎn)品的物理力學(xué)指標(biāo)，建議用“雙指標(biāo)”，有效控制產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）環(huán)氧乳化瀝青防水涂料主要用于路橋粘層、透層、防水層、封層及等級要求較低的建筑場所，期望研制出性能更優(yōu)的環(huán)氧改性基料或?qū)で笠环N性能優(yōu)異的摻合料，旨在改進(jìn)環(huán)氧乳化瀝青防水性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。

（4）對于環(huán)氧乳化瀝青防水涂料路用應(yīng)用性能的評價(jià)僅局限于施工后的使用效果及強(qiáng)度評價(jià)，建議進(jìn)行后續(xù)跟蹤監(jiān)測，以評價(jià)其耐久性。

因此，如何讓環(huán)氧乳化瀝青防水涂料在不同行業(yè)及不同領(lǐng)域發(fā)揮出更大優(yōu)勢，仍然是學(xué)者們繼續(xù)研究與探索的重大課題。

參考文 獻(xiàn)

[1] 李瑞，杜素軍.乳化瀝青改性劑的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].西部交通科技，2022（10）：68-70.

[2] 李瑞，杜素軍.乳化瀝青改性劑的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].西部交通科技，2022（10）：68-70.

[3] 李致立.水性環(huán)氧乳化瀝青制備工藝與微結(jié)構(gòu)及其基本性能[D].重慶交通大學(xué)，2016.

[4] 畢研秋.冷補(bǔ)環(huán)氧乳化瀝青混合料研究[D].長安大學(xué)，2015.

[5] 何遠(yuǎn)航.水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青及其微表處路用性能研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2008.

[6] Beeher P Emulsions，Theory and Practice.New York：Rein hold PublishingCorp，1957，100.

[7]渠潤澤.水性環(huán)氧改性乳化瀝青的應(yīng)用研究[D].重慶交通大學(xué)，2018.

[8]李瑞，杜素軍，寧志偉，等.復(fù)合高分子乳液改性瀝青防水涂料的應(yīng)用研究[J].散裝水泥，2023（4）：5-7.

[9]王春然.環(huán)氧乳化瀝青在粘層中的應(yīng)用研究[D].長安大學(xué)，2013.

[10]羅國偉.RBS水性環(huán)氧瀝青橋面防水粘結(jié)層試驗(yàn)研究及應(yīng)用[J].北方交通，2022（07）：62-65.

[11]龐文武，陳炳耀，溫海軍，何冬梅.水性建筑防水涂料的性能、應(yīng)用及發(fā)展[J].化工管理，2018（07）：94-95.