防水材料是建筑工程上不可缺少的主要建筑材料之一。包括瀝青基(及改性瀝青基)防水材料、樹(shù)脂基防水材料以及橡膠基防水材料。
一、瀝青基防水材料
瀝青屬有機(jī)膠凝材料，是由很多高分子化合物組成的復(fù)雜的混合物，常溫下呈固態(tài)、半固態(tài)或粘稠液態(tài)。
按產(chǎn)源，瀝青分為地瀝青，俗稱(chēng)松香柏油(包括天然瀝青和石油瀝青)與焦油瀝青，俗稱(chēng)煤瀝青、柏油、臭柏油(包括煤瀝青和頁(yè)巖瀝青等)兩大類(lèi)。建筑工程中主要使用石油瀝青，但煤瀝青也有少量應(yīng)用。
(一)石油瀝青
1.石油瀝青的組成
石油瀝青為石油經(jīng)提煉和加工后所得的副產(chǎn)品。由很多高分子碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘?/p>
(氧、氮、硫等)衍生物混合而成，成分復(fù)雜且差異較大，因此一般不作化學(xué)分析。通常，從使用的角度出發(fā)，按其中的化學(xué)成分及物理力學(xué)成分相近者劃分為若干組，這些組稱(chēng)為“組叢”。石油瀝青的組叢及其主要特性如下：
(1)油分。淡黃色液體，占總量的40%～60%，賦予瀝青以流動(dòng)性。
(2)棚旨(脂膠)。黃色到黑褐色的半固體，占總量15%～30%，賦予瀝青以粘性與塑性。
(3)地瀝青質(zhì)。黑色固體，占總量的lo%～30%，是決定石油瀝青熱穩(wěn)定性與粘性的重要組叢。
此外，還含有少量的瀝青碳、·似碳物及蠟。瀝青碳與似碳物均為黑色粉末，會(huì)降低瀝青的粘結(jié)力;蠟會(huì)降低瀝青的粘性與塑性，增大瀝青對(duì)溫度的敏感性。
石油瀝青屬膠體結(jié)構(gòu)，以地瀝青固體顆粒為核心，在其周?chē)綐?shù)脂與油分的互溶物，形成膠團(tuán)，無(wú)數(shù)的膠團(tuán)分散在油分中，從而形成了膠體結(jié)構(gòu)。由于各組叢間相對(duì)比例的不同，膠體結(jié)構(gòu)可劃分為溶膠型、凝膠型和溶凝膠型三種類(lèi)型。在建筑工程中使用較多的氧化瀝青多屬凝膠型膠體結(jié)構(gòu)。
2.石油瀝青的主要技術(shù)性質(zhì)
(1)粘性(粘滯性)。石油瀝青的粘性是反映瀝青內(nèi)部阻礙其相對(duì)流動(dòng)的一種特性，
工程上常用相對(duì)粘度(條件粘度)表示。粘稠瀝青的相對(duì)粘度常用針入度表示，針人度是指在規(guī)定溫度(25℃)下，以規(guī)定重量(100g)的標(biāo)準(zhǔn)針，在規(guī)定時(shí)間(5s)內(nèi)貫人試樣中的深度(按1/lOmm計(jì))，它反映石油瀝青抵抗剪切變形的能力。針入度小，表明瀝青粘度大。見(jiàn)圖20—13。液體石油瀝青的相對(duì)粘度可用標(biāo)準(zhǔn)粘度表示，它是指在規(guī)定溫度‘(25℃等)、規(guī)定直徑d(3、5或lOmm)的孔口流出50mi瀝青所需的時(shí)間(秒數(shù))。·
(2)塑性。是指瀝青桫l、力作用下變形能力的大小，也反映了瀝青開(kāi)裂后的自愈能力。
瀝青的塑性以延度表示。將“8”字形的標(biāo)準(zhǔn)試件放入延度儀25℃的水中，以5cm/min的速度拉伸至拉斷，拉斷時(shí)的長(zhǎng)度(cm)稱(chēng)為延度。延度是石油瀝青的重要技術(shù)指標(biāo)之一，延度愈大，塑性愈好。見(jiàn)圖20—14。
(3)溫度穩(wěn)定性。是指瀝青的粘性和塑性隨溫度升降而變化的性能。溫度穩(wěn)定性用軟化點(diǎn)表示，一般用環(huán)球法測(cè)定。將瀝青試樣置于規(guī)定的銅環(huán)內(nèi)，上置一個(gè)規(guī)定質(zhì)量鋼球，
在水或甘油中逐漸升溫，試件受熱軟化下垂，測(cè)得與底板接觸時(shí)的溫度(℃)即軟化點(diǎn)，見(jiàn)圖20—15。軟化點(diǎn)高表示瀝青的耐熱性或溫度穩(wěn)定性好(即溫度敏感性小)。
(4)大氣穩(wěn)定性。在大氣因素下，瀝青抵抗老化的性能稱(chēng)為大氣穩(wěn)定性(耐久性)，
一般用蒸發(fā)試驗(yàn)(160℃，5h)測(cè)定。其指標(biāo)為蒸發(fā)損失率和蒸發(fā)后針入度比(蒸發(fā)后針人度與原先針人度之比)。前者小而后者大則表示瀝青的大氣穩(wěn)定性好，即老化慢。
主要依據(jù)上述指標(biāo)，已制定了石油瀝青的部頒標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表20-44。粘稠石油瀝青分為道路石油瀝青、建筑石油瀝青和普通石油瀝青三個(gè)品種，每種又分為若干牌號(hào)。
牌號(hào)主要依據(jù)針人度來(lái)劃分，但延度與軟化點(diǎn)等也需符合規(guī)定。同一品種中，牌號(hào)愈小則
針人度愈小(粘性增大)，延度愈小(塑性愈差)，軟化點(diǎn)增高(溫度穩(wěn)定性愈好)。應(yīng)根 據(jù)工程性質(zhì)、氣候條件及工作環(huán)境來(lái)選擇瀝青的品種與牌號(hào)，如一般屋面用瀝青材料的軟
化點(diǎn)應(yīng)比本地區(qū)屋面最高溫度高20℃以上(圖20—15)。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量選用牌號(hào)較大者為好。
建筑石油瀝青多用于屋面與地下防水工程，還可用作建筑防腐蝕材料。道路石油瀝青多用于路橋工程、車(chē)間地坪及地下防水工程等。
還有一種防水防潮石油瀝青，牌號(hào)分為3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)，按針人度指數(shù)劃分。
其針人度與30號(hào)建筑瀝青相近，但軟化點(diǎn)高，質(zhì)量好，它特別適宜作為油氈的涂敷材料，也可作為屋面及地下防水的粘結(jié)材料。
(二)煤瀝青
煤瀝青是煤焦廠或煤氣廠的副產(chǎn)品，煙煤干餾時(shí)得到煤焦油，煤焦油有高溫和低溫兩種，多用高溫煤焦油，煤焦油分餾加工提取各種油類(lèi)(其中重油為常用的木材防腐油)后所剩殘?jiān)礊槊簽r青。根據(jù)蒸餾程度的不同，劃分為低溫、中溫、高溫煤瀝青三類(lèi)。建筑工程中多使用低溫煤瀝青。
. 與石油瀝青相比，煤瀝青塑性較差，受力時(shí)易開(kāi)裂;溫度穩(wěn)定性及大氣穩(wěn)定性均較差。但與礦料的表面粘附性較好，防腐性較好。這些優(yōu)缺點(diǎn)由其組叢特性決定。
(三)改性石油瀝青
石油加工廠生產(chǎn)的瀝青通常只控制耐熱性指標(biāo)(軟 化點(diǎn))，其他的性能，如塑性、大氣穩(wěn)定性、低溫抗裂性等則很難全面達(dá)到要求，從而影響了使用效果。為解決這個(gè)問(wèn)題而采用的方法之一是：在石油瀝青中加入某些礦物填充料等改性材料，得到改性石油瀝青，或進(jìn)而生產(chǎn)各種防水制品。
常用的改性材料有橡膠、樹(shù)脂及礦物填充料等。
在石油瀝青中加入礦物填充料(粉狀為滑石粉等;纖維狀，如石棉絨)，可提高瀝青的粘性與耐熱性，減少瀝青對(duì)溫度的敏感性。
橡膠是瀝青的重要改性材料。橡膠能在一50一十150℃溫度范圍內(nèi)保持顯著的高彈性能，此外，還具有良好的扯斷強(qiáng)力、定伸強(qiáng)力、撕裂強(qiáng)力、耐疲勞強(qiáng)力、不透水性、不透氣性、耐酸堿性及電絕緣性等。按來(lái)源，橡膠可分為天然橡膠與合成橡膠(以石油、天然氣和煤作為主要原料)兩大類(lèi)。常用氯丁橡膠、丁基橡膠，再生橡膠與耐熱性丁苯橡膠
(SBS)等作為石油瀝青的改性材料。它們與瀝青間有較好的混溶性，并可使改性瀝青具有橡膠的許多優(yōu)點(diǎn)，如高溫變形性小、低溫柔性好等。
樹(shù)脂作為改性材料可使得到的改性瀝青提高耐寒性、耐熱性、粘性及不透氣性。但由于樹(shù)脂與石油瀝青的相溶性較差，故可用的樹(shù)脂品種較少，常用的有：古馬隆樹(shù)脂，·聚乙烯、聚丙烯樹(shù)脂，酚醛樹(shù)脂及天然松香等。
由于樹(shù)脂與橡膠之間有較好的相溶性，故也可同時(shí)加入樹(shù)脂與橡膠來(lái)改善石油瀝青的性質(zhì)，使瀝青兼具樹(shù)脂與橡膠的優(yōu)點(diǎn)與特性。
(四)瀝青的應(yīng)用
1.冷底子油
冷底子油是一種瀝青涂料，將建筑石油瀝青(30%～40%)與汽油或其他有機(jī)溶劑(60%一70%)相溶合而成。冷底子油實(shí)際上是常溫下的瀝青溶液。其粘度小，滲透性好。
在常溫下將冷底子油刷涂或噴到混凝土、砂漿或木材等材料表面后，即逐漸滲入毛細(xì)孔中，待溶劑揮發(fā)后，便形成一層牢固的瀝青膜，使在其上做的防水層與基層得以牢固粘貼。對(duì)基面，要求潔凈、干燥、水泥砂漿找平層的含水率≤10%。
2.瀝青膠(瑪碲脂)
瀝青膠為瀝青與礦質(zhì)填充料的均勻混合物。填充料可為粉狀的，如滑石粉、石灰石粉;也可為纖維狀的，如石棉屑、木纖維等。
瀝青膠分熱用與冷用兩種。在熱用瀝青膠中，粉狀填充料摻量一般為瀝青重量的10%一25%，纖維狀填充料一般為5%一10%;而冷用瀝青膠的配比一般是：瀝青40%～50%，綠油25%～30%，礦粉10%～30%，有時(shí)還加人5%以下的石棉。
瀝青膠可用來(lái)粘貼防水卷材，用作接縫材料等。(厚度1～1.5mm，≤2mm)。
瀝青膠的標(biāo)號(hào)主要按耐熱度劃分，對(duì)柔韌性和粘結(jié)力也作了規(guī)定。應(yīng)根據(jù)工程性質(zhì)、屋面坡度和當(dāng)?shù)貧v年最高氣溫來(lái)選擇標(biāo)號(hào)。
