本發(fā)明涉及道路工程及建筑防護材料，具體為一種超低溫改性瀝青防水卷材。

背景技術(shù)：

1、在道路建設(shè)、防水工程以及橋梁鋪裝等眾多領(lǐng)域，瀝青基材料扮演著至關(guān)重要的角色。無論是寒冷地區(qū)的道路鋪設(shè)，還是長期暴露在戶外的防護結(jié)構(gòu)，都對材料的耐久性、穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性提出了嚴格要求。極端天氣、紫外線老化、荷載作用等因素，都會影響材料的使用壽命，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效、開裂、老化等問題，因此，開發(fā)一種能夠同時具備低溫抗裂性、優(yōu)異耐候性以及良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的改性瀝青材料，成為了核心需求。

2、現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)在改性瀝青領(lǐng)域取得了較多突破，并廣泛應(yīng)用于道路和建筑工程。通過添加彈性體、增韌劑以及特定礦物填充材料，使得瀝青材料在一定程度上具備了較好的柔韌性和結(jié)構(gòu)強度。同時，高分子改性技術(shù)的應(yīng)用，使瀝青在一定溫度范圍內(nèi)具備了較好的抗疲勞性和耐用性。此外，一些技術(shù)方案還通過特定的表面處理工藝，改善了材料的附著性能和耐水性，使其在一定的濕度和溫度變化下仍能維持較為穩(wěn)定的物理特性。

3、然而，當(dāng)前技術(shù)還存在一些不足；首先，低溫環(huán)境下的抗裂性依舊是短板，即使引入了彈性體改性，在極端寒冷情況下，材料的剛性增加，導(dǎo)致裂紋更容易形成，無法長期承受嚴寒條件；其次，傳統(tǒng)材料在紫外線長期照射下易發(fā)生老化，表層逐漸粉化、龜裂，使得整體防護能力下降，影響長期使用；此外，單層瀝青材料在溫濕度變化或長期荷載作用下容易變形，特別是在高溫和濕度交替的環(huán)境中，容易產(chǎn)生不可逆翹曲或微觀損傷，影響后期使用；最后，一些改性技術(shù)在提升單一性能的同時，往往犧牲了其他重要特性，例如增強低溫抗裂能力的同時，耐久性和耐候性下降，使得材料無法滿足綜合性需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種超低溫改性瀝青防水卷材，解決了現(xiàn)有技術(shù)在低溫抗裂性、耐候性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及綜合性能平衡方面不足的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種超低溫改性瀝青防水卷材，所述防水卷材包括以下重量份的組分：

3、70號基質(zhì)瀝青與委內(nèi)瑞拉瀝青：50-70份，70號基質(zhì)瀝青具有適中的軟化點和良好的加工性能，但在低溫環(huán)境下脆性較大，影響卷材的柔韌性。委內(nèi)瑞拉瀝青屬于天然瀝青，富含芳香族化合物和瀝青質(zhì)，能夠有效降低卷材的溫度敏感性，提高低溫抗裂性和抗老化性能，當(dāng)這兩種瀝青混合使用時，委內(nèi)瑞拉瀝青能夠有效補償70號基質(zhì)瀝青在低溫下的脆性，改善卷材的低溫柔性，使其在寒冷環(huán)境下表現(xiàn)出更好的抗裂性能；

4、彈性體共混改性劑：10-25份；

5、納米填充增強組分：2-10份；

6、環(huán)氧大豆油：2-6份，環(huán)氧大豆油作為塑化劑和穩(wěn)定劑，可改善高分子基體的分散狀態(tài)，增強分子鏈的流動性，從而降低低溫脆性并提高卷材的低溫施工適應(yīng)性，同時能夠抑制瀝青老化過程中自由基的生成，延緩氧化降解反應(yīng)，提高耐候性，并針對彈性體共混改性劑具有增容作用，能夠降低相分離現(xiàn)象，使改性體系更加均勻穩(wěn)定，延長卷材的使用壽命，；

7、聚醚胺：1-4份，聚醚胺的柔性鏈段可在低溫環(huán)境下提供額外的分子鏈滑移能力，進一步降低卷材的脆化溫度，提高其低溫柔韌性，氨基基團可與納米填充增強組分表面形成氫鍵或化學(xué)鍵，提高納米顆粒的分散性，同時增強改性瀝青與胎基布、填料之間的界面相互作用，并具有延緩材料老化，提高卷材的耐久；

8、界面優(yōu)化助劑：1-5份。

9、優(yōu)選的，所述彈性體共混改性劑包括：

10、sbs(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)：10-25份；sbs具有aba型嵌段共聚結(jié)構(gòu)，其中苯乙烯(s)端基提供剛性支撐，丁二烯(b)中間鏈段賦予橡膠彈性，能夠有效提高改性瀝青的韌性和抗沖擊性能，在改性瀝青體系中，sbs通過形成物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，增強瀝青的彈性恢復(fù)能力，有效提高其抗裂性能，防止卷材在低溫條件下發(fā)生斷裂；

11、sebs(氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)：5-15份，sbs中的丁二烯雙鍵容易發(fā)生氧化降解，導(dǎo)致材料老化，而sebs的氫化結(jié)構(gòu)提高了其抗紫外老化和耐熱氧化性能，延長了防水卷材的使用壽命；提高瀝青體系的穩(wěn)定性：sebs在瀝青基體中不易分解，能夠在長時間、高溫儲存和施工過程中保持穩(wěn)定的相態(tài)，避免出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，提高體系的均勻性；

12、sis(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯)：5-10份，sis的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(tg)比sbs和sebs更低(通常在-60℃左右)，這使得卷材在極低溫環(huán)境下仍然保持足夠的柔性和彈性，防止低溫脆裂，同時sis還具有較高的內(nèi)聚力，使卷材能夠更好地與胎基材料(如聚酯胎基布、玻纖網(wǎng)格布)粘結(jié)，提高界面穩(wěn)定性，最后，sis的高彈性可以提高防水卷材的抗沖擊能力，使其在施工過程中能夠更好地適應(yīng)外力作用，減少破損風(fēng)險。

13、優(yōu)選的，所述納米填充增強組分包括：

14、納米sio2：1-5份，納米sio2的微米級橋接效應(yīng)可以提高基體內(nèi)部的粘結(jié)力，使改性瀝青的整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，增強抗拉強度；由于納米sio2表面存在大量的羥基(-oh)，能夠與瀝青中的極性官能團(如羧基、羥基)相互作用，形成氫鍵或范德華力，提高材料的粘結(jié)性和抗剪切能力，降低溫度敏感性；在低溫環(huán)境下，納米sio2的高剛性填充作用可以減少材料的收縮，提高防水卷材的耐低溫性，使其在極端寒冷條件下仍具有優(yōu)良的柔韌性和力學(xué)穩(wěn)定性；

15、納米蒙脫石：2-6份，納米蒙脫石層間的可插層結(jié)構(gòu)能夠吸附瀝青中的極性成分，提高相容性，從而提升整體的抗分層能力，防止低溫開裂現(xiàn)象的發(fā)生；由于蒙脫石的層間結(jié)構(gòu)能夠容納大量的極性基團，其在瀝青基體中形成的納米復(fù)合體系，可以有效提高材料的耐水性和耐化學(xué)腐蝕性，增強防水卷材的使用壽命；納米蒙脫石的層間滑移特性在一定程度上賦予了防水卷材更好的低溫柔韌性，使其在低溫沖擊下仍然能夠保持較好的變形能力，避免脆性破壞；

16、納米橡膠顆粒：2-6份,橡膠顆粒能夠在瀝青基體中形成“柔性相”，提高材料的彈性模量，使防水卷材在低溫條件下仍保持一定的韌性，減少脆裂風(fēng)險；納米橡膠顆粒由于其微小尺寸，可以均勻分布在基體中，形成“微觀增強網(wǎng)絡(luò)”，在受到外部應(yīng)力時能夠有效緩沖能量，提高材料的斷裂韌性和耐沖擊性能；其與瀝青基體之間的良好相容性，能夠減少橡膠相與瀝青相的相分離現(xiàn)象，從而提高整體的穩(wěn)定性，并延緩材料的老化進程；

17、氟化石墨烯：0.5-2份，氟化石墨烯能夠顯著提高瀝青的疏水性，減少水分滲透，提高防水卷材的抗?jié)駸崂匣芰Γ黄涑訝罱Y(jié)構(gòu)可以增強基體的層間作用力，提升防水卷材的機械強度，同時提高其抗剝離性能；由于氟化石墨烯表面含有氟元素，其具有極低的表面能，能夠有效抑制冰晶的形成，使防水卷材在低溫環(huán)境下仍具有較好的防凍性能，避免低溫脆裂問題的發(fā)生；此外，氟化石墨烯的高導(dǎo)熱性可以改善材料的熱穩(wěn)定性，使卷材在較大溫差范圍內(nèi)保持優(yōu)異的耐候性能。

18、優(yōu)選的，所述界面優(yōu)化助劑包括：

19、馬來酸酐接枝sbs：1-5份，馬來酸酐結(jié)構(gòu)中的羧基或酐基能與瀝青中的極性組分(如瀝青中的酚羥基、羧基等)發(fā)生化學(xué)作用，提高sbs在瀝青基體中的均勻分散性，從而優(yōu)化復(fù)合材料的相界面，sbs本身具有優(yōu)異的彈性，但在未改性情況下，與瀝青的相容性較差，而mah接枝后，使其分子鏈與瀝青中的極性分子鏈之間形成較強的相互作用，提高材料的柔韌性和耐低溫性能；

20、聚醚改性硅氧烷：0.2-1份，硅氧烷主鏈賦予材料較低的表面能，使改性瀝青體系的整體潤濕性增強，從而促進填料(如納米sio2、氟化石墨烯等)和高分子組分在瀝青基體中的均勻分布，提高界面結(jié)合力，聚醚側(cè)鏈的存在賦予硅氧烷良好的柔性，并能降低材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(tg)，在超低溫環(huán)境下可有效防止材料脆裂，提高卷材的耐寒性和延展性，同時硅氧烷具有優(yōu)異的疏水性，使材料在長期受潮環(huán)境中仍能保持良好的穩(wěn)定性，減少瀝青的老化和性能衰減，提高防水卷材的耐久性。

21、本發(fā)明還提供一種超低溫改性瀝青防水卷材的制備方法，包括以下步驟：

22、s1、材料預(yù)處理，通過對70號基質(zhì)瀝青與委內(nèi)瑞拉瀝青和彈性體共混改性劑進行均勻混合，形成具有合適加工性能的瀝青基材；

23、s2、納米填充增強，通過在改性瀝青中引入納米填充增強組分，并使其分散均勻，形成改性瀝青基體；

24、s3、動態(tài)交聯(lián)優(yōu)化，通過交聯(lián)作用形成穩(wěn)定的高分子網(wǎng)絡(luò)；

25、s4、分層復(fù)合結(jié)構(gòu)制備，用于對不同性能層進行組合，使其形成卷材結(jié)構(gòu)同時具備多重功能；

26、s5、熱壓成型，用于通過控制溫度和壓力，使復(fù)合材料粘結(jié)緊密，并形成所需的卷材形態(tài)。

27、優(yōu)選的，所述材料預(yù)處理包括：

28、將70號基質(zhì)瀝青與委內(nèi)瑞拉瀝青混合，并加熱至140-160℃，攪拌至均勻，加熱至140-160℃的溫度范圍有助于降低瀝青的黏度，使其更容易進行混合，并保證兩種瀝青能夠充分融合。攪拌過程則有助于確保瀝青在均勻的溫度下進行充分的混合，避免出現(xiàn)分層或不均勻的現(xiàn)象；

29、加入sbs、sebs、sis彈性體，升溫至180-200℃，進行高剪切分散，剪切速率3000-5000rpm，持續(xù)攪拌40-60min，剪切分散有助于將大分子量的彈性體破碎成較小的顆粒，進而增強其與瀝青基質(zhì)的相容性。高剪切攪拌的目的是克服彈性體與瀝青基質(zhì)之間的相容性問題，確保兩者能均勻分散，避免在最終產(chǎn)品中出現(xiàn)顆粒聚集的現(xiàn)象，升溫至180-200℃的溫度范圍使瀝青的粘度適中，有利于提高彈性體的分散效果，同時避免過高的溫度導(dǎo)致彈性體的降解。而持續(xù)攪拌40-60分鐘則確保了充分的混合和分散，促進了不同成分之間的相互作用。

30、優(yōu)選的，所述納米填充增強包括：

31、逐步加入納米sio2、納米蒙脫石、納米橡膠顆粒、氟化石墨烯，并采用超聲波輔助分散，超聲波頻率20-40khz，處理時間10-20min，超聲波輔助分散的機理是通過高頻聲波在瀝青中產(chǎn)生的聲空化效應(yīng)，使填料表面形成微小氣泡并快速破裂，從而將填料分散到瀝青基體中。通過這種方式，納米級填料能夠有效地在瀝青中分散，而不會形成大的團塊或聚集現(xiàn)象。；

32、繼續(xù)攪拌30-40min，使填料在瀝青基體中均勻分散，繼續(xù)攪拌30-40min是為了確保所有的納米填料在瀝青中分布均勻，從而確保整個防水卷材具有一致的性能。

33、優(yōu)選的，所述動態(tài)交聯(lián)優(yōu)化包括：

34、向改性瀝青基體中加入馬來酸酐接枝sbs和聚醚改性硅氧烷，攪拌30-50min，馬來酸酐接枝sbs通過與瀝青基體中的分子相互作用，改善了sbs的親和力，促進了sbs與瀝青基體之間的化學(xué)鍵合，避免了因sbs與瀝青基體不兼容而導(dǎo)致的分散不均勻現(xiàn)象；

35、進行熱交聯(lián)處理，加熱溫度190-210℃，時間30-60min，馬來酸酐接枝sbs和聚醚改性硅氧烷等成分在此溫度范圍與此持續(xù)的時間范圍下通過熱解或反應(yīng)生成共價鍵，增強了分子之間的相互作用力。這一過程有助于提高瀝青的熱穩(wěn)定性、彈性和耐久性；

36、采用紫外交聯(lián)處理，波長300-400nm，時間20-40min，以增強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，通過紫外線輻射破壞分子中的化學(xué)鍵，并促進分子內(nèi)發(fā)生自由基反應(yīng)，形成新的交聯(lián)點，紫外線的波長范圍300-400nm能夠有效激發(fā)瀝青中的化學(xué)物質(zhì)，尤其是sbs和硅氧烷改性分子，促使其發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，增強分子之間的強度和穩(wěn)定性。

37、優(yōu)選的，所述分層復(fù)合結(jié)構(gòu)制備包括：

38、在瀝青基體表面額外涂覆交聯(lián)后的改性瀝青作為過渡層，控制厚度為0.5-1.5mm，通過涂覆交聯(lián)瀝青形成的過渡層，在瀝青基體和增強層之間起到了橋接作用，避免了直接接觸導(dǎo)致的界面脫落或性能不均衡。此外，過渡層的厚度控制在0.5-1.5mm，有助于平衡過渡層與其他層之間的力學(xué)性能，確保防水卷材在使用過程中的耐久性；

39、在過渡層上鋪設(shè)增強層，所述增強層包括聚酯胎基布或玻纖網(wǎng)格布，并施加壓力使其與過渡層粘附，聚酯胎基布或玻纖網(wǎng)格布等增強材料具有優(yōu)異的機械強度和耐久性，通過施加壓力使其與過渡層緊密粘附，增強了整個卷材的抗拉強度和穩(wěn)定性。這些增強層材料的布置形式可以提供均勻的力學(xué)分布，防止卷材在受到外力作用時發(fā)生局部破裂或變形；

40、在增強層上涂覆第二層交聯(lián)后的改性瀝青，控制厚度為0.5-1.5mm，確保材料均勻包覆，涂覆的交聯(lián)瀝青通過其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以進一步提升卷材的防水性能和抗老化性。由于改性瀝青在交聯(lián)過程中形成了堅固的三維結(jié)構(gòu)，因此能有效增強卷材在高溫和低溫環(huán)境下的穩(wěn)定性，并防止水分滲透，確保卷材的長期防水效果，同時還進一步增強了增強層與其他層之間的粘附性，防止增強層暴露或脫落；

41、在第二層改性瀝青層表面施加保護層，所述保護層包括礦物粒料、鋁箔或聚乙烯膜，以增加卷材的耐候性，礦物粒料或鋁箔等材料的表面能有效反射紫外線，避免卷材在長時間暴露于陽光下發(fā)生老化和分解；而聚乙烯膜則可以提供良好的屏障作用，防止水分、氧氣等外界因素對卷材造成的侵害。此外，保護層通過其耐候性和耐磨性，能夠在惡劣的環(huán)境下延長防水卷材的使用壽命。礦物粒料和鋁箔等材料的作用還可以增強卷材的抗風(fēng)化能力，進一步提升材料的穩(wěn)定性和耐用性。

42、優(yōu)選的，所述熱壓成型包括：

43、將分層復(fù)合后的材料送入熱壓裝置，設(shè)定溫度范圍為150-180℃，在150-180℃的溫度下，瀝青及其改性成分會達到適當(dāng)?shù)牧鲃有院退苄?，使得各層之間能夠相互滲透并進行化學(xué)交聯(lián)，形成更加緊密的結(jié)合，該溫度范圍還可以防止瀝青過度流動或變形，避免因過熱導(dǎo)致的成品質(zhì)量問題；

44、在熱壓過程中施加3-6mpa的壓力，持續(xù)時間控制在10-20min，使各層材料緊密結(jié)合，施加的3-6mpa壓力有助于通過物理壓實作用，使各層材料之間的界面得到充分接觸與結(jié)合。高壓可以使材料內(nèi)部的空隙減少，增強層與層之間的粘結(jié)力，從而提高卷材的整體力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。對于復(fù)合結(jié)構(gòu)中的各個層次，尤其是增強層與改性瀝青層之間的結(jié)合，壓力能夠有效促使不同層間的粘結(jié)力增強，避免分層或剝離現(xiàn)象；

45、采用冷卻裝置對熱壓后的卷材進行冷卻處理，冷卻溫度控制在30-50℃，確保材料定型并保持尺寸穩(wěn)定，當(dāng)溫度從高溫逐漸下降到30-50℃時，瀝青及其改性成分的分子鏈逐漸穩(wěn)定并固化，形成最終的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。緩慢冷卻可以避免由于熱脹冷縮造成的應(yīng)力集中的問題，從而提高卷材的尺寸穩(wěn)定性和外觀質(zhì)量。同時，冷卻過程還可以幫助減少材料中的內(nèi)應(yīng)力，避免在后續(xù)的使用中出現(xiàn)開裂或翹曲等問題；

46、通過收卷裝置將制備完成的防水卷材收卷，并進行裁切包裝，以形成最終產(chǎn)品，通過收卷裝置的作用，將冷卻定型后的防水卷材卷繞成卷，這一過程不僅方便了產(chǎn)品的運輸和儲存，還能夠確保產(chǎn)品的完整性和穩(wěn)定性。裁切和包裝的目的是確保每個卷材符合客戶的使用需求，如規(guī)格、大小等。收卷操作的溫和性避免了卷材表面或邊緣的損傷，而包裝則可以提供額外的保護，防止運輸過程中受潮、污染或破損。

47、本發(fā)明提供了一種超低溫改性瀝青防水卷材。具備以下有益效果：

48、1、本發(fā)明采用高比例委內(nèi)瑞拉瀝青與納米增強改性技術(shù)，達到了低溫抗裂性的顯著提升。相比于現(xiàn)有技術(shù)中單純使用普通改性瀝青的方案，克服了低溫環(huán)境下材料脆化、裂紋提前產(chǎn)生的問題，使材料在極寒條件下依然保持良好的柔韌性。

49、2、本發(fā)明通過引入氟化石墨烯和納米橡膠顆粒，成功增強了材料的抗紫外線和耐候性能。傳統(tǒng)技術(shù)方案往往只依賴于彈性體改性，而難以有效抵抗長期紫外線老化。有效減少了紫外線導(dǎo)致的表面裂紋，顯著延長了材料的使用壽命，適用于長期暴露于戶外環(huán)境的應(yīng)用。

50、3、本發(fā)明通過采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，并結(jié)合納米sio2穩(wěn)定基體，極大提升了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。相比于傳統(tǒng)單層瀝青基體，有效降低了溫濕交替環(huán)境下的形變，解決了高溫軟化、濕度影響導(dǎo)致的材料翹曲和開裂問題，使材料在復(fù)雜環(huán)境下依舊保持穩(wěn)定。

51、4、通過優(yōu)化改性劑比例與納米材料的協(xié)同作用，達到了綜合性能的平衡優(yōu)化。以往技術(shù)中，提升一種性能往往會犧牲另一種，比如增強柔韌性會導(dǎo)致耐久性下降。本發(fā)明巧妙調(diào)整各組分配比，使低溫抗裂、耐候性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性三者兼得，避免了單一優(yōu)化帶來的負面影響。