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TPO屋面卷材长期功能研究

总体功能

    2000年以来,关于TPO卷材的长期功能已进行了不少研究,例如西部屋面承包商协会(WSRCA)对来自4家制造商的厚1.5 mm的TPO卷材进行过现场试验研究。试验的屋面系统位于美国西北部4个气候区。根据定期抽样测试的结果,所有参试的屋面系统功能都很好,接缝的整体性和全面的防水性能都没发现问题。在拉斯维加斯,有一家制造商提供的TPO卷材有些开裂,可能与最初施工期间产品产生了局部折皱有关;还是这一家制造商提供的卷材,在个别部位出现一些微裂纹和发状裂纹,可能是由于遭受强烈太阳辐射和配方不十分理想引起的。
欧洲的一项研究观察了3个TPO屋面系统在施工后的5年和10年间的状况。同WSRCA的研究一样,基本上没有发现卷材厚度有什么变化,所有的屋面系统的功能也都不错。
加利福尼亚一家建筑和工程咨询公司研究了位于拉斯维加斯的20余个屋面系统,发现有些TPO屋面存在开裂的情况,其中有一些是由于所用的粘合剂与TPO卷材在高温条件下发生反应引起的。有研究认为,有些粘合剂在高温下会分解,分解的产物与TPO卷材发生作用,引起过早破坏,因而应该改变粘合剂的配方,并建议将试验重点应着眼于高温条件下的性能方面。虽然公开发表的研究认为TPO总体上性能很好,发现的一些问题只是个案,但还是有这样或那样的证据认为高温会使TPO卷材破坏。

历史

    在美国,TPO屋面卷材的商业应用始于上世纪90年代初,到90年代末有了一定的规模。2003年,ASTM D 8678《热塑性聚烯烃屋面卷材标准技术规程》问世,该规程规定了TPO卷材的物理性能、尺寸和耐久性,而耐久性又包括耐臭氧、热老化和耐候性。其中热老化性能测试,规定试验温度为116 ℃、持续时间28 d;耐候性试验,采用氙弧试验仪。
2009年12月,ASTM(国际)TPO研究小组会议期间,讨论了TPO屋面系统的早期破坏问题。一位制造商称,卷材早期破坏与意外的高温负荷有关,例如TPO屋面系统附近某个表面的反射可使TPO卷材处于比正常温度要高的环境中。于是有人提出了一种把温度从116 ℃提高到135 ℃,持续时间翻一番即增加到56 d的加速老化试验方法。
2010年初,中西部屋面承包商协会(MRCA)技术和研究委员会在一份关于TPO卷材的建议公告中称,高的太阳负荷和高温导致TPO中的抗老化成分如抗氧化剂、UV吸收剂以及光热稳定剂过早耗尽,是这种卷材损坏的原因。该公告还建议,如果屋面温度有可能达到和超过71 ℃或太阳辐射超过了正常值,就应该咨询制造商关于他们产品的适用性。
2010年NRCA年会期间,曾有过一次关于TPO卷材长期功能的讨论,有3家知名制造商参加,他们是GAF、卡莱尔和凡士通公司。GAF代表指出,造成TPO屋面上过多热能积聚有诸多因素,包括附近有高反射的屋面、屋面表面不洁以及屋面卷材直接与柔性太阳能板结合等。他出示的数据证明,屋面上的TPO卷材表面可持续达到88 ℃。该位代表还展示了116 ℃和138 ℃时加速老化的数据,这2个试验温度下获得的数据有很好的关联性。
GAF和卡莱尔的代表都指出,不同制造商的TPO卷材在功能上有很大的差异。讨论得到一个明确的结论是,UV老化似乎对TPO不是问题,相反,在高温情况下卷材可能会发生破坏。
TPO研究小组决定将标准提高,温度仍为116 ℃,持续时间从28 d延长到224 d即32周。这一标准已于2011年6月1日出版。
杰斯曼最近研究比较了评估TPO卷材长期功能的各种方法后发现,热老化期间卷材的质量损失与开裂的起始点有很好的相关性。试验在116 ℃至135 ℃之间的各种温度下都有类似的结果,说明评估TPO的热老化性能,测定质量损失可能是一个有效的方法。

屋面温度

    有相当数量的文献资料表明,在正常条件下TPO屋面的表面温度不会超过54.4 ℃。这样的条件包括屋面表面不是特别脏,附近没有反射屋面以及没有太阳能板直接铺在上面等。夏季太阳直射时温度可达峰值;有太阳板直接覆盖的屋面温度可达到88 ℃,并且持续6 h。
还有一个TPO屋面过早损坏的案例中,卷材表面已被剥蚀可看见里面的无纺布,这与温度达到88 ℃有关,而这样的高温是屋面被黑色烟灰弄得很脏造成的。
在ASTM(国际)TPO研究小组组织的会议上,讨论了在93.3 ℃时屋面系统的早期损坏。有些被反复引用的证据,展示了TPO卷材的损坏情况,但没有提供准确的温度数据。这些损坏通常与附近存在反射表面有关,使热负荷异常升高。
制造商在这方面的做法各不相同,许多制造商在其TPO屋面系统的质保、应用和技术规范中规定持续温度的上限不超过71 ℃。由于安装了太阳能板会引起屋面温度升高,有些制造商要求在TPO卷材上面另铺一“牺牲”层,以保护TPO卷材。有些制造商声称他们提供的TPO卷材可以经受高温,但又提出采用“牺牲”层,说明他们对自己产品的耐热性也不是十分自信。

最终使用预期

    在讨论的基础上,ASTM D 6787已经多次作出修改,以响应行业的关注。虽然屋面损坏对涉及到的每个人都会很伤脑筋,但TPO卷材屋面的铺设已超过3.72 亿m2,相比起来有损坏的屋面只占其中很小的比例。
事实上,正是由于绝大多数使用的屋面已经证实了此类材料的耐久性,因而屋面行业已经延长了TPO系统的质保期限。然而,对于不同最终使用温度的屋面的寿命预期,目前还没有指导性的意见。
GAF研究了许多不同厚度的商业TPO卷材在116 ℃和138 ℃时的损坏时间。所谓“损坏”,定义为“当卷材绕7.6 cm直径的卷筒弯曲时,用7倍目镜观察到表面有裂纹”。利用这些数据进行分析,并预测温度为71 ℃、82.2 ℃和93.3 ℃,每天外露8 h的损坏时间,结果见下表。

  表中两组试验数据极好的相关性充分说明,在不同温度下卷材损坏的机理是相同的。但这只能认为,这一结论仅适用于使用目前常规稳定剂的TPO卷材产品。也就是说,在制造商使用的配方范围内,试验温度不同,将使试验期限有所不同,从而影响具体的寿命预期。
另外还有研究数据表明,卷材在71 ℃下,每天暴露8  h,可以持续使用25年;但在93.3 ℃下,也是每天暴露8 h,它只能持续使用12年。前面已经提到许多卷材在高温下损坏的例子,这就说明在给定温度下,以每天暴露8 h为依据可能有点过分;作为实际功能的预期,可能还有一些附加的因素在起作用,如机械磨损、光和UV辐射等。

建议

    根据表中数据,建议将TPO卷材的功能作如下分类:
1)经济型TPO卷材。当短期费用的考虑优先于其长期性能时,可选用经济型TPO卷材;正常情况下其预期寿命为15年,最高持续外露温度达到71 ℃。
  2)标准TPO卷材。此类TPO适用于使用寿命达25年的屋面系统,最高持续外露温度82.2 ℃;经评估,也可用于要求使用寿命达30年的屋面系统。
3)高标准TPO卷材。适用于要求高的项目,最高持续外露温度达到93.3 ℃,在任何环境中预期寿命均超过35年。
TPO卷材已经具有超过3.72亿m2成功使用的基础,然而同样也有明显的证据证明,TPO卷材在热能积累超过正常预期时会发生与热有关的损坏。这些情况包括屋面附近有反射表面、屋面过脏以及处于高海拔的西南部地区(特指美国——译者注)。
TPO卷材在进行116 ℃和135 ℃下热老化试验时,测出的损坏天数有很大的变化范围,这一点可以解读为预期的使用年限也会有明显的差别。也就是说,各厂家提供的TPO卷材,可能在性能上会存在很大的差异。
  (本文摘自《中国建筑防水》2014年第7期,由肖石编译自《Professional Roofing》, Feb.,2014)
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