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TPO屋面卷材長期功能研究

總體功能

    2000年以來,關于TPO卷材的長期功能已進行了不少研究,例如西部屋面承包商協會(WSRCA)對來自4家制造商的厚1.5 mm的TPO卷材進行過現場試驗研究。試驗的屋面系統位于美國西北部4個氣候區。根據定期抽樣測試的結果,所有參試的屋面系統功能都很好,接縫的整體性和全面的防水性能都沒發現問題。在拉斯維加斯,有一家制造商提供的TPO卷材有些開裂,可能與最初施工期間產品產生了局部折皺有關;還是這一家制造商提供的卷材,在個別部位出現一些微裂紋和發狀裂紋,可能是由于遭受強烈太陽輻射和配方不十分理想引起的。
歐洲的一項研究觀察了3個TPO屋面系統在施工后的5年和10年間的狀況。同WSRCA的研究一樣,基本上沒有發現卷材厚度有什么變化,所有的屋面系統的功能也都不錯。
加利福尼亞一家建筑和工程咨詢公司研究了位于拉斯維加斯的20余個屋面系統,發現有些TPO屋面存在開裂的情況,其中有一些是由于所用的粘合劑與TPO卷材在高溫條件下發生反應引起的。有研究認為,有些粘合劑在高溫下會分解,分解的產物與TPO卷材發生作用,引起過早破壞,因而應該改變粘合劑的配方,并建議將試驗重點應著眼于高溫條件下的性能方面。雖然公開發表的研究認為TPO總體上性能很好,發現的一些問題只是個案,但還是有這樣或那樣的證據認為高溫會使TPO卷材破壞。

歷史

    在美國,TPO屋面卷材的商業應用始于上世紀90年代初,到90年代末有了一定的規模。2003年,ASTM D 8678《熱塑性聚烯烴屋面卷材標準技術規程》問世,該規程規定了TPO卷材的物理性能、尺寸和耐久性,而耐久性又包括耐臭氧、熱老化和耐候性。其中熱老化性能測試,規定試驗溫度為116 ℃、持續時間28 d;耐候性試驗,采用氙弧試驗儀。
2009年12月,ASTM(國際)TPO研究小組會議期間,討論了TPO屋面系統的早期破壞問題。一位制造商稱,卷材早期破壞與意外的高溫負荷有關,例如TPO屋面系統附近某個表面的反射可使TPO卷材處于比正常溫度要高的環境中。于是有人提出了一種把溫度從116 ℃提高到135 ℃,持續時間翻一番即增加到56 d的加速老化試驗方法。
2010年初,中西部屋面承包商協會(MRCA)技術和研究委員會在一份關于TPO卷材的建議公告中稱,高的太陽負荷和高溫導致TPO中的抗老化成分如抗氧化劑、UV吸收劑以及光熱穩定劑過早耗盡,是這種卷材損壞的原因。該公告還建議,如果屋面溫度有可能達到和超過71 ℃或太陽輻射超過了正常值,就應該咨詢制造商關于他們產品的適用性。
2010年NRCA年會期間,曾有過一次關于TPO卷材長期功能的討論,有3家知名制造商參加,他們是GAF、卡萊爾和凡士通公司。GAF代表指出,造成TPO屋面上過多熱能積聚有諸多因素,包括附近有高反射的屋面、屋面表面不潔以及屋面卷材直接與柔性太陽能板結合等。他出示的數據證明,屋面上的TPO卷材表面可持續達到88 ℃。該位代表還展示了116 ℃和138 ℃時加速老化的數據,這2個試驗溫度下獲得的數據有很好的關聯性。
GAF和卡萊爾的代表都指出,不同制造商的TPO卷材在功能上有很大的差異。討論得到一個明確的結論是,UV老化似乎對TPO不是問題,相反,在高溫情況下卷材可能會發生破壞。
TPO研究小組決定將標準提高,溫度仍為116 ℃,持續時間從28 d延長到224 d即32周。這一標準已于2011年6月1日出版。
杰斯曼最近研究比較了評估TPO卷材長期功能的各種方法后發現,熱老化期間卷材的質量損失與開裂的起始點有很好的相關性。試驗在116 ℃至135 ℃之間的各種溫度下都有類似的結果,說明評估TPO的熱老化性能,測定質量損失可能是一個有效的方法。

屋面溫度

    有相當數量的文獻資料表明,在正常條件下TPO屋面的表面溫度不會超過54.4 ℃。這樣的條件包括屋面表面不是特別臟,附近沒有反射屋面以及沒有太陽能板直接鋪在上面等。夏季太陽直射時溫度可達峰值;有太陽板直接覆蓋的屋面溫度可達到88 ℃,并且持續6 h。
還有一個TPO屋面過早損壞的案例中,卷材表面已被剝蝕可看見里面的無紡布,這與溫度達到88 ℃有關,而這樣的高溫是屋面被黑色煙灰弄得很臟造成的。
在ASTM(國際)TPO研究小組組織的會議上,討論了在93.3 ℃時屋面系統的早期損壞。有些被反復引用的證據,展示了TPO卷材的損壞情況,但沒有提供準確的溫度數據。這些損壞通常與附近存在反射表面有關,使熱負荷異常升高。
制造商在這方面的做法各不相同,許多制造商在其TPO屋面系統的質保、應用和技術規范中規定持續溫度的上限不超過71 ℃。由于安裝了太陽能板會引起屋面溫度升高,有些制造商要求在TPO卷材上面另鋪一“犧牲”層,以保護TPO卷材。有些制造商聲稱他們提供的TPO卷材可以經受高溫,但又提出采用“犧牲”層,說明他們對自己產品的耐熱性也不是十分自信。

最終使用預期

    在討論的基礎上,ASTM D 6787已經多次作出修改,以響應行業的關注。雖然屋面損壞對涉及到的每個人都會很傷腦筋,但TPO卷材屋面的鋪設已超過3.72 億m2,相比起來有損壞的屋面只占其中很小的比例。
事實上,正是由于絕大多數使用的屋面已經證實了此類材料的耐久性,因而屋面行業已經延長了TPO系統的質保期限。然而,對于不同最終使用溫度的屋面的壽命預期,目前還沒有指導性的意見。
GAF研究了許多不同厚度的商業TPO卷材在116 ℃和138 ℃時的損壞時間。所謂“損壞”,定義為“當卷材繞7.6 cm直徑的卷筒彎曲時,用7倍目鏡觀察到表面有裂紋”。利用這些數據進行分析,并預測溫度為71 ℃、82.2 ℃和93.3 ℃,每天外露8 h的損壞時間,結果見下表。

  表中兩組試驗數據極好的相關性充分說明,在不同溫度下卷材損壞的機理是相同的。但這只能認為,這一結論僅適用于使用目前常規穩定劑的TPO卷材產品。也就是說,在制造商使用的配方范圍內,試驗溫度不同,將使試驗期限有所不同,從而影響具體的壽命預期。
另外還有研究數據表明,卷材在71 ℃下,每天暴露8  h,可以持續使用25年;但在93.3 ℃下,也是每天暴露8 h,它只能持續使用12年。前面已經提到許多卷材在高溫下損壞的例子,這就說明在給定溫度下,以每天暴露8 h為依據可能有點過分;作為實際功能的預期,可能還有一些附加的因素在起作用,如機械磨損、光和UV輻射等。

建議

    根據表中數據,建議將TPO卷材的功能作如下分類:
1)經濟型TPO卷材。當短期費用的考慮優先于其長期性能時,可選用經濟型TPO卷材;正常情況下其預期壽命為15年,最高持續外露溫度達到71 ℃。
  2)標準TPO卷材。此類TPO適用于使用壽命達25年的屋面系統,最高持續外露溫度82.2 ℃;經評估,也可用于要求使用壽命達30年的屋面系統。
3)高標準TPO卷材。適用于要求高的項目,最高持續外露溫度達到93.3 ℃,在任何環境中預期壽命均超過35年。
TPO卷材已經具有超過3.72億m2成功使用的基礎,然而同樣也有明顯的證據證明,TPO卷材在熱能積累超過正常預期時會發生與熱有關的損壞。這些情況包括屋面附近有反射表面、屋面過臟以及處于高海拔的西南部地區(特指美國——譯者注)。
TPO卷材在進行116 ℃和135 ℃下熱老化試驗時,測出的損壞天數有很大的變化范圍,這一點可以解讀為預期的使用年限也會有明顯的差別。也就是說,各廠家提供的TPO卷材,可能在性能上會存在很大的差異。
 。ū疚恼浴吨袊ㄖ浪2014年第7期,由肖石編譯自《Professional Roofing》, Feb.,2014)
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