TPO屋面卷材長期功能研究

總體功能

    2000年以來，關(guān)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(xié)會（WSRCA）對來自4家制造商的厚1.5 mm的TPO卷材進行過現(xiàn)場試驗研究。試驗的屋面系統(tǒng)位于美國西北部4個氣候區(qū)。根據(jù)定期抽樣測試的結(jié)果，所有參試的屋面系統(tǒng)功能都很好，接縫的整體性和全面的防水性能都沒發(fā)現(xiàn)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(chǎn)品產(chǎn)生了局部折皺有關(guān)；還是這一家制造商提供的卷材，在個別部位出現(xiàn)一些微裂紋和發(fā)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)卷材厚度有什么變化，所有的屋面系統(tǒng)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(tǒng)，發(fā)現(xiàn)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(fā)生反應(yīng)引起的。有研究認為，有些粘合劑在高溫下會分解，分解的產(chǎn)物與TPO卷材發(fā)生作用，引起過早破壞，因而應(yīng)該改變粘合劑的配方，并建議將試驗重點應(yīng)著眼于高溫條件下的性能方面。雖然公開發(fā)表的研究認為TPO總體上性能很好，發(fā)現(xiàn)的一些問題只是個案，但還是有這樣或那樣的證據(jù)認為高溫會使TPO卷材破壞。

歷史

    在美國，TPO屋面卷材的商業(yè)應(yīng)用始于上世紀90年代初，到90年代末有了一定的規(guī)模。2003年，ASTM D 8678《熱塑性聚烯烴屋面卷材標準技術(shù)規(guī)程》問世，該規(guī)程規(guī)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(guī)定試驗溫度為116 ℃、持續(xù)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(tǒng)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(guān)，例如TPO屋面系統(tǒng)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(huán)境中。于是有人提出了一種把溫度從116 ℃提高到135 ℃，持續(xù)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(xié)會（MRCA）技術(shù)和研究委員會在一份關(guān)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(wěn)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(yīng)該咨詢制造商關(guān)于他們產(chǎn)品的適用性。
2010年NRCA年會期間，曾有過一次關(guān)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(jié)合等。他出示的數(shù)據(jù)證明，屋面上的TPO卷材表面可持續(xù)達到88 ℃。該位代表還展示了116 ℃和138 ℃時加速老化的數(shù)據(jù)，這2個試驗溫度下獲得的數(shù)據(jù)有很好的關(guān)聯(lián)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(jié)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(fā)生破壞。
TPO研究小組決定將標準提高，溫度仍為116 ℃，持續(xù)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(fā)現(xiàn)，熱老化期間卷材的質(zhì)量損失與開裂的起始點有很好的相關(guān)性。試驗在116 ℃至135 ℃之間的各種溫度下都有類似的結(jié)果，說明評估TPO的熱老化性能，測定質(zhì)量損失可能是一個有效的方法。

屋面溫度

    有相當數(shù)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(xù)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(guān)，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(tǒng)的早期損壞。有些被反復引用的證據(jù)，展示了TPO卷材的損壞情況，但沒有提供準確的溫度數(shù)據(jù)。這些損壞通常與附近存在反射表面有關(guān)，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(tǒng)的質(zhì)保、應(yīng)用和技術(shù)規(guī)范中規(guī)定持續(xù)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(jīng)受高溫，但又提出采用“犧牲”層，說明他們對自己產(chǎn)品的耐熱性也不是十分自信。

最終使用預(yù)期

    在討論的基礎(chǔ)上，ASTM D 6787已經(jīng)多次作出修改，以響應(yīng)行業(yè)的關(guān)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(shè)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(shù)使用的屋面已經(jīng)證實了此類材料的耐久性，因而屋面行業(yè)已經(jīng)延長了TPO系統(tǒng)的質(zhì)保期限。然而，對于不同最終使用溫度的屋面的壽命預(yù)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(yè)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(shù)據(jù)進行分析，并預(yù)測溫度為71 ℃、82.2 ℃和93.3 ℃，每天外露8 h的損壞時間，結(jié)果見下表。

　　表中兩組試驗數(shù)據(jù)極好的相關(guān)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(jié)論僅適用于使用目前常規(guī)穩(wěn)定劑的TPO卷材產(chǎn)品。也就是說，在制造商使用的配方范圍內(nèi)，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(yù)期。
另外還有研究數(shù)據(jù)表明，卷材在71 ℃下，每天暴露8  h，可以持續(xù)使用25年；但在93.3 ℃下，也是每天暴露8 h，它只能持續(xù)使用12年。前面已經(jīng)提到許多卷材在高溫下?lián)p壞的例子，這就說明在給定溫度下，以每天暴露8 h為依據(jù)可能有點過分；作為實際功能的預(yù)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(jù)表中數(shù)據(jù)，建議將TPO卷材的功能作如下分類：
1）經(jīng)濟型TPO卷材。當短期費用的考慮優(yōu)先于其長期性能時，可選用經(jīng)濟型TPO卷材；正常情況下其預(yù)期壽命為15年，最高持續(xù)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(tǒng)，最高持續(xù)外露溫度82.2 ℃；經(jīng)評估，也可用于要求使用壽命達30年的屋面系統(tǒng)。
3）高標準TPO卷材。適用于要求高的項目，最高持續(xù)外露溫度達到93.3 ℃，在任何環(huán)境中預(yù)期壽命均超過35年。
TPO卷材已經(jīng)具有超過3.72億m2成功使用的基礎(chǔ)，然而同樣也有明顯的證據(jù)證明，TPO卷材在熱能積累超過正常預(yù)期時會發(fā)生與熱有關(guān)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(qū)（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(shù)有很大的變化范圍，這一點可以解讀為預(yù)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）