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实例说话!面对恶劣天气的挑战沥青瓦是如何应对的?

时间:2019-11-28     作者:安塞建材【原创】

  国家气象局每年的年度恶劣天气报告中都会记录冰雹直径≥2.54cm的地方,全美每年由冰雹造成的财产损失大约有12.5亿美元。冰雹带来的撞击力能破坏屋面覆盖层。对于沥青瓦屋面来说,主要破坏模式有3种:瓦面碎裂、沥青损伤和矿物粒料脱落。


沥青瓦建筑


  冰雹撞击瓦面带来的冲击力会使沥青瓦向下弯曲,瓦的上表面受到垂直压应力,而瓦的下表面受到水平拉应力。为了吸收上述应力,瓦的底部会扩展,这种扩展会导致裂纹,即瓦面碎裂。如果裂纹没有延伸至整个瓦片,就称作为「沥青损伤」,沥青损伤仍然被视为功能损伤,因为它会使得瓦面易碎。撞击也可能使沥青瓦表面的矿物粒料脱落,使暴露于紫外线下的沥青更容易老化。


经历冰雹后的沥青瓦(左)和传统瓦(右)


  商业和住宅安全保险所的研究发现,有屋面覆盖材料的住宅比没有屋面覆盖材料的住宅少40%,有屋面覆盖材料的住宅被认为是具有耐冲击性的。尽管许多沥青瓦都通过了UL2218标准的4级耐冲击测试,但它们仍然有不同的表现。该保险所研究中心的独立检测也表明,在耐冲击试验中,对所有4个钢球冲击等级试验来说,聚合物 沥青瓦的耐冲击性比传统的氧化沥青瓦要好20%~50%。实际使用情况也证明了这一点,同一地区相邻的两幢建筑,屋面覆盖材料分别采用SBS 沥青瓦和氧化沥青瓦。


冰雪覆盖的沥青瓦


   沥青瓦

  所有屋面覆盖材料都是由各组分相互协同形成保护屏障的一个系统,瓦也是一样。沥青瓦主要由胎体、沥青、填料和矿物粒料组成,每个组分都有其功能。在寻求创新的道路上,沥青引领了弹性沥青应用的新时代。


沥青瓦


  在传统沥青瓦生产工艺中,沥青被用作覆盖材料。原料沥青一般称作原沥青,是屋面覆盖材料的基料,软化点为27~49℃。而沥青瓦屋面的测试温度超过82℃,为了发挥屋面覆盖材料的功能,需要将沥青硬化,使之可以承受屋面的正常工作温度。传统工艺为沥青热氧老化或氧化反应,通常做法是将液态沥青在260℃下吹气氧化1~10h。一旦原沥青被氧化,其软化点会上升至93~107℃。


  沥青的自然老化过程受3种因素的影响:热、氧气和紫外线。通过热和氧气可以人为地催化自然老化过程,使原沥青发生化学变化,从低分子量化合物形成长链沥青质。沥青硬化的结果是氧化沥青对应力的反应能力受到了限制。因此,为了抵抗由冰雹冲击带来的应力,传统沥青必须具有足够大的分子量。


  调整沥青物理性能的另一种方法是聚合物。聚合物材料一般是由相似化学成分的大分子组成,其分子量不随环境温度的变化而变化。沥青不同于聚合物材料,是由复杂小分子混合物组成,这些小分子的结合力高度依赖温度,聚合物和沥青混合,能使结合力更稳定,与原沥青和氧化沥青相比,其对于温度的依赖性较小。


  聚合物不仅可以控制软化点温度,也可以改善胶粘质量。沥青中添加SBS可以提高软化点但却不会改变沥青的化学组成,能更好地保持在氧化过程中可能损失的柔性。在沥青氧化过程中使用这种聚合物,能够改变沥青的应变性能,使其能够在更大应力下发挥作用,比如由于冰雹撞击瓦面而引起的应力。


沥青瓦建筑


  生产过程中聚合物的引入和应用,也会影响沥青瓦的耐久性。沥青瓦生产过程中引入聚合物通常有3种方法


  第1种方法是用聚合物沥青充分浸渍胎体。该方法会降低产量,因为聚合物沥青的加入会增加黏度,需要更多时间充分浸渍胎体。用沥青充分浸渍的沥青瓦,具有SBS优异的柔性和抵抗变形的能力。


  第2种方法是用氧化沥青浸渍胎体,然后在上表面涂一层聚合物沥青。该方法由于氧化沥青的低黏度,可以保持快速的生产速度,但是和第1种方法相比,柔性及其他性能相对较差。


  第3种方法是在氧化沥青中添加聚合物混合油、松香或树脂添加剂。该方法只能稍微软化氧化沥青,但由于引入了人工催化的氧化沥青而不是原沥青,这种方法不能充分发挥聚合物对沥青的效果。


沥青瓦建筑


  沥青瓦的抗风揭

  沥青瓦主要依靠上层瓦把下层瓦密封起来以防止其被风掀开。沥青瓦具有在风压下弯曲然后恢复原状的能力,减少了被风掀起的可能性,可以避免屋面被完全破坏,为屋面提供了一层额外的保护。2014年,商业和住宅安全保险所的研究中心通过试验已经发现,沥青瓦良好的柔韧性能使其在风暴中免遭破坏。


沥青瓦建筑


  20世纪90年代末,在高风地区,比如美国中西部,由于冰雹的原因很多屋面都安装了沥青瓦,随后发现沥青瓦还能够抵抗风暴带来的破坏。从此,在整个美国中西部地区,沥青瓦由于优异的抗冲击性能成为首选沥青瓦。


  强化的系统

  我们不能改变天气,但可以强化屋面系统,使它能够更好地适应不断提高的功能需求。为了完善屋面解决方案,商业和住宅安全保险所建立了强化屋面系统项目独立测试指南,旨在减少由于自然灾害引起的潜在财产损失;同时,也在寻求新的解决方案,继续研究如何通过沥青与聚合物的混合创造出更有弹性的屋面材料。


沥青瓦建筑


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