ASTM标准对TPO防水卷材的新要求
时间：2019-05-28 13:22:22
建筑材料在发展过程中总会有特殊情况出现，而这种情况又是建筑产品最初设计时所没有考虑的。这些特殊情况并不是暴露了建筑产品的缺陷，而是对建筑产品的性能提出了新要求。
生产厂商制订TPO防水卷材配方时原本主要针对耐紫外线性能。这些年来，TPO防水卷材的耐紫外线性能得到了大幅度提高。在２０世纪９０年代早期，ＴＰＯ防水卷材在氙弧老化试验机中的耐紫外线值为5 000 kJ/m2。而今生产商宣称其耐紫外线值远高于25 000 kJ/m2。也就是说，得益于技术的巨大进步，TPO卷材在耐紫外线性能上提高了5倍。事实上，在2006年ＡＳＴＭ的 ＴＰＯ材料标准中对耐紫外线性能的要求已经从5 040 kJ/m2提高到10 080 kJ/m2（以该耐候性能水平，TPO标准已经包含了目前任何一部ＡＳＴＭ单层卷材标准中最严格的要求）。
生产厂商制订TPO防水卷材配方时原本主要针对耐紫外线性能。这些年来，TPO防水卷材的耐紫外线性能得到了大幅度提高。在２０世纪９０年代早期，ＴＰＯ防水卷材在氙弧老化试验机中的耐紫外线值为5 000 kJ/m2。而今生产商宣称其耐紫外线值远高于25 000 kJ/m2。也就是说，得益于技术的巨大进步，TPO卷材在耐紫外线性能上提高了5倍。事实上，在2006年ＡＳＴＭ的 ＴＰＯ材料标准中对耐紫外线性能的要求已经从5 040 kJ/m2提高到10 080 kJ/m2（以该耐候性能水平，TPO标准已经包含了目前任何一部ＡＳＴＭ单层卷材标准中最严格的要求）。
图1 放大50倍数图片 图1 放大100倍数图片
图1为1.143 mm厚TPO防水卷材经过氙弧老化试验机（25 200 kJ/m2）处理后，放大50倍的图片，图２为放大100倍的图片。图1和图2表明，ＴＰＯ防水卷材在紫外线处理后，其表面依然完好。甚至在８０ ℃、氙弧老化试验机中，其耐紫外线值仍超过２５ ２００ kJ/m2，是现行ASTM标准要求的2倍多。
近来，由于建筑设计的变化和新型建筑构件的使用，对ＴＰＯ防水卷材提出了越来越多的新要求。
多数情况下，白色ＴＰＯ防水卷材因其高反射率，其温度基本不会高于环境温度。然而，在北美洲某些地区，白色TPO防水卷材的表面温度可能会远远超过其预计的温度。白色TPO防水卷材表面过热的情况比如卷材暴露在屋顶安装的管道系统或者钢化玻璃下。而这些管道或玻璃的表面具有高反射性，能反射太阳光至卷材表面，就像放大镜一样。这些叠加的温度可能超过卷材设计的耐高温极限。在最极端的情况下，这些区域的屋面表面温度可接近148 ℃。
另外一个导致TPO防水卷材遭受极端高温的情况是热焊施工。在热焊施工过程中，热焊设备通过喷嘴将产生的热风送至两块卷材之间，以使卷材粘结在一起。焊接设备施加的多重热量和压力使得两块卷材永久地熔融粘结在一起。虽然焊接设备产生的热风温度可以调节，但对于TPO防水卷材而言，537.7 ℃是比较适宜的温度。焊接设备的速度也应加以调控，最好设定在3.7 m/min。因为如果加热持续时间相对较短，TPO防水卷材中的耐紫外线剂和热稳定剂不会受到影响。然而，如果施工人员提高温度或者降低焊接速度，有可能导致卷材老化。卷材过热的表现是很明显的，比如焊接区域卷材冒烟、卷材表面变色、卷材变形。因此，屋面施工人员应就焊接时的相关要求征询ＴＰＯ防水卷材生产商的意见。
ＡＳＴＭ和其会员单位承担了修订ＴＰＯ防水卷材标准的工作，以保证ＴＰＯ防水卷材行业生产的卷材能够承受高温环境。
经过大约2年的修订工作，２０１１年６月，对ＡＳＴＭ D6878《TPO防水卷材规范》的修订获得通过。修订的内容有提高对热老化的要求，增加对TPO 防水卷材胎基至卷材表面的最小厚度。ＡＳＴＭ D6878—11a已收录了提高后的最低要求。早在2003年ASTM D6878发布时，有关部门就已对该标准进行了监控和更新，以满足单层屋面面临的不断变化的环境要求和监管要求。
本次新修订的ASTM标准对TPO防水卷材热老化的要求比原标准的要求提高了8倍。为了符合新规范的要求，所有不同厚度的TPO防水卷材都要能承受115 ℃、32周的热处理而卷材物理性能无明显变化。加上这个新要求，TPO防水卷材标准已包含任何一部ＡＳＴＭ单层屋面材料标准中最严苛的热老化要求。根据阿累尼乌斯公式，对卷材耐热性的新要求相当于将ＴＰO防水卷材每天置于85 ℃的环境中6 h，并持续20年。
除了耐受极端热环境的新要求外，新的ASTM标准也增加了对ＴＰＯ防水卷材胎基至卷材表面最小厚度的要求。修订后的标准要求最小厚度为0.381 mm，比原来的0.305 mm增加了25%。正如预计的那样，卷材上层厚度的增加与卷材设计寿命有关，因为卷材上层厚度增加将更加持久地保护卷材的胎体增强层。
卷材上层厚度的增加除了有保护胎基的作用之外，还将有助于卷材更持久地抵抗开裂和龟裂。额外增加的卷材厚度层中，含有更多的耐候性物质，当这种物质暴露于紫外线中被消耗掉时，只要有耐老化剂迁移到卷材表面，都能使得卷材得到长久的保护。卷材厚度和卷材寿命的关系并非预期的线性关系，而是指数关系。
图1为1.143 mm厚TPO防水卷材经过氙弧老化试验机（25 200 kJ/m2）处理后，放大50倍的图片，图２为放大100倍的图片。图1和图2表明，ＴＰＯ防水卷材在紫外线处理后，其表面依然完好。甚至在８０ ℃、氙弧老化试验机中，其耐紫外线值仍超过２５ ２００ kJ/m2，是现行ASTM标准要求的2倍多。
近来，由于建筑设计的变化和新型建筑构件的使用，对ＴＰＯ防水卷材提出了越来越多的新要求。
多数情况下，白色ＴＰＯ防水卷材因其高反射率，其温度基本不会高于环境温度。然而，在北美洲某些地区，白色TPO防水卷材的表面温度可能会远远超过其预计的温度。白色TPO防水卷材表面过热的情况比如卷材暴露在屋顶安装的管道系统或者钢化玻璃下。而这些管道或玻璃的表面具有高反射性，能反射太阳光至卷材表面，就像放大镜一样。这些叠加的温度可能超过卷材设计的耐高温极限。在最极端的情况下，这些区域的屋面表面温度可接近148 ℃。
另外一个导致TPO防水卷材遭受极端高温的情况是热焊施工。在热焊施工过程中，热焊设备通过喷嘴将产生的热风送至两块卷材之间，以使卷材粘结在一起。焊接设备施加的多重热量和压力使得两块卷材永久地熔融粘结在一起。虽然焊接设备产生的热风温度可以调节，但对于TPO防水卷材而言，537.7 ℃是比较适宜的温度。焊接设备的速度也应加以调控，最好设定在3.7 m/min。因为如果加热持续时间相对较短，TPO防水卷材中的耐紫外线剂和热稳定剂不会受到影响。然而，如果施工人员提高温度或者降低焊接速度，有可能导致卷材老化。卷材过热的表现是很明显的，比如焊接区域卷材冒烟、卷材表面变色、卷材变形。因此，屋面施工人员应就焊接时的相关要求征询ＴＰＯ防水卷材生产商的意见。
ＡＳＴＭ和其会员单位承担了修订ＴＰＯ防水卷材标准的工作，以保证ＴＰＯ防水卷材行业生产的卷材能够承受高温环境。
经过大约2年的修订工作，２０１１年６月，对ＡＳＴＭ D6878《TPO防水卷材规范》的修订获得通过。修订的内容有提高对热老化的要求，增加对TPO 防水卷材胎基至卷材表面的最小厚度。ＡＳＴＭ D6878—11a已收录了提高后的最低要求。早在2003年ASTM D6878发布时，有关部门就已对该标准进行了监控和更新，以满足单层屋面面临的不断变化的环境要求和监管要求。
本次新修订的ASTM标准对TPO防水卷材热老化的要求比原标准的要求提高了8倍。为了符合新规范的要求，所有不同厚度的TPO防水卷材都要能承受115 ℃、32周的热处理而卷材物理性能无明显变化。加上这个新要求，TPO防水卷材标准已包含任何一部ＡＳＴＭ单层屋面材料标准中最严苛的热老化要求。根据阿累尼乌斯公式，对卷材耐热性的新要求相当于将ＴＰO防水卷材每天置于85 ℃的环境中6 h，并持续20年。
除了耐受极端热环境的新要求外，新的ASTM标准也增加了对ＴＰＯ防水卷材胎基至卷材表面最小厚度的要求。修订后的标准要求最小厚度为0.381 mm，比原来的0.305 mm增加了25%。正如预计的那样，卷材上层厚度的增加与卷材设计寿命有关，因为卷材上层厚度增加将更加持久地保护卷材的胎体增强层。
卷材上层厚度的增加除了有保护胎基的作用之外，还将有助于卷材更持久地抵抗开裂和龟裂。额外增加的卷材厚度层中，含有更多的耐候性物质，当这种物质暴露于紫外线中被消耗掉时，只要有耐老化剂迁移到卷材表面，都能使得卷材得到长久的保护。卷材厚度和卷材寿命的关系并非预期的线性关系，而是指数关系。
