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原文/Interface,March

屋面系统所面临的诸多挑战中，冰雹是最具破坏性的，风暴带来冷降雨，由此形成的冰雹会猛烈撞击瓦面。

美国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。

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。

同一建筑冰雹过后SBS改性沥青瓦完好而壁板破坏

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UL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，聚合物改性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改性沥青瓦和氧化沥青瓦。

相邻建筑氧化沥青瓦遭到破坏

沥青改性

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，改性沥青引领了弹性沥青应用的新时代。

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℃下吹气氧化1～10h。一旦原沥青被氧化，其软化点会上升至93～℃。

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改性。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。

聚合物改性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改性聚合物，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。

生产过程中改性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改性聚合物通常有3种方法。

第1种方法是用聚合物改性沥青充分浸渍胎体。该方法会降低产量，因为聚合物改性沥青的加入会增加黏度，需要更多时间充分浸渍胎体。用SBS改性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改性沥青。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改性效果。

沥青瓦的抗风揭

SBS改性沥青防水卷材是由MalarkeyRoofingProducts公司在年引入北美的。SBS改性沥青瓦可以在阿拉斯加州的低温下安装，从而有效延长了屋面施工季节，并减少了氧化沥青瓦冬季施工引起的开裂。安装时，在现场观察到改性沥青瓦另一个意想不到的特性：抗风性。

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。SBS改性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。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。

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改性沥青瓦，随后发现改性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，SBS改性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。

责任编辑/吴悦执行主编/丁春花

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