中国疆域辽阔, 地形复杂, 气候各异。屋面防水材料,尤其是柔性防水材料的选择, 应当充分考虑当地气候条件及其影响。本文在分析气候因素与防水材料性能关系的基础上,依据我国重要城市的气象资料, 讨论了反映气候因素对防水材料影响特征的全国气候分区问题。气候因素与防水材料测试的关键性指标将另文论述。
 

1 我国现行防水标准的气候因素局限性

选择屋面柔性防水材料时应充分考虑当地气候条件,对这一观点普遍不存异议。然而, 在我国现有的防水材料性能标准和防水施工技术规范中, 有关气候条件的条款较为笼统, 缺乏可操作的定性规定, 从某种意义上讲, 导致防水工程中材料标准和应用要求难以对应的矛盾。
1.1 防水设计和施工, 缺乏气候条件具体指导

在GB50207 - 94《屋面工程技术规范》中, 关于防水材料选择应用中气候因素的规定仅为一般性描述。以防水卷材为例, 4.3.2.1条款规定: “ 根据当地历年最高气温、最低气温、屋面坡度和使用条件等因素, 应选择耐热度和柔性相适用的卷材”, 至于最低气温低到什么程度时对应选择怎样的柔性防水材料, 并没有规定。第4.3.2 条款( 增加条文)的描述只是更加详尽一些罢了。对防水涂料、刚性材料等防水材料的设计规定也与此类似。

1.2 防水材料性能规范, 缺乏应用条件说明

在各类防水材料标准和试验方法中, 虽然有加温、紫外线、耐酸碱等处理和低温柔性测试指标, 但相对应的应用条件则没有进行规定或推荐。以高聚物改性沥青防水卷材性能为例, 常规性能规范见表1(即GB50207 - 94 之表4.2.2- 3)。

虽然表注中说明不同温度的柔度表示产品档次的好坏, 但并未规定所谓“ 低档产品” 的应用限制。根据屋面防水等级和设防要求, 高聚物改性沥青卷材被认为是一般意义上的高档防水产品, 推荐使用在各等级防水应用中。同时, 防水等级划分也未考虑气候条件。在此应当指出, 现行低温柔性测试方法规定的温度并不能机械地直接对应于应用条件最低温度。

1.3 防水材料市场, 产品应用缺乏规范

尽管各级建设管理部门和防水界仁人志士在规范防水材料市场方面已经做了很多努力并不断进行改进, 但防水行业的问题仍令人担忧。在此不谈假冒伪劣产品明显的危害。在防水材料市场, 对于合格产品而言, 不论产品性能是否真能满足应用环境气候条件, 由于缺乏规范指导和规定制约, 材料推荐应用的随意性很大, 在某些情况下, 由于材料应用条件不适宜将会导致防水失败。

1.4 防水材料生产, “ 高质量”背后的问题

针对柔性防水材料, 有对材料低温柔性片面理解的现象。把“ 材料柔性通过测试温度越低, 材料的低温应变能力越强”这一概念孤立起来考虑。例如在防水材料生产中, 为追求降低测试低温柔性温度的目的, 在其中不适当地过分加入增塑剂、掺加低沸点渣油等带有混合溶剂的产品, 以增加材料低温塑性变形能力。这种所谓低温适应能力强的“ 高质量” 产品, 在应用过程中, 随中低分子增塑剂和溶剂的迁移及挥发将很快丧失其柔性, 使材料变硬变脆, 进而导致防水失败。

2 气候因素对防水材料的影响

屋面柔性防水材料受气候因素的影响是多方面的, 其中气温、日照强度、降水量的影响尤为重要。

2.1 气温

高温可加速沥青等材料的氧化老化过程, 对于含增塑剂的防水材料体系, 还可促进增塑剂迁移, 使材料脆性增加, 这样, 当气温变化较大或温度较低时, 材料发生断裂或龟裂的倾向将增加。另外, 高温状态下材料粘流性较大, 当材料受应力作用时, 易产生塑性蠕变。低温可使防水材料的脆性增加, 一定时期内, 材料在某一低温状态下柔性不足时, 应力的积累可能导致材料的低温龟裂或变形断裂。

2.2 日照

一般而言, 日照对柔性防水材料不利。阳光这一宽谱能量使气温升高并诱发化学反应, 从而加速防水材料的氧化老化, 使材料脆性增加。对于可发生光化学交联反应的体系, 情况会复杂些。应用初期, 阳光提供了化学交联所需的能量, 材料强度及弹性可能改善, 但随着时间推移, 光照能量最终将导致并加速氧化老化过程。日照强度在气候因素中不是独立的, 它与气温及降水量指标有一定的相关性。日照强度大的地区往往干燥少云, 气温偏高, 反之亦然。
2.3 降水量( 包含降雨量和降雪量)

一般而言, 降雨量的大小对防水材料性能直接影响不大, 但对于可能存在耐水性问题的防水材料, 较频繁和长期的屋面积水也可能造成局部损坏。降雪过程伴随低温及较长时期的融化过程, 因而对防水材料低温柔性要求较高。降水量在气候因素中也不是独立的, 它与日照强度和气温指标有一定的相关性。降水量大的地区往往日照强度和气温相对偏低。日益加剧的环境污染使降雨的酸性增加; 湿度增大可能引起基材返碱, 长期的酸碱作用会使材料发生化学变化并使其物理性能变差。但与高温(日照)引起的氧化老化相比, 一般而言, 这一影响相对较弱, 在此不作进一步讨论。图1 为气候因素对防水材料影响机理的示意。高温是防水材料老化的重要因素, 温差和低温作用是材料性能不足或老化后发生破坏的环境条件。

值得注意的是, 防水材料的老化过程受时间和温度双重影响。对同一材料而言, 气温越高, 达到相同老化程度所需的时间就越短。在制定测试标准时, 一定要有足够的时- 温老化条件才能真正模拟和反映实际过程的长期老化情况。

化影响强度, 以40 ºC 极端最高气温为临界点, 对全国各地进行两水平老化强度分区。
C. 低温和温差变化是导致防水材料破坏的重要外因。根据防水材料破坏机理, 低温和温差的大小决定了防水材料破坏作用强度。全国各地最低气温及温差变化差异很大, 对防水材料的影响也相应表现为较大不同。
对全国88个重要城市的极端最低气温和极端温差的研究表明, 两者之间存在很好的线性相关特性, 见图2, 因而考虑利用极端最低气温和温差进行气候分区时, 用两者之一即可。笔者推荐采用极端温差代表防水材料破坏气候作用强度指标。无论是否进行高温老化强度分区, 这一指标均能反映温度因素对防水材料的综合影响。考虑极端温差对防水材料强度影响, 对全国气候作用强度分区见表3。

4 结论

(1) 本文在分析气候因素与防水材料性能关系的基础上, 讨论了气候因素对防水材料影响特征及机理。

(2) 依据我国重要城市气象资料, 针对气候高温老化和温度破坏强度, 讨论了防水材料气候分区问题。

(3) 本文所作的防水材料气候分区研究, 限于所掌握的气象资料, 不应视为一种严格的规范或标准, 仅供参考,并建议有关部门设立专项研究课题进行深入研究。