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世界各國最新防水材料發展趨勢

時間:2020/12/18

世界各國最新防水材料發展趨勢

一、疊層瀝青系統

20世紀70年代以前的100多年間,世界各國均使用瀝青基疊層屋面和地下防水系統,以熱粘瀝青鋪設3~4層。從20世紀70年代末開始,疊層瀝青系統受到功能更好的各種聚合物基先進防水材料的沖擊,使用份額迅速下降。目前,歐洲的疊層屋面僅占7%左右,美國約占13%(新建)和18%(修理),日本約占16%,我國在屋面和地下防水中已很少使用疊層系統。

疊層屋面整體上雖呈下降的趨勢,但由于使用壽命長(30年以上),可靠性高,加之熱瀝青施工的環?;?,預計近期內還不會被完全淘汰,在美、日等國仍會占有一定的比例。坡屋面與平屋面的情況不同。在美國的坡屋面中,瀝青油氈瓦用量始終占壓倒優勢,2006年復合(2層或3層)瀝青瓦占55%,玻纖胎瀝青瓦占11%,金屬瓦占11%,紙胎瀝青瓦占3%,木瓦占2%,纖維水泥瓦占1%,其它占17%。

二、改性瀝青防水卷材

改性瀝青防水卷材已發展成為各國主要或重要的屋面防水材料。在歐洲改性瀝青卷材中占統治地位,年產量在2億㎡以上,約占65%;在美國它是前幾年增長最快的屋面材料,現約占20%;在我國已成為使用最多的新型建筑防水材料,2005年使用量為1.3億,約占21%。在改性劑方面,目前仍以SBS和APP為主,SBS使用最為廣泛,SEBS和TPO改性劑也開始應用,但用量有限。在胎體方面,主要使用聚酯胎和玻纖胎,以聚酯氈使用最多,聚酯玻纖復合胎也有少量的應用。改性瀝青防水卷材大量應用于屋面和地下防水,為穩定可靠起見,標準規定一般鋪2層。改性瀝青卷材還在種植屋面、橋梁防水、鐵道防水、與疊層屋面復合使用和保溫節等方面得到應用。在種植屋面中,一般雙層鋪設,下層常有自粘或熱熔SBS防水卷材,面層則用加阻根劑的礦物粒面覆面SBS防水卷材。橋梁防水主要采用SBS和APP改性瀝青防水卷材,較少使用防水涂料,一般雙層鋪設,如丹麥的橋梁設計使用雙層4.5mm厚SBS改性瀝青卷材及15mm厚排水板,使用年限高達100年。法國Soprema公司的全自動卷材鋪設車及其配套的200m長橋面專用SBS防水卷材,以熱風加熱自動化焊接,已在歐洲和北美成功地使用了數十年。我國雖已使用APP和SBS卷材做道橋防水,但質量遠遜于國外。在國外,鐵道防水也有使用SBS改性瀝青卷材的報道,我國正在積極研究SBS改性瀝青防水卷材在鐵道防水中的應用。為了節能的需要,白色表面改性瀝青卷材開始問世,如美國Poly-glass公司的優質白色表面SBS和APP自粘屋面防水卷材,符合“能源之星”標準對陽光反射率的要求,GAF公司的發亮白色表面SBS和APP改性瀝青卷材,其反射率比標準白色涂料大(達75%),Soprema公司的白色SBS卷材上面已直接鋪貼光電薄膜。美國愈來愈多地將改性瀝青與疊層屋面復合使用,下面鋪2~3層玻纖胎氧化瀝青油氈,上面覆蓋以粒料覆面改性瀝青卷材,以同時發揮多層穩妥和SBS卷材彈性好的優點。

改性瀝青卷材的粘接方法主要有熱粘法、冷粘法、噴燈法、熱空氣接縫法和自粘卷材等。目前,使用最多的仍然是熱瀝青粘結法和噴燈熱熔法,但由于節能、環保和安全的要求愈來愈苛刻,這兩種方法受到限制,而冷粘法、熱空氣接縫法、自粘接縫帶、自粘卷材法則方興未艾,前景看好。熱粘法散發煙塵,污染環境,需要改善。對此,美國研制出叫Petroplasma的屋面瀝青,其抗下垂性提高,可在120℃(一般為260℃ )下施工,無燒傷、煙和異味。美國還推出一種在分子等級上起作用的氣味抑制劑,可包裹瀝青,阻止較輕石油分子蒸發,清除煙氣。在瀝青中加入專用聚合物,加熱時聚合物浮到表面,形成蒙皮層,制成低煙瀝青。日本開發的系列無煙瀝青可大幅度減少黑煙(僅為傳統瀝青的1/5),熔化溫度低(低20~50℃),刺激性氣味僅為傳統瀝青的1/5。噴燈法既簡便又有效,是當前歐美主要或重要的粘接方法。但近年來噴燈施工引發火災的事故頻繁發生,限制噴燈使用的呼聲不斷高漲,噴燈的使用將呈現下降的趨勢。冷粘法在美國、日本及歐洲已開始普遍使用。與熱瀝青相比,冷膠粘劑具有優越的粘接性,在雙層SBS屋面膜暴露20年和30年以后的熱老化試驗中,冷膠粘劑和噴燈施工膜均無破壞。自粘改性瀝青卷材的興起是改性瀝青卷材發展中的一大亮點。它施工安全、快速,對環境友好,在國內外均獲得了快速的發展。自粘卷材有均質型、玻纖氈增強型和聚酯氈增強型等眾多品種,改性劑絕大多數使用SBS,但也有APP和TPO的。

自粘卷材用途十分廣闊:

(1)在屋面和地下防水中單獨或與普通改性瀝青復合使用;

(2)作泛水使用;

(3)用作坡屋面的墊層;

(4)用作墻的隔氣層或防水層等。

三、高分子防水卷材

近年來,聚合物基的高分子防水卷材(不計改性瀝青防水卷材)有了較快的發展。在美國單層屋面增長最快,1979年占10%以下,1984年占25%,1987年占48%,2006年達到54%,從而成為屋面的主導材料。日本的單層片材防水占37%,多于瀝青防水。歐洲的單層聚合物片材約占24%,但增長速度高于改性瀝青。單層防水厚度一般在1.0-2.0mm,資源消耗大大低于瀝青基材料,由于石油短缺日漸嚴重,隨著單層防水在材料和施工方面的技術進步,勢必獲得更快的增長。與瀝青基防水卷材一般多層鋪設不同,高分子防水卷材多是單層鋪設,根據使用部位和使用年限的不同,選用不同的厚度,選擇厚度在1.0~3.0mm。單層防水用途廣泛,屋面、地下、隧道、鐵路、水池、垃圾填埋廠等均可使用。單層防水的種類多種多樣,包括EPDM(三元乙丙橡膠)、PVC(聚氯乙烯),CPE(氯化聚乙烯)、氯丁橡膠、橡膠共混CSPE(氯磺化聚乙烯)、EVA(乙烯乙酸乙烯酯),PE(聚乙烯)、ECB(乙烯共聚物瀝青)、丁基橡膠、OCB(烯烴共聚物瀝青)、PIB(聚異丁烯)等。各種片材的類型很多,主要有均質型、增強型、背襯層、自粘型。在屋面防水中,使用最多的是EPDM和PVC以及近來興起的TPO卷材,美國以EPDM為主,歐洲以PVC為主。在地下防水中,較多地使用PVC、丁基橡膠、EPDM卷材等。

1、 EPDM防水卷材

美國在發展EPDM防水卷材方面取得了驕人的成績。據測試,EPDM的耐熱性和耐紫外線性能名列第一,大大高于瀝青基卷材。10~26年間的EPDM屋面防水卷材仍然表現出優越的現場耐老化性。防水保證期有3個檔次,10年(1mm厚)、20年和30年(2.3mm厚)。產品品種包括均質型、增強型、背襯型、阻燃型、白/黑面等。增強型以機械固定方式鋪設。白/黑面產品的典型反射率高達80%。新推出的合成纖維背襯EPDM系統以噴涂低發泡聚酯粘結底面,產品寬度1.33~15.24m。為了保證片材的穩定性,美國標準規定,黑色產品的熱老化條件為116℃下670h,比其他國家苛刻得多。

美國各大公司都有齊全的配套材料,足以保證這一不易粘接的卷材的施工質量,配套材料包括基層膠粘劑、拼接膠粘劑、拼接處理劑、縫中密封膠、接縫密封膠、壓敏泛水、固化泛化、非固化EPDM泛水、可澆注雙組分聚氨酯密封膠、單組分聚氨酯密封膠、各種接縫自粘膠粘帶和覆蓋帶、EPDM模制管密封件、壓敏管密封件、內外角、各種保溫板材、各種機械固定件等,不一而足。

正是由于上述材料和施工技術的進步,EPDM的10年維修費不斷降低,1993年僅占1%,到現在可以忽略不計。市場份額位居第1,在2006年的新建屋面中占22%,在修理屋面中占21%。

2、 PVC防水卷材

PVC防水卷材的歐洲使用最為成功的,近期雖受TPO的競爭,使用比例下降,但在單層屋面中的用量仍占53%左右。2006年在美國新建屋面中約占9%,在修理屋面中約占10%。日本的PVC防水卷材以前用量有限,但近年來由于地下使用量增加,產量超過橡膠片材,在2005年的片材防水中約占48%。PVC防水卷材的最大優勢是接縫可焊接,使用壽命較長。PVC防水卷材在屋面和地下防水中均有著廣泛的應用。據分析,PVC的生態效應優于EPDM、TPO、改性瀝青和4層疊層瀝青膜。歐洲的PVC防水卷材已有40年的成功使用記錄。美國的PVC防水屋面的平均壽命大于30年,最長的23年后仍能焊接。PVC防水片材質量不斷得到提高。瑞士從使用性能更好的增塑劑、使用更厚的片材(3mm厚用于地下防水)及加涂丙烯酸保護涂料等方面提高片材的質量。

美國通過以下措施提高了PVC防水卷材的性能:

(1)改進PVC樹脂;

(2)采用高分子量增塑劑解決增塑劑遷移問題,據稱,DuPont公司的El-valoy可提供永久的柔性;

(3)以纖維和織物增強,提高熱塑性材料的穩定性;在美國ASTM的PVC標準中已取消了均質片材;

(4)采用PVC合金;

(5)采用新的光穩定劑Ciba TINUVIN XT833可以成倍地提高片材的伸長保持率。

3、TPO防水片材 

TPO 防水片材兼有橡膠的物理性能和聚丙烯的可焊接性,不含增塑劑、耐臭氧、化學物品及某些烴油,有防火產品,耐微生物侵蝕,有無氯和無臭的產品,可用于垃圾填埋場,白色膜節能,可再生利用,是最為理想的環保材料,因而一經投產便受到歐、美、日等發達國家的青瞇。歐洲的15個PVC防水片材生產廠家均已生產TPO防水材料。TPE(即歐美的TPO)成為日本防水片材的亮點,年產量已在百萬平方米左右,日本國家標準中已經載入。美國的TPO發展最為迅速,近年來呈2位數增長,在2006年的新建屋面市場中已占19%,在修理屋面中則占16%,均超過PVC防水片材。71%的承包商對TPO的功能滿意,據近期報道,有2家大型屋面材料廠又建新線,以滿足日益增長的需要,估計用量還會有新的增長。

美國的TPO防水片材生產技術居世界領先地位:

(1)幅寬有1.9m、2.4m、3.05m和3.66m;

(2)多數為增強型的,織物面層的厚度達到0.38mm+-10%,而其它國家的為0.24~0.31mm;

(3)有阻燃產品;

(4)產品質量優于歐洲產品,如美國的熱老化條件為116oC、28d,而歐洲的為100oC、28d或80oC、60d;

(5)白色產品反射率高達87%;

(6)專利自粘TPO片材及自粘配套材料安裝快而安全,符合“能源之星”要求,具有長期耐久性。

四、建筑防水涂料

傳統的瀝青防水涂料性能欠佳,在地上防水中逐漸被聚氨酯、噴涂聚氨酯泡沫、丙烯酸和硅酮防水和保護涂料所取代;在地下防水中則主要被滲透性防水涂料、聚氨酯防水涂料和聚合物水泥防水涂料所取代。

聚氨酯防水涂料是功能最好、用量最大的建筑防水涂料,日本用量已超過4萬t,在各種防水材料施工面積中約占28%。各國都有各具特色的產品,法國Soprema公司的單組分聚氨酯防水涂料處于領先地位,固含量大于90%,粘結性、氣密性和防水性良好。日本產品有單組分和雙組分之分,多數為雙組分,分為外露型和非外露型,在屋面上使用提供10年的保證期。日本重視聚酯防水涂料復合防水工法的開發,已有改性瀝青卷材加聚氨酯防水涂料的防水工法,正在開發聚氨酯與聚脲復合、聚氨酯加FRP(玻纖增強聚酯)等復合防水工法。發展方向是開發高性能產,光澤保持率80%以上,防水層壽命延長到20年、30年甚至50年;開發環境適應型和無溶劑型產品;開發機械施工和超硬聚氨酯及拓寬用途。聚氨酯防水涂料應用廣泛,屋面外墻、地下、內墻、敞廊、房檐、浴室、蓄熱槽和接水槽均可使用。在日本新建外墻防水中占18.5%(第2位),在新建的陽臺、屋檐中占68%(第1位),在修理的有保護屋面防水中占22、0%(與瀝青熱粘工法并列第1),在修理的外墻防水中占11.8%(第2位),在修理的陽臺、屋檐中占74.2%(第1位)。

丙烯酸防水涂料兼有防水和裝飾的功能,在各國外墻防水涂料中位居首位,但水蒸氣透過性差,為了對立面實行更好的保護,可添加硅酮樹脂乳液和功能性聚硅氧烷,水蒸氣透過性大大改善。100%丙烯酸彈性體保護涂料,白色的反射率高達90%,在新建和既有屋面上,用來保護瀝青、金屬、EPBM、PVC、混凝土、現場噴涂聚氨酯泡沫和保溫板等。硅酮保護涂料用于屋面,而外墻用硅酮防水涂料提供完美的耐候防水性,也是理想的外墻保護修復涂料,其性能遠遠優于丙烯酸和氟碳涂料。聚合物水泥防水涂料在地下防水中有著廣泛的應用。在日本2006年新建地下內外墻防水中占22.6%(第2位),在修理地下防水中占16.7%(第2位)。美國開發的溶劑型聚合物水泥涂料,氣味小,表面光滑、既防水又防霉,抗水壓性是油基和水基的2倍。滲透型防水涂料與水反應結晶,堵塞孔隙,是優異的地下內墻防水涂料,在美、日及我國被大量采用。在日本2006年新建地下內外墻防水中占29.0%,在修理地下防水中占27.8%,均居首位。

五、 建筑密封材料

世界建筑密封材料發展的總趨勢是持續發展,產品向硅酮、改性硅酮、聚氨酯等高檔密封膠發展,中檔密封膠將有適度的增長,而低檔的油性密封膏則面臨淘汰的境地。日本2005年建筑用密封材料總產量為114 336t,高檔彈性密封膠已占94%,而油性密封膠只有469t。目前歐美硅酮和聚氨酯使用最多,而日本壟斷了改性硅酮密封膠的技術,用量很大,2005年占37%。在高檔密封膠中,硅酮、改性硅酮和聚氨酯使用增多,技術上也各有新的進展,而聚硫密封膠則呈下降趨勢,在日本2005年的總產量中僅占4%。中檔密封膠以丙烯酸膠乳為主,它對環境友好,適用于小型構件和自己動手的嵌縫。美國新近推出的水固化聚酯密封膠,固化快,幾乎不沾灰塵,延伸率高達1 000%,可在潮濕接縫上施工,耐候性與其它高檔密封膠相同,不含溶劑和致癌物,是環保型密封膠,目前用量已有1 800t,預計將會有大幅度的增長。

六、 金屬屋面

金屬屋面包括鋼、銅、鉛、不銹鋼等,使用最多的是鋼板屋面。金屬屋面正快速發展。在美國的平屋面中,金屬屋面已經歷了最快增長期,在2006年的新建屋面中已占12%,在重鋪屋面中則占9%。坡屋面的最大趨勢是金屬瓦和金屬板的應用急劇增加,2004年金屬屋面僅占6%,2006年猛增到11%,2年幾乎翻了一番。金屬屋面的快速增長與其特點和技術進步密不可分。許多屋面都屬于“冷”屋面,具有節能效果,防水、美觀、可重復再生利用,有效的聯鎖和固定可保證屋面經久不漏,使用壽命長,可提供20~50年的保證期。鋼板屋面的最大技術進步是涂層經久耐用,先進的電鍍技術、鋁鋅合金或聚合物涂層,可提供20年以上的保證期。石粒覆面鋼板系統可提供50年的保證期,太陽光反射率可達到70%。坡屋面用的深色金屬屋面瓦(板)加入反射紅外線顏料的涂層,可將太陽光反射率由6%~8%提高到25%~30%,甚至更高。