01-03-22

屋顶保温和膜材选择的常见错误

Low-Rise Foam Adhesive
Low-Rise Foam Adhesive
出版物

这篇文章是由 国际建筑顾问协会 (IBEC) 2021 年 11 月,Gary Gilmore,RRO,REWO,CIT Level I,Lerch Bates 德克萨斯州屋顶顾问集团董事。

屋顶保温和膜材选择的常见错误

一世在屋面行业中,一些日常设计实践和现场任务可以而且通常确实会对屋面系统的正确完成产生重大影响。这些项目包括以下关键要素:

  • 屋顶绝缘组件的选择、储存和安装
  • 屋顶集结和装载点
  • 绝缘安装
  • 热焊接热塑性现场接缝
  • 屋顶细节

从指定屋顶组件的屋顶顾问和进行屋顶观察现场访问的观察员的角度来看,让我们仔细看看这些项目中的每一个,以更好地了解它们对正确安装的屋顶系统的影响,并确定设计的最佳实践和安装热塑性屋顶系统。但首先,我们需要一些有关屋顶绝缘组件选择的背景信息。

屋顶绝缘组件选择

为项目指定正确的绝缘类型、R 值、装配和连接方法是选择屋顶绝缘组件过程中的重要一步。以下是在确定适当的绝缘组件和连接标准的过程中需要回答的重要问题:

  • 该地区的风况如何?请务必参考 Single-Ply Roofing Industry (SPRI) 或 Factory Mutual (FM) Global 或美国土木工程师协会的相关标准中的风速图。 建筑物和其他结构的最小设计载荷 (ASCE 7)1 因为风速条件会影响风升力等级和紧固方式。对于任何将由 FM 投保或批准的项目,其设计必须符合 FM 标准。
  • 还有哪些其他当地或区域因素是相关的?这些可能包括:
    • 靠近沿海地区或飓风多发的海岸线
    • 建筑曝光
    • 在美国中部的位置
    • 位于山区
    • 位于大城市或农村地区
    • 当地建筑规范
  • 屋顶将安装在哪种类型的结构屋顶甲板上?
  • 建筑物的预期用途是什么?
  • 大楼有多高?
  • 建筑物的墙壁上是否有大开口?
  • 建筑物所在位置的标高是多少?
  • 屋顶系统制造商的最低要求和保修先决条件是什么?

我将把这个选择过程的细节留给另一篇文章。可以说,有许多考虑和决定会影响任何给定屋顶组件的绝缘选择和连接。

屋顶绝缘储存和安装

Roofing Insulation Stored on the Ground
图 1. 绝缘材料存放在地面上且未得到适当保护。

屋顶顾问和观察员经常发现屋顶绝缘材料直接存放在地面上或未固定,或者他们观察到防风雨覆盖物没有固定,仅部分保护免受日晒、风雨和雨淋。以下是记录这些情况并将其记录在工地的第三方屋顶观察报告中的众多原因之一:

  • 绝缘材料可能会损坏或被雨水弄湿,从而使其无法使用。
  • 绝缘材料可能会被吹散并损坏或丢失。
  • 如果绝缘材料变湿或被油、燃料或化学品污染,可能会导致绝缘材料无法使用(参见 图。1)。一种常见的、不正确的做法是安装湿绝缘板,以便在屋顶组件的下侧对基板造成可见的损坏。无论绝缘是一侧还是两侧都被水损坏,这不是一个可接受的解决方案。如果绝缘材料因湿气而损坏、潮湿或翘曲,则不应将其安装在屋顶组件中。
  • 由于大多数屋顶观察现场访问本质上是周期性的,因此在安装所有材料时观察者可能不在现场。
  • 很容易忽略损坏产品已被纳入组件的迹象。绝缘材料中的潮湿迹象可能包括板或拱形/杯形板的卷曲角或边缘,板的中间翘曲。板材和饰面中的水分也会导致绝缘饰面分层,从而导致粘附膜的分层。在严重的情况下,绝缘层可能会卷起并拉起以机械方式连接绝缘层的组件上的紧固件和绝缘板。
  • 饱和聚异氰脲酸酯(聚异 ) 绝缘材料会因人流量、大雨的重量或雪荷载而压缩。这种情况的迹象可能包括绝缘材料在穿过时感觉非常柔软和“粘糊糊”,紧固件和板向上突出,或者绝缘材料“隆起”向上并可能从屋顶膜突出。 

    虽然在屋顶完成后可以更换翘曲的保温板,但维修成本很高,并且必须安装大补丁以适应维修或更换的大小。最好的做法是不要按照屋面制造商的规范首先安装损坏的绝缘材料。

绝缘安装

近年来,一种流行的绝缘和盖板安装程序是用低层膨胀泡沫粘合剂粘合绝缘和盖板。在某些情况下,这种粘合剂可以直接涂在混凝土甲板上;或者,它可以应用在防潮层或基板上,或金属或木甲板上。还有许多其他方法可以将低层泡沫粘合剂结合到组件中,例如将随后的扁平或锥形绝缘层粘附在绝缘基层和覆盖板上,以及将蟋蟀粘附在先前安装的绝缘层上(看 图 2).

珠粒尺寸和间距要求可以基于多种设计标准、地理位置和风速要求。胎圈尺寸和间距要求因制造商、项目指定的风力等级和其他设计标准而异。屋顶制造商规定了建筑的最小尺寸和间距标准,不需要特定的风力等级(见 图 3).

Low-Rise Foam Adhesive
图 2. 典型的绝缘胶珠。
Typical Insulation Adhesive Beads
图 3. 屋顶制造商喷涂泡沫尺寸和间距标准的典型示例。注:1 英寸 = 1 英寸 = 25.4 毫米

屋顶系统制造商有不同的安装规范标准。许多制造商要求在粘合剂“结皮”或开始干燥之前将绝缘板放入湿粘合剂中。一些制造商建议工人将绝缘板或盖板放入粘合剂中“走入”板(将其放入粘合剂后穿过板),一些制造商建议工人使用加重的粘合剂将板卷在粘合剂中景观滚筒。

但是,我从个人经验中了解到,当遵循这些制造商规定的方法时,可能会出现不良结果。当使用美化辊进入或滚动板时,泡沫粘合剂可能不会在泡沫粘合剂固化时与基材表面和放置在顶部的板的下侧保持牢固接触。这可以通过安装的板具有凸起的边缘和角落、不平整的板、缺乏坚固的粘合力或当板安装在斜坡、蟋蟀或马鞍的过渡处时板松动来证明。板的任何凸起边缘或角落都可能通过完成的屋顶表面电报或导致绝缘或盖板未粘附的区域 - 或者可能同时出现这两个问题。穿过屋顶时,您可能会感到木板松动。当您踩到这些板时,它们通常会向下移动,表明它们没有粘附在下面的基材上(请参阅 图 4 5).

Raised Corners Edges of Saturated Polyisocyanurate Board
图 4. 饱和聚异氰脲酸酯板的凸角边缘。
Raised Edges of Cover Board
图 5. 盖板的凸起边缘。

Thermoplastic Olefin (TPO) Membrane System这些条件可能会因其他安装错误而变得更加复杂,例如安装紧固件和板以压住凸起的边缘和角落。例如,图中所示的热塑性烯烃 (TPO) 膜系统 图 6 是指在粘附的盖板和粘附的聚异氰酸酯上粘附的 TPO 膜。承包商使用紧固件和接缝板进行的维修在该组件中引入了热桥,并且紧固件穿透了蒸汽屏障。以我个人的经验,如果安装的紧固件和板安装在使用 2 英寸的两块板之间的接缝处。 (50 毫米)接缝板并覆盖有 TPO 膜片,也存在相当大的风险,即紧固件和板可能无法长期固定松散或杯形板。绝缘板和紧固件的引入也意味着该组件不符合保修规定的指定冰雹覆盖范围。添加金属绝缘板会在屋顶膜的正下方引入一个非常坚硬的表面。屋顶制造商的冰雹保修条款和条件非常具体,要求屋顶基材被粘附而不是机械连接。这些条件也使屋顶系统面临大风损坏的风险。根据 FM Global 的数据表 1-28,图 6 中描述的特定系统符合 FM 1-90 附件标准。2 本系列的另一篇文章将解释如何使用风起测试来确定是否满足这些标准。

在我公司是记录设计师的项目中,我们经常建议对低层泡沫粘合板进行临时压载

Adhered Polyvinyl Chloride System
图 7. 在正确安装的泡沫粘合绝缘层和盖板上的粘合聚氯乙烯系统,盖板边缘或角落的视觉证据最少。

使用装满粘合剂、煤渣块或其他可在工地上获得的便携式压载物的桶,例如部分装满混凝土的桶、装满混凝土的旧工具箱,或装满紧固件或连接板的桶或盒子。临时镇流器旨在提供泡沫粘合剂珠的均匀压缩,将泡沫珠展开并确保顶板在粘合剂固化时保持与泡沫粘合剂和基材接触。 图 7 展示了一个安装结果的例子,当粘合的绝缘材料和覆盖板在泡沫粘合剂固化时临时压载。凸起、卷曲或杯形屋顶板的视觉证据很少。 

当记录设计者为不需要冰雹保修的项目指定或要求机械连接屋顶绝缘时,也存在可能使用非标准或不合规安装技术的风险。必须建立或指定紧固模式以满足建筑规范和 FM 要求,以及屋顶制造商的保修先决条件。

发现的常见缺陷和要识别的问题包括以下内容(请参阅 图 8 9):

  • 跨越两块板之间的绝缘紧固件。每个紧固件和板必须完全安装在一块板上。
  • 使用错误的紧固件板(即用接缝板代替绝缘板)。
  • 紧固件安装在金属甲板的低槽(槽)中。屋顶系统制造商和 FM 要求紧固件穿透金属甲板的顶部凹槽,以获得最大的抗拉力。通过下槽安装的紧固件容易摇晃、变松,甚至从甲板上脱落。
  • 与屋顶制造商的要求相比,紧固件和板太靠近绝缘板的边缘或离板边缘太远。
  • 与屋顶表面成一定角度弯曲或驱动的紧固件。紧固件必须垂直于屋顶表面。必须按照制造商的规范更换或纠正倾斜或松动的紧固件以及未完全就位或过度驱动的紧固件。
  • 不符合 SPRI、FM 或 ASCE 7 标准要求的紧固方式。
Properly Placed and Attached Insulation Plates and Fasteners
图 8. 正确放置和连接绝缘板和紧固件。
Adhered Thermoplastic Olefin Membrane
图 9. 蓝色虚线表示粘附的热塑性烯烃膜下两块绝缘板之间的接头。红色箭头表示在跨越两块绝缘板的连接处安装绝缘板的地方,紧固件安装在板之间。

膜选择

最常见的热塑性单层膜类型是根据 ASTM D6878 的 TPO, 热塑性聚烯烃基片材屋顶的标准规范3;符合 ASTM D4434 的聚氯乙烯 (PVC), 聚(氯乙烯)板屋顶的标准规范4;根据 ASTM D6754 和酮乙烯酯 (KEE) PVC, 基于酮乙烯酯的屋顶板的标准规范.5

大多数热塑性膜片有几种厚度可供选择,例如 45 mil、50 mil、60 mil 和 80 mil;当“羊毛”或其他类似材料层压在膜的下侧时,甚至可以使用更厚的膜。 

热塑性膜片是内部加固的。可成型的防水板通常不会被加固,因此它可以模制成适合贯穿件、内外角、俯仰盘和复杂贯穿件(例如角铁或工字梁)。

板材通常为白色,具有很强的反射性,在大多数情况下,符合冷屋顶评级委员会 (CRRC) 产品评级计划模型定义的反射率标准6; ANSI/CRRC S100, 测定材料辐射特性的标准试验方法7;能源之星8;和 LEED。9

这些膜还有其他标准的、定期生产的颜色,包括棕褐色和灰色。可订购定制颜色;与屋顶制造商核对最低订购量。按颜色划分的反射率等级可能因制造商而异。

除了膜厚度和反射率外,以下是为项目选择膜产品时要考虑的其他因素:

  • 床单的宽度
  • 使用羊毛背衬或自粘膜
  • 所需的冰雹等级
  • 为系统设计的预期覆盖层(如果有)
  • 屋顶组装和连接方法
  • 项目的预算限制
  • 如果屋顶从建筑物的其他部分或相邻建筑物可见,则视觉外观
  • 需要防火等级/UL 分类

膜安装问题

屋顶集结/装载点

Loading and Staging Area on the Roof
图 10. 屋顶上的装载和暂存区。

屋顶装载接入点是一个需要密切观察的重要区域。在一些商业屋顶项目中,可能会有其他行业进入屋顶并将材料和碎片装载到屋顶上和屋顶上。在许多情况下,这些行业使用屋顶承包商使用的相同地面临时区域,因为这些区域相对于工地起重机或物料升降机的位置位置方便(参见 图 10).

在装载区域应始终采用一些保护屋顶组件免受损坏的方法。用胶合板或类似材料覆盖的松散绝缘是一种很好的保护措施。可以使用夹板或挤塑聚苯乙烯绝缘板上的胶合板护套。

但是,我们都遇到过没有采取保护措施的情况。在这些情况下,屋顶膜可能有损坏的视觉证据,例如划痕、穿孔、碎屑、屋顶组件的凹痕、损坏的防水板和压碎的绝缘材料。这种损坏应该被标记,注明日期,并在发现时临时修复(见 图 11)。一旦客户、业主或总承包商确定所有装卸活动已停止,就应完成永久性维修。

大多数商业屋面制造商规定,在任何一个屋面正方形或 100 英尺范围内不应安装超过 10 个贴片2 (9.3米2) 屋顶区域。当超过 10 个补丁位于任何 100 英尺2 (9.3米2) 区域,必须安装一个大补丁来覆盖或替换损坏。是否修复、覆盖或更换损坏的膜取决于屋顶制造商定义的损坏严重程度。

建议修复屋顶膜上的划痕以及割伤和刺破。这些划痕可以通过

Damage and Marks From Loading Activity
图 11. 装载活动造成的损坏和痕迹。

冻融循环中的膨胀和收缩力以及随温度波动的正常膨胀和收缩。单层膜具有柔韧性,在其使用寿命期间会经历动态运动。随着划痕周围的膜膨胀和收缩,划痕可以穿透膜的增强层和底层。

热焊接热塑性现场接缝

根据我的经验,热焊热塑性现场接缝的程序有几个重要步骤。用于为机器人缝焊设备供电的发电机至关重要,并且必须与焊机制造商规格中要求的连续功率输出相匹配(参见 图 12)。在为机器人焊机供电时,该发电机也不得用于为任何其他设备供电。手焊机、螺丝枪或其他电动工具对发电机的额外功率消耗可能会导致电涌和功率下降,这可能会损害现场缝焊质量(请参阅 图 13)。连续功率的规格因焊机制造商而异。有关热风焊接设备的具体发电机功率要求,请参阅焊机设备制造商的技术数据。

12k Generator Being Used for a Robot Welder and a Screw Gun
图 12. 用于机器人焊机和螺丝枪的 12k 发电机。
Robotic, Automatic Seam Welder Gun and a Hand Welder
图 13. 这台机器是机器人自动缝焊枪和手焊机。该项目的现场接缝将需要彻底探测。

影响现场缝焊质量的其他因素是阳光、风、阴影、环境温度和湿度。指定的机器人焊工操作员必须经过全面培训并熟悉所使用的设备。 

屋顶制造商建议分包商在焊接实际现场接缝之前进行测试焊缝。测试焊缝包括以下步骤: 

  1. 设置焊机温度和速度。
  2. 使用废料进行测试焊接。
  3. 让测试焊缝冷却,然后尝试以剥离动作将它们拉开。 
Comparison of Welds
图 14. 焊缝比较。从左到右:焊接不良、焊接不完整、焊接良好。

1.5 到 2 英寸宽(38 到 50 毫米)的增强稀松布实心区域将证明良好的焊缝,如右侧的稀松布所示 图 14.指定的焊工操作员在每次启动设备时以及在设备达到工作温度后执行这些测试焊缝是很重要的。一天中的时间、直射阳光与间接阳光(阴影)、大风或云层与阳光都会影响温度、速度和整体焊接质量。 

手工焊缝和闪光细节至少与机器人缝焊一样重要,而且通常更重要。手工焊接屋顶技术人员必须接受过良好的培训,并在使用手工焊机方面具有丰富的经验。手工焊接需要极大的耐心和技巧。不能急于求成,因为任何加快流程的尝试都可能导致焊接不良,从而使湿气侵入屋顶组件。图 14 提供了一个不良(冷)焊缝的示例。冷焊在视觉上可能看起来是一个很好的焊接/拼接,但来自焊缝探针或风的最小压力可能导致冷焊打开和失败。 

Hand-Welding Detail at Roof Curb
图 15. 屋顶路缘的手工焊接细节。
图 16。典型的手工焊接工具。

详细的技术人员还应执行测试焊接以确定最佳焊工温度、焊接时移动的适当速度以及使用 2 英寸施加的适当压力。 (50 毫米)手持式缝辊。 图 15 显示了一个手工焊接的例子。典型的手工焊接设备可见于 图 16.

所有焊缝——无论是使用自动焊机还是手工焊接——都必须在每天结束前进行探测。探测前必须让焊缝冷却。使用屋顶制造商提供的接缝探头(图 17) 或常见的开口销拉拔工具。工具的尖端沿接头边缘放置,在沿接头长度拉动工具时,对接头施加轻微压力(图 18)。任何有缺陷的(冷)接头或褶皱都会在探头施加的最小压力下打开。所有缺陷都应按照屋顶制造商的规范进行适当的清洁和修理。 

图 17. 典型的缝探工具
图 18. 接缝探测示例。
Gary Gilmore,RRO,REWO,CIT 一级

Gary Gilmore,RRO,REWO,CIT Level I,是德克萨斯州 Lerch Bates 屋顶顾问集团的董事,负责监督和执行 屋顶和建筑围护结构评估、红外扫描、设计、合同文件审查、质量保证观察和现场性能测试服务。 Gilmore 在与业主、建筑师、总承包商和贸易承包商合作方面拥有丰富的经验,可帮助他们选择和安装适合其在建筑规范和能源规范要求、建筑类型和占用率方面的特定项目需求的屋顶和外墙系统,和成本限制。他在屋顶和覆层系统的现场安装方面拥有直接的经验,这是通过他在行业承包商和制造商代表方面的早期职业生涯获得的。

这是关于热塑性屋顶系统的多部分系列文章中的第一篇。

参考

1. 美国土木工程师协会 (ASCE)。 2016 年。 建筑物和其他结构的最小设计载荷和相关标准. ASCE 7-16。弗吉尼亚州雷斯顿:ASCE。

2. 调频全球。 2021 年。 风设计.财产损失预防数据表 1-28。弗吉尼亚州雷斯顿:工厂互助保险公司。

3. ASTM 国际。 2019 年。 热塑性聚烯烃基片材屋顶的标准规范. ASTM D6878/D6878M-19。宾夕法尼亚州 West Conshohocken:ASTM 国际。 doi: 10.1520/D6878_D6878M-19。

4. ASTM 国际。 2021 年。 聚(氯乙烯)板屋顶的标准规范. ASTM D4434/D4434M-21。宾夕法尼亚州 West Conshohocken:ASTM 国际。 doi:10.1520/D4434_D4434M-21。

5. ASTM 国际。 2015 年。 基于酮乙烯酯的屋顶板的标准规范. ASTM D6754/D6754M-15。宾夕法尼亚州 West Conshohocken:ASTM 国际。 doi:10.1520/D6754_D6754M-15。

6. Cool Roof Rating Council (CRRC)。 2021 年。 产品评级计划模型.中车一号。俄勒冈州波特兰市:CCRC。 https://coolroofs.org/documents/CRRC-1_Program_Manual.pdf。

7. CCRC。 2021 年。 测定材料辐射特性的标准试验方法. ANSI/CRRC S100。俄勒冈州波特兰市:CCRC。 https://coolroofs.org/documents/ANSI-CRRC_S100-2021_Final.pdf。

8. 能源之星。 nd“能源之星产品查找器”。于 2021 年 9 月 16 日访问。https://www.energystar.gov/productfinder/product。

9.LEED。 https://www.usgbc.org/leed。

 

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