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屋頂隔熱材料於水泥基材耐久性能探討之研究成果

建築研究簡訊第70期 《業務報導》
屋頂隔熱材料於水泥基材耐久性能探討之研究成果
作者: 薛凱元

     台灣地區因地理位置關係,使結構物長時間處高溫環境中。根據相關文獻針對RC建築物的溫度量測,當大氣溫度由早晨的28.2℃升高至中午37.8℃時,外牆水泥砂漿表面可由28.9℃升高至54.0℃。屋頂樓板表面水泥砂漿溫度則由29.0℃升高至78.2℃。台灣地區的房屋結構為考量空間運用、施工便利性、水塔、電梯機房設置等因素,頂樓大多為平屋頂形式,因此考量洩水速度的緩慢,大多會於RC樓板上以水泥砂漿粉光後加上稍具彈性的聚胺酯(PU)防水層設計。但PU材料易受到陽光紫外線與臭氧影響造成防水性能的劣化,導致防水性能往往無法超過5年。所以探討如何以隔熱材料降低太陽輻射以熱傳導進入水泥質材料中,進而改善與減少微裂縫,對確保建築物防水性能與提升耐久性有其必要性。

 

     本研究以受太陽輻射熱影響的屋頂樓板水泥質材料做為研究對象,以隔熱材料搭配目前常用的工法,並於高溫與高濕環境加速劣化後,探討對水泥基材耐久性能的影響作為主要研究目的。相關研究以試驗方式進行,藉由本所建置的耐候試驗設備與相關分析設備探討隔熱材料耐久性能。試驗研究分成兩部分進行,分別為隔熱材料本身對屋頂水泥基材保護性能與耐久性質之探討,以及探討隔熱工法中最外層的壓重面層水泥砂漿耐久性質。試驗進行中分別以高溫與高濕環境進行加速劣化,並探討劣化前後耐候與水泥質基材保護效果的影響。

 

   本研究成果如下:

一、由壓力強度試驗結果發現,無論何種隔熱系統的混凝土與壓重面層砂漿試體在各種環境劣化後,僅75℃烘箱循環劣化後的試體的強度下降較大,其幅度也在4%以內,顯示劣化過程對抗壓強度的影響並不大。

二、在氯離子傳輸係數方面,結果顯示溫度會使得混凝土試體產生較多可讓氯離子傳輸的微裂縫,若比較力學性質,則可發現這些微裂縫與力學性質的相關性較低。

三、僅有防水系統的試體並無法有效抵抗溫度劣化的影響。但以USD(Up Side Down Roof System工法,混凝土樓版其上先施作防水層,再施作隔熱層,最後為鋪面層)系統設計的隔熱系統卻可以阻隔溫度保護混凝土試體,氯離子傳輸係數均明顯低於未劣化混凝土。

四、隔熱系統中採用壓重面層的系統於溫度劣化過程中較僅採隔熱磚系統佳。但在水霧劣化環境下,以USD系統設計的試體會較BUR(Built-up Roof System工法,混凝土樓版其上施作隔熱層後再以防水層為面層)系統佳。且採用PS板為主要隔熱材的系統會較使用泡沫混凝土佳,表示表面較不緻密的泡沫混凝土可能會因為水氣的進入而喪失部分隔熱效果。

五、在壓重面層砂漿添加礦物摻料與增加替代量均會降低氯離子傳輸係數,結果顯示礦物摻料的卜特蘭摻料與填充效應有改善漿體孔隙結構情形。

六、由MIP試驗結果發現,壓重面層砂漿添加礦物摻料與增加替代量均可減少試體內部孔隙結構量。且試體累積總灌入量試驗值與ACMT氯離子傳輸係數有良好的線性關係。

七、由戶外曝曬試驗量測結果可以發現,混凝土若僅有防水層,陽光熱量亦會傳遞至混凝土內部,與未施加任何保護的I1系統試體相同。在量測戶外溫度最高溫36℃下,沒有隔熱層的試體為44~48 ℃,有隔熱層試體則均在39℃下,顯示隔熱系統可有效保護樓版混凝土受到外部熱的影響。但長期是否受到濕度影響則有待後續觀察。

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