アスファルトシングル

アスファルトシングルは、防水のためにアスファルトを使用する壁や屋根のシングルの一種です。初期費用が比較的安く、設置も簡単なため、北米で最も広く使用されている屋根材の1つです。 ^[1]

アスファルトシングルは、ミシガン州グランドラピッズのヘンリー・レイノルズによるアメリカの発明です。^[2]アスファルトシングル は1903年に初めて使用され、1911年までに米国の一部で一般的に使用され、1939年までには1,100万平方フィート（1億平方メートル）のシングルが生産されました。^[3]屋根に木製のシングルを使用しないようにする米国火災保険協会のキャンペーンは、1920年代にアスファルトシングルの人気が高まった要因でした。^[4]これらのシングルの前身は1893年に初めて開発され、アスファルトロール屋根材に似ていましたが、表面の粒子はありませんでした。^[5] 1897年に、材料の耐久性を高めるために表面にスレート粒子が追加されました。テストされた粒子の種類には、雲母、カキの殻、スレート、ドロマイト、フライアッシュ、シリカ、粘土などがあります。 1901 年に、この材料は初めてストリップ状に切断され、1 タブおよび複数タブの屋根板として使用されました。

当初、すべてのシングルは有機材料で、フェルトと呼ばれる基礎材料は主に綿のぼろ布でしたが、1920年代に綿のぼろ布がより高価になり、代替材料が使用されるようになりました。フェルトとして使用された他の有機材料には、ウール、ジュートまたはマニラ、木材パルプがありました。^{[6] 1926年に、}国立規格局のアスファルトシングルおよび研究所は22種類の実験用フェルトをテストしましたが、性能に大きな違いは見つかりませんでした。 1950年代には、シングル屋根の風による損傷を防ぐために、セルフシール接着剤と手塗り接着剤が使用され始めました。設計基準は、セルフシール接着剤のストリップが140°F（60°C）で16時間後に完全に接着することでした。また、1950年代には、屋根釘の代わりに3⁄4インチ（19 mm）のステープルを使用するテストが行​​われ、 4本の釘ではなく6本のステープルで釘と同等の性能を発揮できることが示されました。^[3] 1960年代にグラスファイバーマットベースが導入されましたが、あまり効果はありませんでした。より軽量で柔軟性のあるグラスファイバー製の屋根材は、特に氷点下の気温では風による被害を受けやすいことが判明しました。アスベストの代わりにグラスファイバーを使用して作られた後期の屋根材は、十分な耐久性と耐火性を提供しました。^[7]また、1960年代には、雹による被害に関する研究で、雹の大きさが1.5インチ（38 mm）を超えると被害が発生することが判明しました。

アスファルト屋根材製造者協会 (ARMA) は、屋根材の耐風性を向上させるための研究を継続するため、1990 年に強風タスクフォースを結成しました。^[8] 1996 年には、米国損害保険業界のメンバー、ビジネスおよび家庭安全協会、保険業者研究所(UL) の間でパートナーシップが設立され、屋根材の耐衝撃性分類システムが作成されました。UL 2218 として知られるこのシステムは、耐衝撃性の国家標準を確立しました。その後、保険会社は、最高の耐衝撃分類 (クラス 4) の屋根材を使用した構造物の保険に割引保険料を提供しました。1998 年、テキサス州保険長官エルトン ボマーは、クラス 4 の屋根を設置した保険契約者にテキサス州が保険料割引を提供することを義務付けました。^[9]

アスファルトシングルの製造には、有機とグラスファイバーの2種類のベース材料が使用されます。どちらも同様の方法で製造され、アスファルトで飽和したベースの片面または両面がアスファルトまたは改質アスファルトで覆われ、露出した表面にはスレート、片岩、石英、ガラス質レンガ、石、^[6]またはセラミック粒子が含浸され、裏面は使用前にシングル同士がくっつかないように砂、タルク、または雲母で処理されます。

表面の粒状物は、屋根材の劣化の原因となる紫外線を遮断し、アスファルト芯材を物理的に保護するとともに、色を添えます。明るい色合いは日当たりの良い気候では熱を反射するため好まれ、暗い色合いは寒冷な気候では熱を吸収するため好まれます。屋根材によっては、藻類の繁殖を防ぐために表面に銅などの殺生物剤が加えられています。強風でも屋根材が持ち上がるのを防ぐため、屋根材の裏面にはセルフシールストリップが標準装備されています。この材料は通常、石灰岩またはフライアッシュ改質樹脂、またはポリマー改質ビチューメンです。米国土木学会ASTM D7158 は、ほとんどの米国住宅建築基準法で、ほとんどの不連続な急勾配の屋根材 (アスファルト屋根材を含む) の耐風基準として使用されている規格で、次のクラス評価があります。クラス D – 基本風速 90 mph (140 km/h) 以下で合格。クラス G – 基本風速 120 mph (190 km/h) 以下で合格、クラス H – 基本風速 150 mph (240 km/h) 以下で合格。スチレンブタジエンスチレン(SBS) と呼ばれる添加剤は、改質アスファルトまたはゴム化アスファルトとも呼ばれ、屋根材をより柔軟にし、熱亀裂や雹の衝撃による損傷に強いものにするためにアスファルト混合物に添加されることがあります。一部の製造業者は、屋根材の裏面にスクリムと呼ばれる布地の裏地を使用して、耐衝撃性を高めています。ほとんどの保険会社は、クラス 4 の耐衝撃性屋根材を使用する住宅所有者に割引を提供しています。^[要出典]

有機シングルは、廃紙、セルロース、木質繊維などの有機材料のベースマットで作られています。これは防水性を持たせるためにアスファルトで飽和され、次に粘着性アスファルトのトップコーティングが施され、固体粒子で覆われています。このようなシングルには、グラスファイバーシングルよりも単位面積あたり約 40% 多くのアスファルトが含まれています。有機コアにより火災による損傷を受けやすく、FM耐火等級は最大クラス「B」になります。また、寒い天候でもグラスファイバーシングルよりも脆くなりません。

初期の木材ベースのバージョンは非常に耐久性があり、破れにくいものでした。これは、屋根材の裏側にセルフシール材を追加して屋根材を下層に接着する以前の重要な特性でした。また、1980 年代初頭以前に製造された一部の有機屋根材にはアスベストが含まれている可能性があります。

2000年代半ばから後半にかけて、ほぼすべての大手アスファルトシングルメーカーがオーガニックシングルの生産を中止しました。カナダ建材会社はオーガニックシングルを製造していた最後のメーカーでしたが、2011年についに生産を中止しました。^[10]

グラスファイバー補強は、有機マット屋根材のアスベストの代替として考案されました。グラスファイバー屋根材は、尿素ホルムアルデヒド樹脂で結合された湿ったランダムなガラス繊維で作られたガラス繊維補強マットのベース層を備えています。次に、マットを鉱物充填剤を含むアスファルトでコーティングして防水性を高めます。このような屋根材は、有機/紙マットを使用した屋根材よりも耐火性に優れており、クラス「A」の評価を受けることができます。 面積密度は通常、1.8～2.3 ポンド/平方フィート (8.8～11.2 kg/m ² ) です。

グラスファイバー製の屋根材は徐々に有機フェルト製の屋根材に取って代わり、1982 年までに使用率が追い抜かれた。1990年代にフロリダ州で発生したハリケーンによる被害が広範囲に及んだため、業界は完成したアスファルト製の屋根材の引裂強度を 1700 グラムに固執するようになった。^{[引用が必要]}

2003 年国際建築基準法第 1507.2.1 項および第 1507.2.2 項に従い、アスファルト シングルは、水平 12 単位に対して垂直 2 単位 (17% の勾配) 以上の屋根勾配にのみ使用する必要があります。アスファルト シングルは、しっかりと覆われたデッキに固定する必要があります。勾配が緩い場合は、アスファルト ロール屋根またはその他の屋根処理が必要です。

アスファルトシングルには、建築用（ディメンショナルシングルとも呼ばれる）シングルと3タブシングルの2つの標準的なデザインオプションがあります。3タブシングルは、基本的に均一な形状とサイズの平らなシンプルなシングルです。建築用シングルよりも材料が少なく薄いため、材料と設置の両方で軽量でコストが低くなります。また、良質の建築用アスファルトシングルほど長持ちせず、メーカー保証も長くありません。3タブは、賃貸物件として使用されているような低価格の住宅で依然として最も一般的に設置されています。ただし、建築様式が好まれるようになり、人気が低下しています。ディメンショナルシングル、つまり建築用シングルは、より厚く、より強く、形やサイズがさまざまで、より美的魅力があります。よりはっきりとしたランダムな影の線を落とすことで、木製シェイクシングルなどの伝統的な屋根材の外観をよりよく模倣します。^[7]結果は、より自然で伝統的な外観になります。設置費用は高くなりますが、メーカー保証期間が長く、最長 50 年になることもあります。保証期間が切れる前にアスファルトシングル屋根のほとんどが交換されるため、通常は日割り計算されます。3 タブシングルは通常 15 ～ 18 年で交換する必要がありますが、ディメンショナル シングルは通常 24 ～ 30 年持ちます。

アスファルトシングルには、風、雹、火災による損傷や変色に耐えるさまざまな特性があります。

• 米国材料試験協会 (ASTM) は、屋根板の仕様を策定しました: ASTM D 225-86 (アスファルトシングル (有機フェルト) に鉱物粒子を表面処理したもの)、ASTM D3462-87 (ガラスフェルトから作られ、鉱物粒子を表面処理したアスファルトシングル)、ASTM D3161、アスファルトシングルの耐風性に関する標準試験方法 (2005)、
• アスファルト シングルには、3 タブ、ジェット、"シグネチャー カット"、アート ロック、T ロック、タイ ロックなど、さまざまな形状と質感のものがあります。建築用 (ラミネート) シングルは、多層のラミネート シングルで、屋根の表面にさまざまな輪郭の視覚効果を与え、耐水性を高めます。これらのシングルは、シングルの外観に繰り返しパターンが出ないようにデザインされています。ヒップ ラインとリッジ ラインには、標準の 3 タブ シングルをカットして合わせることができます。メーカーは、これらのエリア専用のシングルも製造しています。スターター シングルも必要ですが、設置完了後は見えなくなるため、ここでは余分なシングル (一般に「無駄」と呼ばれます) が使用されます。ただし、メーカーは、スターター ロウ シングルも製造しています。特殊なリッジ/ヒップ シングルと特殊なスターター ロウ シングルを使用すると、材料費は高くなりますが、人件費は減ります。ラミネートシングルは、従来の 3 タブシングル設計よりも重く、耐久性に優れています。
• 太陽光反射屋根材は反射面が優れているため、暑い気候での空調コストの削減に役立ちます。
• 風による損傷：アスファルトシングルは、風による損傷に対する耐性が異なります。留め具の引き抜き抵抗、セルフシール接着剤の接着強度が最も高く、適切に釘付けされたシングルは、風による損傷に最もよく耐えます。強風地域では、シングルが吹き飛ばされた場合に備えて、耐久性のある下地材を固定したり、合板の継ぎ目をシールしたりするなど、特別な予防措置を講じることができます。^[11] UL 997 準備された屋根カバー材の耐風性クラス 1 が最高の耐風性屋根規格であり、ASTM D 3161 クラス F が接着強度に最適です。
• 雹による損傷：雹嵐はアスファルトシングルに損傷を与える可能性があります。耐衝撃性にはUL 2218クラス4が最適です。これにより雹嵐に対する耐久性が向上しますが、年数が経つにつれてシングルは雹による損傷を受けやすくなります。^[9]
• 耐火性: 森林火災やその他の屋外火災により、屋根が燃える危険があります。グラスファイバー製の屋根材は、UL 790 および ASTM E 108 テストに基づく、より優れたクラス A の延焼評価を受けています。有機屋根材はクラス C 評価です。
• 藻類耐性 藻類はアスファルトシングルにダメージを与えることはないと考えられていますが、美観上好ましくない場合があります。屋根の藻類の繁殖による変色を防ぐために、さまざまな処理方法が使用されています。苔は屋根の藻類やその他のゴミを食べます。一部のメーカーは、藻類耐性シングルの藻類繁殖に対して5 ～ 10 年の保証を提供しています。
• ロック式シングル: 特殊なアスファルトシングルは、タイロックまたは T ロックと呼ばれるロック方式で互いに固定するように設計されています。
• 耐久性屋根材の耐久性は保証期間によってランク付けされ、20年から生涯保証まであります。ただし、明記されている保証は耐久性を保証するものではありません。屋根材メーカーの保証は、修理費用を日割り計算したり、材料のみをカバーしたり、損傷の種類ごとに異なる保証期間を設けたり、別の所有者に譲渡したりする場合があります。^[12]

屋根材は、天候が一定で、常に暖かいか常に涼しい場合、長持ちする傾向があります。 周囲の温度が短期間で劇的に変化すると、熱衝撃によって屋根材が損傷することがあります。 ^[要出典]「実験により、アスファルト屋根材の劣化の最大の原因は熱負荷であることがわかっています。」^[5]時間が経つとアスファルトは酸化して脆くなります。屋根の向きと換気により温度が下がり、屋根の耐用年数を延ばすことができます。^[13]気温が 10 °C (50 °F) 未満の場合は、屋根材を敷設しないでください。これは、各屋根材が下の層に密着してモノリシック構造を形成する必要があるためです。下層の露出したアスファルトは、日光と熱によって柔らかくなり、適切な結合を形成する必要があります。

アスファルトシングルの保護特性は、主に紙に染み込んだ長鎖炭化水素によるものです。時間が経つにつれて、暑い太陽の下で炭化水素は柔らかくなり、雨が降ると炭化水素は徐々にシングルから洗い流され、地面に落ちます^[要出典]。軒や複雑な屋根のラインに沿って多くの水が流れるため、これらの領域では損失がより早く起こります。最終的に、重油が失われて繊維が収縮し、シングルフラップの下の釘の頭が露出します。収縮により、紙の表面に付着した砂の表面コーティングも分解され、最終的に紙が裂け始めます。釘の頭が露出すると、屋根を流れ落ちる水が釘の柄の周りの建物に浸透し、屋根の建材が腐ったり、天井や内部の塗装が湿気で損傷したりする可能性があります。

湿潤と乾燥の環境条件のサイクル、および屋根板に残る藻類や葉状地衣類、木質残骸などの有機物の増殖は、化学的および物理的プロセスの両方を通じて早期の劣化を引き起こします。 ^{[4] [14]}定期的に、残骸の物理的除去、および有機物の物理的または化学的除去（たとえば、硫酸銅、塩化亜鉛、またはその他の溶液を慎重に塗布し、徹底的にすすぐ）を行うと、アスファルト屋根材の寿命を延ばすことができます。^[4]藻類やコケの増殖は、屋根の棟と4〜6フィートごとに亜鉛または銅のストリップまたはワイヤーを設置することで防止できます。黒い藻類の増殖は漂白剤溶液で除去できます。^{[4] [15]}

米国環境保護庁（EPA）が2007年に実施した調査によると、米国では毎年約1,100万ショートトン（10.0 Mt）のアスファルトシングル廃棄物が発生しており、最も一般的な処分方法は埋め立てです。^[16]しかし、廃棄されたアスファルトシングルはリサイクル可能です。

再生アスファルトシングル（RAS）は分解してアスファルトコンクリート混合物に組み込むことができ、舗装や路面の形成に使用されます。RASは、アスファルトコンクリートの結合要素として機能するアスファルトセメント^{[17]の含有量が比較的高いため、主にリサイクルアスファルト混合物の魅力的な成分です。 [18]}

RAS には 2 つの形式があります。工場廃棄物から再生されるポスト製造シングルと、耐用年数の終わりに再生されるポスト消費者シングル（「ティアオフ」とも呼ばれます）です。^[19]アスファルトシングル廃棄物の大部分はポスト消費者です。^[16]ポスト消費者 RAS は、主にシングルのアスファルトセメント成分が耐用年数中に自然に硬化し、剛性、融点、疲労亀裂の影響を受けやすくなるため、リサイクルに適した特性がありません。^{[17] [19]}ポスト消費者 RAS には、磁気ふるいを使用して釘やその他の金属廃棄物を除去するなどの追加処理も必要です。^[19]

リサイクルアスファルト混合物には、アスファルトセメントバインダーの品質が評価され、考慮されている限り、製造後および/または使用後のRASが含まれる場合があります。通常、経年劣化したバインダーは、軟質バージンアスファルトバインダーおよび/または再生添加剤と混合され、作業性が高く、疲労亀裂に強いバインダーが生成されます。^{[17] [19] RASのバインダー品質を評価し、バージンバインダーと混合するための標準的な方法は}、米国州間高速道路交通局（AASHTO）によって確立されています。 ^[20] RASバインダーを低品質のバージンバインダーと組み合わせると、わだち掘れに対する耐性の向上など、いくつかの有益な特性が得られることが実証されています。^{[16] [17]}

2019年には、推定110万トンのRASがアスファルト工場に受け入れられました。受け入れられたうち、約423千トンは前処理済み、334千トンは未処理の製造後シングル、277千トンは未処理の使用済みシングルでした。^[21]

再生アスファルト混合物へのRASの使用は10州で全面的に禁止されており、RASの使用を許可している州の大半は、特定のセクターと舗装タイプに制限しています。^[21] RASの使用に対する制限が存在する主な理由は、1980年代初頭以前に製造されたアスファルトシングルにアスベストがまれに含まれていることです。 ^[16]一般的なアスファルトシングル屋根の寿命は約25年ですが、^[19]新しいシングルを古いシングルの上に重ねる慣行のため、懸念が残っています。^[16]

屋根材に加えて、フェルト紙、ロール屋根材、屋根用塗料/コーティング、コーキング、マスチックにもアスベストが含まれていることが確認されており、これらはすべてアスファルト工場が受け入れた使用済み屋根材廃棄物に含まれている可能性があります。^[16]それでも、検査ではアスベストを含む使用済み屋根材の割合は低いことが示されています。2007年に9つの異なる施設で27,000を超えるサンプルを検査した調査では、サンプルの1.6％未満でアスベストが検出されました。^[16]

全米アスファルト舗装協会は、すべての使用済みアスファルト舗装材にアスベストが含まれているかどうか検査し、すべてのリサイクル事業でアスベスト管理計画を実施することを引き続き推奨しています。^[22]

アスファルトには多環芳香族炭化水素（PAH）も自然に含まれており、RASの備蓄から浸出したり、RASが加熱されたときに放出される可能性があります。 ^[16]一部のPAHは発がん性があり、労働者を危険にさらす可能性があります。RASのリサイクルはPAHの排出につながる可能性がありますが、RASの代わりにバージンアスファルトを使用するとPAHの排出量が少なくなることを示す証拠はありません。^[16]

• 金属屋根
• ゴムシングル屋根

• カナダアスファルト製造業者協会技術速報
• アスファルト屋根製造業者協会 住宅/急斜面技術速報
• 全米屋根工事業者協会のアスファルトシングルに関する情報
• ASTM E108 屋根材の耐火試験に関する標準試験方法の概要
• UL による TFWZ 向け屋根カバー材準備ガイドの前文