隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展,越來越多的新型土工合成材料應(yīng)用于公路工程中。公路路面長期處于酸、堿環(huán)境中,新型耐酸、堿土工合成材料可以較好地應(yīng)用于路面,并起到防治路面裂縫的作用。國內(nèi)已有很多專家展開了相關(guān)的研究。例如:陳衛(wèi)東[1] 歸納了土工布在路面病害防治過程中具有的良好物理、化學(xué)特性;解井坤等[2] 對滌綸長絲非織造土工布、滌綸短纖非織造土工布及丙綸短纖非織造土工布進(jìn)行試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)丙綸短纖非織造土工布在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿環(huán)境中都具有良好的抗酸、堿性能;鄭智能[3] 對聚丙烯加筋帶進(jìn)行了耐酸、堿性能探究,發(fā)現(xiàn)其具有很強(qiáng)的抗酸、堿性能;陳杰[4] 研究了滌綸長絲紡黏非織造土工布的耐化學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)其在堿性溶液中質(zhì)量變化較小但強(qiáng)度下降較大,溫度對其在堿性溶液中的強(qiáng)度有較大影響;申壘[5] 采用鹽溶液對短纖針刺非織造土工布、長絲紡黏非織造燒毛土工布、長絲紡黏針刺非織造土工布進(jìn)行室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn),對比腐蝕前后土工布直剪試驗(yàn)的數(shù)據(jù),并通過分析得到鹽漬土地區(qū)的袋裝混凝土灌注樁的復(fù)合土工膜袋的最優(yōu)組合;張寶森等[6] 對各
種土工合成材料的工程應(yīng)用特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)土工合成材料性能差異較大,應(yīng)根據(jù)工程使用情況選擇不同的土工合成材料;楊廣慶[7] 梳理了土工布的生產(chǎn)工藝、主要功能及應(yīng)用現(xiàn)狀,提出高強(qiáng)、耐壞境型聚丙烯長絲紡黏針刺非織造土工布將成為土工布未來發(fā)展的潮流與方向。
本文將針對聚丙烯長絲非織造土工布的物理力學(xué)性能、耐久老化性及耐酸、堿性能進(jìn)行試驗(yàn)分析,以期為該材料的工程應(yīng)用提供參考。
1 物理力學(xué)性能
本節(jié)將對聚丙烯長絲非織造土工布試樣(圖1)的物理力學(xué)性能進(jìn)行測試,包括面密度、厚度、拉伸性能、撕破強(qiáng)力等。
1.1 面密度
參照J(rèn)TG E50—2006《公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程》中T 1111—2006《單位面積質(zhì)量測定》的方法[8] 6 8,并利用式(1)計(jì)算土工布的面密度:
式中: ρ 為試樣面密度,g/ m2;m 為試樣質(zhì)量,g;A 為試樣面積,cm2。面密度測試結(jié)果取平均值,并計(jì)算面密度偏差。
1.2 厚度
土工布作為加筋布鋪設(shè)在路面面層與基層之間,可起到防治反射裂縫的作用。土工布的厚度對防治反射裂縫的效果影響相當(dāng)大。若土工布厚度太大,則會影響路面面層與基層的黏結(jié)狀態(tài),導(dǎo)致土工布只能起到隔離層的作用;若土工布太薄,則起不到防治反射裂縫的作用。
參照J(rèn)TG E50—2006《公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程》中T 1112—2006 《厚度測定》的方法[8] 8 9,測定土工布的厚度。根據(jù)測厚儀的要求裁剪試樣,試樣直徑大于測厚儀壓腳直徑的1.75 倍。厚度測試至少取10 塊試樣,測試結(jié)果取平均值。
1.3 拉伸性能
土工布的拉伸性能除了取決于原料的品種及單絲線密度外,還與土工布的結(jié)構(gòu)形式及其工藝密切相關(guān)。斷裂強(qiáng)度能反映土工布抵抗外力變化的性能。
參照J(rèn)TG E50—2006《公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程》中T1121—2006《寬條拉伸試驗(yàn)》的方法[8] 21 27,測定土工布的拉伸性能。橫向和縱向試樣各選取至少5 塊,并根據(jù)最大負(fù)荷和試樣寬度計(jì)算斷裂強(qiáng)度:
式中: αf 為斷裂強(qiáng)度,kN/ m; Ff 為最大負(fù)荷,kN;B為試樣寬度,m。同時記錄斷裂伸長率。測試結(jié)果均取平均值。
1.4 撕破強(qiáng)力
和生金土工布作為防裂布應(yīng)用于路面結(jié)構(gòu)時,其耐撕破性能發(fā)揮著重要作用。參照J(rèn)TG E50—2006《公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程》中T 1125—2006《梯形撕破強(qiáng)力試驗(yàn)》的方法[8] 39 41, 測定土工布的撕破強(qiáng)力, 結(jié)果取平均值。1.5 測試結(jié)果聚丙烯長絲非織造土工布實(shí)測面密度、厚度、拉伸性能及撕破強(qiáng)力測試結(jié)果歸納于表2。
由表1 可知,聚丙烯長絲非織造土工布的斷裂強(qiáng)度和撕破強(qiáng)力都較高,可用作高強(qiáng)加筋、防裂材料。
2 耐久老化性能
在已知的人工光源中,氙弧燈的光譜能量分布與太陽光中的紫外光、可見光部分最為相似。因此,本文參照J(rèn)TG E50—2006《公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程》中T 1163—2006《抗紫外線性能試驗(yàn)(氙弧燈法)》的方法[8] 94 100,通過模擬和加速自然界中光、熱等因素對土工布的影響獲得土工布的耐久老化性能。測試時,老化時間設(shè)置為500 h。通過計(jì)算得到斷裂強(qiáng)力保持率和斷裂伸長保持率:
式中: RF 為試樣的斷裂強(qiáng)力保持率,%; Fe 為經(jīng)耐久老化試驗(yàn)的試樣的斷裂強(qiáng)力,N; Fc 為未經(jīng)耐久老化試驗(yàn)的原試樣的斷裂強(qiáng)力,N; Rε 為試樣的斷裂伸長保持率,%; εe 為經(jīng)耐久老化試驗(yàn)的試樣的斷裂伸長,mm; εc 為未經(jīng)耐久老化試驗(yàn)的原試樣的斷裂伸長,mm。
耐久老化性能測試結(jié)果見表2。
從表2 可以看出,聚丙烯長絲非織造土工布耐久老化性能出眾,其經(jīng)500 h 的氙弧燈照射后,斷裂強(qiáng)力保持率在90%以上,斷裂伸長保持率在80%以上。
3 耐酸、堿性能
目前,土工布被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中,以起到防護(hù)、加筋、隔離、過濾、排水等作用,但土工布在使用過程中要與土壤中的酸、堿或溶解氧的水溶液直接接觸,這會導(dǎo)致土工布的物理與化學(xué)性能不同程度的下降。土工布抵抗化學(xué)物質(zhì)的侵蝕,一方面依賴于原料的組成、生產(chǎn)的工藝及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),另一方面依賴于化學(xué)物質(zhì)的成分和環(huán)境條件。
參照J(rèn)TG E50—2006《公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程》中T 1162—2006《抗酸、堿液性能試驗(yàn)》的方法[8] 90 94,先分別配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硫酸和氫氧化鈉溶液,然后將聚丙烯長絲非織造土工布浸泡其中168 h,測試酸、堿腐蝕后試樣的斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長率(圖2),再計(jì)算酸、堿腐蝕后試樣的斷裂強(qiáng)度保持率和斷裂伸長率保持率。測試結(jié)果見圖2 及表3。
從圖2 及表3 可以看出:聚丙烯長絲非織造土工布具有較強(qiáng)的耐酸、堿性能,其在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的酸、堿溶液中浸泡168 h 后,斷裂強(qiáng)度保持率和斷裂伸長率保持率都在90%以上,耐酸性較耐堿性出眾。土工布用原料多為聚丙烯纖維或聚酯纖維。為從微觀角度進(jìn)一步理解土工布中單絲對其耐酸、堿性能的影響,下文選用聚酯長絲非織造土工布與聚丙烯長絲非織造土工布進(jìn)行比較。圖3 為未經(jīng)酸、堿處理的聚丙烯長絲非織造土工布與聚酯長絲非織造土工布的微觀電鏡照片。
由圖3 可以看出:(1)聚丙烯長絲表面光滑,無明顯的粗糙凸起,這有利于長絲表面酸、堿性液體的流動,且不易留存液體;(2)聚酯長絲表面有微小凸起,這不利于酸、堿性液體的流動。故聚丙烯長絲非織造土工布耐酸、堿性能更優(yōu)秀。
4 結(jié)論
通過對聚丙烯長絲非織造土工布進(jìn)行試驗(yàn)分析,得出:
(1) 聚丙烯長絲非織造土工布具有良好的拉伸特性。
( 2) 聚丙烯長絲非織造土工布耐久老化性能出眾。其經(jīng)500 h 的氙弧燈照射后,斷裂強(qiáng)力保持率在90%以上,斷裂伸長保持率在80%以上。
(3) 聚丙烯長絲非織造土工布具有較強(qiáng)的耐酸、堿性能。其能在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的酸、堿溶液中浸泡168 h 后,斷裂強(qiáng)度保持率和斷裂伸長率保持率都在90%以上。
作者：劉 英 于詠妍 聶松林 姜瑞明 陳 磊
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