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土工合成材料的耐久性和防護措施
作者:管理員 發布于:2016-4-25 15:52:00 點擊量:
一、影響耐久性的主要因素 
    土工合成材料的原材料是高分子聚合物。這種物質是鏈節結構,它對氧化(老化)十分敏感,容易發生降解反應和交換反應,導致材料破壞。為此,土工合成材料的使用壽命自然引起工程人員的高度關注。
   氧化包括熱和溫度引起的熱氧化,以及陽光中紫外線產生的光氧化。其中光氧化的破壞作用很強,因為紫外線具有很大能量,能切斷聚合物的分子鏈,或引發光氧化反應。此外,影響材料耐久性的還有化學與生物侵蝕、干濕作用、凍融變化和機械磨損等,但以日照紫外線的影響最重要。
   各種原材料抗紫外線的能力以聚丙烯和聚酰胺最差,聚酯最佳,聚乙烯、聚氯乙烯介乎其間,顏色淺的比深的差。由于老化是從表層逐漸向內部發展,故產品厚的較薄的耐老化。
二、延緩老化的措施
   老化是高分子材料的固有特性之一,不能完全消除,但如果采取有效措施,可以大大延緩。延緩老化的措施可以從兩方面著手:一方面是在原材料中加人防老化劑,抑制光、氧、熱等外界因素對材料的作用,如摻適量的抗氧劑、光穩定劑和深色碳黑等。有的單位在聚丙烯中加入防老化劑,經4年日光直接爆曬,強度僅損失25%,如果不加防老化劑,直接在日光下照射2~3月,強度即損失殆盡。另一方面是在工程中采取防護措施,如盡量縮短材料在日光中的暴露時間,用巖土(要求在30cm厚以上)或深水覆蓋等。
   老化破壞程度常以材料的某物理力學量的變化率來反映,例如材料抗拉強度的損失或延伸率的變化等。
三、部分現場觀測成果
   以下是一些實際工程中土工合成材料經長期工作后的檢測結果。
   (1)1958年,美國佛羅里達州海岸護坡首先用PVC織造型土工織物作墊層,27年后取樣試驗,其性能仍十分良好。
   (2)1965年,中國水利水電科學研究院在北京東北旺農場用PVC土工膜(厚0.12~0.15mm)鋪在渠道上作防滲試驗,埋在土下30~40cm,運行20年后仍保持良好防滲性。
   (3)1970年,法國法拉克羅斯土壩用滌綸(聚酯)非織造土工織物作護坡墊層,運行6年后取樣測定,抗拉強度僅減小8%。法國許多工程采用這種織物,運行12年后,絕大部分強度損失不到30%。
   (4)1981年,葛洲壩水力發電工程二江泄水閘基礎按長江委長科院的研究成果采用改性聚丙烯塑料管、聚氨脂泡沫塑料、滌綸織造土工織物的組合體作為基巖排水孔的過濾體。運行15年后抽樣檢測,發現織物在pH值為9.02~10.58的水下工作,其經向強度僅下降4%~8.5%,緯向強度下降7.5%~22.5%。
   (5)西德漢諾威大學的試驗表明,在有防護條件下,運行15年,滌綸織物強度損失不到5%,丙綸織物強度損失不到10%。而且老化速度隨時間明顯減緩。
   鑒于土工合成材料在工程應用中具有一定的抗老化能力,故有些國家的某些文件中對其使用年限作了較為寬限的規定,如前蘇聯BCH07-74《土石壩應用聚乙烯防滲結構須知》中規定,聚乙烯土工膜可用于使用年限不超過50年的建筑物。奧地利林茨公司發表的“聚丙烯土工合成材料的長期性狀”一文中的結論寫道:“對聚丙烯的15年以上的現場應用經驗表明,它們的化學和生物穩定性高;織物的最大損壞是在施工中;鋪設以后沒有大變化;……可預期超過100年的穩定性”。
   綜上所述,根據經驗和合理推論,一般認為土工合成材料的使用壽命至少在30年以上。事實上,英國NETLON公司對其產品的設計年限是120年。


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