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378 浅谈土工合成材料性能测试中应注意的几个问题 浅谈土工合成材料性能测试中应注意的几个问题 李红彦（广东省水利水电科学研究院，广州，510610）摘 要：摘 要：土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，本文列举了部分规程规范，并对其性能测试中存在的几个问题进行了阐述。关键词：关键词：土工合成材料 规程规范 条带拉伸试验 土工格栅 1 总论 1 总论 土工合成材料，是以合成纤维、塑料、合成橡胶等为原料制成的不同种类产品，是新型的岩土及土木工程等工程建设用材料。当今的土工合成材料用途主要有两种：更好地完成工程要求（减少渗漏和破坏）和降低造价（建设造价或长期使用平均造价），它在使用过程中具有分离、加固、排水、过滤、防护、防渗等六大基本功能。土工合成材料种类很多，一般按功能及生产方法分为四大类，即土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料。土工合成材料早在 50 年代就在美、欧国家开始使用，著名的荷兰沿海堤坝是土工合成材料成功应用的典范；60 年代前后化纤工业的蓬勃兴起推动了土工合成材料的发展，在美、欧国家它已经和钢筋、水泥、砂石一样成为兴修水利、交通、城建等工程设施建设大规模使用的基本建筑材料。土工合成材料的应用解决了许多特殊复杂的岩土和土木等工程结构和寿命等问题，因而近 30年来在世界范围内得到了显著的发展。众多的国家和技术组织都将土工合成材料写入了规范，说明它已得到工程界的一致认同。目前，土工布在我国水利、公路、铁路、环境保护等工程建设方面应用规模较大、效果较好。2 有关的规程规范 2 有关的规程规范 目前有关标准和规范可分为三个方面：应用技术规范、产品标准和测试规程。部分产品标准见表 1 所列；测试规程有水利行业标准 SL/T235-1998、交通行业的 JTJ/T060-1998 及国家标准（见表 2）。表 1 部分产品标准一览表 标准名称 标准代号 标准名称 标准代号 土工合成材料短纤 针刺非织造土工布 GB/T17638-1998 土工合成材料塑料土工格栅 GB/T17689-1999土工合成材料长丝纺 粘针刺非织造土工布 GB/T17639-1998 玻璃纤维土工格栅第 1 部分：沥青路面用玻璃纤维土工格栅 JC839.1-1998 土工合成材料长丝 机织土工布 GB/T17640-1998 土工合成材料塑料三维土工网垫 GB/T18744-2002土工合成材料裂膜 丝机织土工布 GB/T17641-1998 土工合成材料塑料扁丝编织土工布 GB/T17690-1999土工合成材料非织造 复合土工膜 GB/T17642-1998 土工合成材料聚乙烯土工膜 GB/T17643-1998土工合成材料聚氯 乙烯土工膜 GB/T17688-1999 交通工程土工合成材料土工格栅 JT/T480-2002 379表 2 部分测试规程一览表 标准名称 标准代号 标准名称 标准代号 土工布的取样和试样准备 GB/T13760-1992 土工布拉伸试验方法宽条样法 GB/T15788-1995土工布厚度测定方法 GB/T13761-1992 土工布透水性测定方法 GB/T15789-1995土工布单位面积质量的测定方法 GB/T13762-1992 土工布接头/接缝宽条拉伸试验方法 GB/T16989-1997土工布梯形法撕破强力试验方法 GB/T13763-1992 土工合成材料测试规程 SL/T235-1999 土工布孔径测定方法干筛法 GB/T14799-1993 公路土工合成材料试验规程 JTJ/T060-1998 土工布顶破强力试验方法 GB/T14800-1993 3 土工合成材料性能测试中应注意的几个问题 3 土工合成材料性能测试中应注意的几个问题 3.1 土工布的条带拉伸试验 3.1 土工布的条带拉伸试验 土工布抗拉强度的测试方法最初是沿用纺织品的测试标准，随着土工布的广泛应用，对测试数据日益重视，纺织品标准已不能适应工程要求，因此国内外在纺织品标准的基础上作了一些修改以使测试结果更能适应土工布的应用条件。这些修改主要是试样尺寸和拉伸速率不同。纺织品试样窄而长，一般宽为 50mm，；土工布试样宽而短，一般宽为 200mm。这是因为对于土工布，特别是无纺布纤维松散，受拉时织物组织及其间的粘强力极易被破坏，“颈缩”量很大，强度明显降低。为使试验结果尽可能接近实际情况，常设法减少“颈缩”影响，其中的一种方法就是加宽试样，试样越宽，“颈缩”影响相对越小。但实践证明，一方面试样过宽，操作困难，且试样固定也存在问题；另一方面，对于不同的土工布而言，取样宽度对试验结果的影响是不同的：如有纺土工布横丝各自大体独立，较难引起因张拉方向变形而产生的横向收缩，“颈缩”量较小，对其抗拉强度影响也不大。有研究表明：对有纺土工布，在条宽较小时其试验强度偏大，50mm 窄条试样的抗拉强度比 100mm 宽条试样高 10%20%，而无纺土工布则偏低 10%30%，因此试样并不是越宽越好。目前国内外多趋向于采用 200mm 的宽样。如我国国家标准 GB/T15788-1995 就规定条带拉伸试验时试样宽度为 200mm。而行业标准 SL/T235-1999 及 JTJ/T060-1998 则规定试样的宽度可以为 50mm或 200mm，这是因为窄条试样试验操作方便迅速，对设备要求较低，易掌握；且目前生产厂家多采用窄条试样，故仍保留 50mm 宽的窄条试样，可便于统一与比较。鉴于取样宽度对试验结果的影响，GB/T15788-1995 中规定对不可拆纱的针织物、非织造布及其它复合产品，试样的裁剪方法非常简单，只需采用剪切法直接将试样剪至规定的尺寸即可。而对于机织物，则可先剪稍宽的试样（如 230240mm），再从两边大致拆去数量相等的纱线，达到规定的尺寸；但在实际裁剪过程中，常常出现的状况是从两边拆去数量相等的纱线后，只能达到略大于规定尺寸的情况（如 202 或 201mm 等）。对于这种情况的处理，我们的经验就是无需继续拆纱线，否则就达不到规定尺寸；只需用这块试样直接进行拉伸试验，在试验数据处理时将实际尺寸的抗拉强度折算成规定尺寸（如 200mm）的抗拉强度后，再折算成 1m 宽试样的抗拉强度值。3.2 塑料土工格栅 3.2 塑料土工格栅 3.2.1 伸长率为 2%和 5%时的拉伸力 以双向拉伸聚丙烯土工格栅 TGSG20-20 为例，GB/T17689-1999 中规定：纵向伸长率为 2%和5%时的拉伸力分别为 8kN/m 和 10kN/m，两者之间相差 2 kN/m；横向伸长率为 2%和 5%时的拉伸力分别为 10kN/m 和 13kN/m，两者之间相差 3 kN/m。本试验室在 2004 年检测了该型号产品试样 6个，涉及 4 个生产厂家，其检测结果见表 3 及表 4。由表 3 及表 4 可见，该型号产品伸长率为 2%拉伸力全部达到国标规定值，且与国标规定值差值不大，但在伸长率为 5%时实测值远远大于国标规定值。至于其它一些型号的产品，在测试过程中也存在类似问题。380表 3 双向拉伸聚丙烯土工格栅 TGSG20-20 横向伸长率为 2%和 5%时的拉伸力 生产厂家 代号 2%时拉伸力 实测值(2%时拉伸力实测值-国标 规定值)*100/国标规定值 5%时拉伸力实测值(5%时拉伸力实测值-国标 规定值)*100/国标规定值 A 10.8kN/m 8.0%15.8 kN/m 21.5%B 11.2 kN/m 12.0%15.9 kN/m 22.3%C 11.1 kN/m 11.0%17.5 kN/m 34.6%D 11.2 kN/m 12.0%15.6 kN/m 20.0%D 11.7 kN/m 17.0%16.6 kN/m 27.7%D 10.6 kN/m 6.0%16.0 kN/m 23.0%备注 国标规定值为 10kN/m 国标规定值为 13kN/m 表 4 双向拉伸聚丙烯土工格栅 TGSG20-20 纵向伸长率为 2%和 5%时的拉伸力 生产厂家 代号 2%时拉伸力 实测值(2%时拉伸力实测值-国标 规定值)*100/国标规定值 5%时拉伸力 实测值(5%时拉伸力实测值-国标 规定值)*100/国标规定值 A 8.8kN/m 10.0%15.7 kN/m 57.0%B 9.8 kN/m 22.5%15.8 kN/m 58.0%C 8.8 kN/m 10.0%14.8kN/m 48.0%D 9.8 kN/m 22.5%16.3 kN/m 63.0%D 9.6 kN/m 20.0%16.8 kN/m 68.0%D 9.4kN/m 17.5%15.7 kN/m 57.0%备注 国标规定值为 8kN/m 国标规定值为 10kN/m 3.2.2 单位面积质量与格栅的力学性能指标之间的关系 国家标准 GB/T17689-1999 是以单位面积质量作为塑料土工格栅的分类依据，但在检测过程中发现随着材料与工艺的改进，格栅的力学指标与单位面积质量之间的关系已今非昔比，常常出现单位面积质量比国家标准值要小很多，但力学性能却不差。以单向拉伸聚丙烯土工格栅 TGDG35为例，本试验室在 2003 年检测了该型号产品试样 17 个，其中某厂家试样 6 个，试验数据见表 5。这 6 个试样的单位面积质量在 224234g/m2之间，均远远低于国标规定值，但其力学性能指标全部达标。表 5 某厂家单向拉伸聚丙烯土工格栅 TGDG35 的测试数据 序号 单位面积质量(g/m2)伸长率为 2%时的 拉伸力(kN/m)伸长率为 5%时的 拉伸力(kN/m)每延米拉伸屈服力(kN/m)1 233 14.3 26.5 36.8 2 234 13.8 26.3 36.8 3 224 13.4 27.0 37.4 4 229 13.8 27.1 37.6 5 232 13.0 27.5 38.1 6 225 13.2 26.5 37.5 国标规定值 45050 10 20 35 3814 结语 4 结语 土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，随着近年来的不断发展和改进，极大地拓展了其使用范围。但使用越广，在使用过程中发现的问题也会越多，因此，对产品的测试手段和方法也有必要进一步的改进和提高，才能使土工合成材料更好地为工程建设服务。参考文献 参考文献 1 国家质量技术监督局标准化司编，土工合成材料系列国家标准宣贯教材.北京：中国标准出版社，1999 年 4 月第一版；2 南京水利科学研究院主编，土工合成材料测试手册.北京：水利电力出版社，1991 年 3月第一版；3 中华人民共和国交通部发布，公路土工合成材料试验规程.北京：人民交通出版社，1999年 8 月第一版；4 中华人民共和国水利部发布，土工合成材料试验规程.北京：中国水利水电出版社，1999年 5 月第一版；5 王正宏，就土工合成材料标准与规范问题答读者问，全国土工合成材料应用技术规范与产品质量研讨会（论文集）。