水利工程土工膜耐老化性能的探討

郭淑婷（新疆額河建管局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 PE土工膜的性能特點及其影響因素與選擇

1）影響土工膜使用壽命的因素主要是膜內抗氧劑含量、膜所處的工作溫度、膜承受的拉應力。抗氧化性能是反應PE土工膜耐老化性能的重要指標。土工膜的氧化主要包括熱和溫度引起的熱氧化和陽光中紫外線產生的光氧化，以日照紫外線的影響最重。因此包裝選用避光的黑色塑料膜，運輸時再加帆布覆蓋，施工過程及時埋設，注重每個可能產生光氧化的細節以防止其老化。

2）土工膜中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、聚氯乙烯介于其間，顏色淺的比深的差。由于老化是從表面逐漸向內部發展，故厚的比薄的耐老化。因此選用黑色中厚聚乙烯復合土工膜既能滿足工程需求又經濟實惠，比較合理。

3）土工膜的衰變和老化是其強度和延伸率隨時間延長逐漸降低，物理力學性能衰變老化，不能達到正常工作應力和應變，逐漸發生脆化斷裂或拉裂失去防滲作用。一般土工合成材料的使用壽命至少在100年以上，覆蓋層越厚壽命越長。一般水工建筑物的設計壽命25～50年。根據本工程的設計結構，只要按要求精心生產制造、運輸、貯存、埋設土工膜，其設計壽命一般不會低于水工建筑物壽命。

2 氧化誘導時間及碳黑、總灰分的選擇與確定

從氧化誘導時間及碳黑、總灰分三項指標可體現和調整控制PE土工膜的抗氧化性能指標。生產過程中為控制原料中添加回收料，現場監造對聚乙烯土工膜及復合土工膜均增加灰分檢測項目，加強生產現場的監控；對復合土工膜增加200℃氧化誘導時間和碳黑含量檢測項目，從控制聚乙烯土工膜（光膜）的質量來保證復合土工膜的質量，將其提高到高質量水平，為整個工程質量優良夯實基礎，提供保障。

1）處于新老國標交替更新中，2012.9.1實施的新國標《土工合成材料 聚乙烯土工膜》GB/T17643-2011中將200℃時氧化誘導時間 Min≥20改為常壓下氧化誘導時間 Min≥60，而原監造指標Min≥40，新國標要求高了，按現有配方生產（48Min、70 Min）/（以往50 Min ～210 Min）穩定性較差，較難達標。因此監造指標執行新國標需要考慮調整配方增加配料（抗氧化劑）等生產成本提高的價格補差，也是可行的。最后確定聚乙烯土工膜及復合土工膜氧化誘導時間均為Min≥60。

2）新國標中 碳黑含量2.0%～3.0%增加了上限要求，比老國標更為嚴密。最后確定監造指標執行新國標。

3）新國標中： 如果灰分含量大于試樣質量的1%（1g×1%=0.01g），則要報出灰分含量，并注明測定的碳黑含量可能超過實際值。最后確定灰分數值≤0.1%比較高的標準，合理可行，既原監造指標不變。

4）由專業實驗室試驗并結合首次試生產調試、檢測實際情況，經行業專家、生產商、業主方三方會議一致同意，最終確定灰分數值≤0.1%（不變），氧化誘導時間土工膜≥60min（新國標），復合土工膜≥60min（變更），碳黑含量2.0%～3.0%執行新國標，將此三項膜層性能指標在《監造手冊》中的《復合土工膜技術性能指標》表內更新。

3 防老化措施

1)在材料中添加防老化劑，抑止光、氧、熱等外因對高分子的作用。如生產過程中加入適量的抗氧化劑、光穩定劑和深色物質碳黑等。

2)進行物理防護，土工膜鋪設后立即采用棉線毯保護，防止土工膜與氧氣接觸及紫外線直接照射。

3)在運輸過程中土工膜應較好的遮光、隔熱、避氧作用的包裝或覆蓋，貯藏時應放置在室內，避免光、氧、熱的作用，露天存放最高不能超過15d。當天使用當天覆蓋，最大程度減少暴露時間。

4 結語

從土工膜力學、物理、化學性質、工程造價、環境保護以及產品種類與結構形式等方面綜合比較論證，PE土工膜與砂漿、無紡布、泡沫塑料、瀝青等材料形成防滲結構層，從材料性質和已建工程的使用情況來看，表現出的工程性能明顯優于其他材料，在目前的水利工程建設中得到了廣泛應用。

[1]《土工合成材料 聚乙烯土工膜》GB/T17643-2011國家質量監督檢驗檢疫總局2011.12.30發布，2012.09.01實施。

[2]《土工合成材料 非織造布復合土工膜》標準GB/T17642-2008

[3]《聚乙烯管材和管件熱穩定性能試驗方法》GB/T17391-1998國家技術監督局1998-05-19批準

[4]《聚乙烯管材和管件碳黑含量的測定》GB13021-91國家技術監督局1991-07-03批準