淺析土工布拉伸性能試驗結果的影響因素

陳婷（福建省交通規劃設計院，福州350004）

淺析土工布拉伸性能試驗結果的影響因素

陳婷
（福建省交通規劃設計院，福州350004）

本文以短纖針刺非織造土工布（以下簡稱土工布）為例，在檢測實踐經驗的基礎上，從樣品調節時間、調節溫濕度、裁樣方法、試樣寬度、拉伸速率等5個方面系統分析了其對土工布拉伸性能試驗結果的影響，找出影響規律，并提出了一些建議。

短纖針刺非織造土工布試驗檢測拉伸性能影響因素

1 前言

土工合成材料在國內應用廣泛，涉及多個行業領域，但由于檢測規范不統一，常使土工合成材料的檢測結果出現偏差，影響了檢測結果的可信度。本文通過對土工布在不同調濕時間、溫濕度、裁樣方法、試樣寬度以及拉伸速率的拉伸結果，進行了系統分析，得出了一些影響規律，并提出了一些建議，供同行參考學習。

2 拉伸試驗方法及原理簡介

就我國現行土工合成材料拉伸測試規范而言，主要有國家標準化管理委員會發布的國家標準GB/T 15788-2005《土工布及其有關產品寬條拉伸試驗》（以下簡稱GB/T 15788）、交通部頒布的行業標準JTG E50-2006《公路工程土工合成材料試驗規程》（以下簡稱JTG E50）和水利部頒布的水利行業標準SL 235-2012《土工合成材料測試規程》（以下簡稱SL 235）。三者之間對拉伸試驗的樣品調節時間、調節溫濕度、裁樣方法、試樣寬度、拉伸速率等均有不同規定。土工合成材料拉伸試驗是在樣品的縱向和橫向各裁取至少5塊試樣，制備每個試樣至200mm或50mm的最終寬度，并有足夠的長度以滿足夾鉗隔距為100mm。其長度方向與外加拉伸力的方向平行。將試樣整個寬度夾持在拉伸試驗機的夾具上，對試樣進行拉伸直至試樣斷裂。試樣的抗拉伸性能由試驗機的記錄裝置記錄并計算。

3 拉伸性能測試

本次試驗選用的測試標準為GB/T 15788，材料為SNG 300-6的土工布，該樣品為灰白色，厚薄均勻，無明顯外觀缺陷，滿足試驗研究要求。針對不同的調節時間、溫度、濕度、裁樣方法、試樣寬度、拉伸速率進行橫向拉伸強度、橫向伸長率試驗。

3.1 調節時間對拉伸性能的影響

在相同溫度、濕度條件下，采取梯形裁樣法，拉伸速率為20mm/min，試樣寬度為200mm，樣品數量為15塊，試驗溫度為20℃±2℃，濕度為65%±4%，并且每個試驗樣品取出后，確保在3min內完成試驗，以避免測試環境對樣品的影響，針對5個不同調節時間分別進行拉伸試驗并對結果進行統計分析，詳見表1、圖1。

表1 不同調節時間下拉伸試驗結果

圖1 拉伸性能與調節時間關系圖

由試驗數據圖表分析來看，5個不同調節時間下的土工布拉伸結果沒有呈現出一定的規律性，兩者關系不明顯。由于土工布的主要成分為滌綸，具有吸濕性差、熔點高等特性，因此當樣品狀態調節至規范要求的調濕狀態后，已達到飽和，倘若短期內繼續狀態調節其試驗結果對土工布的拉伸強度和伸長率沒有實質性的影響。

3.2 溫度對拉伸性能的影響

在相同調節時間、濕度條件下，采取梯形裁樣法，拉伸速率為20mm/min，試樣寬度為200mm，樣品數量為15塊，試驗溫度為20℃±2℃，濕度為65%±4%，并且每個試驗樣品取出后，確保在3min內完成試驗，以避免測試環境對樣品的影響，針對6個不同溫度調節分別進行拉伸試驗并對結果進行統計分析，詳見表2、圖2。

表2 不同溫度調節下拉伸試驗結果

圖2 拉伸性能與試驗溫度關系圖

由試驗數據圖表分析來看，土工布受溫度影響顯著，隨著溫度的升高，拉伸強度降低，而伸長率升高。當溫度從0℃增加至50℃，拉伸強度減少了約14%，而伸長率增加了約10%。因其原材料是有機物，其具有熱塑性，高溫會使原料發生不可逆變化，改變原料特性，從而導致材料力學性質改變。

3.3 濕度對拉伸性能的影響

在相同調節時間、溫度條件下，采取梯形裁樣法，拉伸速率為20mm/min，試樣寬度為200mm，樣品數量為15塊，試驗溫度為20℃±2℃，濕度為65%±4%，并且每個試驗樣品取出后，確保在3min內完成試驗，以避免測試環境對樣品的影響，針對5個不同濕度調節分別進行拉伸試驗并對結果進行統計分析，詳見表3、圖3。

表3 不同濕度調節下拉伸試驗結果

圖3 拉伸性能與試驗濕度關系圖

由試驗數據圖表分析來看，5個不同濕度調節下的土工布拉伸結果沒有呈現出一定的規律性，兩者關系不明顯。由于土工布的原材料是滌綸，滌綸本身吸濕性差，水與該類型材料基本不發生作用，由此可見濕度調節對土工布的拉伸強度和伸長率沒有實質性的影響。

3.4 樣品裁取方法對拉伸性能的影響

在相同調節時間（24h）、溫度（20℃±2℃）、濕度（65%± 4%）條件下，拉伸速率為20mm/min，試樣寬度為200mm，樣品數量為15塊，試驗溫度為20℃±2℃，濕度為65%± 4%，并且每個試驗樣品取出后，確保在3min內完成試驗，以避免測試環境對樣品的影響。根據裁樣原則：對同一項試驗，應避免兩個及以上的試樣處在相同的縱向或橫向位置上。分別采取隨機裁樣法和梯形裁樣法，進行拉伸試驗并對結果進行統計分析，詳見表4、圖4和圖5。

表4 不同裁樣法拉伸試驗結果

圖4 拉伸性能與試樣裁取方法關系圖

圖5 不同裁樣方法變異系數

由表4計算結果可得，隨機法強度平均值為11.01kN/m，梯形法強度平均值為10.63kN/m，隨機法強度標準差為1.09，梯形法強度標準差為0.49，隨機法強度變異系數為9.9%，梯形法強度變異系數為4.6%。綜合圖4及圖5分析可知，兩種裁樣方法對試驗結果有一定的影響，隨機法數據離散性大，梯形法數據離散性小，較均勻。隨機法強度變異系數為梯形法強度變異系數的兩倍。這是因為梯形布置法取樣可使每個試樣的縱橫向纖維都互不相同，并使試樣均勻分布于較廣的范圍內，從而使試樣更具有代表性。因此，試驗檢測中建議采用梯形布置法來裁取試樣。梯形取樣法見圖6所示。

圖6 梯形裁樣法布置

3.5 試樣寬度對拉伸性能的影響

在相同調節時間、溫度、濕度條件下，采取梯形裁樣法，拉伸速率為20mm/min，樣品數量為15塊，試驗溫度為20℃±2℃，濕度為65%±4%，并且每個試驗樣品取出后，確保在3min內完成試驗，以避免測試環境對樣品的影響，針對4個不同試樣寬度分別進行拉伸試驗并對結果進行統計分析，詳見表5、圖7。

表5 不同試樣寬度拉伸試驗結果

圖7 拉伸性能與試樣寬度關系圖

由試驗數據圖表分析來看，樣品越寬拉伸強度越大，伸長率越低，寬條樣法（試樣寬度200mm）拉伸檢測結果強度平均值比用窄條樣法（試樣寬度50mm）拉伸結果高1.03kN/m，伸長率比窄條樣法低7.4%，因為土工布在負荷作用下夾持長度范圍內有收縮的趨勢，較大的寬度降低了土工布的收縮影響，所以寬條樣法伸長率比窄條樣法伸長率低，樣品越窄，收縮程度越嚴重，試樣拉伸時所受的橫向剪切力也越大，因此試樣越容易破壞，導致窄條樣法強度也越低。

3.6 拉伸速率對拉伸性能的影響

在相同調節時間、溫度、濕度條件下，采取梯形裁樣法，試樣寬度為200mm，樣品數量為15塊，試驗溫度為20℃±2℃，濕度為65%±4%，并且每個試驗樣品取出后，確保在3min內完成試驗，以避免測試環境對樣品的影響，針對6個不同拉伸速率分別進行拉伸試驗并對結果進行統計分析，詳見表6、圖8。

表6 不同拉伸速率拉伸試驗結果

圖8 拉伸性能與拉伸速率關系圖

由試驗數據圖表分析來看，隨著拉伸速率的增大，拉伸強度和伸長率先增大后減小，當速率從20mm/min到50mm/min時，二者增長的速度比較快，速率從50mm/min到200mm/min時，二者的增長幅度趨于減緩，拉伸速率達到200mm/min時，拉伸強度和伸長率達到最大值，隨著速率的繼續增大，當速率達到300mm/min時，拉伸強度和伸長率呈下降趨勢。

4 結語

（1）當樣品狀態調節至規范要求的調濕狀態后，若短期內繼續狀態調節也不影響拉伸性能結果。

（2）溫度對土工布的拉伸強度影響顯著，當溫度升高時，拉伸強度將降低，伸長率將升高。

（3）濕度對土工布的拉伸性能沒有實質性的影響。

（4）建議裁取樣品時采用梯形裁樣法，使試驗樣品更均勻更具代表性。

（5）對于土工布來說，試樣寬度越大拉伸強度越高，伸長率越低。

（6）拉伸強度和伸長率隨著拉伸速率的增大而增大，當增大到一定程度時，反而減小。

[1]GB/T 15788-2005，土工布及有關產品寬條拉伸試驗[S].

[2]JTG E50-2006，公路工程土工合成材料試驗規程[S].

[3]SL 235-2012，土工合成材料測試規程[S].

[4]GB/T 13760-2009/ISO 9862∶2005，土工合成材料取樣和試樣準備[S].

[5]喻宏，李作攀，儲才元.不同寬度非織造布試樣力學性能研究［J］.上海∶東華大學，2000.

[6]熊榮軍，李恒，孫愛國，唐正濤.短纖針刺非織造土工布拉伸試驗影響因素研究［J］.水運工程，2013.

[7]蔡彬權，毛天鵬.淺談土工合成材料的應用與測試.貴州省巖石力學與工程學會2009年度學術交流論文集.