新型PVC防滲抗凍水渠材料時述

鳳祝 孔松 周璐

摘要：為了避免水渠凍脹破壞、滲漏等問題，解決農業用水存在的巨大缺陷，進一步提升自然保護成果，實現現代化農業建設，在農田建設的過程中采用PVC新型阻燃抗氧化抗凍水渠進行節水灌溉便被提出。但是目前尚缺少對該種新型PVC水渠板材的性能報告，基于此，分別對材料的抗凍性能和力學性能進行測試，以確保符合水利工程所用混凝土的要求，并對該材料進行阻燃性、抗氧化性進行測試，以確保其使用的安全、穩定性。對該種板材在節水灌溉方面的應用進行分析，以確保其實施的可靠性。

關鍵詞：PVC板材;強度;抗凍性;阻燃性;節水灌溉

中圖分類號：S277文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190615026

引言

我國幅員遼闊，但水資源缺乏。以山西省為例，全省每年從渠道滲漏掉的水量約為20億m3。且由于我國農業灌溉面積廣闊，發展其它節水灌溉代價巨大，所以就目前而言我國發展農業灌溉的重心還是應放在渠道輸水上，因此如何解決渠道滲漏、凍脹破壞，提高輸水效率顯得尤為重要。我國渠道防滲主要形式有塑膜、混凝土預制板或現澆板、漿砌石等，但在北方季節性凍土地區，這些防滲工程均存在不同程度的凍脹破壞問題，不僅直接影響渠道的正常使用，浪費了水資源，而且增加了修復次數和工程費用。

本次研究的PVC板材較傳統的混凝土水渠，具有優良的抗凍性能、更好的防滲性，可以很大程度上提高農業輸水效率。同時PVC新型阻燃抗氧化抗凍水渠在農業節水灌溉中的應用能夠將滴灌技術與覆膜技術進行統籌規劃，進行技術優點結合，使水利工程能夠直接作用到農作物，對于農作物生長發育具有直接的作用。相比較傳統灌溉在節水省肥增產等方面都具有重要的推動效果。可以進行地區性推廣應用，便于長期農業發展。本文旨在通過實驗準確測試該種PVC板材的抗凍性能和力學性能，以確定其在水利工程中符合規范。

1項目的提出

PVC是世界五大通用塑料之一，具有優良的阻燃、絕緣和耐腐蝕等性能，并且價格低廉，被廣泛應用于各種行業。PVC板材主要由聚氯乙烯樹脂與增塑劑、穩定劑等加工助劑配合后，經擠出或壓延加工而成，其中以擠出加工為主。最近河北某建筑公司生產的新型PVC建筑模板引起了業內的關注，原料為樹枝、稻殼、棉柴、廢木薄板等廢棄物，經粉碎、高溫混拌均勻，進入PVC木塑擠出機而成。是國際領先的高科技、環保、新型建筑用材料，具有廣闊的發展前景[1]。如果將該種PVC板材應用于灌溉水渠，將使中國農業灌溉向農業現代化邁出一大步。下文將對該種PVC板材進行性能實驗測試。

2實驗裝置介紹

密度測試采用吸水性固體密度計;抗凍性實驗采用全自動低溫凍融試驗機JC-ZDR-6型，該機冷凍最低溫度可達-40℃凍融循環次數0～999次;彈性模量用天津惠達試驗儀器廠生產的DT-16動彈儀在快速凍融試驗過程中測定。

3PVC試驗性能研究

3.1PVC板材的密度

選用抗壓強度和凍融試件，該材料自然狀態體積密度較小，只有800kg/m3。

3.2抗凍性

由于本次研究的PVC板材是用于水利工程中替代水渠的混凝土襯砌，所以采用國內混凝土凍融破壞的實驗方法。我國水利部門制定的混凝土抗凍性能試驗主要采用快凍法試驗，快凍法試驗周期短，工作量小，靈敏度高[2]。

參照混凝土抗凍試驗方法，將尺寸為98mm×100mm×400mm的試件置于DT-16動彈儀在快速凍融試驗中測定。當試件的質量損失率超過5%或相對動彈性模量降低至60%時，結束試驗。得出質量損失率：-7.55%，-8.24%，-7.49%，平均值-7.76%。得出相對動彈性模量：96%，96%，95%，計算值95.67%。通過檢測：該板材的抗凍性能符合水利工程的抗凍性能要求，質量損失標準要求為≤5%，實際為增加7.76%;相對動彈性模量標準要求為≥60%，實際為96%。

3.3PVC板材力學性能檢測

3.3.1抗壓強度

由于該種PVC板材常處于浸水狀態，所以通過測試其自然狀態和吸水120h后的抗壓強度，然后計算出其軟化系數。受壓面尺寸為94.5mm×99.5mm;抗壓強度是壓縮變形10%時的強度值。

自然狀態：分別對3組試件進行抗壓實驗，得出：4.76MPa、4.72MPa、4.68MPa，平均值4.72MPa。

吸水120h后：進行上述實驗，得出：6.48MPa、6.16MPa、6.66MPa，平均值6.43MPa。

可以看出該板材在吸水120h后抗壓強度增加。

3.3.2抗拉強度

選取試件斷面尺寸為33mm×15mm的PVC板塊，按照《普通混凝土力學性能實驗方法》（GB/T50081--2002）規定的劈裂抗拉強度實驗的標準，用壓力試驗機。

得出：14.57MPa、16.24MPa、12.18MPa、15.73MPa、14.75MPa，平均值15.66MPa。其抗拉性能明顯高于抗壓強度。

3.3.3抗折強度

取3組尺寸為98mm×100mm×400mm的試件置于抗折試驗機上，進行自然狀態下的抗折強度實驗，得出：12.86、13.04、12.18，平均值12.69。

經200次凍融后，進行上述實驗，得出：11.88、8.37、16.40，平均值12.21。可以發現該板材經過200次凍融后的抗折強度變化較小。

綜上按照水利工程所用混凝土的力學性能規范要求，該PVC板材完全符合水利工程的使用要求。由于該板材沒有對應的國家、地方規范標準及企業標準，只能參照水利工程有關標準規范進行檢測，以上所有檢測結果僅供參考。

3.4阻燃性及其改良

由于PVC板的阻燃性不能滿足要求，因此需要通過添加阻燃劑來改善PVC的阻燃性。目前應用比較廣的主要阻燃劑有ZHS、Sb2O3，在王月芹的《PVC材料的阻燃性能研究》[3]中對ZHS、Sb2O3和ZHS/Sb2O3分別進行了添加實驗，判斷復合阻燃劑ZHS/Sb2O3在PVC材料中可發揮協同作用，并且當ZHS：Sb2O3為1：1時，其使用量最少且阻燃性能最好。

4新型PVC板材在節水灌溉中的應用

4.1輸水效率高，降低滲漏的可能性

該PVC板材糙率值為0.008左右，流速在2.4m/s左右，輸水、輸沙能力強。

4.2鋪設簡單，降低成本

該水渠采用的是干支渠一次成型的鋪設方式，其結構完善，無需墊層，無需輔助材料，輕人工，幾乎適合所有土地形式。在提高了水渠灌溉能力的基礎上又減少了資金投入，并且該水渠還有強大的維修能力和回收價值。

4.3提升農業產量

該水渠在農業節水灌溉的應用中能將滴灌技術與覆膜技術進行統籌規劃，進行技術優點結合，使水利工程能夠直接作用到農作物。相比較傳統自然灌溉在節水省肥增產等方面都具有重要的推動效果，能使農業產量有巨大的提升。

5結論

經實驗研究該PVC板材的抗凍性，阻燃性及其力學性能都能符合水利工程規范要求。因此在農業灌溉小型水渠可以先試圖用該PVC板材去替換混凝土板襯砌，不僅可以解決普通水渠的抗凍問題，還可以與新型的灌溉模式相結合，以提高水資源的利用效率。隨著農業現代化的發展，對水資源的利用效率要求不斷地提高，發展新型PVC水渠材料更勢在必行。

參考文獻

[1] 中建.河北研發出新型PVC建筑板材[J].國外塑料，2012（08）：67.

[2] 楊紹明，周雙喜.混凝土抗凍性試驗方法及其評價參數的探討[J].混凝土，2008（04）：27-28.

[3] 王月芹，李霞，周志明，劉通.PVC材料的阻燃性能研究[J].當代化工研究，2018（03）：67-68.

作者簡介： 時述鳳 （1972-）女，吉林長春人，碩士研究生，副教授，研究方向：節水灌溉;祝孔松（1996-），男，河南信陽人，研究方向：節水灌溉;周璐（1986-），女，吉林長春人，研究方向：節水灌溉。