基于熒光紫外燈試驗的土工布抗老化性能研究

陸鵬飛，畢瑞奇

（1.安徽省建筑工程質量監督檢測站，安徽 合肥 230000；2.安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000）

土工布是土工合成材料的一種，由高分子聚合物合成纖維通過針刺或編織而成，通常置于土體的內部、表面或各層土體之間。按照生產方法的不同，土工布分為機織土工布、針織土工布和非織造土工布。機織土工布是通過兩組長絲或扁條穿梭成的織物；針織土工布是經過經編工藝制備的土工布；非織造土工布有紡織針刺土工布、短纖針刺土工布和熱熔粘合土工布。其分類及特性如表1所示。

土工布的分類 表1

根據表1，機織、針織和非織造土工布都具有良好的力學性能、透水性及保土性能等優點，可以廣泛用于鐵路、公路、水利、港口、建筑、礦冶及環境保護等工程中，能發揮過濾、排水、防滲、分隔以及防護等作用。但是在耐久性能上，如抗老化、抗化學侵蝕、抗氧化、抗凍性能等指標有較大差異，而土工布一般用于永久性工程中，其原料大多為高分子聚合物，在化學結構上存在易老化的弱點，所以耐久性能尤為重要。本文通過土工布熒光紫外燈老化試驗，對比試驗前后試樣在各老化周期的強度，保持率及斷裂伸長保持率，強度保持率為老化后強度與老化前強度之比，斷裂伸長保持率為老化后斷裂伸長率與老化前斷裂伸長率之比，用百分數表示。

1 土工布熒光紫外燈老化試驗方法

熒光紫外燈老化試驗是通過將試樣放置于老化試驗箱，以給定的試驗溫度、濕度和照射強度，對試樣進行周期性的光照和冷凝試驗，測試對比老化試驗前后試樣的強度，作為耐久性能的指標。

1.1 材料選取

對水利工程項目不同生產廠家進場的土工布進行取樣。規格為200g/m的機織土工布，針織土工布和針刺土工布（非織造土工布的一種）進行試驗。（所用材料均為單層未加炭黑等常規的水利工程項目進場的土工布）

1.2 試驗設備

采用UVA-340型紫外線老化試驗箱（自動調光）、土工合成材料萬能試驗機。

1.3 試樣制備

將同種生產工藝的土工布歸類制樣，選取土工布1m作為試驗樣品，離大樣邊緣至少整個幅寬的十分之一的距離，一塊樣裁取縱向，另一塊樣裁取橫向。試樣尺寸為長200mm、寬50mm，數量為12個，其中6個用于老化試驗，另外6個試樣用于老化前的原始強度測試。對每一塊試樣進行編號，編號標記在非光照區域（每組試樣數為5個，余下1個為備用樣品），所有樣品置于溫度為20±2℃，相對濕度為60%±10%的環境狀態中調節24h。

1.4 試驗環境及輻照周期

UVA-340燈管在340nm波長光強1.55W/m的條件下，采用8h紫外光照（光照溫度60℃）、4h冷凝（冷凝溫度50℃）的循環周期，分別持續運行120h、168h、240h和456h。（運行周期持續循環350h，相當于美國佛羅里達州戶外陽光下1年的曝曬效果）。

2 土工布熒光紫外燈老化試驗測試項目的結果與分析

2.1 試驗結果及分析

通過室內熒光紫外燈老化試驗，不同廠家的平均試驗結果見表2至表6。

老化前對照樣試驗測試結果 表2

120h運行時間試樣的保持率 表3

168h運行時間試樣的保持率 表4

240h運行時間試樣的保持率 表5

456h運行時間試樣的保持率 表6

根據表2試驗結果：同等規格不同生產工藝的土工布，試驗材料的拉伸強度和斷裂伸長率有較大差距。非織造針刺土工布的強度和斷裂伸長率性能較好，普通機織和針織土工布性能差距不大，斷裂伸長率較差，三種材料的抗老化性能見表3、表4、表5、表6。

2.2 數據對比及分析

將三種試樣在不同的試驗時間參數中得到的橫縱向拉伸強度和斷裂伸長率取平均值，通過計算得到不同運行時間參數下的拉伸強度保持率和斷裂伸長保持率，運用折線圖綜合對比，分析三種材料土工布的老化趨勢，見圖1和圖2所示。

圖1 強度保持率與老化時間的關系圖

圖2 斷裂伸長保持率與老化時間的關系圖

①同等規格的土工布試驗中，非織造針刺土工布的拉伸強度及斷裂伸長率稍高，機織和針織土工布拉伸強度相近，但機織和針織土工布斷裂伸長率低于非織造針刺土工布。

②三種材料的強度保持率都隨著老化時間的增加，材料的拉伸強度及斷裂伸長率隨之降低，強度保持率及斷裂伸長保持率也隨之降低，但三種材料的老化速率不盡相同。

③350h運行時間下，非織造針刺土工布強度保持率強于機織和針織土工布，約為70%。機織和針織土工布的保持率和老化趨勢大體相同，但老化時間超過240h后老化速率加快，表現出穩定性差，抗老化性能弱于非織造針刺土工布。非織造針刺土工布在長時間光照和冷凝運行周期下，強度及斷裂伸長率較穩定，抗老化性能良好。

④350h運行時間下，非織造針刺土工布斷裂伸長保持率強于機織和針織土工布，約為75%。機織土工布和非織造針刺土工布在運行周期168h內表現較穩定，針織土工布表現一般；運行周期在168h～456h內，機織土工布老化速率加快，保持率后期明顯低于針織和非織造針刺土工布；總體針織和非織造針刺土工布保持率較好，抗老化性能強于機織土工布。

3 結論

根據三種土工布的熒光紫外燈老化試驗結果，不同生產工藝的土工布對其抗老化性能有著一定的影響，非織造針刺土工布抗老化性能強于普通的機織和針織土工布。