復合土工膜等渠道防滲材料的缺陷二十世紀以來=隨著高分子化學工業的不斷發展=相繼出現了多種不同類型的土工合成材料A復合土工膜料便是其中的一種=它是以土工膜與無紡土工織物熱粘后形成的一種土工合成材料A土工膜一般有聚乙烯>01?或聚氯乙烯>0#8?兩種A其滲透系數一般在*)F**-’2,3*)F*(-’2,=它還具有適應變形能力強4質量輕4運輸量小=施工簡便4工期短=耐腐蝕性強等優點=因而近年來被廣泛應用于水庫大壩及渠道防滲工程中A但是土工膜表面光滑=與接觸面的摩擦系數較小=用土作保護層時=其邊坡容易失穩滑坡=且易刺破損壞A因此=為提高土工膜的性能=將針刺無紡織物用熱粘或膠粘的方法與土工膜復合=制成復合土工膜A目前有一布一膜與兩布一膜兩種A復合土工膜將單膜的拉伸強度4抗刺破4抗頂破強度提高了(35倍=具有豎向防滲4水平導水的功能=帶布的一面還能增大與渠基土或過渡層4保護層之間的摩擦系數=對保護渠體穩定=以及抗凍脹均起到一定的作用A盡管復合土工膜具有上述種種優點=但也有不足之處=一是復合土工膜價格較高=適用于地質條件及水文地質條件差4基土凍脹性較大或標準較高的渠道防滲工程A二是抗老化能力差A化學物質如水4氧4酸4胺等=物
理因素如熱4光4高能輻射4機械力4超聲波等=都會引起高分子聚合物的降解反應A即分子鏈的主鏈斷裂生成游離基=引起聚合物分子量下降A化學因素與物理因素同時作用=如光氧化4熱氧化同時作用=降解反應發生得最快A單獨作用就發生得較慢A因此渠道防滲工程中須在復合土工膜上覆蓋砌石!混凝土預制板!或現澆混凝土的保護層"有的地方受材料來源影響#在渠道比降較小!邊坡較緩的情況下#采用土料作保護"這些保護層厚度一般多在$%&’()%&’以上"筆者認為這種保護層的缺點有二*一是工程量大#投資增加"二是保護層滲漏的渠水聚積在復合土工膜上#而復合土工膜上未設排水設施#這樣便造成保護層下部經常處于水分飽和狀態#在氣候寒冷地區#容易發生渠道凍脹導致的破壞"
) 關于復合土工膜等渠道防滲材料改性的意見針對以上問題#筆者提出以下幾個方面改進意見")+$ 開發一種加糙土膜#可以在其成型過程
中#利用模具將土工膜表面壓制出規則的紋理#制造凹凸面#使最凹處厚度滿足工程要求的厚度#那么#突出的部分就相當于土工膜上同材質的,筋-"這樣#不但增大了糙率#而且提高了膜料的抗拉!抗撕裂!抗頂破的能力"這種加糙土工膜可以單獨使用#也可以制作為一布一膜的復合土工膜#其工程效果一定比光膜好"兩布一膜的復合土工膜因膜材被土工布蓋嚴#不需要使用加糙膜材")+) 將土工膜的防滲性能與聚苯乙烯泡沫板的防凍脹性能結合起來做成一種復合材料#此材料仍為高分子聚合物#共分為三層#上!下兩層為平實的防滲層#中間為保溫層#呈多孔隙泡沫狀"此材料的價格低廉#可以用于寒冷地區渠道防滲防凍脹工程中")+. 使用回收利用的化纖制作土工布#這樣制作出的土工布強度有所降低#但是能夠滿足要求強度#而且有效孔徑及疏松程度加大#縱橫向力學指標較為接近#布體柔軟#同體積與原土工布相比質量較輕#能降低成本")+/ 為了防止土工膜及復合土工膜老化過快#在產品的生產過程中#添加適量的抗氧劑!光穩定劑"據有關資料顯示#可直接暴露于大氣中保持十年"在生產土工膜時#可以嘗試添加適量的無機材料#如高度細化的粉煤灰#不但可以增加其抗老化性能#還可以為環保事業作出貢獻")+0 在土工膜制作過程中#加入適量的物質#改變其單調的顏色#鋪設渠道時#根據不同的土壤類型#生物!微生物生長期對光譜的不同需求#選用不同顏色的土工膜#抑害揚利#加強對渠基土的穩固與安全")+1 水泥混凝土用合成纖維及液態聚合物增強后在渠道防滲工程中的應用"在我國東北寒冷地區#已有將纖維摻入混凝土中#以提高水泥混凝土材料的抗拉!抗壓強度#特別是抗沖擊強度#最為有利的是減少復合土工膜上混凝土保護層的厚度至原厚度的$21($23#而抗凍脹能力比未加纖維時增強許多"關于這種聚合物改性混凝土45678#目前較流行的是孔隙充填和,鍵橋-理論#即聚合物充填了混凝土孔隙#并形成網絮狀鍵橋橫亙于混凝土內部既有的微孔隙上#接受并傳遞應力#使混凝土的應力得到改善#但造價昂貴#目前尚應用不多"為降低工程造價#可將聚丙烯纖維4558改性#使之具有高強度!高彈性模量!低延伸率等水工材料的特征"并將這一改性材料細化至納米級#成為,納米級聚合物-"這種聚合物的微粒平均粒徑不大于0%納米#相比之下#普通聚合物的粒徑一般為$%%(.%%納米#水泥粒徑一般為.%%%%(9%%%%納米"因此用較少的量獲得較大的比表面積#大幅度降低了聚合物改性水泥混凝土45678的成本"吉林省紡織研究所試驗時用普通55摻量為%+)0:;2’. 和%+<0:;2’.#兩者試驗結果相差不大#但比起未摻時#各項性能均有改善"他們采用聚酯短纖維與5=膜制成的復合土工膜與高強纖維混凝土薄板在梅河口市渠道防滲中的成功試驗#每平方米造價為)<元#比復合土工膜上鋪常規混凝土預制板4造價為每平方米/%元8要節省很多"西北大部分地區冬季氣候比較寒冷#所以#我們出應開發出適應西北地區氣候及經濟條件的聚合物改性水泥混凝土#當然#如果能將高科技納米技術引入復合土工膜混凝土保護層這一防滲形式之中#而又簡化施工程序#將會使渠道防滲工作邁上一個新臺階")+3 將土工合成材料中的加筋材料>>土工格柵用于渠道防滲"施工步驟為*4$8開挖渠槽時#比設計渠道原橫斷面多挖/(9&’?"2(將土工格柵按渠道斷面形狀鋪入渠槽:回填土使其土壤具有最大干密度?"’(夯實并修整出標準的渠道橫斷面?"!(鋪土工膜或復合土工膜?"4(大@中型渠道上鋪設保護層;如小型渠道采用抗老化處理:建議采用比原設計膜厚+0.&&的土工膜:最好是適應
當地條件的彩膜:不需要上覆保護層;這樣:一條彩色的渠道就修成了;土工格柵單筋抗拉強度大:斷裂伸長率均小于.4*:充當了土中的A鋼筋B:用于不同渠道時:可向廠家預定不同單筋強度@筋間距@長度@寬度的土工格柵:從而降低渠道防滲工程成本:提高渠系水利用系數;
結語
以上幾種關于復合土工膜等渠道防滲材料改性的意見:如能實施:必將更加適用于渠道工程:且能降低造價:節約投資和提高渠道防滲工程的效益:因此:具有廣闊的應用前景;
參考文獻
<.=建功0舊砌石渠道老化破壞的原因及其改建的措施0防滲技術:.551:!"!(0<2=李安國0我國渠道防滲工程技術綜述0防滲技術:2+++:7".(0
<’=水利部農村水利司:中國灌溉排水技術開發培訓中心0渠道防滲工程技術0北京C中國水利水電出版社:.5510<!=趙佩鈺:張曉宇0土工膜在水庫老壩防滲中的作用0防滲技術:.556:’"!(0<4=董建偉0復合土工膜8納米級聚合物纖維混凝土復合防滲材料的研究與應用0全國第五屆土
工合成材料學術會議論文集0現代知識出版社0<7=王為農:姜志德等0改性DD纖維混凝土在防滲工程上的應用0全國第五屆土工合成材料學術
會議論文集0現代知識出版社0<6=趙佩鈺:張曉宇0渠道防滲土工膜厚度的探討0防滲技術:.551:!"2(0
理因素如熱4光4高能輻射4機械力4超聲波等=都會引起高分子聚合物的降解反應A即分子鏈的主鏈斷裂生成游離基=引起聚合物分子量下降A化學因素與物理因素同時作用=如光氧化4熱氧化同時作用=降解反應發生得最快A單獨作用就發生得較慢A因此渠道防滲工程中須在復合土工膜上覆蓋砌石!混凝土預制板!或現澆混凝土的保護層"有的地方受材料來源影響#在渠道比降較小!邊坡較緩的情況下#采用土料作保護"這些保護層厚度一般多在$%&’()%&’以上"筆者認為這種保護層的缺點有二*一是工程量大#投資增加"二是保護層滲漏的渠水聚積在復合土工膜上#而復合土工膜上未設排水設施#這樣便造成保護層下部經常處于水分飽和狀態#在氣候寒冷地區#容易發生渠道凍脹導致的破壞"
) 關于復合土工膜等渠道防滲材料改性的意見針對以上問題#筆者提出以下幾個方面改進意見")+$ 開發一種加糙土膜#可以在其成型過程
中#利用模具將土工膜表面壓制出規則的紋理#制造凹凸面#使最凹處厚度滿足工程要求的厚度#那么#突出的部分就相當于土工膜上同材質的,筋-"這樣#不但增大了糙率#而且提高了膜料的抗拉!抗撕裂!抗頂破的能力"這種加糙土工膜可以單獨使用#也可以制作為一布一膜的復合土工膜#其工程效果一定比光膜好"兩布一膜的復合土工膜因膜材被土工布蓋嚴#不需要使用加糙膜材")+) 將土工膜的防滲性能與聚苯乙烯泡沫板的防凍脹性能結合起來做成一種復合材料#此材料仍為高分子聚合物#共分為三層#上!下兩層為平實的防滲層#中間為保溫層#呈多孔隙泡沫狀"此材料的價格低廉#可以用于寒冷地區渠道防滲防凍脹工程中")+. 使用回收利用的化纖制作土工布#這樣制作出的土工布強度有所降低#但是能夠滿足要求強度#而且有效孔徑及疏松程度加大#縱橫向力學指標較為接近#布體柔軟#同體積與原土工布相比質量較輕#能降低成本")+/ 為了防止土工膜及復合土工膜老化過快#在產品的生產過程中#添加適量的抗氧劑!光穩定劑"據有關資料顯示#可直接暴露于大氣中保持十年"在生產土工膜時#可以嘗試添加適量的無機材料#如高度細化的粉煤灰#不但可以增加其抗老化性能#還可以為環保事業作出貢獻")+0 在土工膜制作過程中#加入適量的物質#改變其單調的顏色#鋪設渠道時#根據不同的土壤類型#生物!微生物生長期對光譜的不同需求#選用不同顏色的土工膜#抑害揚利#加強對渠基土的穩固與安全")+1 水泥混凝土用合成纖維及液態聚合物增強后在渠道防滲工程中的應用"在我國東北寒冷地區#已有將纖維摻入混凝土中#以提高水泥混凝土材料的抗拉!抗壓強度#特別是抗沖擊強度#最為有利的是減少復合土工膜上混凝土保護層的厚度至原厚度的$21($23#而抗凍脹能力比未加纖維時增強許多"關于這種聚合物改性混凝土45678#目前較流行的是孔隙充填和,鍵橋-理論#即聚合物充填了混凝土孔隙#并形成網絮狀鍵橋橫亙于混凝土內部既有的微孔隙上#接受并傳遞應力#使混凝土的應力得到改善#但造價昂貴#目前尚應用不多"為降低工程造價#可將聚丙烯纖維4558改性#使之具有高強度!高彈性模量!低延伸率等水工材料的特征"并將這一改性材料細化至納米級#成為,納米級聚合物-"這種聚合物的微粒平均粒徑不大于0%納米#相比之下#普通聚合物的粒徑一般為$%%(.%%納米#水泥粒徑一般為.%%%%(9%%%%納米"因此用較少的量獲得較大的比表面積#大幅度降低了聚合物改性水泥混凝土45678的成本"吉林省紡織研究所試驗時用普通55摻量為%+)0:;2’. 和%+<0:;2’.#兩者試驗結果相差不大#但比起未摻時#各項性能均有改善"他們采用聚酯短纖維與5=膜制成的復合土工膜與高強纖維混凝土薄板在梅河口市渠道防滲中的成功試驗#每平方米造價為)<元#比復合土工膜上鋪常規混凝土預制板4造價為每平方米/%元8要節省很多"西北大部分地區冬季氣候比較寒冷#所以#我們出應開發出適應西北地區氣候及經濟條件的聚合物改性水泥混凝土#當然#如果能將高科技納米技術引入復合土工膜混凝土保護層這一防滲形式之中#而又簡化施工程序#將會使渠道防滲工作邁上一個新臺階")+3 將土工合成材料中的加筋材料>>土工格柵用于渠道防滲"施工步驟為*4$8開挖渠槽時#比設計渠道原橫斷面多挖/(9&’?"2(將土工格柵按渠道斷面形狀鋪入渠槽:回填土使其土壤具有最大干密度?"’(夯實并修整出標準的渠道橫斷面?"!(鋪土工膜或復合土工膜?"4(大@中型渠道上鋪設保護層;如小型渠道采用抗老化處理:建議采用比原設計膜厚+0.&&的土工膜:最好是適應
當地條件的彩膜:不需要上覆保護層;這樣:一條彩色的渠道就修成了;土工格柵單筋抗拉強度大:斷裂伸長率均小于.4*:充當了土中的A鋼筋B:用于不同渠道時:可向廠家預定不同單筋強度@筋間距@長度@寬度的土工格柵:從而降低渠道防滲工程成本:提高渠系水利用系數;
結語
以上幾種關于復合土工膜等渠道防滲材料改性的意見:如能實施:必將更加適用于渠道工程:且能降低造價:節約投資和提高渠道防滲工程的效益:因此:具有廣闊的應用前景;
參考文獻
<.=建功0舊砌石渠道老化破壞的原因及其改建的措施0防滲技術:.551:!"!(0<2=李安國0我國渠道防滲工程技術綜述0防滲技術:2+++:7".(0
<’=水利部農村水利司:中國灌溉排水技術開發培訓中心0渠道防滲工程技術0北京C中國水利水電出版社:.5510<!=趙佩鈺:張曉宇0土工膜在水庫老壩防滲中的作用0防滲技術:.556:’"!(0<4=董建偉0復合土工膜8納米級聚合物纖維混凝土復合防滲材料的研究與應用0全國第五屆土
工合成材料學術會議論文集0現代知識出版社0<7=王為農:姜志德等0改性DD纖維混凝土在防滲工程上的應用0全國第五屆土工合成材料學術
會議論文集0現代知識出版社0<6=趙佩鈺:張曉宇0渠道防滲土工膜厚度的探討0防滲技術:.551:!"2(0
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