随着我国交通基础设施建设的快速发展,越来越多的新型土工合成材料应用于公路工程中。公路路面长期处于酸、碱环境中,新型耐酸、碱土工合成材料可以较好地应用于路面,并起到防治路面裂缝的作用。国内已有很多专家展开了相关的研究。例如:陈卫东[1] 归纳了土工布在路面病害防治过程中具有的良好物理、化学特性;解井坤等[2] 对涤纶长丝非织造土工布、涤纶短纤非织造土工布及丙纶短纤非织造土工布进行试验,发现丙纶短纤非织造土工布在强酸、强碱环境中都具有良好的抗酸、碱性能;郑智能[3] 对聚丙烯加筋带进行了耐酸、碱性能探究,发现其具有很强的抗酸、碱性能;陈杰[4] 研究了涤纶长丝纺黏非织造土工布的耐化学性能,发现其在碱性溶液中质量变化较小但强度下降较大,温度对其在碱性溶液中的强度有较大影响;申垒[5] 采用盐溶液对短纤针刺非织造土工布、长丝纺黏非织造烧毛土工布、长丝纺黏针刺非织造土工布进行室内加速腐蚀试验,对比腐蚀前后土工布直剪试验的数据,并通过分析得到盐渍土地区的袋装混凝土灌注桩的复合土工膜袋的最优组合;张宝森等[6] 对各
种土工合成材料的工程应用特性进行了试验研究,发现土工合成材料性能差异较大,应根据工程使用情况选择不同的土工合成材料;杨广庆[7] 梳理了土工布的生产工艺、主要功能及应用现状,提出高强、耐坏境型聚丙烯长丝纺黏针刺非织造土工布将成为土工布未来发展的潮流与方向。
本文将针对聚丙烯长丝非织造土工布的物理力学性能、耐久老化性及耐酸、碱性能进行试验分析,以期为该材料的工程应用提供参考。
1　物理力学性能
本节将对聚丙烯长丝非织造土工布试样(图1)的物理力学性能进行测试,包括面密度、厚度、拉伸性能、撕破强力等。

1.1　面密度
参照JTG E50—2006《公路工程土工合成材料试验规程》中T 1111—2006《单位面积质量测定》的方法[8] 6 8,并利用式(1)计算土工布的面密度:

式中: ρ 为试样面密度,g/ m2;m 为试样质量,g;A 为试样面积,cm2。面密度测试结果取平均值,并计算面密度偏差。
1.2　厚度
土工布作为加筋布铺设在路面面层与基层之间,可起到防治反射裂缝的作用。土工布的厚度对防治反射裂缝的效果影响相当大。若土工布厚度太大,则会影响路面面层与基层的黏结状态,导致土工布只能起到隔离层的作用;若土工布太薄,则起不到防治反射裂缝的作用。
参照JTG E50—2006《公路工程土工合成材料试验规程》中T 1112—2006 《厚度测定》的方法[8] 8 9,测定土工布的厚度。根据测厚仪的要求裁剪试样,试样直径大于测厚仪压脚直径的1.75 倍。厚度测试至少取10 块试样,测试结果取平均值。
1.3　拉伸性能
土工布的拉伸性能除了取决于原料的品种及单丝线密度外,还与土工布的结构形式及其工艺密切相关。断裂强度能反映土工布抵抗外力变化的性能。
参照JTG E50—2006《公路工程土工合成材料试验规程》中T1121—2006《宽条拉伸试验》的方法[8] 21 27,测定土工布的拉伸性能。横向和纵向试样各选取至少5 块,并根据最大负荷和试样宽度计算断裂强度:

式中: αf 为断裂强度,kN/ m; Ff 为最大负荷,kN;B为试样宽度,m。同时记录断裂伸长率。测试结果均取平均值。
1.4　撕破强力
和生金土工布作为防裂布应用于路面结构时,其耐撕破性能发挥着重要作用。参照JTG E50—2006《公路工程土工合成材料试验规程》中T 1125—2006《梯形撕破强力试验》的方法[8] 39 41, 测定土工布的撕破强力, 结果取平均值。1.5　测试结果聚丙烯长丝非织造土工布实测面密度、厚度、拉伸性能及撕破强力测试结果归纳于表2。

由表1 可知,聚丙烯长丝非织造土工布的断裂强度和撕破强力都较高,可用作高强加筋、防裂材料。
2　耐久老化性能
在已知的人工光源中,氙弧灯的光谱能量分布与太阳光中的紫外光、可见光部分最为相似。因此,本文参照JTG E50—2006《公路工程土工合成材料试验规程》中T 1163—2006《抗紫外线性能试验(氙弧灯法)》的方法[8] 94 100,通过模拟和加速自然界中光、热等因素对土工布的影响获得土工布的耐久老化性能。测试时,老化时间设置为500 h。通过计算得到断裂强力保持率和断裂伸长保持率:

式中: RF 为试样的断裂强力保持率,%; Fe 为经耐久老化试验的试样的断裂强力,N; Fc 为未经耐久老化试验的原试样的断裂强力,N; Rε 为试样的断裂伸长保持率,%; εe 为经耐久老化试验的试样的断裂伸长,mm; εc 为未经耐久老化试验的原试样的断裂伸长,mm。
耐久老化性能测试结果见表2。

从表2 可以看出,聚丙烯长丝非织造土工布耐久老化性能出众,其经500 h 的氙弧灯照射后,断裂强力保持率在90%以上,断裂伸长保持率在80%以上。
3　耐酸、碱性能
目前,土工布被广泛应用于工程建设中,以起到防护、加筋、隔离、过滤、排水等作用,但土工布在使用过程中要与土壤中的酸、碱或溶解氧的水溶液直接接触,这会导致土工布的物理与化学性能不同程度的下降。土工布抵抗化学物质的侵蚀,一方面依赖于原料的组成、生产的工艺及产品的结构,另一方面依赖于化学物质的成分和环境条件。
参照JTG E50—2006《公路工程土工合成材料试验规程》中T 1162—2006《抗酸、碱液性能试验》的方法[8] 90 94,先分别配置质量分数为10%的硫酸和氢氧化钠溶液,然后将聚丙烯长丝非织造土工布浸泡其中168 h,测试酸、碱腐蚀后试样的断裂强度与断裂伸长率(图2),再计算酸、碱腐蚀后试样的断裂强度保持率和断裂伸长率保持率。测试结果见图2 及表3。

从图2 及表3 可以看出:聚丙烯长丝非织造土工布具有较强的耐酸、碱性能,其在质量分数为10%的酸、碱溶液中浸泡168 h 后,断裂强度保持率和断裂伸长率保持率都在90%以上,耐酸性较耐碱性出众。土工布用原料多为聚丙烯纤维或聚酯纤维。为从微观角度进一步理解土工布中单丝对其耐酸、碱性能的影响,下文选用聚酯长丝非织造土工布与聚丙烯长丝非织造土工布进行比较。图3 为未经酸、碱处理的聚丙烯长丝非织造土工布与聚酯长丝非织造土工布的微观电镜照片。

由图3 可以看出:(1)聚丙烯长丝表面光滑,无明显的粗糙凸起,这有利于长丝表面酸、碱性液体的流动,且不易留存液体;(2)聚酯长丝表面有微小凸起,这不利于酸、碱性液体的流动。故聚丙烯长丝非织造土工布耐酸、碱性能更优秀。
4　结论
通过对聚丙烯长丝非织造土工布进行试验分析,得出:
(1) 聚丙烯长丝非织造土工布具有良好的拉伸特性。
( 2) 聚丙烯长丝非织造土工布耐久老化性能出众。其经500 h 的氙弧灯照射后,断裂强力保持率在90%以上,断裂伸长保持率在80%以上。
(3) 聚丙烯长丝非织造土工布具有较强的耐酸、碱性能。其能在质量分数为10%的酸、碱溶液中浸泡168 h 后,断裂强度保持率和断裂伸长率保持率都在90%以上。
作者：刘　英 于咏妍 　聂松林 　姜瑞明 　　陈　磊
参考文献
[ 1 ]　陈卫东.土工布防治沥青路面反射裂缝技术的应用探析[J].建材发展导向,2011,9(6):396 397.
[ 2 ]　解井坤,李建新,褚兆晶.无纺土工布耐酸碱性探究[J].中国矿山工程,2017,46(1):61 65.
[ 3 ]　郑智能. 土工合成材料的耐久性试验研究[D].重庆:重庆交通学院,2003.
[ 4 ]　陈杰. 铁路土工合成材料耐久性能试验研究[D].石家庄:石家庄铁道大学,2017.
[ 5 ]　申垒.盐渍土地区袋装水泥混凝土灌注桩的复合土工布研究[D].西安:长安大学,2013.
[ 6 ]　张宝森,张喜泉,张俊霞,等. 土工合成材料工程特性试验研究[J]. 甘肃工业大学学报,2002,28(2):103107.
[ 7 ]　杨广庆. 土工布发展现状及趋势展望[J]. 纺织导报,2017(5):20+22+24 25.
[ 8 ]　交通部公路科学研究院. 公路工程土工合成材料试验规程:JTG E50—2006[S]. 北京:人民交通出版社,2006.