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塑料盲沟材料性能指标初探

盲沟又称暗沟、暗渠等,主要作用是集排土中渗水,以减小地下水压力,防止土体和建筑物因渗透变形而造成破坏( 随着高分子材料的发展,国外在!" 世纪/" 年代开发出的塑料盲沟克服了传统盲沟表面开孔率低、抗压强度小、耐久性差、施工不便等缺点,因而在土木、水利、矿山、环境保护等建设项目的地下集排水工程中得到迅速推广( 河海大学于!" 世纪’" 年代中期在国内率先开展了塑料盲沟的研制工作,并在%" 年代初研制出国内第一代产品( 目前,国内已可批量生产塑料盲沟,产品有十多个品种( 国内的一些重点工程,如:宁靖盐高速公路、福宁高速公路、广州地铁、上海港地基处理工程等都大量应用了塑料盲沟,并取得预期的效果(
1、塑料盲沟的材料、形式和特性
1.1材料
塑料盲沟由塑料芯体和外包土工布滤膜两种材料构成( 塑料芯体以聚丙烯(00)、聚乙烯(01)为主要原料,经过配方改性,由挤塑机挤压出细的塑料丝束,由成型装置将塑料丝打乱并在结点上熔接,形成丝瓜络式的结构塑料芯体的作用是支撑透水滤膜,以抵抗外力并形成通水空间( 包裹在芯体外的滤膜由土工布制成,一般用短纤针刺土工布或长丝热粘土工布,重量为%" 2 !&" 3 4 5!,也可用尼龙丝网,这由设计人员根据现场土质情况选用。
1.2形式
目前国内可生产的塑料盲沟有. 种形式:矩形、中空矩形、双中空矩形、圆形、中空圆形、多孔圆形( 一般来说,中空型和多孔型的塑料盲沟空隙率大、排水性较好,而矩形、圆形塑料盲沟的耐压性能较好,可根据工程耐压和排水要求选用。
1.3工程特性
塑料盲沟的材料和结构特点决定了它具有以下的工程特性:
表面开孔率高,集水性能强( 芯体表面弯曲的塑料丝起到以点支撑透水滤膜的作用,就像用细棍支撑帐篷一样,用很少的支点支撑滤膜,将盲沟芯体表面不透水部分减少到最低程度,因而塑料盲沟的表面开孔率要远远高于其它传统盲沟,集水性能强。空隙率大,排水性好( 塑料盲沟芯体外形象丝瓜络,塑料丝之间空隙较大,芯体中间还可做成多孔状或中空状,因空隙率大,所以水流阻力小,排水性好耐压性好( 塑料盲沟立体网状结构与钢结构中的桁架结构原理类似,具有良好的耐压性,可承受各个方向压力,即使超载压力将材料压扁,也仅减少了通水空间,并不会使排水功能完全失效!
柔韧性好,适应土体变形能力强! 塑料盲沟具有较好的柔韧性,能适应周围土体的变形,不会因超载、地基变形、不均匀沉降等原因而断裂,避免了传统盲沟因上述原因而造成的集排水失效的事故!重量轻、施工方便! 塑料盲沟的主要原料是聚丙烯,密度小,产品空隙率大、重量轻,现场施工安装十分方便,工人劳动强度低,施工效率高!
塑料盲沟的性能指标
塑料盲沟是由立体网状的塑料芯体和外包土工布滤膜复合而成,其性能指标应由塑料芯体和土工布滤膜两部分构成! 土工布的性能研究已相对成熟,试验方法已有相应的国际、国内标准可供参照! 塑料盲沟芯体是一种新型结构材料,主要功能是集水、排水,同时还会有耐压、耐久性等要求,因此塑料盲沟芯体的性能指标为:单位长度质量、外形尺寸、表面开孔率、空隙率、通水量、抗压强度、耐久性等! 单位长度质量、外形尺寸是物理性能指标,比较简单,这里不作介绍!
表面开孔率

表面开孔率是指盲沟材料表面开孔的面积与表面积之比率,是反映塑料盲沟材料集水能力的一项重要水力学性能指标! 一般来说表面开孔率越大,用于支撑土工布滤膜的部分就越少,阻挡进水的部分就越少,集水性能越好! 对于有孔管、网状树脂管等比较规则的材料,表面开孔率容易计算,将开孔的面积除以表面积即可! 而塑料盲沟表面开孔形状和位置都不很规则,因此表面开孔率比较难以得出,目前还没有统一的试验方法! 对于矩形塑料盲沟可采用近似的方法:将一定大小的矩形塑料盲沟放在计算机扫描仪上扫描,得到一张平面扫描图,用面积测量仪测量出表面开孔部分的面积,用表面开孔部分的面积除以总面积,这样就近似得到塑料盲沟的表面开孔率!

表1是几种常见盲沟材料表面开孔率的比较,可见塑料盲沟的表面开孔率在80%~90%之间,是各种盲沟材料中最高的,因而塑料盲沟材料的集水性能最好!
$#$ 空隙率
塑料盲沟的空隙率是指空隙体积与总体积的比率,是反映塑料盲沟集排水性能和抗压性能的一项指标,塑料盲沟的空隙率与排水能力、抗压强度密切相关, 一般来说空隙率大则排水性能好,但抗压强度要低一些,反之亦然# 目前生产的塑料盲沟主要有普通型、中空型和多孔型3 种,普通型塑料盲沟的空隙率在90%"左右,中空型和多孔型塑料盲沟的空隙率达到-%"以上# 空隙率可通过称重试验和计算求得,空隙率

式中:m———塑料盲沟质量,3;g———塑料盲沟原材料密度,3 " .+;(———塑料盲沟的截面积,.*;)———试件长
度,盲沟质量通过称重试验确定,!可借比重瓶测定,无测定值时可通过查表确定# 从表* 可见国产塑料盲沟的空隙率$ 在,*" & -*"之间#
2.3通水量
通水量是指塑料盲沟在一定条件下,单位时间内能够通过的水量,是反映塑料盲沟排水能力的水力学性能指标, 塑料盲沟的通水量与其截面尺寸、结构形式、空隙率等有关,每种型号塑料盲沟的通水能力都各不相同,因此需要根据通水试验确定,塑料盲沟通水量试验装置如图$ 所示# 该装置由钢板水库、试样安装部分、平水室、消浪栅、量水堰、回水槽等组成,用铟钢尺测量测压管水头,用直角三角形薄壁量水堰测量塑料盲沟内过水流量! 量水堰高!"#$%,宽!"&!%! 堰上水头用经过检定的测针测量,流量" ’ #$( % ),其中# 为量水堰的系数!根据该量水堰的特点,选用日本沼知、黑川、渊泽经验公式计算该系数:


塑料盲沟的耐久性主要是指对紫外线("#)辐射、温度变化、化学与生物侵蚀、干湿变化、冻融变化等外界因素的抗御能力,主要取决于产品所采用的原料和使用的环境! 塑料盲沟的原料主要为聚丙烯和各种添加剂,聚丙烯本身抗紫外线辐射能力较差,但通过改变材料的配方,添加抗老化剂,可大大增加塑料盲沟的耐久性! 塑料盲沟一般埋在地下,受紫外线、气温变化等的影响通常较小! 因此,配方良好的塑料盲沟在通常的使用环境下具有较好的耐久性!
结语
塑料盲沟是国内市场新近出现的一种土工合成材料,由于其具有许多优点,因而逐渐为大家所认识、接
受,应用范围不断扩大,有取代传统盲沟的趋势! 由于该新材料在国内应用的时间不长,相应的研究成果亦不
丰富,笔者认为以下一些问题还有待进一步研究:表面开孔率的试验方法;抗压蠕变性能;弯曲性能;耐久性!
参考文献:
《土工合成材料工程应用手册》编写委员会! 土工合成材料工程应用手册[%]! 第& 版! 北京:中国建筑工业出版社
吴福生,张树奎,刘家豪! 塑料盲沟水力性能试验