水利工程土工膜耐老化性能的探討

郭淑婷（新疆額河建管局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 PE土工膜的性能特點(diǎn)及其影響因素與選擇

1）影響土工膜使用壽命的因素主要是膜內(nèi)抗氧劑含量、膜所處的工作溫度、膜承受的拉應(yīng)力。抗氧化性能是反應(yīng)PE土工膜耐老化性能的重要指標(biāo)。土工膜的氧化主要包括熱和溫度引起的熱氧化和陽(yáng)光中紫外線產(chǎn)生的光氧化，以日照紫外線的影響最重。因此包裝選用避光的黑色塑料膜，運(yùn)輸時(shí)再加帆布覆蓋，施工過(guò)程及時(shí)埋設(shè)，注重每個(gè)可能產(chǎn)生光氧化的細(xì)節(jié)以防止其老化。

2）土工膜中各種原材料抗紫外線的能力以聚丙烯和聚酰胺最差，聚酯最佳，聚乙烯、聚氯乙烯介于其間，顏色淺的比深的差。由于老化是從表面逐漸向內(nèi)部發(fā)展，故厚的比薄的耐老化。因此選用黑色中厚聚乙烯復(fù)合土工膜既能滿足工程需求又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，比較合理。

3）土工膜的衰變和老化是其強(qiáng)度和延伸率隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸降低，物理力學(xué)性能衰變老化，不能達(dá)到正常工作應(yīng)力和應(yīng)變，逐漸發(fā)生脆化斷裂或拉裂失去防滲作用。一般土工合成材料的使用壽命至少在100年以上，覆蓋層越厚壽命越長(zhǎng)。一般水工建筑物的設(shè)計(jì)壽命25～50年。根據(jù)本工程的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，只要按要求精心生產(chǎn)制造、運(yùn)輸、貯存、埋設(shè)土工膜，其設(shè)計(jì)壽命一般不會(huì)低于水工建筑物壽命。

2 氧化誘導(dǎo)時(shí)間及碳黑、總灰分的選擇與確定

從氧化誘導(dǎo)時(shí)間及碳黑、總灰分三項(xiàng)指標(biāo)可體現(xiàn)和調(diào)整控制PE土工膜的抗氧化性能指標(biāo)。生產(chǎn)過(guò)程中為控制原料中添加回收料，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)造對(duì)聚乙烯土工膜及復(fù)合土工膜均增加灰分檢測(cè)項(xiàng)目，加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控；對(duì)復(fù)合土工膜增加200℃氧化誘導(dǎo)時(shí)間和碳黑含量檢測(cè)項(xiàng)目，從控制聚乙烯土工膜（光膜）的質(zhì)量來(lái)保證復(fù)合土工膜的質(zhì)量，將其提高到高質(zhì)量水平，為整個(gè)工程質(zhì)量?jī)?yōu)良夯實(shí)基礎(chǔ)，提供保障。

1）處于新老國(guó)標(biāo)交替更新中，2012.9.1實(shí)施的新國(guó)標(biāo)《土工合成材料 聚乙烯土工膜》GB/T17643-2011中將200℃時(shí)氧化誘導(dǎo)時(shí)間 Min≥20改為常壓下氧化誘導(dǎo)時(shí)間 Min≥60，而原監(jiān)造指標(biāo)Min≥40，新國(guó)標(biāo)要求高了，按現(xiàn)有配方生產(chǎn)（48Min、70 Min）/（以往50 Min ～210 Min）穩(wěn)定性較差，較難達(dá)標(biāo)。因此監(jiān)造指標(biāo)執(zhí)行新國(guó)標(biāo)需要考慮調(diào)整配方增加配料（抗氧化劑）等生產(chǎn)成本提高的價(jià)格補(bǔ)差，也是可行的。最后確定聚乙烯土工膜及復(fù)合土工膜氧化誘導(dǎo)時(shí)間均為Min≥60。

2）新國(guó)標(biāo)中 碳黑含量2.0%～3.0%增加了上限要求，比老國(guó)標(biāo)更為嚴(yán)密。最后確定監(jiān)造指標(biāo)執(zhí)行新國(guó)標(biāo)。

3）新國(guó)標(biāo)中： 如果灰分含量大于試樣質(zhì)量的1%（1g×1%=0.01g），則要報(bào)出灰分含量，并注明測(cè)定的碳黑含量可能超過(guò)實(shí)際值。最后確定灰分?jǐn)?shù)值≤0.1%比較高的標(biāo)準(zhǔn)，合理可行，既原監(jiān)造指標(biāo)不變。

4）由專業(yè)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)并結(jié)合首次試生產(chǎn)調(diào)試、檢測(cè)實(shí)際情況，經(jīng)行業(yè)專家、生產(chǎn)商、業(yè)主方三方會(huì)議一致同意，最終確定灰分?jǐn)?shù)值≤0.1%（不變），氧化誘導(dǎo)時(shí)間土工膜≥60min（新國(guó)標(biāo)），復(fù)合土工膜≥60min（變更），碳黑含量2.0%～3.0%執(zhí)行新國(guó)標(biāo)，將此三項(xiàng)膜層性能指標(biāo)在《監(jiān)造手冊(cè)》中的《復(fù)合土工膜技術(shù)性能指標(biāo)》表內(nèi)更新。

3 防老化措施

1)在材料中添加防老化劑，抑止光、氧、熱等外因?qū)Ω叻肿拥淖饔谩Ｈ缟a(chǎn)過(guò)程中加入適量的抗氧化劑、光穩(wěn)定劑和深色物質(zhì)碳黑等。

2)進(jìn)行物理防護(hù)，土工膜鋪設(shè)后立即采用棉線毯保護(hù)，防止土工膜與氧氣接觸及紫外線直接照射。

3)在運(yùn)輸過(guò)程中土工膜應(yīng)較好的遮光、隔熱、避氧作用的包裝或覆蓋，貯藏時(shí)應(yīng)放置在室內(nèi)，避免光、氧、熱的作用，露天存放最高不能超過(guò)15d。當(dāng)天使用當(dāng)天覆蓋，最大程度減少暴露時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

從土工膜力學(xué)、物理、化學(xué)性質(zhì)、工程造價(jià)、環(huán)境保護(hù)以及產(chǎn)品種類與結(jié)構(gòu)形式等方面綜合比較論證，PE土工膜與砂漿、無(wú)紡布、泡沫塑料、瀝青等材料形成防滲結(jié)構(gòu)層，從材料性質(zhì)和已建工程的使用情況來(lái)看，表現(xiàn)出的工程性能明顯優(yōu)于其他材料，在目前的水利工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。

[1]《土工合成材料 聚乙烯土工膜》GB/T17643-2011國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局2011.12.30發(fā)布，2012.09.01實(shí)施。

[2]《土工合成材料 非織造布復(fù)合土工膜》標(biāo)準(zhǔn)GB/T17642-2008

[3]《聚乙烯管材和管件熱穩(wěn)定性能試驗(yàn)方法》GB/T17391-1998國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局1998-05-19批準(zhǔn)

[4]《聚乙烯管材和管件碳黑含量的測(cè)定》GB13021-91國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局1991-07-03批準(zhǔn)