机织土工布拉伸性能的影响因素

机织土工布拉伸性能的影响因素
按照SL235-2012技术标准要求，以机织土工布布为试验对象，探究了夹具、拉伸速率、试样宽度对机织布强度的影响，提出了有利于提高试验准确度和试验效率的建议。

比较了丙纶机织布和涤纶机织布拉伸强度、老化性能的差异。

标签：机织布、拉伸性能、夹具、拉伸速率、样品宽度
土工合成材料是以人工合成的聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶等为原料制成的，主要包括四类产品：土工布、土工膜、土工复合材料、特种土工合成材料。

主要功能有过滤作用、排水作用、隔离作用、加筋作用、防护作用和防渗作用。

土工合成材料作为一种新型的岩土工程材料，在国际上已被称为继钢材、水泥、木材三大主要建材后的“第四大建筑材料”，在港口码头、水利、水电、鐵路、公路、机场、软基处理、环保工程等建筑领域得到广泛应用。

土工织物功能的实现均依赖于一定的抗拉强度——用于加筋和隔离功能时，抗拉强度是主要的设计指标，尤其是在加筋应用中，较高的抗拉强度，可以使被保护土体借助织物与土的摩擦力，在不发生拉伸破坏的情况下使织物中产生拉力，提高稳定性。

较高的抗拉强度和可以使织物起到张力膜的作用，使地基的沉降在织物的作用下趋于均匀而不至发生破坏。

在排水和反滤功能的应用中，抗拉强度虽不是主要指标，但由于施工过程中会受到扯拉、顶压、撕破等各种意外施工破坏，运用过程中也可能因建筑物变形而产生拉伸变形，因此对织物的抗拉强度也有一定的要求。

由于机织布“颈缩”现象不明显，具有较好的均匀性，其试验数据重复性和再现性好，因此选取常规的230g机织布为试验对象。

1、操作标准及断裂标准的判断
对于检测机构而言，试验数据的准确性直接体现了检测报告的可靠性。

由于影响土工织物拉伸强度的因素较多，逐个因素分析不仅难度大，效果也有限，不太适用于数据准确性的判断。

因此提出具有可操作性的判断标准对于数据的准确性具有重要的意义，根据实际经验提出机织布判定标准，实际上一般也是用于其他土工织物。

操作标准：（1）机织布的受力方向与夹具应垂直，即保证受力的单丝能与夹具的截面垂直。

（2）机织布应当均匀受力，并施加一定的预负荷，即不能出现松紧不均的状况。

（3）机织布应当夹紧，以保证在试验过程中不出现较大程度的滑移。

（4）不能损伤样品，即最好能够增加柔性垫层。

断裂标准：（1）均匀断裂且断裂部分位于中部，具体来说纵向的丝线逐根断裂，有连续而均匀的断裂声，横向丝线断裂较为整齐，只有短促沉闷的声音，（2）在样品上的标记线不存在较大程度的滑移或不均匀滑移，（3）从应力应变曲线上
看，曲线应较为光滑，断裂处力值下降明显。

如果能同时满足以上要求，可以认为试验数据是有效的。

2、夹具
按照SL235-2012要求进行试验，样品宽度50mm，分别采用无垫层、刚性垫层、柔性垫层的方式进行试验，试验结果见表1.
夹具对于样品有两方面的作用，一方面限制样品的滑移，另一方面对于样品夹持部分具有一定的破坏作用。

无垫层情况下机织布断裂，应力应变曲线上接近断裂处有明显不光滑的痕迹，标记线显示有不均匀滑移。

有垫层情况下机织布断裂基本符合上述标准。

表明加增垫层能有限限制样品的滑移或者能够保护样品减少损伤。

刚性垫层和柔性垫层的数据差异较小，表明刚性垫层或者夹具本身对于试样的破坏较小。

说明夹具对于机织布这类较薄的样品的夹持存在一定的不均匀性。

用玻纤格栅这类刚性材料做实验，结果见表2。

柔性垫层情况下强力明显大于刚性垫层，表明对于刚性材料，夹具对样品的损伤较大。

夹具对于不同类型样品作用存在差异，对于柔性材料，夹具对样品伤害较小。

对于刚性材料，夹具对样品伤害较大。

对于较薄的样品，夹具很可能不能夹紧或者出现夹持不均匀的情况。

因此对于各种材料均宜采用柔性垫层。

3、拉伸速率
按照SL235-2012要求进行试验，样品宽度50mm，分别在20mm/min、50 mm/min、100 mm/min、200 mm/min进行试验，结果见表3。

可以看出随着速率的增加，拉伸强度变大，但变化幅度减小。

当拉伸速率较快时，高分子材料内部的各分子未能及时通过调整分子链结构来适应其拉伸变形，同时被拉断的高分子数量较多，导致其强度偏高；随着速率继续增加，同时断裂的分子数增加幅度变小，强度增加减缓。

从检测效果而言，采用较低速率较符合实际，数据更接近真实情况。

从检测效率而言，由于不同速率和强度之间基本成正相关关系，采用较高的速率进行检
测有利于提高检测效率，且并不影响样品之间的比较。

综合考虑可采用50mm/min 或者100mm/min的速率是较为适宜的。

4、样品宽度
按照SL235-2012要求进行试验，样品宽度分别采用50mm、100mm、200mm 进行试验，结果见表4。

可见随着样品变宽，其强度不断下降。

由微裂纹理论可知，材料的断裂容易发生在裂纹较大的薄弱处。

由于材料的不均匀性，样品变宽，越容易出现薄弱环节，造成受力不均匀，导致所能承受的拉力变小，强度降低。

同时样品变宽测试对试验设备要求较高，操作技术也变得相对复杂，难以推广。

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对于机织布，从检测效果而言，采负较宽的样品符合实际，数据更接近真实情况。

从检测效率而言，由于不同宽度和强度之间基本成正相关关系，采用较小的宽度进行检测有利于提高检测效率，且并不影响样品之间的比较。

综合考虑可采用50mm或者100mm的宽度较为适宜的。

对于短线针刺无纺土工布而言，“颈缩”现象明显，样品的强度而随着样品宽度的增加升高。

采用较大的宽度对机器或操作的要求也可以接受。

综合考虑采用200mm宽度较为适宜。

5、丙纶机织布和涤纶机织布性能差异
工程上经常采用丙纶机织布和涤纶机织布，两者的性能存在较大的差异，施工中应根据实际情况进行选择。

5.1强度
按照SL235-2012技术要标准求进行试验。

涤纶机织布较光滑，容易在试验过程中出现滑移，因此要采取更为有效的抗滑移措施，才能得到准确的结果。

从应力应变曲线上看涤纶前段有个小的凸起，这是由于涤纶机织布较为松散，随着拉力的增加丝线拉紧，造成应力增大，随后部分丝线断裂，应力上升减缓。

丙纶机织布由于较为紧致，基本上不存在凸起现象。

5.2老化
按照SL235-2012技术要标准求进行试验，紫外老化96小时（采用60℃紫外线照射4小时，随后50℃喷水冷凝4小时周期循环）。

结果见表5.
可见在不添加防老化剂的情况下，丙纶机织布的强度基本消失，涤纶机织布
仍可以保持大约一半的强度。

6、结束语
（1）根据实际经验提出判断有效断裂的标准，对于检测机构判断数据的准确性具有良好的借鉴意义
（2）一般夹具对机织布不能均匀夹持，宜加垫层。

不同垫层对机织布的影响不大，主要作用是增加厚度，以实现均匀夹持。

（3）随着试验速率的增大，试样强度变化幅度降低，综合工程实际和检测效率，建议采用50mm/min或100mm/min的速率进行试验。

（4）随着试样宽度的增加，试样强度变化幅度降低，综合工程实际和可操作性，机织布建议采用50mm或100mm宽的试样进行试验，无纺布建议采用200mm宽的试样进行试验。

（5）涤纶和丙纶在抗拉强度和老化强度性能上存在较大的差异，应根据实际情况选择不同的材料施工。

参考文献：
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（作者單位：上海勘测设计研究院有限公司）。