水利工程土工膜耐老化性能的探讨

郭淑婷（新疆额河建管局，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 PE土工膜的性能特点及其影响因素与选择

1）影响土工膜使用寿命的因素主要是膜内抗氧剂含量、膜所处的工作温度、膜承受的拉应力。抗氧化性能是反应PE土工膜耐老化性能的重要指标。土工膜的氧化主要包括热和温度引起的热氧化和阳光中紫外线产生的光氧化，以日照紫外线的影响最重。因此包装选用避光的黑色塑料膜，运输时再加帆布覆盖，施工过程及时埋设，注重每个可能产生光氧化的细节以防止其老化。

2）土工膜中各种原材料抗紫外线的能力以聚丙烯和聚酰胺最差，聚酯最佳，聚乙烯、聚氯乙烯介于其间，颜色浅的比深的差。由于老化是从表面逐渐向内部发展，故厚的比薄的耐老化。因此选用黑色中厚聚乙烯复合土工膜既能满足工程需求又经济实惠，比较合理。

3）土工膜的衰变和老化是其强度和延伸率随时间延长逐渐降低，物理力学性能衰变老化，不能达到正常工作应力和应变，逐渐发生脆化断裂或拉裂失去防渗作用。一般土工合成材料的使用寿命至少在100年以上，覆盖层越厚寿命越长。一般水工建筑物的设计寿命25～50年。根据本工程的设计结构，只要按要求精心生产制造、运输、贮存、埋设土工膜，其设计寿命一般不会低于水工建筑物寿命。

2 氧化诱导时间及碳黑、总灰分的选择与确定

从氧化诱导时间及碳黑、总灰分三项指标可体现和调整控制PE土工膜的抗氧化性能指标。生产过程中为控制原料中添加回收料，现场监造对聚乙烯土工膜及复合土工膜均增加灰分检测项目，加强生产现场的监控；对复合土工膜增加200℃氧化诱导时间和碳黑含量检测项目，从控制聚乙烯土工膜（光膜）的质量来保证复合土工膜的质量，将其提高到高质量水平，为整个工程质量优良夯实基础，提供保障。

1）处于新老国标交替更新中，2012.9.1实施的新国标《土工合成材料 聚乙烯土工膜》GB/T17643-2011中将200℃时氧化诱导时间 Min≥20改为常压下氧化诱导时间 Min≥60，而原监造指标Min≥40，新国标要求高了，按现有配方生产（48Min、70 Min）/（以往50 Min ～210 Min）稳定性较差，较难达标。因此监造指标执行新国标需要考虑调整配方增加配料（抗氧化剂）等生产成本提高的价格补差，也是可行的。最后确定聚乙烯土工膜及复合土工膜氧化诱导时间均为Min≥60。

2）新国标中 碳黑含量2.0%～3.0%增加了上限要求，比老国标更为严密。最后确定监造指标执行新国标。

3）新国标中： 如果灰分含量大于试样质量的1%（1g×1%=0.01g），则要报出灰分含量，并注明测定的碳黑含量可能超过实际值。最后确定灰分数值≤0.1%比较高的标准，合理可行，既原监造指标不变。

4）由专业实验室试验并结合首次试生产调试、检测实际情况，经行业专家、生产商、业主方三方会议一致同意，最终确定灰分数值≤0.1%（不变），氧化诱导时间土工膜≥60min（新国标），复合土工膜≥60min（变更），碳黑含量2.0%～3.0%执行新国标，将此三项膜层性能指标在《监造手册》中的《复合土工膜技术性能指标》表内更新。

3 防老化措施

1)在材料中添加防老化剂，抑止光、氧、热等外因对高分子的作用。如生产过程中加入适量的抗氧化剂、光稳定剂和深色物质碳黑等。

2)进行物理防护，土工膜铺设后立即采用棉线毯保护，防止土工膜与氧气接触及紫外线直接照射。

3)在运输过程中土工膜应较好的遮光、隔热、避氧作用的包装或覆盖，贮藏时应放置在室内，避免光、氧、热的作用，露天存放最高不能超过15d。当天使用当天覆盖，最大程度减少暴露时间。

4 结语

从土工膜力学、物理、化学性质、工程造价、环境保护以及产品种类与结构形式等方面综合比较论证，PE土工膜与砂浆、无纺布、泡沫塑料、沥青等材料形成防渗结构层，从材料性质和已建工程的使用情况来看，表现出的工程性能明显优于其他材料，在目前的水利工程建设中得到了广泛应用。

[1]《土工合成材料 聚乙烯土工膜》GB/T17643-2011国家质量监督检验检疫总局2011.12.30发布，2012.09.01实施。

[2]《土工合成材料 非织造布复合土工膜》标准GB/T17642-2008

[3]《聚乙烯管材和管件热稳定性能试验方法》GB/T17391-1998国家技术监督局1998-05-19批准

[4]《聚乙烯管材和管件碳黑含量的测定》GB13021-91国家技术监督局1991-07-03批准