基于荧光紫外灯试验的土工布抗老化性能研究

陆鹏飞，毕瑞奇

（1.安徽省建筑工程质量监督检测站，安徽 合肥 230000；2.安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000）

土工布是土工合成材料的一种，由高分子聚合物合成纤维通过针刺或编织而成，通常置于土体的内部、表面或各层土体之间。按照生产方法的不同，土工布分为机织土工布、针织土工布和非织造土工布。机织土工布是通过两组长丝或扁条穿梭成的织物；针织土工布是经过经编工艺制备的土工布；非织造土工布有纺织针刺土工布、短纤针刺土工布和热熔粘合土工布。其分类及特性如表1所示。

土工布的分类 表1

根据表1，机织、针织和非织造土工布都具有良好的力学性能、透水性及保土性能等优点，可以广泛用于铁路、公路、水利、港口、建筑、矿冶及环境保护等工程中，能发挥过滤、排水、防渗、分隔以及防护等作用。但是在耐久性能上，如抗老化、抗化学侵蚀、抗氧化、抗冻性能等指标有较大差异，而土工布一般用于永久性工程中，其原料大多为高分子聚合物，在化学结构上存在易老化的弱点，所以耐久性能尤为重要。本文通过土工布荧光紫外灯老化试验，对比试验前后试样在各老化周期的强度，保持率及断裂伸长保持率，强度保持率为老化后强度与老化前强度之比，断裂伸长保持率为老化后断裂伸长率与老化前断裂伸长率之比，用百分数表示。

1 土工布荧光紫外灯老化试验方法

荧光紫外灯老化试验是通过将试样放置于老化试验箱，以给定的试验温度、湿度和照射强度，对试样进行周期性的光照和冷凝试验，测试对比老化试验前后试样的强度，作为耐久性能的指标。

1.1 材料选取

对水利工程项目不同生产厂家进场的土工布进行取样。规格为200g/m的机织土工布，针织土工布和针刺土工布（非织造土工布的一种）进行试验。（所用材料均为单层未加炭黑等常规的水利工程项目进场的土工布）

1.2 试验设备

采用UVA-340型紫外线老化试验箱（自动调光）、土工合成材料万能试验机。

1.3 试样制备

将同种生产工艺的土工布归类制样，选取土工布1m作为试验样品，离大样边缘至少整个幅宽的十分之一的距离，一块样裁取纵向，另一块样裁取横向。试样尺寸为长200mm、宽50mm，数量为12个，其中6个用于老化试验，另外6个试样用于老化前的原始强度测试。对每一块试样进行编号，编号标记在非光照区域（每组试样数为5个，余下1个为备用样品），所有样品置于温度为20±2℃，相对湿度为60%±10%的环境状态中调节24h。

1.4 试验环境及辐照周期

UVA-340灯管在340nm波长光强1.55W/m的条件下，采用8h紫外光照（光照温度60℃）、4h冷凝（冷凝温度50℃）的循环周期，分别持续运行120h、168h、240h和456h。（运行周期持续循环350h，相当于美国佛罗里达州户外阳光下1年的曝晒效果）。

2 土工布荧光紫外灯老化试验测试项目的结果与分析

2.1 试验结果及分析

通过室内荧光紫外灯老化试验，不同厂家的平均试验结果见表2至表6。

老化前对照样试验测试结果 表2

120h运行时间试样的保持率 表3

168h运行时间试样的保持率 表4

240h运行时间试样的保持率 表5

456h运行时间试样的保持率 表6

根据表2试验结果：同等规格不同生产工艺的土工布，试验材料的拉伸强度和断裂伸长率有较大差距。非织造针刺土工布的强度和断裂伸长率性能较好，普通机织和针织土工布性能差距不大，断裂伸长率较差，三种材料的抗老化性能见表3、表4、表5、表6。

2.2 数据对比及分析

将三种试样在不同的试验时间参数中得到的横纵向拉伸强度和断裂伸长率取平均值，通过计算得到不同运行时间参数下的拉伸强度保持率和断裂伸长保持率，运用折线图综合对比，分析三种材料土工布的老化趋势，见图1和图2所示。

图1 强度保持率与老化时间的关系图

图2 断裂伸长保持率与老化时间的关系图

①同等规格的土工布试验中，非织造针刺土工布的拉伸强度及断裂伸长率稍高，机织和针织土工布拉伸强度相近，但机织和针织土工布断裂伸长率低于非织造针刺土工布。

②三种材料的强度保持率都随着老化时间的增加，材料的拉伸强度及断裂伸长率随之降低，强度保持率及断裂伸长保持率也随之降低，但三种材料的老化速率不尽相同。

③350h运行时间下，非织造针刺土工布强度保持率强于机织和针织土工布，约为70%。机织和针织土工布的保持率和老化趋势大体相同，但老化时间超过240h后老化速率加快，表现出稳定性差，抗老化性能弱于非织造针刺土工布。非织造针刺土工布在长时间光照和冷凝运行周期下，强度及断裂伸长率较稳定，抗老化性能良好。

④350h运行时间下，非织造针刺土工布断裂伸长保持率强于机织和针织土工布，约为75%。机织土工布和非织造针刺土工布在运行周期168h内表现较稳定，针织土工布表现一般；运行周期在168h～456h内，机织土工布老化速率加快，保持率后期明显低于针织和非织造针刺土工布；总体针织和非织造针刺土工布保持率较好，抗老化性能强于机织土工布。

3 结论

根据三种土工布的荧光紫外灯老化试验结果，不同生产工艺的土工布对其抗老化性能有着一定的影响，非织造针刺土工布抗老化性能强于普通的机织和针织土工布。