Runjie Engineering Materials
土工布是用合成纖維紡織或經(jīng)膠結(jié)、熱壓針刺等無紡工藝制成的土木工程用卷材,也稱土工纖維或土工薄膜。土工布根據(jù)加工方法不同可以劃分為機織土工布、針織土工布、非織造土工布。最為常用的是非織造土工布,它是使用機械的、化學的、熱力的或者其他的方法,使纖維網(wǎng)固結(jié)在一起而形成的纖維結(jié)構(gòu)材料。
非織造土工布獨特的纖維三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其具有良好的排水性能和保沙土性能,以此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂礫滲濾層,不僅可以節(jié)省投資而且還能縮短施工周期。土工布滲濾層設(shè)計及選用的重要依據(jù)是其透水性能和保土性能,而這兩個性能的重要特征指標為其孔徑。準確測定土工布的孔徑有利于工程上更加合理地選用土工材料。
一、土工布孔徑參數(shù)
孔徑參數(shù)主要包括有效孔徑、特征孔徑、平均孔徑、最大孔徑、最小孔徑、泡點孔徑、孔徑分布、孔隙率等 。
1. 有效孔徑(Oe)
JTG E50—2006《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》中的定義如下:能有效通過土工織物的近似最大顆粒直徑,例如O90表示土工織物中90%的孔徑低于該值[4]。GB/T 14799—2005《土工布及其有關(guān)產(chǎn)品有效孔徑的測定》中定義則如下:有效孔徑是能有效通過土工布的近似最大顆粒直徑,例如O90表示土工布中90%的孔徑低于該值。
2. 等效孔徑EOS(或稱表觀孔徑AOS)
SL/T 235—1999《土工合成材料測試規(guī)程》中定義如下:以土工織物為篩布對顆粒料進行篩析,當一種顆粒料的過篩率(通過織物的顆粒料重量與顆粒料總重量之比)為5%時,則該顆粒粒徑尺寸定為土工織物的等效孔徑[6]。GB 50290—1998《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》及SL/T 225—1998《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中定義如下:土工織物的最大表觀孔徑。JTJ/T 019—1998《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中定義如下:用于表示織物型土工合成材料孔隙大小的指標。采用不同的篩余率標準,可得到不同的等效孔徑值。
3 .特征孔徑
土工的孔眼尺寸,相當于90%的土顆粒通過土工布時的最大顆粒尺寸[10]。該定義適合于土工布及其有關(guān)產(chǎn)品有效孔徑測定中的濕篩法。
4.泡點孔徑
濾布一側(cè)的氣體穿過濾布到達另一側(cè)的水中而產(chǎn)生氣泡,用此方法計算出濾布孔徑[11]。
5. 最大泡點孔徑
當氣體穿過濾布到達水中產(chǎn)生第一串氣泡時的泡點孔徑。
6. 孔徑分布
對于給定試樣,根據(jù)孔隙直徑分布,計算某一孔徑所對應(yīng)孔隙的百分數(shù)[12],可用來表征不同孔徑在整個孔徑分布中所占比例。
7.孔隙率
材料的孔隙體積與總體積的比值,反映土工布空隙程度的指標,它是影響土工布滲透性等水力性能的重要因素。
目前,在各標準中,關(guān)于等效孔徑、特征孔徑的定義基本一致,均為用顆粒的尺寸來表示孔徑的尺寸。泡點孔徑則需要根據(jù)測量氣泡出現(xiàn)時的壓力差來計算出等效孔徑。
二、 土工布孔徑測試方法
土工布孔徑測試方法分為直接法和間接法,直接法包括顯微鏡法、圖像分析法等;間接法主要有干篩法、濕篩法、泡點法、水動力法和水銀壓入法等。直接法例如顯微鏡法。該法直接、直觀和可靠,可以直接得出孔徑的數(shù)量及大小,不會改變試樣的原始狀態(tài),不污染損傷試樣,尤其適用于薄型織物,但投影面上孔隙分布無法反映織物內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu),因此此法只適合于規(guī)則的織物,且測試結(jié)果具有一定的隨機性,代表性不足。
對于孔隙不規(guī)則的土工布測試一般用間接法。計算法雖然通過數(shù)學模型的建立及推理,具有一定的合理性,但參數(shù)的測定也不能脫離試驗。水銀壓入法水銀有毒且危害環(huán)境,負壓排水法用水作為測孔介質(zhì)方便無污染,但一直存在織物親水性的問題難以解決;泡點法可獲得較好的孔徑分布曲線,卻沒有很好的模擬實際使用情況;滲透法雖省時、可靠,卻不能獲得孔隙分布曲線。鑒于各方法各有優(yōu)劣,目前,國內(nèi)外普遍采用的為篩分法。篩分法分為干篩法、濕篩法和動力水篩法。干篩法存在靜電現(xiàn)象,影響結(jié)果的準確性;濕篩法試驗條件接近實際工作條件,但水流不易控制,操作復(fù)雜;動力水篩法則需時太長。此3種方法各有其優(yōu)缺點,干篩法由于方法較成熟,經(jīng)驗積累多,是目前國內(nèi)用得最多的方法。
三、土工布孔徑測試標準
國內(nèi)關(guān)于孔徑測試的方法標準一共有4個,分為干篩法、濕篩法、泡點法、毛管流動孔隙儀法。其中GB/T 24219—2009適用范圍限制為機織過濾布,而GTT TM 017—2010毛管流動孔隙儀法的適用范圍為孔徑為0.013μm~500μm的所有非織造材料,相比之下,干篩法、濕篩法的適用范圍比較廣泛。國內(nèi)產(chǎn)品標準采用最多的也為篩分法,各產(chǎn)品標準采用的方法標準情況如表3所示。國內(nèi)產(chǎn)品標準采用最多的為GB/T 14799—2005《土工布及其有關(guān)產(chǎn)品 有效孔徑的測定 干篩法》,其次是濕篩法GB/T 17634—1998《土工布及其有關(guān)產(chǎn)品 有效孔徑的測定 濕篩法》,主要在國標中采用。另外,交通部JTG E50—2006《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》及水利部SL/T 235—1999《土工合成材料測試規(guī)程》中應(yīng)用的方法均為標準自帶方法,試驗方法為干篩法,基本原理與GB/T 14799—2005相同。
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