土工合成材料的氣候環(huán)境影響問(wèn)題？？

      土工合成材料的氣候環(huán)境影響問(wèn)題解答：隨著土工合成材料應(yīng)用技術(shù)的推廣和普及，各種新的土工合成材料及其應(yīng)用技術(shù)不斷涌現(xiàn)，提高了水利工程的技術(shù)含量和工程質(zhì)量。由于我國(guó)大多數(shù)地區(qū)應(yīng)用土工合成材料時(shí)間較短，水利行內(nèi)很多人對(duì)一些新的土工合成材料較陌生，所以在北方寒冷地區(qū)應(yīng)用一些新的土工合成材料時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一些特殊的問(wèn)題。 

    一、低溫條件下丙綸機(jī)織模袋混凝土造成的工程隱患
    國(guó)內(nèi)大量應(yīng)用的模袋基本采用廉價(jià)的丙綸強(qiáng)力絲織成，強(qiáng)度和耐酸堿性較好。近幾年，在東北地區(qū)已鋪設(shè)了數(shù)十萬(wàn)平方米的這種機(jī)織模袋。經(jīng)實(shí)地調(diào)查黑龍江省的肇源縣松干堤防工程永利鄉(xiāng)機(jī)織模袋護(hù)坡工程、阿城市嫩江堤防三家子機(jī)織模袋護(hù)坡工程、吉林省的大安市嫩江堤防二；二道崗子機(jī)織模袋護(hù)坡工程、松花江堤防下六家子機(jī)織模袋護(hù)坡工程等，發(fā)現(xiàn)模袋老化及由此產(chǎn)生的問(wèn)題十分嚴(yán)重。主要表現(xiàn)為：
    (一)模袋布(包括“抗老化”，模袋布)老化問(wèn)題嚴(yán)重。
    很多工程建成僅一年多時(shí)間，丙綸機(jī)織模袋布便老化殆盡。大部分混凝土表面已完全裸露，模袋布起毛或成絮狀，破碎的模袋布可象撕紙一樣地被撕開(kāi)，破爛不堪，令觸目驚，有的模袋看似猶在，但已經(jīng)成了附在混凝土表面上的一層白粉。從布片變薄、泛黃、脆化情況分析，是較典型的分子量降低、分子鏈斷裂老化現(xiàn)象。滌、丙綸混紡模袋布的老化方式雖不是短時(shí)間內(nèi)粉化，但經(jīng)過(guò)2～3年后，從模袋凸起處開(kāi)始，丙綸線(xiàn)首先粉化，滌綸殘存，然后破損逐漸擴(kuò)展，變得“衣衫襤褸”。
黑龍江省水科院張濱同志認(rèn)為：造成東北地區(qū)機(jī)織模袋老化破環(huán)嚴(yán)重的原因，是低溫加速了模袋老化。他在做幾個(gè)廠(chǎng)家模袋布的加速光氧老化實(shí)驗(yàn)時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大的差別，同樣的模袋布在南方各省應(yīng)用時(shí)，老化速度也并不很快，但在吉林、黑龍江兩省模袋在寒冷條件下的老化速度如此之快是出乎意料的。 
經(jīng)分析研究，我們認(rèn)為：丙綸強(qiáng)力絲機(jī)織模袋自身固有的弱點(diǎn)，造成了模袋凍脆加速老化現(xiàn)象。聚丙烯的工作溫度一般要求為-25℃以上，其脆化溫度為-35～-45℃。低于工作溫度時(shí)，聚丙烯分子鏈開(kāi)始產(chǎn)生收縮和脆化，加速模袋布的老化進(jìn)程。 
同理，很多廠(chǎng)商為節(jié)省成本，單獨(dú)采用廉價(jià)的丙綸纖維制作無(wú)紡布，同樣也存在丙綸無(wú)紡布因凍脆而出現(xiàn)性能降低的可能性，宜給予重視。
    (二)模袋混凝土出現(xiàn)無(wú)約束擴(kuò)展裂紋，形成工程隱患
在連年的基礎(chǔ)凍漲作用下，由于機(jī)織模袋內(nèi)部沒(méi)有鋼筋產(chǎn)生約束應(yīng)力，所以模袋混凝土在堤腳附近護(hù)砌面自下而上出現(xiàn)不斷擴(kuò)展裂紋，裂紋寬度逐年在擴(kuò)展。更令人擔(dān)憂(yōu)的是，模袋混凝土下面沒(méi)有反濾層，護(hù)砌面上日益擴(kuò)大的裂紋受風(fēng)浪淘刷時(shí)，給堤壩形成安全隱患。
    2000年8月，中國(guó)水利學(xué)會(huì)施工專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任委員葛文輝同志到黑龍江省實(shí)地調(diào)研后曾明確指出：在東北地區(qū)不宜使用機(jī)織模袋。
    我們?cè)啻卧谟嘘P(guān)學(xué)術(shù)會(huì)上提出：在北方寒冷地區(qū)，不宜使用機(jī)織模袋。除寒冷加劇了丙綸模袋布老化外，其原因有：
1．模袋僅是作為堤防護(hù)砌混凝土的成型用模具，聚丙烯纖維的彈性模量?jī)H相當(dāng)于混凝土的1/50～1/30左右，所謂高強(qiáng)度的丙綸纖維可起到鋼筋作用一說(shuō)屬常識(shí)性錯(cuò)誤：低彈性模量的丙綸模袋布不會(huì)象鋼筋一樣能及時(shí)產(chǎn)生約束應(yīng)力來(lái)有效防止模袋混凝土護(hù)砌面裂紋的擴(kuò)展，不應(yīng)當(dāng)將模袋作為護(hù)砌工程的永久或半永久組成之一；
2．有關(guān)機(jī)織模袋混凝土上的模袋布能起到反濾作用的說(shuō)法亦是一種常識(shí)性的錯(cuò)誤，因?yàn)榉礊V的對(duì)象是模袋下的被保護(hù)土而不是水泥漿，況且模袋布的孔徑已經(jīng)被水泥漿淤堵。 
3．機(jī)織模袋混凝土在北方地區(qū)沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)大的洪水驗(yàn)證，隨著裂紋的持續(xù)擴(kuò)展，在洪水的作用下，將產(chǎn)生淘刷破壞； 
    4．大面積灌注成型的機(jī)織模袋混凝土整體剛性強(qiáng)，當(dāng)裂紋下出現(xiàn)淘空現(xiàn)象時(shí)，無(wú)法被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)后又難以修復(fù)； 
    5．關(guān)于泵送混凝土?xí)r的壓力可使機(jī)織模袋混凝土強(qiáng)度提高一說(shuō)同樣是常識(shí)性錯(cuò)誤。高流動(dòng)性混凝土是不會(huì)被“壓實(shí)”的，混凝土泵僅起到輸送作用。 
    6．機(jī)織模袋不僅價(jià)格昂貴，而且灌制模袋混凝土需價(jià)值數(shù)十萬(wàn)元的專(zhuān)門(mén)機(jī)械，常常易受北方地區(qū)施工期短的制約。 
    鑒于上述原因及已經(jīng)發(fā)生的問(wèn)題，在2002年10月，吉林省水利廳已經(jīng)明確要求：在吉林省堤壩工程中，停止使用機(jī)織模袋。 
    吉林省在近年的堤壩工程中，大量使用了編織布模袋(早期曾被稱(chēng)為“簡(jiǎn)易模袋”)。編織模袋本身僅作為一次性成型模具，在混凝土初凝后即完成使命。編織模袋混凝土內(nèi)設(shè)鋼筋，下面鋪設(shè)無(wú)紡布反濾層，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到20Mpa，有較好的整體穩(wěn)定性、抗基礎(chǔ)不均勻沉陷能力和良好的保土性。編織模袋在吉林省已有20多年成功應(yīng)用的歷史，使用面積已達(dá)200萬(wàn)平方米，占全國(guó)各類(lèi)袋使用面積的45%以上，經(jīng)歷過(guò)3次大洪水特別是98’嫩江特大洪水考驗(yàn)而無(wú)恙。已實(shí)現(xiàn)了工廠(chǎng)化生產(chǎn)，已徹底改變了“簡(jiǎn)易”的形象，造型美觀程度優(yōu)于機(jī)織模袋，施工便利，單位面積模袋混凝土造價(jià)較機(jī)織模袋約省30%。
    二、紡粘法長(zhǎng)絲無(wú)紡?fù)凉げ剂W(xué)性能大幅度降低 
    紡粘法長(zhǎng)絲無(wú)紡布于一九九九年在北方季節(jié)性寒冷地區(qū)開(kāi)始推廣應(yīng)用。在飽和凍融循環(huán)條件下，由于冰對(duì)纖維層間的漲裂作用，紡粘長(zhǎng)絲無(wú)紡布韻各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)受到較大影響。我單位曾委托吉林省水利科學(xué)研究所(吉林省水利水電工程質(zhì)量檢測(cè)中心)進(jìn)行了紡粘法長(zhǎng)絲無(wú)紡布在飽和凍融循環(huán)條件下的幾項(xiàng)主要強(qiáng)度指標(biāo)試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)下表：

次數(shù)	抗拉強(qiáng)度(N/50mm)		撕裂強(qiáng)度(N/50mm)		伸長(zhǎng)率(%)
	經(jīng)向	緯向	經(jīng)向	緯向	經(jīng)向	緯向
0	1253	612	615	460	74	86
1	908	588	580	450	70	82
2	764	490	548	420	70	78
3	678	486	490	408	74	86
4	569	468	468	384	80	90
5	480	400	400	346	82	92
6	456	368	384	298	84	96
7	442	300	330	276	84	98
8	400	282	308	256	83	100
9	378	260	290	242	90	108
10	264	250	278	240	90	110
11	250	248	242	220	96	114
12	242	240	230	208	100	118
降幅 %	-80.69	-60.78	-62.60	-54.78	?	?

　　根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們認(rèn)為：紡粘法工藝制成的長(zhǎng)絲無(wú)紡布不宜在有凍融作用的地區(qū)使用。

　　三、改性聚丙烯纖維混凝土的氣候環(huán)境影響問(wèn)題

　　1998年，吉林省水利實(shí)業(yè)公司率先在水利工程中研究并應(yīng)用了改性聚丙烯纖維混凝土，并于2002年受水利部有關(guān)單位委托，完成了新型土工合成材料“改性聚丙烯纖維及改性聚丙烯纖維混凝土研究”的課題。

　　改性聚丙烯纖維加入到混凝土中后，可改善混凝土某些韌性指標(biāo)，提高混凝土耐久性能。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)這種材料研究、應(yīng)用較多。但改性聚丙烯纖維混凝土不是無(wú)所不能的，既有其優(yōu)點(diǎn)，也有其短處，特別是在水工混凝土應(yīng)用中，更有其特殊性。

　　改性聚丙烯纖維的耐候性、時(shí)效性是非常重要的。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)改性聚丙烯纖維混凝土研究文章中，除筆者于2001年撰文提出纖維的耐候性問(wèn)題外，尚未見(jiàn)相關(guān)內(nèi)容。

　　凍脆老化問(wèn)題。改性聚丙烯纖維的工作溫度、凍脆溫度與普通丙綸纖維無(wú)本質(zhì)區(qū)別。經(jīng)常處于低溫工作區(qū)間時(shí)，改性聚丙烯纖維的分子鏈也將發(fā)生斷裂，使改性聚丙烯纖維喪失原有功能。水工混凝土絕大部分裸露于野外，受環(huán)境、氣候影響極大?；\統(tǒng)地說(shuō)在北方寒冷地區(qū)水利工程中，使用改性聚丙烯纖維混凝土可大大提高混凝土的綜合性能一說(shuō)值得商榷。

　　熱氧老化問(wèn)題。室外陽(yáng)光下的混凝土表面溫度在45～60℃左右，會(huì)加快表層混凝土內(nèi)改性聚丙烯纖維的熱氧老化速度，使其很快喪失原有功能。浙江白溪水庫(kù)在應(yīng)用改性聚丙烯纖維混凝土?xí)r，曾做過(guò)紫外線(xiàn)照射30天、黑板溫度為60℃、厚度分別為30mm和50mm的混凝土板后改性聚丙烯纖維的耐紫外線(xiàn)老化實(shí)驗(yàn)，證明50mm的混凝土板后纖維的老化速度遲于30mm混凝土板。雖然這種耐紫外線(xiàn)實(shí)驗(yàn)方法令人質(zhì)疑，但卻證明了在溫度為60℃時(shí)，存在纖維熱老化現(xiàn)象，且老化速度與混凝土厚度成反比。

　　我們認(rèn)為：改性聚丙烯纖維在水工混凝土中存在著時(shí)效性問(wèn)題。在室外溫度變化較大的應(yīng)用環(huán)境下，水工混凝土中的改性聚丙烯纖維對(duì)工混凝土綜合性能的改善只是出現(xiàn)在混凝土初凝后的一定時(shí)間內(nèi)。改性聚丙烯纖維在未受凍脆、熱老化影響前，可減少或抑制水工混凝土在荷載、溫度作用下產(chǎn)生的內(nèi)部缺陷，改善某些性能，提高混凝土耐久性。但在改性聚丙烯纖維凍脆、熱氧老化后，其作用將逐漸喪失。根據(jù)改性聚丙烯纖維混凝土在室內(nèi)初期表現(xiàn)出的特性來(lái)推斷改性聚丙烯纖維混凝土的各項(xiàng)性能，甚至盲目地減少混凝土護(hù)砌厚度、減少鋼筋及水泥用量，其結(jié)論都是值得商榷的。其他咨詢(xún)聯(lián)系泰安市程源排水工程材料有限責(zé)任公司趙經(jīng)理135.6380.2394.