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土工膜的长久性能

 

          现代社会十分重视废弃物和污染物的安全处置,环境保护已经成为了社会各界关注的一个重点话题。城市生活垃圾、工业废弃物、危险废弃物、放射性物质、重金属废渣、尾矿、堆浸、石油石化污染物,都需要通过合理的方式进行处理,以达到安全处置的目的

         所以,采用各类土工合成材料构成的一个复杂而有效的防渗系统,是目前最常见也是最有效的处理方法。其中土工膜是防渗系统的主要材料,其功能是防止污染的液体渗出到土壤中。

 

         作为防渗系统中最主要的材料,土工膜的质量自然是影响整个防渗系统的关键。作为一种长期作用于各种复杂环境下,防止危害物渗漏的“屏障”,显然,土工膜的长久性能是一项极为重要的性能。

 

体现土工膜的长久性能,主要有以下几种指标:

 

1) 碳黑含量

 

 在土工膜的生产中加入碳黑,其主要作用是抗紫外线。土工膜在施工和部分使用过程中,长期暴露在紫外线下,而紫外线的照

射会加速土工膜的老化,降低其使用寿命。表1列出了碳黑含量的测试方法、测试值和测试频率。

 

1 HDPE土工膜碳黑含量的测试方法、测试值和测试频率

ASTM测试方法

单位

测试值

测试频率

0.75mm

1.0mm

1.25mm

1.50mm

2.0mm

2.5mm

3.0mm

炭黑含量

D 4218(3)

%

2.0-3.0

2.0-3.0

2.0-3.0

2.0-3.0

2.0-3.0

2.0-3.0

2.0-3.0

9,000kg

 

 在土工膜的生产中,如果碳黑含量小于2%将无法起到很好的抗紫外线效果,而一旦黑含量超过3%,土工膜的抗紫外线的能力增幅将变得很不明显。因此,土工膜生产中,加入2% ~3%的碳黑含量,既保证了土工膜的抗紫外线性能,又不会由于添加过多的碳黑致使土工膜变得更加脆化。

 

2)炭黑分散度

 

 


测试的时候,每批次HDPE土工膜10个样品进行,将样品切片(8~15mm厚),在100倍的显微镜下进行观察。碳黑分散度的测试

鉴定方法,是按照其分布的类型分为5类,进行对比。测试结果中第3类应不多于1个,不允许出现4类和第5类。

 

参照碳黑含量可以看出,碳黑的分散不均匀会造成土工膜局部由于聚集过多的碳黑导致脆化,而部分区域内含有的碳黑不足,造

成这些区域更容易老化。因此碳黑的均匀分布对HDPE土工膜来说非常重要。

 

3OIT氧化诱导时间

      

       氧化诱导时间是用来测试土工膜的抗氧化能力,其测试是通过加速试验,模拟土工膜在氧化环境下持续的时间。表2是不同厚度的HDPE土工膜的氧化诱导时间指标。

 

2 不同厚度HDPE土工膜的氧化诱导时间

ASTM测试方法

单位

测试值

测试频率

0.75mm

1.0mm

1.25mm

1.50mm

2.0mm

2.5mm

3.0mm

氧化诱导时间(OIT)










9,0000kg

(a)标准OIT

D 3895

分钟

100

100

100

100

100

100

100

      -or-










(b)高压OIT

D 5885

分钟

400

400

400

400

400

400

400

 

HDPE土工膜在施工和使用过程中,长期暴露在氧气环境下,氧气可以让任何事物产生老化,土工膜也不例外。通过测试氧化诱导时间,可以了解土工膜中抗氧化剂的含量水平,从而可以判断出土工膜的长久性能。氧化诱导时间是考量HDPE土工膜长久性能的一个非常重要的技术指标。

 

485烘箱老化

      

      温度是影响土工膜长久性能的又一因素,85烘箱老化是用来测试土工膜在高温情况下长久性能的加速试验。表3是不同厚度HDPE    土工膜的85烘箱老化指标。

 

 

 

3 不同厚度HDPE土工膜的85烘箱老化指标

ASTM测试方法

单位

测试值

测试频率

0.75mm

1.0mm

1.25mm

1.50mm

2.0mm

2.5mm

3.0mm

85℃烘箱老化(最小平均值)

D 5721









每配方

(a)标准OIT 90天后保留

D 3895

%

55

55

55

55

55

55

55

      -or-










(b)高压OIT 90天后保留

D 5885

%

80

80

80

80

80

80

80

 

       这个实验将HDPE土工膜的样品在85烘箱中烘烤90天以后,再测试其氧化诱导时间的剩余百分比。在很多应用中,土工膜所处的环境温度可能回非常高,所以要保证土工膜的长久性能,必须要达到85烘箱老化的技术要求。

 

5)抗紫外线强度

 

 在土工膜中加入碳黑是为了增加土工膜的抗紫外线能力,同时也要通过专门的测试方法来测试HDPE土工膜的抗紫外线强度。表4

是不同厚度HDPE土工膜的抗紫外线强度。

 

4 不同厚度HDPE土工膜的抗紫外线强度

ASTM测试方法

单位

测试值

测试频率

0.75mm

1.0mm

1.25mm

1.50mm

2.0mm

2.5mm

3.0mm

抗紫外线

GM11









每配方

(a)标准OIT

D 3895

%

/

/

/

/

/

/

/

      -or-










(b)高压OIT 1600小时后保留

D 5885

%

50

50

50

50

50

50

50

 

整个测试需要耗时1600小时,在75 温度下测试20小时,然后在60 下缩合作用4个小时,不停循环,直至试验结束。该试验模

拟土工膜在白天和黑夜经受紫外线照射的情况进行测试,以判断土工膜在实际应用中,经受紫外线的照射情况下的寿命。抗紫外线强度的测试,是根据氧化诱导时间的基础上来进行的。抗紫外线强度是用高压氧化诱导时间保留的百分比表示,而不管其初始值的大小。根据国际土工合成材料协会的测试,由于标准氧化诱导时间的高温导致不切实际的结果,所以对于标准氧化诱导时间情况下的抗紫外线性能不作测试。

 

6)耐环境应力开裂

 

      HDPE土工膜在实际施工和使用过程中,在坚硬物体或外力的作用下,土工膜表面会产生刮痕或切口。在这种情况下,会对土工膜的长久性能产生一定的影响,从而对整个防渗工程的稳定性也产生不利的影响。耐环境应力开裂的测试就是模拟这种情况下,HDPE土工膜的持久性能。表5是不同厚度HDPE土工膜的耐环境应力开裂技术指标。

 

5 不同厚度HDPE土工膜的耐环境应力开裂技术指标

ASTM测试方法

单位

测试值

测试频率

0.75mm

1.0mm

1.25mm

1.50mm

2.0mm

2.5mm

3.0mm

耐环境应力开裂

D 5397

小时

300

300

300

300

300

300

300

按GRI GM-10

 

 耐环境应力开裂的测试是在HDPE土工膜取样,然后在厚度上做20%的切口,放入特殊的溶液中浸泡。同时在样品的一段施加重力,

模拟土工膜在实际环境中受力的情形,来计算样品断裂前持续的时间。

 

 耐环境应力开裂的测试是模拟土工膜在渗滤液浸泡的环境下,受到应力,产生磨损下的持久性能。可以这么说,当土工膜作为大面积防渗屏障时,一旦出现大范围的开裂,就被认为是整个防渗系统失败。而造成土工膜开裂的最主要因素就是应力的作用。图2是一些由于使用劣质土工膜,而造成的耐环境应力开裂的案例,触目惊醒的裂痕对于整个防渗系统造成了致命的危害。


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