简述土工合成材料试验检测方法
(一) 试验操作和资料整理时应泣意和遵守的事项
1.制样原则
每项试验一般剪取6~10个试样,应从卷材长度和宽度方向上随机剪取样品,距卷材边缘不小于100mm。同一项试验的各试样应避免它们位于卷材同一纵向或横向位置上。
2.试样调湿
大多数织造或非织造土工织物在测试时对试验室无温湿控制要求,只要记录试验时温度和湿度即可。而一些对温度较敏感的土工合成材料,如土工格栅、土工网等,试验前应对试样进行调湿,即将试样在温度为20土2℃和湿度为65土5%环境中静置24h以上,然后在该环境下试验。
3.夹具
在力学指标试验中离不开夹具,单向拉伸用扁夹具,圆形试样用环形夹具。都要求夹具能均匀可靠地夹住试样,应能防止试样在钳口内打滑,且不会被夹坏。当有打滑或夹坏现象时应采取下列措施:①钳口内加衬垫;②钳口内试样用涂料加强;③改进钳口面。在试验过程中应随时观察夹具边缘试样是否有打滑或局部损坏现象。任何打滑、夹坏或局部损坏现象均将大大降低测试结果。
4.资料整理
(1)按式(1-2)计算全部测试值的算术平均值。
(1-2)
式中:n为试验次数;Xi为第i块试样的测试值;为n块试样测试值的算术平均值。
计算时应将全部测试值进行平均,除操作不当的试验结果可剔除,并增补试样测定外,其他所有试验结果均不得剔除。
(2)按式(1-3)计算变异系数Cυ。
(1-3)
式中:σ为标准差;为算术平均值。
按式(1-4)计算标准差σ
(1-4)
式中符号意义见式(1-2)。
Cυ反映样品的均匀程度。当样品很不均匀,测试值变化范围较大,Cυ就大,平均值的代表性就差。增加试样数量,平均值更具代表性,同时Cυ下降。
(3)按式(1-5)计算所需要的试样块数nN。
nN=0.11Cυ2
(1-5)
式中:Cυ为变异系数,%;nN为由Cυ值确定的试样块数。
上式表明了试样个数与Cυ 的关系。土工织物均匀性越差,要求试样的数量就越多。非织造土工织物均匀性比织造土工织物差些,因此前者的试验通常取10块试样,而后者可取6块。对于同一等级的两个产品,由Cυ值可比较两者的均匀性。
(二) 几项主要试验测定方法的一些问题
关于土工合成材料各项指标的测定方法可参阅有关的规程规范,这里只对几项测定技术比较复杂的项目作些说明。
1.孔径试验(干筛法)中的几个问题
(1)振筛用的颗粒材料,按标准筛孔径分级如下:0.063~0.075mm,0.075~0.090mm,0.090~0.106mm等等。
(2)需测定孔径分布曲线时,应取得不少于3~4级连续分级颗粒的过筛率,并要求试验点均匀分布。若仅测定等效孔径O95,则有两组的筛余率在95%左右即可。
(3)孔径试验有干筛法、湿筛法、显微镜直读法、水银压入法等,不管哪个方法都存在一些问题。最近国际标准(ISO)及我国国标(GB)都规定孔径试验采用湿筛法。但实际应用菲律宾内和国外都普遍采用干筛法。
(4)孔径曲线的纵标为筛余率。由于筛余量包括了留在织物上面和嵌在织物内的颗粒,因此是不容易直接测准的,而过筛量可以准确测定,所以通常测定过筛量,计算筛余率。
2.拉伸试验中的几个问题
(1)目前国内试验室大多采用窄条试样,即试样宽50mm、长100mm。国际上大多采用宽条试样,试样宽200mm、长100mm。这两种试样的试验方法相同,但宽条试样试验要具备一对实际有效宽度为210mm的夹具,试验荷载相应增大,操作技术也复杂一些。目前国际上只认定宽条法试验成果,为此国内有关部门还需不断改进设备、提高操作技术,逐步过渡到宽条法。
(2)拉伸过程中应记录拉力 伸长量曲线。目前设计往往要求提供某一应变时的抗拉强度,有时要求提供初始模量,两者都由拉力 伸长量曲线上获得。
(3)握持试验和撕裂试验的方法与条带拉伸试验方法相似,仅夹持方法不同。握持和撕裂试样如图1-15所示,图中阴影线部分为夹持部分。由图可知,握持试验夹持面积(长×宽)为50mm×25mm,撕裂试验夹持宽度为84mm。两试验拉伸速率为100mm/min。拉伸过程中最大拉力即为握持强度或撕裂强度,单位为N。
(4)土工带、土工格栅和土工网等的抗拉强度试验方法类似,而取样方法各不相同。土工带取整条带进行拉伸,计量长度100mm,拉伸速率为50mm/min。拉伸过程中的最大拉力即为土工带的抗拉力,单位为kN。土工格栅和土工网试样,在宽度和长度方向上均以一根筋(或一孔)作为单元进行拉伸。拉伸速率每分钟为试样计量长度的20%。拉伸过程中的最大力为一根筋(或孔)的拉力,再计算l米宽度范围内的筋(或孔)数,即可得出每米宽的抗拉力,即抗拉强度,单位为kN/m。
(5)拉力机上配一反向器即有加压功能,可进行刺破和圆球顶破试验。两种试验的试样直径相同,可用同一环形夹具,再分别配一个φ8mm顶杆和一个φ25mm圆球顶杆即可。项压速率为100mm/min,单位为N。
对于CBR试验,试样直径φ150mm,顶杆φ50mm,通常在压力机上加压,顶压速率为60mm/min,单位为N。另胀破试验应用专门设备进行试验。
3.垂直渗透试验中的几个问题
(1)垂直渗透系数的定义为水力梯度等于1(或单位水力比降)时的渗透速率。这并不是规定试验时的水力梯度为l。试验用的水力梯度变化范围较大,主要由织物的透水程度、测读精确度和保证层流条件而定。
(2)通常进行无压下的垂直渗透试验,而实际工程上都是有压的。有压时的垂直渗透系数很重要,但试验比较困难。若要在试样上加压,势必在试样上面有加压板,同时在试样下面有托板。这上下两块板,即使用开孔面积很大的板,也会影响试样的过水面积。目前还没有直接测定的好办法。
(3)渗透试验采用单片试样还是多片试样取决于试样类型。从理论上说,用单片试样最好,但往往难以实施。如非织造土工织物由于孔隙大,透水性大,若用单片,则要求所用的水位差很小,但过小的水位差测读误差大,为此应该加大渗径长度,取多片试样进行测试。通常非织造土工织物试样的总厚度应达到20mm左右。对于织造土工织物,视其孔隙而异,有时用单片,有时用2~3片。
(4)土工膜的防渗性能也可用垂直渗透系数表示。一般土工膜的渗透系数值小于1×10-11cm/s。试验原理与土工织物垂直渗透试验相同。不同之处有,试验在有压力(一般为100kPa,相当于1000cm水位差)下进行,由于渗水量很小,试验持续时间较长。
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