三节土工合成材料的耐久性和防护保养

一、影响耐久性的主要因素

　土工合成材料的原材料是高分子聚合物。这种物质是链节结构，它对氧化(老化)十分敏感，容易发生降解反应和交换反应，导致材料破坏。为此，土工合成材料的使用寿命自然引起工程人员的高度关注。

　氧化包括热和温度引起的热氧化，以及阳光中紫外线产生的光氧化。其中光氧化的破坏作用很强，因为紫外线具有很大能量，能切断聚合物的分子链，或引发光氧化反应。此外，影响材料耐久性的还有化学与生物侵蚀、干湿作用、冻融变化和机械磨损等，但以日照紫外线的影响最重要。

　各种原材料抗紫外线的能力以聚丙烯和聚酰胺最差，聚酯最佳，聚乙烯、聚氯乙烯介乎其间，颜色浅的比深的差。由于老化是从表层逐渐向内部发展，故产品厚的较薄的耐老化。

二、延缓老化的措施

　老化是高分子材料的固有特性之一，不能完全消除，但如果采取有效措施，可以大大延缓。延缓老化的措施可以从两方面着手：一方面是在原材料中加人防老化剂，抑制光、氧、热等外界因素对材料的作用，如掺适量的抗氧剂、光稳定剂和深色碳黑等。有的单位在聚丙烯中加入防老化剂，经4年日光直接爆晒，强度仅损失25％，如果不加防老化剂，直接在日光下照射2～3月，强度即损失殆尽。另一方面是在工程中采取防护措施，如尽量缩短材料在日光中的暴露时间，用岩土(要求在30cm厚以上)或深水覆盖等。

老化破坏程度常以材料的某物理力学量的变化率来反映，例如材料抗拉强度的损失或延伸率的变化等。

　三、部分现场观测成果

　　以下是一些实际工程中土工合成材料经长期工作后的检测结果。

　(1)1958年，美国佛罗里达州海岸护坡首先用PVC织造型土工织物作垫层，27年后取样试验，其性能仍十分良好。

　(2)1965年，中国水利水电科学研究院在北京东北旺农场用PVC土工膜(厚0.12～0.15mm)铺在渠道上作防渗试验，埋在土下30～40cm，运行20年后仍保持良好防渗性。

　(3)1970年，法国法拉克罗斯土坝用涤纶(聚酯)非织造土工织物作护坡垫层，运行6年后取样测定，抗拉强度仅减小8％。法国许多工程采用这种织物，运行12年后，绝大部分强度损失不到30％。

　　(4)1981年，葛洲坝水力发电工程二江泄水闸基础按长江委长科院的研究成果采用改性聚丙烯塑料管、聚氨脂泡沫塑料、涤纶织造土工织物的组合体作为基岩排水孔的过滤体。运行15年后抽样检测，发现织物在pH值为9.02～10.58的水下工作，其经向强度仅下降4％～8.5％，纬向强度下降7.5％～22.5％。

　　(5)西德汉诺威大学的试验表明，在有防护条件下，运行15年，涤纶织物强度损失不到5％，丙纶织物强度损失不到10％。而且老化速度随时间明显减缓。

　鉴于土工合成材料在工程应用中具有一定的抗老化能力，故有些国家的某些文件中对其使用年限作了较为宽限的规定，如前苏联BCH07-74《土石坝应用聚乙烯防渗结构须知》中规定，聚乙烯土工膜可用于使用年限不超过50年的建筑物。奥地利林茨公司发表的“聚丙烯土工合成材料的长期性状”一文中的结论写道：“对聚丙烯的15年以上的现场应用经验表明，它们的化学和生物稳定性高；织物的最大损坏是在施工中；铺设以后没有大变化；……可预期超过100年的稳定性”。

　综上所述，根据经验和合理推论，一般认为土工合成材料的使用寿命至少在30年以上。事实上，英国NETLON公司对其产品的设计年限是120年。