新型土工格室材料研究获进展
2022/3/2 中科院之声

     土工格室是一种三维蜂窝立体结构状土工合成材料,土工格室在加固路面基层、软基处理、加筋挡墙等工程中应用广泛。目前,商用土工格室原材料多为高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)和聚酯(PET)。三者各有利弊,HDPE和PP材料的抗拉及抗蠕变性能较差,PET材料耐碱性差、易水解,适用性受限。国内外研究均研发出不同的节点形式,用以改进土工格室。然而,在服役状态下,格室片材的长期变形是决定工程服役年限的关键性因素。

     为提高土工格室片材的抗拉及抗蠕变性能,中国科学院武汉岩土力学研究所路基工程学科方向组对HDPE原材料进行改性实验,通过添加工程塑料和相容剂,使用双螺杆挤出机制作格室片材,研发出聚合物共混型土工格室(PBG)。在研发过程中,研究使用SEM对聚合物的相容性进行分析,筛选出三种最佳配比。将PBG与HDPE土工格室进行抗拉及抗蠕变测试,其中,蠕变实验采用ASTM D6992的等温阶梯法(SIM),实现了对格室片的加速蠕变实验,预测材料寿命至50年以上。实验结果表明,这种新型土工格室材料的抗拉性能和抗蠕变性能显著增强,而其成本仅提高10%~20%。在工程应用中,可根据工程等级选择合适的聚合物配比,显著提高加筋土结构的强度及稳定性,延长其服役年限。

     相关研究成果发表在Geotextiles and Geomembranes上。研究工作得到国家自然科学基金的资助。

    

     图1.新型土工格室片材扫描电镜图

    

     图2.新型土工格室片材与高密度聚乙烯抗拉性能对比

    

     图3.40%荷载水平下SIM蠕变曲线

    

     图4.40%荷载水平下蠕变主曲线

     来源:中国科学院武汉岩土力学研究所

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