土工合成材料的氣候環(huán)境影響問題？？

      土工合成材料的氣候環(huán)境影響問題解答：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，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2～3年后，從模袋凸起處開始，丙綸線首先粉化，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)廠家模袋布的加速光氧老化實(shí)驗(yàn)時(shí)，沒有發(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，很多廠商為節(jié)省成本，單獨(dú)采用廉價(jià)的丙綸纖維制作無紡布，同樣也存在丙綸無紡布因凍脆而出現(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)憂的是，模袋混凝土下面沒有反濾層，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，中國水利學(xué)會施工專業(yè)委員會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。
    我們曾多次在有關(guān)學(xué)術(shù)會上提出：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僅相當(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屬常識性錯(cuò)誤：低彈性模量的丙綸模袋布不會象鋼筋一樣能及時(shí)產(chǎn)生約束應(yīng)力來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法亦是一種常識性的錯(cuò)誤，因?yàn)榉礊V的對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)沒有經(jīng)歷過大的洪水驗(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)度提高一說同樣是常識性錯(cuò)誤。高流動性混凝土是不會被“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)十萬元的專門機(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(早期曾被稱為“簡易模袋”)。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)200萬平方米，占全國各類袋使用面積的45%以上，經(jīng)歷過3次大洪水特別是98’嫩江特大洪水考驗(yàn)而無恙。已實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)，已徹底改變了“簡易”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、紡粘法長絲無紡?fù)凉げ剂W(xué)性能大幅度降低 
    紡粘法長絲無紡布于一九九九年在北方季節(jié)性寒冷地區(qū)開始推廣應(yīng)用。在飽和凍融循環(huán)條件下，由于冰對纖維層間的漲裂作用，紡粘長絲無紡布韻各項(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)量檢測中心)進(jìn)行了紡粘法長絲無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)果見下表：

次數(shù)	抗拉強(qiáng)度(N/50mm)		撕裂強(qiáng)度(N/50mm)		伸長率(%)
	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絲無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，國內(nèi)對這種材料研究、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題外，尚未見相關(guān)內(nèi)容。

　　凍脆老化問題。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。籠統(tǒng)地說在北方寒冷地區(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值得商榷。

　　熱氧老化問題。室外陽光下的混凝土表面溫度在45～60℃左右，會加快表層混凝土內(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。浙江白溪水庫在應(yīng)用改性聚丙烯纖維混凝土?xí)r，曾做過紫外線照射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.