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熱焊法對防滲工程常用土工膜焊縫質量的影響

來源: http://www.yumibabyshop.com/    發表日期:2015-08-31    瀏覽:5488

關鍵詞:

1 研究背景

土工膜是一類由高分子聚合物制成的工程防滲材料,已經廣泛應用于防滲工程當中。其在防洪搶險工程中的大量應用及其成效,引起了廣大工程技術人員的高度重視。在工程中,土工膜焊接質量與焊縫力學性能是整個防滲結構可靠性保障的關鍵控制點。張光偉等僅針對高密度聚乙烯復合土工膜原材展開室內測試與評價,沒有涉及到接縫的相關測試分析。束一鳴等對土工膜焊接和膠接等拼接工藝進行了室內和現場試驗研究,并結合實際工程對常用的PE和PVC土工膜的焊接、黏結、槽中拼接、周邊錨固、頂部連接及鋪設工藝進行系統研究和總結。關于施工工藝對膜的力學特性研究方面,束一鳴等結合實際工程采用的防滲膜對不同環境溫度和焊接溫度下土工膜焊接焊縫進行了研究,通過拉伸和剝離試驗,得到了環境溫度與優化焊接溫度之間的關系曲線;國外,Rollin等評價了現有的現場焊接技術的優劣;Peggs等討論了不同焊接工藝對土工膜耐久性的影響;Cmran等評價了焊縫對土工膜耐久性和抗拉強度的影響。

目前土工膜接縫連接方式應符合《聚乙烯(PE)土工膜防滲工程技術規范》(BIVT231-98)的要求。連接方法有:搭接,搭接寬度宜大于15cm (但是防滲效果不是很熱焊,焊縫搭接寬度不小于5cm (不推薦膠接,長時間水浸泡易開膠,防滲效果差)。故而,工程上接縫連接方式常采用熱焊法。為分析其強度效果如何,本文對不同土工膜進行熱焊法連接,對其接縫進行試驗,分析了熱焊法對土工膜焊縫質量的影響效果。

2 試驗方案

(1)分別選擇厚度為0.25mm、0.35mm、0.5mm、0.75mm、1.00mm、1.50mm、2.00mm等7種不同厚度的HDPE土工膜作為試驗材料。

(2)將土工膜焊縫進行充氣試驗,選取五種試驗組:①充氣壓力0.1MPa,充氣時間3min;②充氣壓力0.1 MPa,充氣時間10min;③充氣壓力0.2MPa,充氣時間3min;④充氣壓力0.2MPa,充氣時間10min;⑤無充氣狀態。

(3)將HDPE土工膜母材進行拉伸試驗,取得其屈服強度。對所有試驗組HDPE土工膜焊縫進行剪切試驗和剝離試驗,得到其剪切強度和剝離強度。

(4)對焊縫的接縫效率做如下定義:接縫效率1=焊縫剪切強度/原材屈服強度;接縫效率2=焊縫剝離強度/原材屈服強度。

3 試驗材料制作及原理方法

土工膜拼接采用自動爬行焊接機熱熔焊接,由于焊接時氣溫會有變化,因此根據氣溫和焊接面情況對焊接溫度和焊接機行走速度隨時進行調整。本次試驗焊縫制作時溫度控制在250~450°,行走速度控制在2~2.5m/min范圍內。焊接過程和焊接后2h內焊接面不承受任何拉力,防止焊接面移動錯位。

土工膜焊縫焊縫結構示意圖如圖1。土工膜焊縫剪切試驗基本等同于拉伸試驗,為便于與焊縫強度的比較,本文在對土工膜原材拉伸亦采用條帶拉伸,寬度為50mm,把試樣兩端用夾具固定,夾持長度為100mm,以50mm/min的速率進行拉伸直到破壞,繪制應力-應變曲線,分別記錄土工膜焊縫的屈服強度及屈服伸長率、斷裂強度及斷裂伸長率,并做5組試樣,求平均值。和拉伸試驗不同的是土工膜焊縫剪切試驗只是夾持中間含有土工膜焊縫,主要區別在于要觀察和記錄試樣的破壞現場,比如原材斷裂、焊縫滑脫。該試驗采用微機控制電子萬能試驗機操作,并按照《土工合成材料測試規程》(BL235-2012)相關規定執行。

土工膜焊縫剝離試驗是將試樣按照圖2安裝在試驗機上,以50mm/min的速率進行拉伸直到試樣完全剝離,記錄最大剝離力,觀察和記錄試樣的破壞現象,是材料破壞還是被剝開。該試驗采用微機控制電子萬能試驗機操作,并按照《土工合成材料測試規程》(BL235-2012)相關規定執行。


4 試驗結果及分析

4.1 實驗結果 所有試驗組剪切強度試驗結果、剝離強度試驗結果以及原材料屈服強度試驗結果見表1。各個試驗組接縫效率試驗結果見表2。各個試驗組接縫效率1與土工膜厚度關系曲線見圖3,各個試驗組接縫效率2與土工膜厚度關系曲線見圖4。



4.2 實驗分析 由表1和表2可以看出,所有試驗組相同土工膜厚度的剪切強度均小于其屈服強度,(即接縫效率1均小于1)且大于剝離強度(即接縫效率2均小于接縫效率1),即所有試驗組的接縫效率1均小于1.0且大于接縫效率2。這是因為剪切強度主要是測得的焊縫與膜材交接處的強度,在對土工膜進行焊接時由于工藝的缺陷難免會在焊縫與膜材交接處產生一些薄弱區。在焊縫足夠寬,其相互之間的焊接摩擦強度比之薄弱區強度較大情況下,致使在焊縫剪切時薄弱區處先斷,這部分的強度比正常膜材要小一些,導致所有試驗組相同土工膜厚度的剪切強度均小于其屈服強度。在進行剝離試驗時,由于焊縫工藝的原因,會使得焊縫部分的材料內部結構不像原來膜材均勻,在焊接處有印痕,所以剝離試驗時候往往是順著原來的焊接面剝離開來,其強度相比較膜材要小,相比之焊縫薄弱區處強度也要小。


由圖3可以看出,5組接縫效率1隨著土工膜厚度的增加而增加,且曲線變化趨勢較為一致,土工膜厚度與接縫效率1的變化曲線漸趨平緩,接縫效率1隨著土工膜厚度的增加逐漸接近1.0,其最大0.99,最小0.85,滿足水利水電工程土工合成材料應用技術規范(BIVT225-98)中對接縫質量的要求,即接縫的極限拉伸強度不低于母材強度80%,且拉伸斷裂處在母材上。在薄膜厚度0.25~0.75mm范圍內5組曲線變化相對較大,相同土工膜厚度條件下,無充氣狀態試驗組接縫效率1高于0.1MPa, 3min試驗組和0.1 MPa,10min試驗組,0.1MPa, 3min試驗組和0.1MPa, 10min試驗組局于0.2MPa,3min試驗組和0.2MPa,10min試驗組;0.1MPa,3min試驗組和0.1 MPa, 10min試驗組接縫效率1曲線接近,0.2MPa,3min試驗組和0.2MPa,10min試驗組接縫效率1曲線接近,表明接縫效率1受充氣壓強影響較大,受充氣時間影響很??;土工膜在厚膜0.75~2.0mm范圍內所有試驗組曲線變化較小,即熱焊法使土工膜焊縫接縫剪切強度質量較一致,符合工程要求,在薄膜區0.25~0.75mm范圍內受壓強影響相對較大,受時間影響很小。


由圖4可以看出,接縫效率2隨著土工膜厚度的增加而增加,且曲線變化趨勢較為一致,土工膜厚度與接縫效率2的變化曲線漸趨平緩,接縫效率2隨著土工膜厚度的增加逐漸接近1.0,其最大0.86,最小0.37。在厚度0.25?2.00mm范圍內,無充氣狀態試驗組接縫效率2隨土工膜厚度變化的曲線局于0.1MPa,3min試驗組,0.1MPa,3min試驗組于0.1MPa,10min試驗組,0.1MPa,10min試驗組局于0.2MPa,3min試驗組,0.2MPa,3min試驗組局于0.2MPa,10min試驗組。在薄膜厚度0.25?1.00mm范圍內曲線變化較大,在厚度1.00?2.00mm范圍內曲線變化較小。即熱焊法使得土工膜焊縫效率2隨著充氣時間和充氣壓力均成反比,且在薄膜區0.25?1.00mm范圍內影響較大;在厚膜1.00?2.00mm范圍內焊影響很小。另外,從表2和圖4可以看出,在較長充氣時間和較大充氣壓強下土工膜焊縫接縫效率2部分低于0.7,相關工藝和工程在土工膜薄膜焊縫時需要注意。

5 結論

(1)在土工膜接縫采用熱焊條件下,所有試驗組接縫效率1均小于1,接縫效率2均小于接縫效率1,組接縫效率1和接縫效率2隨著土工膜厚度的增加而增加,且曲線變化趨勢較為一致。接縫效率1最大為0.99,最小為0.85;接縫效率2最大為0.86,最小為0.37。熱焊法使土工膜焊縫接縫質量穩定。

(2)在土工膜接縫采用熱焊條件下,接縫效率1在厚度0.25?0.75mm范圍內受壓強影響相對較大且成反比,受時間影響很小,在厚度0.75?2.0mm范圍內大小相近。

(3)土工膜焊縫效率2隨著充氣時間和充氣壓力均成反比,且在厚度0.25?1.00mm范圍內影響較大,在厚度1.00?2.00mm范圍內影響很小。


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