浅析土工布拉伸性能试验结果的影响因素

2017-07-05陈婷福建省交通规划设计院福州350004

福建交通科技 2017年3期

关键词：土工布伸长率宽度

陈婷（福建省交通规划设计院，福州350004）

浅析土工布拉伸性能试验结果的影响因素

陈婷
（福建省交通规划设计院，福州350004）

本文以短纤针刺非织造土工布（以下简称土工布）为例，在检测实践经验的基础上，从样品调节时间、调节温湿度、裁样方法、试样宽度、拉伸速率等5个方面系统分析了其对土工布拉伸性能试验结果的影响，找出影响规律，并提出了一些建议。

短纤针刺非织造土工布试验检测拉伸性能影响因素

1 前言

土工合成材料在国内应用广泛，涉及多个行业领域，但由于检测规范不统一，常使土工合成材料的检测结果出现偏差，影响了检测结果的可信度。本文通过对土工布在不同调湿时间、温湿度、裁样方法、试样宽度以及拉伸速率的拉伸结果，进行了系统分析，得出了一些影响规律，并提出了一些建议，供同行参考学习。

2 拉伸试验方法及原理简介

就我国现行土工合成材料拉伸测试规范而言，主要有国家标准化管理委员会发布的国家标准GB/T 15788-2005《土工布及其有关产品宽条拉伸试验》（以下简称GB/T 15788）、交通部颁布的行业标准JTG E50-2006《公路工程土工合成材料试验规程》（以下简称JTG E50）和水利部颁布的水利行业标准SL 235-2012《土工合成材料测试规程》（以下简称SL 235）。三者之间对拉伸试验的样品调节时间、调节温湿度、裁样方法、试样宽度、拉伸速率等均有不同规定。土工合成材料拉伸试验是在样品的纵向和横向各裁取至少5块试样，制备每个试样至200mm或50mm的最终宽度，并有足够的长度以满足夹钳隔距为100mm。其长度方向与外加拉伸力的方向平行。将试样整个宽度夹持在拉伸试验机的夹具上，对试样进行拉伸直至试样断裂。试样的抗拉伸性能由试验机的记录装置记录并计算。

3 拉伸性能测试

本次试验选用的测试标准为GB/T 15788，材料为SNG 300-6的土工布，该样品为灰白色，厚薄均匀，无明显外观缺陷，满足试验研究要求。针对不同的调节时间、温度、湿度、裁样方法、试样宽度、拉伸速率进行横向拉伸强度、横向伸长率试验。

3.1 调节时间对拉伸性能的影响

在相同温度、湿度条件下，采取梯形裁样法，拉伸速率为20mm/min，试样宽度为200mm，样品数量为15块，试验温度为20℃±2℃，湿度为65%±4%，并且每个试验样品取出后，确保在3min内完成试验，以避免测试环境对样品的影响，针对5个不同调节时间分别进行拉伸试验并对结果进行统计分析，详见表1、图1。

表1 不同调节时间下拉伸试验结果

图1 拉伸性能与调节时间关系图

由试验数据图表分析来看，5个不同调节时间下的土工布拉伸结果没有呈现出一定的规律性，两者关系不明显。由于土工布的主要成分为涤纶，具有吸湿性差、熔点高等特性，因此当样品状态调节至规范要求的调湿状态后，已达到饱和，倘若短期内继续状态调节其试验结果对土工布的拉伸强度和伸长率没有实质性的影响。

3.2 温度对拉伸性能的影响

在相同调节时间、湿度条件下，采取梯形裁样法，拉伸速率为20mm/min，试样宽度为200mm，样品数量为15块，试验温度为20℃±2℃，湿度为65%±4%，并且每个试验样品取出后，确保在3min内完成试验，以避免测试环境对样品的影响，针对6个不同温度调节分别进行拉伸试验并对结果进行统计分析，详见表2、图2。

表2 不同温度调节下拉伸试验结果

图2 拉伸性能与试验温度关系图

由试验数据图表分析来看，土工布受温度影响显著，随着温度的升高，拉伸强度降低，而伸长率升高。当温度从0℃增加至50℃，拉伸强度减少了约14%，而伸长率增加了约10%。因其原材料是有机物，其具有热塑性，高温会使原料发生不可逆变化，改变原料特性，从而导致材料力学性质改变。

3.3 湿度对拉伸性能的影响

在相同调节时间、温度条件下，采取梯形裁样法，拉伸速率为20mm/min，试样宽度为200mm，样品数量为15块，试验温度为20℃±2℃，湿度为65%±4%，并且每个试验样品取出后，确保在3min内完成试验，以避免测试环境对样品的影响，针对5个不同湿度调节分别进行拉伸试验并对结果进行统计分析，详见表3、图3。

表3 不同湿度调节下拉伸试验结果

图3 拉伸性能与试验湿度关系图

由试验数据图表分析来看，5个不同湿度调节下的土工布拉伸结果没有呈现出一定的规律性，两者关系不明显。由于土工布的原材料是涤纶，涤纶本身吸湿性差，水与该类型材料基本不发生作用，由此可见湿度调节对土工布的拉伸强度和伸长率没有实质性的影响。

3.4 样品裁取方法对拉伸性能的影响

在相同调节时间（24h）、温度（20℃±2℃）、湿度（65%± 4%）条件下，拉伸速率为20mm/min，试样宽度为200mm，样品数量为15块，试验温度为20℃±2℃，湿度为65%± 4%，并且每个试验样品取出后，确保在3min内完成试验，以避免测试环境对样品的影响。根据裁样原则：对同一项试验，应避免两个及以上的试样处在相同的纵向或横向位置上。分别采取随机裁样法和梯形裁样法，进行拉伸试验并对结果进行统计分析，详见表4、图4和图5。

表4 不同裁样法拉伸试验结果

图4 拉伸性能与试样裁取方法关系图

图5 不同裁样方法变异系数

由表4计算结果可得，随机法强度平均值为11.01kN/m，梯形法强度平均值为10.63kN/m，随机法强度标准差为1.09，梯形法强度标准差为0.49，随机法强度变异系数为9.9%，梯形法强度变异系数为4.6%。综合图4及图5分析可知，两种裁样方法对试验结果有一定的影响，随机法数据离散性大，梯形法数据离散性小，较均匀。随机法强度变异系数为梯形法强度变异系数的两倍。这是因为梯形布置法取样可使每个试样的纵横向纤维都互不相同，并使试样均匀分布于较广的范围内，从而使试样更具有代表性。因此，试验检测中建议采用梯形布置法来裁取试样。梯形取样法见图6所示。

图6 梯形裁样法布置

3.5 试样宽度对拉伸性能的影响

在相同调节时间、温度、湿度条件下，采取梯形裁样法，拉伸速率为20mm/min，样品数量为15块，试验温度为20℃±2℃，湿度为65%±4%，并且每个试验样品取出后，确保在3min内完成试验，以避免测试环境对样品的影响，针对4个不同试样宽度分别进行拉伸试验并对结果进行统计分析，详见表5、图7。

表5 不同试样宽度拉伸试验结果

图7 拉伸性能与试样宽度关系图

由试验数据图表分析来看，样品越宽拉伸强度越大，伸长率越低，宽条样法（试样宽度200mm）拉伸检测结果强度平均值比用窄条样法（试样宽度50mm）拉伸结果高1.03kN/m，伸长率比窄条样法低7.4%，因为土工布在负荷作用下夹持长度范围内有收缩的趋势，较大的宽度降低了土工布的收缩影响，所以宽条样法伸长率比窄条样法伸长率低，样品越窄，收缩程度越严重，试样拉伸时所受的横向剪切力也越大，因此试样越容易破坏，导致窄条样法强度也越低。

3.6 拉伸速率对拉伸性能的影响

在相同调节时间、温度、湿度条件下，采取梯形裁样法，试样宽度为200mm，样品数量为15块，试验温度为20℃±2℃，湿度为65%±4%，并且每个试验样品取出后，确保在3min内完成试验，以避免测试环境对样品的影响，针对6个不同拉伸速率分别进行拉伸试验并对结果进行统计分析，详见表6、图8。

表6 不同拉伸速率拉伸试验结果

图8 拉伸性能与拉伸速率关系图

由试验数据图表分析来看，随着拉伸速率的增大，拉伸强度和伸长率先增大后减小，当速率从20mm/min到50mm/min时，二者增长的速度比较快，速率从50mm/min到200mm/min时，二者的增长幅度趋于减缓，拉伸速率达到200mm/min时，拉伸强度和伸长率达到最大值，随着速率的继续增大，当速率达到300mm/min时，拉伸强度和伸长率呈下降趋势。