国内外土工合成材料测试标准的对比分析

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(1. 同济大学地下建筑与工程系；2.同济大学岩土工程与地下结构教育部重点实验室，上海 200092)

0 引 言

土工合成材料是指工程建设中应用的与土、岩石或其它材料接触的聚合物材料(含天然的)的总称，包括土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料等。与传统的岩土工程材料相比，其具有质量轻、运输方便、价格低廉、来源丰富等优点；同时，它还具有防渗、防滤、排水、防护、隔离及加筋等多种功能，因而被广泛应用于水利、公路、铁路、港口等多个领域。

近年来，当国内土工合成材料企业走出国门，或当国外建设工程采用我国的土工合成材料时，常常会遇到产品及其各项指标无法被完全接受的问题，其中一个重要原因是我国的产品检测体系和标准与国外标准存在差异，在国际上的认可度仍有待提升，因此开展国内检测标准与国际标准之间的差异性比较显得尤为重要。通过对比国内外常见的土工合成材料测试标准，及其在构成、内容以及技术指标参数等方面存在的差异，分析了这些差异对材料性能检测结果可能存在的影响。将为推动国内标准规范的国际化进程及我国土工合成材料企业“走出去”提供一定的支持。

1 国内外土工合成材料检测标准现状

在实际工程应用中，由于工程地质条件、功能特性选择以及工程结构设计等因素的不同，土工合成材料的种类选择和性能要求往往不同，因此，设计及施工单位为了选择和应用合理的土工合成材料，必须了解产品性能。针对同一种产品，其加工工艺及制造流程的不同往往导致其性能存在较大差异，故除生产厂家须提供某些特定指标外，还必须通过必要的测试来获得其他性能参数。

1.1 国外土工合成材料检测标准

国外许多国家为规范和发展本国的土工合成材料产业，相继颁布实施了相应的测试标准和应用技术规程，如美国ASTM、FHWA标准，英国BS标准，日本JIS标准，德国DIN标准，法国NF标准，欧洲EN标准以及国际标准化协会的ISO标准。然而，不同国家、地区和行业推行的测试标准在适用范围、仪器设备、检测方法、测试指标等方面存在一定差异。目前，ISO标准和美国ASTM标准在国际上受到较大认可，许多国家及地区在制定标准的过程中都有所引用和参考。原中国国家标准《土工合成材料应用技术规范》(GB 50290-98)在多项测试试验中参考了ISO标准的相关内容。另外，美国材料与试验学会(ASTM)编制的标准内容也被包括我国在内的许多国家规范引用或参考，如我国的《土工合成材料测试规程》(SL/T235-2012)。

由于ISO标准及ASTM标准两大体系自成一体，其在某种程度上也影响了我国不同测试标准之间的一致性。以等效孔径试验为例，从表1可以发现国外两大测试标准在试验方法、适用对象等内容的规定上存在较大差异，而国内规范虽然在测试内容上与国外两大测试规范相似但又存在差异，同时国内不同行业间的测试标准在试验方法、试验材料选择、标准的适用对象等规定上也出现了分歧。

表1 土工织物表观孔径测试方法对比

1.2 我国土工合成材料的标准体系

在我国，土工合成材料于上世纪80年代初正式投入生产和使用。98年洪水之后，在国家重视及有关部门的指导下，各种规范、规程以及应用技术应运而生。目前发布的标准可归纳为三大类：

(1)应用技术规范：该规范由相关工程标准部门编制，包含材料在工程中的设计与施工标准。主要以《土工合成材料应用技术规范》(GB/T 50290-2014)、《公路土工合成材料应用技术规范》(JTG/T D32-2012)、《水运工程土工合成材料应用技术规范》(JTJ 239-2005)和《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》(SL/T 225-98)为代表。

(2)产品标准：包含各种土工合成材料的结构、规格、质量、代号、制定技术和试验测试方法等。

(3)测试方法标准：除国家统一的测试标准外，水利部和交通部分别编制了《土工合成材料测试规程》(SL/T235-2012)和《公路土工合成材料试验规程》(JTG E 50-2006)。测试标准的内容也较为丰富齐全，涵盖了土工合成材料物理性能指标、力学性能指标、水力性能指标、耐久性能指标以及不同介质间相互作用指标等方面的测试项目。

2 国内外测试标准的比较分析

目前，土工合成材料生产所涉及的行业越来越多，涉及的品种由于行业条块的分割，体系侧重的不同，使得各个国家地区及行业间得测试标准存在差异，且难以统一。

2.1 测试标准的构成

国内测试规范因行业分工不同，主要可分为公路试验规程和水利测试规程。两大行业间的规范内容交叉重叠，在兼顾行业特色的情况下，各有侧重。在测试项目组成方面，选取了国内外常见测试标准进行比较分析(见表2)，发现存在如下差异： (1)规范集成度不同：中国测试规范的体系性较强，集成度高，如SL 235-2012单本编制成册。而ISO标准和ASTM标准等国外规范，常常以单个测试项目制定标准，单独成章。例如，ASTM标准除规定了土工合成材料的名词术语标准(D4439)外，单独制定了模块与筋材连接强度的测定标准(D6638)；ISO标准中，单独规定了材料施工过程损伤评价的测试标准(10722)等。

(2)规范组成详略不同：国内外规范在土工合成材料测试的项目上，除包含基本的性能指标测试试验外，国外测试规范所涵盖的内容更加全面。如所列水利性能指标中，ASTM规范内容丰富，除常规测试项目外，还涉及了我国GB标准没有的透光率和水土保留率等测试项目。此外，我国的规范在学习和参考国外标准后，在原有基础上对测试项目进行了修订和补充。如水利标准SL 235-98参考了ASTM标准，修订发布的土工合成材料膨润土垫(GCL)测试方法。

(3)国内规范引用对象不同：交通部和水利部在结合自身行业特点的基础上，为最大限度地实现与国际标准接轨，在规范的编写修订过程中参考和引用了不同的国际标准。公路规程和国家标准相似，主要参考和引用了ISO标准，而水利规范则主要参考ASTM标准。在试验方法的选取中，国内规范也在引进先进技术的同时做了很大改善，做到尽量兼顾不同材料，涵盖主要种类，避免过于繁杂。

表2 几种土工材料测试标准组成比较

2.2 测试标准的内容

国内外测试标准在内容的独立性上还存在差异，我国标准的独立性较强，内容划分明确。例如SL 235-2012、JTGE50-2006等测试标准，测试人员可依照单本规范开展试验而不需引用其他规范。美国ASTM标准虽然也可依据单本规范进行试验，但仍需其他规范进行补充并且它的标准内容分类不是很明确。在标准内容的涵盖范围方面，国外测试标准除室内试验外还包括了部分现场试验标准。以ASTM为例，GCL铺设方法导则(D6102)、土工膜与贯穿物和结构物机械连接导则(D6497)等涉及了现场施工方法；用真空罐法评价土工膜焊接缝(D5641)、化学熔接法土工膜连接完整性检测(D6214)等涉及了施工质量检验手段。此外，国外测试标准内容更新速度较快，新材料的诞生催生了对应的室内测试方法，如草皮加筋垫(turf reinforcement mat)短期受压性能测试方法(D6454)、沥青土工膜(BGM)拉伸性能测试方法(D7275)等。同时，国外还包括一些有关试验选择导则和管理方面的导则。如沥青土工膜试验方法选择导则(D6455)、土工合成材料耐久性评价方法选择导则(D5819)等。

2.3 材料测试的技术要求

土工合成材料的测试结果受很多因素的影响，包括试样的大小、试验的环境和设备、荷载的大小以及加载速率的快慢等等。不同的试验条件以及试验参数都会造成测试结果的差异。国内外不同测试标准在这些影响因素的规定上也有所不同。本文以厚度测试试验、条带拉伸试验、渗透性能试验等为例，就国内外常见测试标准在试验参数上的差异进行了比较分析。

土工织物的厚度是指土工织物在承受一定压力时，正反面之间的距离。产品的厚度对其力学性能和水利性能有很大的影响。目前，国内外有关土工织物及其有关产品厚度测试标准的参数基本一致(见表3)，在考虑试验设备的前提下均将压脚面积参数定为2500mm2。而在仪器加压和作用持续时间参数选取上，ASTM标准采用低压和低持续时间的测试手段，规定施加的压力和作用持续时间分别为2kPa和5s，而NF标准则规定加压时间为60s。

表3 国内外标准土工织物厚度测试主要参数比较

土工合成材料的拉伸强度和最大负荷下伸长率是各项工程设计中最基本的技术指标。测定土工织物拉伸性能的试验方法主要有宽条法和窄条法(见表4)，由于窄条试样在拉伸过程中有明显的颈缩现象，使得拉伸强度和伸长率不能真实反映样品的实际情况。采用宽条试样和较慢的拉伸速率，可以较为有效的降低横向收缩，使得测试结果与实际更加符合。因此国内外在条带拉伸试验中均采用宽条法，在拉伸速率方面则存在些许差异。

表4 国内外标准宽条拉伸试验主要参数对比

土工织物用作反滤材料时，流水的方向垂直于土工织物的平面，此时要求土工织物既能阻止土颗粒随水流失，又要求它具有一定的透水性。国内外关于土工织物垂直渗透性能的标准很多(见表5)，其中ISO标准和ASTM标准测定的方法包括了恒水头法和降水头法，而国内所有标准均采用恒水头法。在渗透性能试验采用的指标中，各个规范的选取上也存在差异，国外主要使用流速指数(VI50)和渗透系数，而国内测试标准在它们基础上还采用渗透系数、透水率以及压差指数等评定指标。这在与国外交流时造成了一定的困难。

表5 国内外标准渗透性能试验主要参数对比

3 结 语

不同国家、地区及行业间存在的有关土工合成材料的现行测试标准较多，无论国内还是国外尚无完全统一公认的技术规范和试验方法。我国国家测试标准及行业测试标准参考引用的对象主要为国际化标准ISO及ASTM标准，而这两大标准各自成一体，在某种程度上也间接造成了国内测试规范间的差异性。在测试标准组成方面，国内外标准集成度和详细度不同，国内规范集成度较国外高，国外规范涵盖范围较国内详细。另外，国内外测试标准在内容的独立性上还存在差异，中国规范独立性较强，内容划分明确。国内外不同测试标准在这些影响因素的规定上也有所不同。

基于国内外测试标准存在的异同，国内土工合成材料测试标准在修订时应考虑测试方法、试验条件以及评价指标等方面的统一，以便于测试结果的交流与比较。针对各标准存在的差异，宜通过试验定量比较这些差异对试验结果的影响程度。同时，建议涉外工程在开展材料测试时，宜根据工程所在的国家或地区选择相应的国际标准，并结合涉外经验对国内测试标准的修订提出建议，不断完善国内测试方法和推动国内规范的国际化进程。