土工膜的可靠性尤为重要尤其减少土工膜的接缝

河北双成新材料2021-12-20土工膜988

土工膜的可靠性尤为重要。广大科研人员也致力于提高土工膜的可靠性,特别是减少土工膜的接缝损伤。接缝破坏的原因是两层常规土工膜缝合时,接缝处会出现应力集中,导致接缝处抗拉强度和伸长率下降,最终导致可靠性下降。紫外光固化反应提供了一种完全不同的生成和铺设土工膜的方法,避免了接缝的过程。此外,土工膜具有优异的力学性能,能够适应各种表面条件。更重要的是,光固化反应以光能为基础,其能耗是常规土工膜的1/5~1/10。具体的研究意义和前景如下:

(1)无缝问题:由于加工尺寸的限制,需要在施工现场对现有土工膜进行切割、铺设和焊接,以大面积覆盖。虽然采用了各种先进的接缝和检验技术来保证接缝的质量和耐久性,但接缝失效仍然频繁发生,占土工膜总失效模式的20%。如果合理使用,可以通过喷涂形成大面积的连续土工膜,避免接缝的复杂化和破损风险。

(2)安全无环境污染:其实早在20世纪80年代,研究人员就尝试通过原位固化的方法形成聚合物防渗层,如低粘度树脂、聚氨酯、酚醛树脂、聚酯纤维等。在这些应用中,聚合或交联反应经常被催化剂激发以形成聚合物不渗透层。然而,用于刺激聚合的催化剂对人体有害,甚至致癌。在欧洲、美国和日本,已经发生了多起上述化学反应的残留物泄漏到环境中,污染了水和土壤的事故,许多国家(包括中国)已经明确禁止或限制这些方法在大型工程中的继续应用。相反,紫外线固化反应的原料和产品已被证明是安全的,不会对人类和动物环境造成任何不良后果。正因如此,光固化反应逐渐在医学和药学中得到应用,例如,光固化反应用于牙齿矫正、整形手术和修复。

(3)施工方便易控制:现有土工膜宽度在4.6米至10.6米之间,铺在施工现场,通过铺设、切割、焊接连接成大面积土工膜,十分繁琐。光固化土工膜通过喷涂可以在短时间内覆盖大面积的土垫层,从而避免铺设等工序。而且光聚合的速度可以通过调节光的强度来精确控制,一般十分钟之内就可以完成。更重要的是,喷涂可以突破地形和地形的限制,在施工人员难以涉足和攀爬的地方喷涂土工膜覆盖。此外,光固化是一种非常容易控制的化学反应。光引发剂只能吸收特定波长的光。因此,施工可以随时进行,不受白天太阳发出的紫外线影响。

(4)低能耗:现有土工膜通过热固化(通过提供热量来刺激和维持聚合反应)和热处理形成。聚合和随后的加工和冷却都消耗大量能量。光固化反应使用光能,消耗的能量是热固化的1/5~1/10,是可持续发展的较好选择。

(5)材料的长期稳定性:紫外光固化反应可以产生高度交联的聚合物,其分子链之间通过共价键连接,分子链之间的作用力很强,不利于蠕变。

本研究是化学、材料科学和岩土工程的交叉学科,将促进多学科的交流和进步,为土工合成材料的应用和发展提供更广泛的空。土工合成材料诞生于上个世纪中叶,并取得了快速的进步和普及。半个多世纪后,土工合成材料有了许多改进,但基本上都是基于热固化原理。如今,化学和材料领域取得了一系列成果,为岩土工程全面革新土工合成材料提供了契机。

土工膜的可靠性尤为重要尤其减少土工膜的接缝破坏

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