土工布老化性能及测试标准研究

　　目前土工布的生产与应用快速进展，对土工布的研究很多，但关于土工布老化性能的研究相对较少。土工布作为一种工程材料，其老化性能指标直接影响工程的寿命、安全性与可靠性。因此，对土工布老化性能的研究具有很高的经济意义与战略意义。美国材料和试验协会（ASTM）对土工布的定义为：一切与地基、土壤、岩石、泥土或任何其他土建材料一起使用，并作为人造工程或系统的组成部分的纺织品。土工布与地基、土壤、岩石、泥土或其他建造材料一起使用，利用土工布对泥土起加固、爱护、排水、过滤、隔离、防渗等作用。土工布目前已经同水泥、钢材、木材一起被称为“四大建造材料”。

　　土工布根据加工办法不同可以划分为机织土工布、针织物土工布与非织造土工布。机织土工布目前使用较多的是长丝机织布与扁丝机织布，材料以聚丙烯为主。经编贴合土工布是以玻璃纤维（或其他合成纤维）为增强材料，通过和短纤针刺非织造土工布层压而成。非织造土工布主要有短纤维针刺土工布与长丝纺粘土工布，所选合成纤维原材料主要是聚酯纤维、丙纶、锦纶等，其中主要使用聚酯纤维与丙纶。

　　不论针织物土工布、机织土工布或非织造土工布，在加工、储存与使用过程中，易受内部因素与外部因素的共同作用，其性能逐渐变坏，以致后丧失使用价值的现象，称为老化。这是土工布常见的问题，其本质是高分子结构中分子链的断裂、化学结构的变幻等，宏观上则表现为土工布强度下降与宏观结构破坏等，是一种不可逆变幻。

　　1老化现象缘故

　　土工布老化有多种表现：宏观表现为外观变色、脆化、丧失光泽、结构改变、力学性能下降等；微观表现为大分子结构改变，大分子量下降等。其中对工程应用影响大的就是力学性能的下降与材料结构的改变。

　　老化的缘故有内因与外因两种。内因指材料本身的性质，主要有：单体的结构状态、高分子体系内部性质、添加剂等；外因指外界的环境因素，主要有太阳光、氧气、热、水分、pH值、应力、工业气体、海水、盐雾、霉菌、细菌等。影响老化的缘故是多种多样的，通常各种因素共同起作用，但其中太阳光、水、氧气、热是主要的影响因素，本文主要集中对这几个因素进行讨论。

　　2老化试验

　　老化试验是研究土工布在肯定环境下的老化规律与评价土工布老化性能的手段。通过老化试验，测试土工布的强度、伸长率、弹性模量与微孔结构等随时间的老化情况。老化试验主要有人工加速老化试验、自然环境老化试验与实际应用老化试验三种。

　　1）人工加速老化试验

　　将试样放置在一个老化箱内，根据样品实际使用情况或相关老化标准，设置老化箱的参数，如温湿度、紫外线强度、雨淋、冷凝等。经过肯定时间的加速老化以后，将老化样与原样进行对照，由此估量样品的耐老化性能。采纳仪器加速老化的特点是加速老化条件稳定、可比性强、试验周期短、重现性较好。

　　人工加速老化试验主要包含：人工加速紫外老化试验、人工加速热老化试验、人工加速氧老化试验、人工加速湿热老化试验等。

　　2）自然环境老化试验

　　将试样暴露在自然环境中，检测土工布性能随时间的老化情况。自然环境老化试验的优点是采纳真实的自然环境进行试验，结果真实可靠。缺点是费时费力，普通至少一年，多则几年，无法对新材料、新产品的老化性能进行快速评价。

　　自然环境老化试验主要包含：大气老化试验、地下埋藏试验、海水浸渍试验与水下埋藏试验等。目前进行较多的是大气老化试验与地下埋藏试验。

　　3）实际应用老化试验

　　该试验在实际工程应用中进行，在工程现场定期取样，测试强度损失率及有关指标，知道实际应用中材料的老化程度。实际应用老化试验优点是在具体的施工环境中取样试验，数据真实可靠。缺点是时间周期长，普遍适用性较差。

　　在理论研究方面，人工加速老化与自然环境老化之间的相关性研究是一个比较活跃的领域。人们提出老化模型灰色预测，通过相关性研究用人工加速老化试验结果去预测自然老化时间。老化模型灰色预测是基于灰色系统理论的一种预测办法，根据已知数据建站一个由过去引伸到将来的灰色模型，从而确定系统未来的进展变幻趋势。

　　3标准测试

　　不少国家与组织对土工布老化现象进行研究，规定了户外暴露老化标准，如国际标准化组织的ISO标准、美国的ASTM与AATCC标准、欧洲的EN标准等。就目前我国土工布的研究现状，进行老化方面的研究较少，国内土工布老化性能试验办法标准较少，土工布产品标准中也缺乏对老化性能标准值的规定，如GB/T17642–2008《土工合成材料非织造布贴合土工膜》；GB/T17639–2008《土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》；GB/T17638–1998《土工合成材料短纤针刺非织造土工布》等。

　　目前国内土工布老化标准较少，可适当考虑参考采纳塑料与纺织品的老化标准。例如GB/T16422.1–2006、GB/T16422.2–1999、GB/T16422.3–1997、GB/T16422.4–1996《塑料实验室光源暴露试验办法》；ISO4892–1:1999、ISO4892–2:2006、ISO4892–3:2006、ISO4892–4:2004《塑料实验室光源曝晒办法》；ASTMG154–2006《非金属材料荧光紫外曝露试验操作标准》。

　　常见的实验室老化试验主要有光照老化、湿热老化、热风老化等。目前国内外常用的土工布老化标准如表1所示。

　　4表征

　　对于工程应用的土工布而言，老化性能的表征主要包含宏观与微观两个方面。宏观方面是肯定老化时间下，土工布的强度保持率（主要有拉伸强度、撕裂强度、顶破强度）、伸长率、脆化、宏观结构形态变幻情况等。微观方面主要指在老化过程中，大分子结构降解过程与降解产物等。降解过程检测可采纳差热分析法、热分析办法等；降解物质分析可采纳气体色谱/质谱分析法、红外光谱法与凝胶分析办法等。

　　5结论

　　土工布越来越多地被用作公路、铁路、土木、水利等工程的材料。研究材料的老化性能可以预测材料的使用寿命，这对预测整个工程的稳定性与使用寿命具有十分大的意义。因此，老化问题的研究特别重要。通过对土工布老化性能的测试研究，认识与把握其老化规律，然后可以通过改性或后处理等办法提高土工布的抗老化性能。

　　目前土工布缺乏统一的国内老化试验标准与规程，为了加快土工布的进展与应用，应完快制定或修改采纳国外标准，形成我国的国家老化试验标准。