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青岛土工布抗拉强度(tensile strength)

时间:2017-08-04 16:19   作者:青岛梦想材料 点击:
青岛土工布抗拉强度(tensile strength)
青岛土工布材料的工程应用中,加筋、隔离和减荷作用都直接利用了材料的抗拉能力,相应的工程设计中需要用到材料的抗拉强度。其他如滤层和护岸的应用也要求土工合成材料具有一定的抗拉强度,因此抗拉强度是土工合成材料最基本也是最重要的力学特性指标。
土工合成材料的抗拉强度是指试样在拉力机上拉伸至断裂的过程中,单位宽度所承受的最大拉力,单位为千牛/米( kN/m)。式中  T-抗拉强度(kN/m);
P。——拉伸过程中最大拉力(kN);
B-试样的初始宽度( mm)。
土工合成材料的伸长率是指试样长度的增加值与试样初始长度的比值,用百分数(%)表示。因为土工合成材料的断裂是一个逐渐发展的过程,故断裂时的伸长不易确定,一般用达到最大拉力时的伸长率表示,即式中  £——伸长率(%);
Lo -试样的初始长度(夹具间距)(mm);
L。——达最大拉力时的试样长度( mm)。
对土工合成材料抗拉强度和伸长率的影响因素主要有:原材料种类、结构型式、试样的宽度和拉伸速率。此外,因为土工合成材料的各向异性,沿不同方向拉伸也会获得不同的结果。
不同材料的合成纤维或纱线,它们的拉伸特性是不同的,由它们制成的织物也具有各异的拉伸特性,特别是有纺织物。无纺织物纤维的排列是随机的,拉伸特性主要取决于纤维之间加固或粘合的强度,而纤维本身的性质仅为次要的因素。
有纺织物的经纱(或扁丝)和纬纱,其粗细和单位长度内的根数,甚至材料都可能不同,从而导致经纬向的拉伸特性有一定的差别。至于无纺织物,根据铺网时交错的方式不同,经纬向强度也可能不一样。为反映土工织物的各向异性,一般要进行两个方向的拉伸试验,并分别给出沿经向和纬向的抗拉强度和伸长率。
拉伸试样的宽度一般取50mm,这是沿用纺织部门窄条试验的标准。拉伸时发现试样发生了横向收缩,但实际工程中土工织物常被埋在土、砂或石料之间,不会发生显著的横向收缩,所以窄条拉伸试验与实际情况不相符合。采用窄条试验时,无纺织物横向收缩很大,有时高达50%以上,测得的抗拉强度偏小;而有纺织物的横向收缩量很小,测得的结果要好一些。ISO/TC38/SC21土建纺织品分委员会于1987年3月在巴黎召开第二届国际会议,建议试样宽度以200mm为基础(如有必要可加宽到500mm),试样的长度(夹具间距离)为100mm。这是通过宽窄条试样的对比试验,发现200mm宽的试样横向收缩的影响较小。
拉伸速率的影响表现为速率越快,测得的抗拉强度越高。当速率由10mm/rrun增大至100mm/min时,其强度增加约10%。因此,许多国家建议适当减慢拉伸速率和加大试样宽度,使试验条件趋近于工程应用中的情况。我国水利部发布的《土工合成材料测试规程》(SUT235-1999)采用的拉伸速率为20mm/min。
目前我国常用的有纺扁丝织物(原材料为PP和PE)的抗拉强度在15•50kN/m,单位面积质量为400g/m2的无纺针刺织物(原材料多为聚酯)抗拉强度在10—20kN/m,单向土工格栅(原材料为HDPE)的抗拉强度在25•llOkN/m,双向土工格栅(原材料为PP)的抗拉强度在20。40kN/m,以上土工合成材料典型的拉伸过程曲线参见图3-4。
图3-4土工合成材料典型的拉伸试验过程
由图3-4可见,拉伸试验所得荷载一伸长曲线通常是非线性的,因此弹性模量也不是常数。根据不同拉伸曲线的特点,可以综合出三种计算拉伸模量的方法。
1)初始拉伸模量E.,如果曲线在初始阶段是线性的,则利用初始切线可以取得比较准确的模量值,如图3 - 5a所示,这种方法适用于大多数土工格栅和有纺织物。2)偏移拉伸模量E。,,当曲线的坡度在初始阶段很小,接着又近似于线性变化时,则取直线段的斜率作为织物的拉伸模量,见图3 - 5b。此法多用于无纺织物。有纺织物在很慢速率拉伸时也有类似的特征。
3)割线拉伸模量E一当拉伸曲线始终呈非线性变化时,则可考虑用割线法,即从坐标原点到曲线上某一点连一直线,直线的斜率作为相应于此点应变(伸长率)时的拉伸模量,如图3 - 5c所示。当该点对应应变为10%时,其模量用符号E。,。表示。有的规范建议取E。,。作为土工合成材料的设计依据。
对于土工织物的拉伸试验,曾提出了许多改进意见,为防止织物的横向收缩,采用平面应变拉伸装置,如图3-6所示。拉伸过程中,四根导杆在下夹具孔中自由滑动,间距不变,织物边缘用多个小轴承配合螺钉夹紧,随着织物伸长,轴承沿导杆滚动,从而限制住织物的横向收缩。当无纺织物无横向收缩时,拉伸模量增大,伸长率缩小,而测得的抗拉强度一般偏小。此外,为了模拟织物在土中有可能沿两个方向都受力的特点,还研制了双向拉伸试验机。所有这些试验方法都有各自的特点,多处于探讨阶段。但这些方法和土中织物受拉的边界条件仍相差甚远。许多试验表明,随着土工织物法向压力的增加,织物的拉伸模量增加很快,特别是无纺织物更为显著。例如采用图3-7所示装置,织物在土中的法向压力p。由砝码通过杠杆施加,拉伸荷载取砝码孔和量力环测读值T2的平均值,两根平行的测针固定在土中的织物上,并伸出盒外,分别测得盒外两边的两测针间距变化,取平均值,可以求得织物的伸长应变。改变法向压力p。的大小,分别测得:p。=O、75kPa、150kPa条件下,有纺织物和无纺织物的荷载一伸长关系如图3-8所示。P。使拉伸模量增大的原因在于,土工织物具有较疏松的结构,受力时,纤维沿拉伸方向排列并伸长,同时纤维之间相对滑动,使织物变薄,且横向收缩,无疑将使拉伸有效截面积减小。如在织物法向加以约束,将限制这种结构调整。同时,因土中垂直于织物平面的变形不均匀,织物不再是一个平面,而呈波浪形,引起织物纤维(或经纬纱)在不同方向的预拉伸,越过小伸长应变弹性模量较低的阶段。测得土中织物的抗拉强度与无法向约束条件的抗拉强度相比,也有显著提高。表3-2列出不同法向压力下抗拉强度提高的比值,其中无纺织物提高的比值更大。
为了获得实际工程所需要的拉伸特性指标,必须进一步研究土工织物在土中的拉伸特性。
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