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土工合成材料孔径

时间:2017-08-04 16:10   作者:青岛梦想材料 点击:
土工合成材料孔径(pore sitz)
1.孔径的定义
土工合成材料的透水性、导水性和保持土粒的性能都与其孔隙通道的大小和数量有关,土工织物孑L隙的大小通常以孔径(符号0)代表,单位为mm。土工织物的孔径是很不均匀的,不但不同规格的产品其孔径各不相同,而且同一种织物中也存在着大小不等的孑L隙通道。同时孔隙的大小随织物承受的压力而变化,因而孔隙只是一个人为规定的反映织物通道大小的代表性指标。现已提出的一些表示孔径的方法有:有效孔径0。( Effective Pore Size),其含义是有效地反映织物的滤层性质,亦即阻止土颗粒通过的粒径;1972年Calhaun提出等效孔径(Equivalent Opening Size),简称EOS,其含义相当于织物的表观最大孔径,也是能通过的土颗粒的最大粒径,这与美国陆军工程师团提出表观孔径( ApparentOpening Size),简称AOS -致。不同的标准对EOS(或AOS)的规定有所差别,例如美国ASTM取0够为EOS,即用已知粒径的玻璃微珠在土工织物上过筛,如果仅有5%(质量分数)的颗粒通过织物,则该粒径即为095。
2.测试方法的选择
测定土工合成材料孔径的方法有直接法和间接法两种。直接法有显微镜测读和投影放大测读法,间接法包括干筛法、湿筛法、动力水筛法、水银压入法和渗透法等。其中对干筛法已积累了较多的经验,且操作简便,可以利用土工试验室已有的仪器设备,在确定EOS时,一般误差在允许范围内,故虽然还存在一些问题,仍被广泛采用。它既适用于无纺织物,也可用于有纺织物。对孔隙尺寸较大的土工合成材料,如有纺织物和土工网,当孔隙形状比较规则时,可以考虑采用显微镜测读法,该法直观、可靠,直接给出孔隙的数量和大小,然而测读的范围较小(一般取25.4mm×25.4mm的试样),故代表性较差,且工作量大(一平方英寸范围内约有200个孔)。
(1)干筛法用土工合成材料(例如织物)试样作为筛布,将预先率定出粒径的硅砂放在筛布上振筛,称量通过筛布的硅砂的质量,计算出截留在织物内部和上部砂的质量占砂粒总投放量的百分比(筛余率)。取不同粒径的硅砂进行试验,测得相应的筛余率,绘制出筛余率与粒径(对数坐标)的关系曲线,如图3 -1所示。根据曲线可以判断孔径的分布情况,曲线上纵坐标95%的点对应的横坐标即为095。从曲线上还可查得其他特征孔径,例如090或050,以便应用于不同的滤层设计准则。
试验前,必须对硅砂粒径进行率定,即用筛分法将硅砂分成不同的粒组,例如,0.06。0.075mm,0.075一0.09mm等。所谓粒径系指每个粒组界限粒径的平均值。
粒径/mm图3-1孔径分布曲线
试验中,每次投放一种粒径的硅砂50g,振筛时间为10rnin,采用的标准分析筛,外径为200mm。用下式计算筛余率,即未通过的质量百分率
R:Mt MM9 x1000/o    (3 - 6)
一  M.式中  M.——某粒径硅砂的投放量(g) ;
肘,——筛析后通过织物的硅砂质量(g)。
用另一种粒径的硅砂重复上述步骤。取得不少于3。4级连续分布的粒径的筛余率后即可在半对数坐标系上绘制孔径分布曲线。
干筛中不采用玻璃微珠的原因是它的静电吸附现象很明显,即当采用较小粒径(例如小于0.07mm)的微珠时,由于振筛引起颗粒间的相互摩擦,产生静电吸附,测得的M。反而比较大粒径的小。硅砂的静电吸附现象不明显,且价格低,故采用硅砂。
在振筛时间规定后,驱使硅砂通过织物的能量还与振筛机的频率、振幅有关,由于振筛机的型号和技术特性各不相同,很难给出统一规定,还需要进一步徽对比研究工作。
粒径/mm图3-2孔径累积频率曲线(2)显微镜直接测读法该法用具有两个坐标读数的显微镜直接测读有纺妒各孔经纬纤维之间的缝宽菇和',,则孔的面积近似为缈,然后换算成等面黪圃钧直径作为孔径,即D=,丌。以孔径的对数值为横坐标,以小于某孔鲢的孔数占测读总孔数的百分比(累积频率)为纵坐标,绘制孔径累积频率曲如图3—2。该曲线反映了织物孔径的分布情况。曲线上纵坐标为95%的点横坐标即为等效孔径D,,,单位为mm。与该法原理相同的有投影测读法。将拍摄后投影放大一定倍数,直接在投影上量测缝宽戈和,,,然后缩小相同倍算。
(3)湿筛法和动力水筛法这两种方法可以消除振筛时的静电吸附现象。湿与于筛法基本相似,只是在筛分过程中把水喷洒在织物试样和标准砂上,最测通过试样的烘干砂粒的质量肘。。动力水筛法是靠水在织物中流动的渗透动砂粒通过织物。在试验中水流不断地反复流动,但以某方向为主,参见图。四个过滤框保持铅垂状态随着主轴旋转,不断浸入水中,再离开水面。共延续20h以上,经过2000次水上、水下循环,测定通过织物集于水槽中的砂粒质量肘。。动力水筛法的优点是试验条件比较接近于织物滤层的实际工作条件,缺点是需时太长,且操作复杂。
(4)其他测量方法  水银压入法是利用许多材料对水银的斥力大于吸力,对细微通道不加压力不能进入的特点,利用Washburn方程就可以求得孔径式中  r-孔隙半径,单位为ACIA=
10 -7 mm;
p-加于水银的压力,单位是at  (lat= 98066Pa)。

这种方法已广泛地用于测有孔材料的孔径大小,当然也可应用于测定±工织物孔隙的大小。但是由于织物纤维的柔性和孔隙的易变性,测量结果往往不尽可靠。
        渗透法是利用无粘性土平均粒径与渗透系数之间的经验公式,通过测定织物的渗透系数和孔隙率反求一个所谓的平均孔隙直径。但在滤层设计中,只知道平均孔径往往是不够的,并且织物的渗透系数和孔隙率的测定都有较大的误差,因此渗透法还没有得到广泛的应用。
        应力对织物孔径有很大影响。当织物受到沿织物平面的拉力或法向压力作用时,织物的孔径将会发生变化。目前尚无较好的方法测定应力对孔径的影响,一种间接的方法是根据织物厚度的变化推求孔径的变化,但在现阶段仍采用无压情况下测得的孔径作为土工织物滤层设计的依据,并根据大量工程中受压织物滤层运用的经验去建立相应的准则。
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