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山东福锐德土工材料有限公司

经营范围包括单向塑料土工格栅、双向塑料土工格栅、玻纤格栅、经编涤纶格栅、钢塑...

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塑料土工格栅的蠕变受温度变化的影响吗
发布时间:2022-11-27        浏览次数:16        返回列表

  一、对塑料土工格栅进行20℃、10℃、0℃和-20℃的蠕变试验,得到不同温度条件下的蠕变曲线。对20℃蠕变已经趋于稳定后,进行10次-20℃至20℃的冻融循环试验,得到冻融循环对塑料土工格栅蠕变的影响规律。

       结论如下:

     (1)塑料土工格栅的蠕变受温度变化影响很大,蠕变值随环境温度降低而减小。

     (2)冻融循环对塑料土工格栅的蠕变性能有影响,在常温条件蠕变已经稳定时,冻融循环过程中具有升温阶段蠕变值增大,降温阶段蠕变值减小,并最终趋于稳定的规律。

     (3)根据低温蠕变及冻融循环条件下的蠕变规律,提出冻融循环影响因子DR的概念,并得到低温下蠕变影响系数

季节冻土地区的挡土墙,冬季墙后部分或全部填土处于冻结状态,对墙体产生水平冻胀力,在该力作用下会发生墙体倾覆、断裂、位移等破坏。试验研究发现,加筋可以起到削减水平冻胀力,减少工程冻害的目的[1]。塑料土工格栅是加筋土挡墙的理想加筋材料,优越的加筋效果得到了土木工程界的一致好评。聚烯烃蠕变受温度影响很大。塑料土工格栅高温条件下的蠕变试验前人已作了大量的工作,而寒冷地区的加筋土结构,冬季筋材处于负温工况,极限温度低于-20℃,而夏季土体温度可能达到 +20℃以上,在冻融循环作用下,塑料土工格栅的蠕变特性有何变化,设计值如何计算,需通过试验研究来探求。

      二、蠕变试验简介

      塑料土工格栅蠕变试验的测试参照(GB/T 17689-2008土工合成材料 塑料土工格栅)[3]和文献[4、5]的试验方法进行试验。

      1.试验仪器

      蠕变试验采用自制的蠕变测试仪测定,加载系统通过杠杆系统施加相应荷载。

      2.试验材料

      本次试验选择山东某厂生产的单向拉伸TGDG25型塑料土工格栅,其主要技术参数及力学参数测试结果:

      3.试样制备

      试样长度采用6个节点(5段),宽度采用5个节点(5条纵向肋条)。测量变形采用1000 mm大标距,用钢尺测量,精确到毫米,这样误差为0.1%。在两标距以外,标距线距夹具25 mm,以免夹持对变形产生影响。

      4.试样的夹持方法

上下夹具结构均为2块钢板,内设防滑槽,用螺栓拧紧,夹住试样。要求夹持均衡,不能产生加载后试样受力不均匀破坏现象,同时防止试样在钳口内打滑。夹具一端固定于底座上,另一端悬挂在杠杆加荷系统上。

       5 试验环境

      低温蠕变试验在低温试验室进行,温度控制范围:-35℃~+25℃。每次将3组试样装置于蠕变测试仪上,控制室内温度和湿度,不受阳光直射,避免紫外线照射老化。


       三、试验方案及试验过程

       1 试验方案

      (1) 蠕变试验

      本次蠕变测试中加荷水平分别为抗拉强度的20%、40%和60%。环境温度分别为20℃、10℃、0℃和-20℃。

      (2) 冻融循环对蠕变影响试验

      冻融循环对蠕变的影响试验,在分析前期试验结果的基础上,加荷水平分别取抗拉强度的5%、10%、20%。试验时首先在按20℃环境进行蠕变试验,待变形稳定后保持荷载不变,进行-20℃~20℃冻融循环条件下的蠕变试验,冻融循环次数为10次。

      2.调湿

      试验前试样置于湿度为65士2%,温度为20士2℃的试验室中保持24h。

      3.加荷和应变测量

      用砝码作为载荷,悬挂在杠杆系统上作为施加的拉伸荷载一次施加。

      试验过程中测读时间间距由小变大,分别测读0, 1min, 8min,12min,30min, 1h, 2h, 4h, 8h, 12h,24h的读数,以后每间隔24h测读一次至1000h,用试样标距间的伸长值除以试样原始长度,即为应变值。

      四、试验结果整理与分析

      1.塑料土工格栅不同温度下的蠕变曲线

      根据试验数据,将20℃、10℃、0℃和-20℃的蠕变曲线进行回归分析,得到各温度下按对数趋势外推的蠕变应变与时间的曲线绘于图1~图4。

      2.塑料土工格栅冻融循化条件下的蠕变规律

      首先在20℃环境进行蠕变试验,待变形稳定后保持20℃时的荷载不变,继续进行10次冻融循环条件下的蠕变试验,荷载水平分别为断裂荷载的5%、10%、20%。

      冻融循化条件下的蠕变曲线20℃时塑料土工格栅在较小荷载作用下,至193h各级荷载作用下的蠕变曲线均已稳定后开始降温,5%Pmax荷载的蠕变对冻融循环非常敏感,在首次降温阶段即出现收缩现象,两个冻融循环后变形趋于稳定,总应变值略增大。10%Pmax和20%Pmax荷载的蠕变对冻融循环反应迟缓,经过1次冻融循环后,在升温阶段均出现不同程度的变形增大,降温阶段变形减小的现象,最终稳定值均有增大。但是,再次稳定的时间与加荷大小有关,荷载大,稳定需要的时间长,荷载小则稳定需要的时间就短。可见,某一荷载作用下在常温条件蠕变已经稳定的情况下,受冻融循环的影响,仍然要产生进一步的蠕变变形,因此,设计、施工时必须予以考虑。

       五、低温下塑料土工格栅的设计取值

       塑料土工格栅的设计容许抗拉强度

       设计容许抗拉强度Ta应按下式计算[6]:

       1.式中:

       设计容许抗拉强度;

       铺设时机械破坏影响系数;

       材料蠕变影响系数;

       化学剂破坏影响系数;

       生物破坏影响系数;

       由加筋材料拉伸试验测得的极限抗拉强度。

       铺设时机械破坏影响系数、化学剂破坏影响系数、生物破坏影响系数按实际经验确定,本文不作研究;根据塑料土工格栅低温蠕变试验提出计算低温蠕变影响系数。

       塑料土工格栅低温蠕变影响系数的确定

       给出了蠕变影响系数的定义:

       (2)式中:

       由加筋材料拉伸试验测得的极限抗拉强度;

       长期蠕变强度,即在环境温度和设计使用年限下不发生破坏的最大强度。设计使用年限取75-100年,一般取106h(114年)。蠕变试验进行的时间较短,按数据回归分析的曲线(或直线)趋势外推试验数据至设计使用年限,见图1至图4。

根据统计误差分析,用外推法求设计使用年限的应变εl时,应乘以外推不确定因子[2]:

      (3)式中:

      设计使用年限的应变值;

      长期蠕变应变的外推值;

      外推的ln循环数,如小于1,取1。

      由于冻融循环对塑料土工格栅蠕变性能有影响,在常温条件蠕变已经稳定的情况下,冻融循环过程中有升温阶段蠕变值增大,降温阶段蠕变值减小的规律。因此,对长期蠕变应变的外推值εle,应除以冻融循环影响因子DR进行修正。

     (4)式中:

      冻融循环影响因子;

      ε — 20℃条件下某一荷载下的稳定应变值;

     △ε — 冻融循环引起的应变增量。

      20%Pmax对应的ε=1.3%,△ε=0.4%,则DR=1.308;10%Pmax对应的ε=0.5%,△ε=0.2%,则DR=1.400;5%Pmax对应的ε=0.2%,    △ε=0.1%,则DR=1.500。可见,荷载值越小,受冻融循环影响越大。由于时间关系,其它荷载下的冻融循环蠕变试验尚未做完,以下分析时DR值采用1。

       用下面的步骤说明怎样利用蠕变应变与时间的曲线求FcR:

       ① 从图1至图4量取设计使用年限(106h)的应变εle,用式(4)求εl;DR值由冻融循环条件下的蠕变试验求得。

       ② 由不同温度的蠕变试验的三个加荷水平和相应的εl值,绘制各个温度下设计使用年限的蠕变荷载与应变的曲线,参见图6至图9。

       ③ 根据蠕变应变的容许值(例如10%),从蠕变荷载和应变的曲线中查得长期蠕变强度Tl。

       ④ 用式(2)求某温度下的蠕变影响系数FcR。

       ⑤ 将各温度下蠕变影响系数FcR绘制成蠕变影响系数FcR与温度关系曲线。使用时,根据格栅工作的温度范围查图得相应的蠕变影响系数FcR。

       将蠕变影响系数FcR代入式(1)得塑料土工格栅低温条件下设计容许抗拉强度。

      六、结 论

      1.塑料土工格栅的蠕变受温度变化影响很大,蠕变值随环境温度降低而减小。

      2.冻融循环对塑料土工格栅的蠕变性能有影响,在常温条件蠕变已经稳定时,冻融循环过程中具有升温阶段蠕变值增大,降温阶段蠕变值减小,并最终趋于稳定的规律。

      3.根据低温蠕变及冻融循环条件下的蠕变规律,提出冻融循环影响因子DR的概念,并得到低温下蠕变影响系数FcR的计算方法。