功能梯度材料研究現狀及應用（新型土工格室材料研究獲進展）

2023-10-05 08:40:03 1

土工格室是一種三維蜂窩立體結構狀土工合成材料，土工格室在加固路面基層、軟基處理、加筋擋牆等工程中應用廣泛。目前，商用土工格室原材料多為高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）和聚酯（PET）。三者各有利弊，HDPE和PP材料的抗拉及抗蠕變性能較差，PET材料耐鹼性差、易水解，適用性受限。國內外研究均研發出不同的節點形式，用以改進土工格室。然而，在服役狀態下，格室片材的長期變形是決定工程服役年限的關鍵性因素。

為提高土工格室片材的抗拉及抗蠕變性能，中國科學院武漢巖土力學研究所路基工程學科方向組對HDPE原材料進行改性實驗，通過添加工程塑料和相容劑，使用雙螺杆擠出機製作格室片材，研發出聚合物共混型土工格室（PBG）。在研發過程中，研究使用SEM對聚合物的相容性進行分析，篩選出三種最佳配比。將PBG與HDPE土工格室進行抗拉及抗蠕變測試，其中，蠕變實驗採用ASTM D6992的等溫階梯法（SIM），實現了對格室片的加速蠕變實驗，預測材料壽命至50年以上。實驗結果表明，這種新型土工格室材料的抗拉性能和抗蠕變性能顯著增強，而其成本僅提高10%~20%。在工程應用中，可根據工程等級選擇合適的聚合物配比，顯著提高加筋土結構的強度及穩定性，延長其服役年限。

相關研究成果發表在Geotextiles and Geomembranes上。研究工作得到國家自然科學基金的資助。

圖1.新型土工格室片材掃描電鏡圖

圖2.新型土工格室片材與高密度聚乙烯抗拉性能對比

圖3.40%荷載水平下SIM蠕變曲線

圖4.40%荷載水平下蠕變主曲線

來源：中國科學院武漢巖土力學研究所