國內(nèi)外土工膜所用的原材料主要是聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)兩種。工程選料時,主要根據(jù)以下幾個方面來選定合適的土工膜:
①力學(xué)特性,上述兩種材料制成的土工膜的拉伸強度相差不大。由于土工膜只用于防滲而不作為加筋材料使用,故其拉伸強度不是選材的重要指標。但從另一方面來說,PVC膜因添加有塑化劑,使得其拉伸率比PE膜的大一些,柔性較好,與砂粒接觸時可使砂粒嵌入得更深一些而不破裂,從而增加二者之間的摩擦系數(shù)。因此,PVC膜與砂之間的摩擦系數(shù)明顯大于PE膜與砂之間的摩擦系數(shù),摩擦角平均至少大5o ~6o 。這是一個關(guān)鍵性的指標,會影響到膜與土體接觸面以及膜與其上保護層之間的抗滑穩(wěn)定性。增大PE膜摩擦性能的方法有三種:一是采用復(fù)合土工膜,因復(fù)合土工膜外層的土工織物與土料的摩擦系數(shù)較大,接近于PVC膜與土料的摩擦系數(shù)。二是對PE膜采用加糙措施,例如在土工膜的光滑表面上壓紋或噴涂加糙材料。三是改變水工建筑物的結(jié)構(gòu),如調(diào)整壩坡,加防滑槽或防滑檻等。另外,當PE膜的厚度從0.12mm增加到0.24mm時,其與粗砂的摩擦系數(shù)可以增加30%。
②可連接性。土工膜無論出廠時幅有多寬,在實際使用時仍需將其幅與幅之間連接起來,以成為一個整體的防滲膜體。一般PE膜只能用加熱熔合的方式連接,而PVC膜除此之外,還可以采用特殊的粘合劑進行粘接。薄型土工膜由于不能用熱焊方法連接而必須用粘接法連接,因此只能選用PVC膜。
③經(jīng)濟性。目前兩種材料的價格大體相當,一般均在1萬元/T左右,而PE膜的比重小于PVC膜的比重,所以同樣厚度的情況下每單位面積的價格PE膜要少一些。另外PVC膜出廠時的幅寬一般為1.5~2.0m,PE膜幅寬可達4~4.5m,相應(yīng)地PE膜的接縫數(shù)量就比PVC膜的要少,因而搭接的用量就少一些,現(xiàn)場接縫的工作量也少一些。
水力性能指標,主要為滲透系數(shù)或抗?jié)B強度,是土工膜很重要的水力特性指標,反映土工膜的抗?jié)B透能力。其滲透系數(shù)或抗?jié)B強度通過抗?jié)B強度試驗確定。
土工膜與介質(zhì)面相互作用性能指標,即土或混凝土面—土工膜界面的摩擦系數(shù),土工膜埋在土中,通過土—土工膜界面摩擦力傳遞土中應(yīng)力,形成連續(xù)穩(wěn)定的應(yīng)力場;土工膜鋪設(shè)在混凝土或瀝青面板上聯(lián)合防滲,兩種介質(zhì)間通過膠結(jié)粘合在一起,共同承擔(dān)防滲作用,通過界面摩擦力抗衡內(nèi)部孔隙水應(yīng)力,防止滑坡形成穩(wěn)定的復(fù)合壩面體。需通過試驗方法確定土工膜與界面間的摩擦系數(shù)。
土工膜的耐久性指標,影響聚合物土工膜耐久性的因素包括:熱、光、氧、臭氧、濕氣、大氣中的二氧化氮和二氧化硫、溶劑、低溫、酶和細菌、應(yīng)力和應(yīng)變等。土工膜的破壞可能由于:反聚合作用和分子斷裂使聚合物分解,從而使聚合物物理性能衰化和發(fā)生軟化;失去增塑劑和輔助成分,導(dǎo)致聚合物硬化變脆;薄膜遇液體發(fā)生膨脹或溶解而發(fā)生強度的衰減,滲透性增大;接縫不良或拉開。
土工膜是一種由高聚合物制成的透水性極小的土工合成材料。根據(jù)原材料不同,可分為聚合物和瀝青兩大類。為滿足不同強度和變形需要,又有不加筋和加筋的區(qū)別。聚合物膜在工廠制造,瀝青膜則大多在現(xiàn)場制造。
國內(nèi)外制造土工膜的基本材料大致可分為如下幾種:
(1)熱塑性材料:如聚氯乙烯(PVC)、耐油聚氯乙烯(PVC-OR)等;
(2)結(jié)晶熱塑性材料:如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)等;
(3)彈性材料:如二烯一異丁烯橡膠(IIR)、氯丁橡膠(CR)、環(huán)氧丙烷橡膠(CV)等;
(4)熱塑性彈性材料:如氯化聚乙烯(CPE)、氯磺聚乙烯(CSPE)、氯化聚乙烯熔合物(CPE-A)等;
(5)瀝青和樹脂:如瀝青、煤焦油瀝青、改性瀝青、環(huán)氧樹脂和丙烯樹脂等。