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功能梯度材料研究現狀及應用

生活 更新时间:2025-02-08 16:38:48

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材料耐堿性差、易水解,适用性受限。國内外研究均研發出不同的節點形式,用以改進土工格室。然而,在服役狀态下,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,中國科學院武漢岩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,使用雙螺杆擠出機制作格室片材,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。将PBG與HDPE土工格室進行抗拉及抗蠕變測試,其中,蠕變實驗采用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适的聚合物配比,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。

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)1

圖1.新型土工格室片材掃描電鏡圖

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)2

圖2.新型土工格室片材與高密度聚乙烯抗拉性能對比

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)3

圖3.40%荷載水平下SIM蠕變曲線

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)4

圖4.40%荷載水平下蠕變主曲線

來源:中國科學院武漢岩土力學研究所

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