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(1. 同濟大學地下建筑與工程系；2.同濟大學巖土工程與地下結(jié)構(gòu)教育部重點實驗室，上海 200092)

0 引 言

土工合成材料是指工程建設中應用的與土、巖石或其它材料接觸的聚合物材料(含天然的)的總稱，包括土工織物、土工膜、土工復合材料、土工特種材料等。與傳統(tǒng)的巖土工程材料相比，其具有質(zhì)量輕、運輸方便、價格低廉、來源豐富等優(yōu)點；同時，它還具有防滲、防濾、排水、防護、隔離及加筋等多種功能，因而被廣泛應用于水利、公路、鐵路、港口等多個領(lǐng)域。

近年來，當國內(nèi)土工合成材料企業(yè)走出國門，或當國外建設工程采用我國的土工合成材料時，常常會遇到產(chǎn)品及其各項指標無法被完全接受的問題，其中一個重要原因是我國的產(chǎn)品檢測體系和標準與國外標準存在差異，在國際上的認可度仍有待提升，因此開展國內(nèi)檢測標準與國際標準之間的差異性比較顯得尤為重要。通過對比國內(nèi)外常見的土工合成材料測試標準，及其在構(gòu)成、內(nèi)容以及技術(shù)指標參數(shù)等方面存在的差異，分析了這些差異對材料性能檢測結(jié)果可能存在的影響。將為推動國內(nèi)標準規(guī)范的國際化進程及我國土工合成材料企業(yè)“走出去”提供一定的支持。

1 國內(nèi)外土工合成材料檢測標準現(xiàn)狀

在實際工程應用中，由于工程地質(zhì)條件、功能特性選擇以及工程結(jié)構(gòu)設計等因素的不同，土工合成材料的種類選擇和性能要求往往不同，因此，設計及施工單位為了選擇和應用合理的土工合成材料，必須了解產(chǎn)品性能。針對同一種產(chǎn)品，其加工工藝及制造流程的不同往往導致其性能存在較大差異，故除生產(chǎn)廠家須提供某些特定指標外，還必須通過必要的測試來獲得其他性能參數(shù)。

1.1 國外土工合成材料檢測標準

國外許多國家為規(guī)范和發(fā)展本國的土工合成材料產(chǎn)業(yè)，相繼頒布實施了相應的測試標準和應用技術(shù)規(guī)程，如美國ASTM、FHWA標準，英國BS標準，日本JIS標準，德國DIN標準，法國NF標準，歐洲EN標準以及國際標準化協(xié)會的ISO標準。然而，不同國家、地區(qū)和行業(yè)推行的測試標準在適用范圍、儀器設備、檢測方法、測試指標等方面存在一定差異。目前，ISO標準和美國ASTM標準在國際上受到較大認可，許多國家及地區(qū)在制定標準的過程中都有所引用和參考。原中國國家標準《土工合成材料應用技術(shù)規(guī)范》(GB 50290-98)在多項測試試驗中參考了ISO標準的相關(guān)內(nèi)容。另外，美國材料與試驗學會(ASTM)編制的標準內(nèi)容也被包括我國在內(nèi)的許多國家規(guī)范引用或參考，如我國的《土工合成材料測試規(guī)程》(SL/T235-2012)。

由于ISO標準及ASTM標準兩大體系自成一體，其在某種程度上也影響了我國不同測試標準之間的一致性。以等效孔徑試驗為例，從表1可以發(fā)現(xiàn)國外兩大測試標準在試驗方法、適用對象等內(nèi)容的規(guī)定上存在較大差異，而國內(nèi)規(guī)范雖然在測試內(nèi)容上與國外兩大測試規(guī)范相似但又存在差異，同時國內(nèi)不同行業(yè)間的測試標準在試驗方法、試驗材料選擇、標準的適用對象等規(guī)定上也出現(xiàn)了分歧。

表1 土工織物表觀孔徑測試方法對比

1.2 我國土工合成材料的標準體系

在我國，土工合成材料于上世紀80年代初正式投入生產(chǎn)和使用。98年洪水之后，在國家重視及有關(guān)部門的指導下，各種規(guī)范、規(guī)程以及應用技術(shù)應運而生。目前發(fā)布的標準可歸納為三大類：

(1)應用技術(shù)規(guī)范：該規(guī)范由相關(guān)工程標準部門編制，包含材料在工程中的設計與施工標準。主要以《土工合成材料應用技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50290-2014)、《公路土工合成材料應用技術(shù)規(guī)范》(JTG/T D32-2012)、《水運工程土工合成材料應用技術(shù)規(guī)范》(JTJ 239-2005)和《水利水電工程土工合成材料應用技術(shù)規(guī)范》(SL/T 225-98)為代表。

(2)產(chǎn)品標準：包含各種土工合成材料的結(jié)構(gòu)、規(guī)格、質(zhì)量、代號、制定技術(shù)和試驗測試方法等。

(3)測試方法標準：除國家統(tǒng)一的測試標準外，水利部和交通部分別編制了《土工合成材料測試規(guī)程》(SL/T235-2012)和《公路土工合成材料試驗規(guī)程》(JTG E 50-2006)。測試標準的內(nèi)容也較為豐富齊全，涵蓋了土工合成材料物理性能指標、力學性能指標、水力性能指標、耐久性能指標以及不同介質(zhì)間相互作用指標等方面的測試項目。

2 國內(nèi)外測試標準的比較分析

目前，土工合成材料生產(chǎn)所涉及的行業(yè)越來越多，涉及的品種由于行業(yè)條塊的分割，體系側(cè)重的不同，使得各個國家地區(qū)及行業(yè)間得測試標準存在差異，且難以統(tǒng)一。

2.1 測試標準的構(gòu)成

國內(nèi)測試規(guī)范因行業(yè)分工不同，主要可分為公路試驗規(guī)程和水利測試規(guī)程。兩大行業(yè)間的規(guī)范內(nèi)容交叉重疊，在兼顧行業(yè)特色的情況下，各有側(cè)重。在測試項目組成方面，選取了國內(nèi)外常見測試標準進行比較分析(見表2)，發(fā)現(xiàn)存在如下差異： (1)規(guī)范集成度不同：中國測試規(guī)范的體系性較強，集成度高，如SL 235-2012單本編制成冊。而ISO標準和ASTM標準等國外規(guī)范，常常以單個測試項目制定標準，單獨成章。例如，ASTM標準除規(guī)定了土工合成材料的名詞術(shù)語標準(D4439)外，單獨制定了模塊與筋材連接強度的測定標準(D6638)；ISO標準中，單獨規(guī)定了材料施工過程損傷評價的測試標準(10722)等。

(2)規(guī)范組成詳略不同：國內(nèi)外規(guī)范在土工合成材料測試的項目上，除包含基本的性能指標測試試驗外，國外測試規(guī)范所涵蓋的內(nèi)容更加全面。如所列水利性能指標中，ASTM規(guī)范內(nèi)容豐富，除常規(guī)測試項目外，還涉及了我國GB標準沒有的透光率和水土保留率等測試項目。此外，我國的規(guī)范在學習和參考國外標準后，在原有基礎上對測試項目進行了修訂和補充。如水利標準SL 235-98參考了ASTM標準，修訂發(fā)布的土工合成材料膨潤土墊(GCL)測試方法。

(3)國內(nèi)規(guī)范引用對象不同：交通部和水利部在結(jié)合自身行業(yè)特點的基礎上，為最大限度地實現(xiàn)與國際標準接軌，在規(guī)范的編寫修訂過程中參考和引用了不同的國際標準。公路規(guī)程和國家標準相似，主要參考和引用了ISO標準，而水利規(guī)范則主要參考ASTM標準。在試驗方法的選取中，國內(nèi)規(guī)范也在引進先進技術(shù)的同時做了很大改善，做到盡量兼顧不同材料，涵蓋主要種類，避免過于繁雜。

表2 幾種土工材料測試標準組成比較

2.2 測試標準的內(nèi)容

國內(nèi)外測試標準在內(nèi)容的獨立性上還存在差異，我國標準的獨立性較強，內(nèi)容劃分明確。例如SL 235-2012、JTGE50-2006等測試標準，測試人員可依照單本規(guī)范開展試驗而不需引用其他規(guī)范。美國ASTM標準雖然也可依據(jù)單本規(guī)范進行試驗，但仍需其他規(guī)范進行補充并且它的標準內(nèi)容分類不是很明確。在標準內(nèi)容的涵蓋范圍方面，國外測試標準除室內(nèi)試驗外還包括了部分現(xiàn)場試驗標準。以ASTM為例，GCL鋪設方法導則(D6102)、土工膜與貫穿物和結(jié)構(gòu)物機械連接導則(D6497)等涉及了現(xiàn)場施工方法；用真空罐法評價土工膜焊接縫(D5641)、化學熔接法土工膜連接完整性檢測(D6214)等涉及了施工質(zhì)量檢驗手段。此外，國外測試標準內(nèi)容更新速度較快，新材料的誕生催生了對應的室內(nèi)測試方法，如草皮加筋墊(turf reinforcement mat)短期受壓性能測試方法(D6454)、瀝青土工膜(BGM)拉伸性能測試方法(D7275)等。同時，國外還包括一些有關(guān)試驗選擇導則和管理方面的導則。如瀝青土工膜試驗方法選擇導則(D6455)、土工合成材料耐久性評價方法選擇導則(D5819)等。

2.3 材料測試的技術(shù)要求

土工合成材料的測試結(jié)果受很多因素的影響，包括試樣的大小、試驗的環(huán)境和設備、荷載的大小以及加載速率的快慢等等。不同的試驗條件以及試驗參數(shù)都會造成測試結(jié)果的差異。國內(nèi)外不同測試標準在這些影響因素的規(guī)定上也有所不同。本文以厚度測試試驗、條帶拉伸試驗、滲透性能試驗等為例，就國內(nèi)外常見測試標準在試驗參數(shù)上的差異進行了比較分析。

土工織物的厚度是指土工織物在承受一定壓力時，正反面之間的距離。產(chǎn)品的厚度對其力學性能和水利性能有很大的影響。目前，國內(nèi)外有關(guān)土工織物及其有關(guān)產(chǎn)品厚度測試標準的參數(shù)基本一致(見表3)，在考慮試驗設備的前提下均將壓腳面積參數(shù)定為2500mm2。而在儀器加壓和作用持續(xù)時間參數(shù)選取上，ASTM標準采用低壓和低持續(xù)時間的測試手段，規(guī)定施加的壓力和作用持續(xù)時間分別為2kPa和5s，而NF標準則規(guī)定加壓時間為60s。

表3 國內(nèi)外標準土工織物厚度測試主要參數(shù)比較

土工合成材料的拉伸強度和最大負荷下伸長率是各項工程設計中最基本的技術(shù)指標。測定土工織物拉伸性能的試驗方法主要有寬條法和窄條法(見表4)，由于窄條試樣在拉伸過程中有明顯的頸縮現(xiàn)象，使得拉伸強度和伸長率不能真實反映樣品的實際情況。采用寬條試樣和較慢的拉伸速率，可以較為有效的降低橫向收縮，使得測試結(jié)果與實際更加符合。因此國內(nèi)外在條帶拉伸試驗中均采用寬條法，在拉伸速率方面則存在些許差異。

表4 國內(nèi)外標準寬條拉伸試驗主要參數(shù)對比

土工織物用作反濾材料時，流水的方向垂直于土工織物的平面，此時要求土工織物既能阻止土顆粒隨水流失，又要求它具有一定的透水性。國內(nèi)外關(guān)于土工織物垂直滲透性能的標準很多(見表5)，其中ISO標準和ASTM標準測定的方法包括了恒水頭法和降水頭法，而國內(nèi)所有標準均采用恒水頭法。在滲透性能試驗采用的指標中，各個規(guī)范的選取上也存在差異，國外主要使用流速指數(shù)(VI50)和滲透系數(shù)，而國內(nèi)測試標準在它們基礎上還采用滲透系數(shù)、透水率以及壓差指數(shù)等評定指標。這在與國外交流時造成了一定的困難。

表5 國內(nèi)外標準滲透性能試驗主要參數(shù)對比

3 結(jié) 語

不同國家、地區(qū)及行業(yè)間存在的有關(guān)土工合成材料的現(xiàn)行測試標準較多，無論國內(nèi)還是國外尚無完全統(tǒng)一公認的技術(shù)規(guī)范和試驗方法。我國國家測試標準及行業(yè)測試標準參考引用的對象主要為國際化標準ISO及ASTM標準，而這兩大標準各自成一體，在某種程度上也間接造成了國內(nèi)測試規(guī)范間的差異性。在測試標準組成方面，國內(nèi)外標準集成度和詳細度不同，國內(nèi)規(guī)范集成度較國外高，國外規(guī)范涵蓋范圍較國內(nèi)詳細。另外，國內(nèi)外測試標準在內(nèi)容的獨立性上還存在差異，中國規(guī)范獨立性較強，內(nèi)容劃分明確。國內(nèi)外不同測試標準在這些影響因素的規(guī)定上也有所不同。

基于國內(nèi)外測試標準存在的異同，國內(nèi)土工合成材料測試標準在修訂時應考慮測試方法、試驗條件以及評價指標等方面的統(tǒng)一，以便于測試結(jié)果的交流與比較。針對各標準存在的差異，宜通過試驗定量比較這些差異對試驗結(jié)果的影響程度。同時，建議涉外工程在開展材料測試時，宜根據(jù)工程所在的國家或地區(qū)選擇相應的國際標準，并結(jié)合涉外經(jīng)驗對國內(nèi)測試標準的修訂提出建議，不斷完善國內(nèi)測試方法和推動國內(nèi)規(guī)范的國際化進程。