戚晶磊

摘 要：本文針對目前鋼塑土工格柵測試中遇到的試樣難夾持、試樣易滑脫、試樣夾持段內(nèi)破壞、難得到極限強(qiáng)度等難題，通過對夾持的原理進(jìn)行分析，結(jié)合檢測經(jīng)驗(yàn)，提出兩種有效的檢測方法：纏繞夾具法和環(huán)氧樹脂法。并對兩種測試結(jié)果和理論極限拉伸強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出簡便易行且準(zhǔn)確的鋼塑土工格柵測試的方法。

關(guān)鍵詞：鋼塑土工格柵;測試標(biāo)準(zhǔn);夾持機(jī)理;纏繞夾具法;環(huán)氧樹脂法;極限拉伸強(qiáng)度

中圖分類號：TU41 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）07-0158-03

1 概述

鋼塑土工格柵是土工格柵中的一種高強(qiáng)度產(chǎn)品，它是以高強(qiáng)鋼絲（或其它纖維），經(jīng)過特殊處理，并添加其它的助劑與聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）材料復(fù)合，通過擠出成為表面有粗糙壓紋的復(fù)合型高強(qiáng)抗拉條帶，即為鋼塑加筋土工帶。然后將鋼塑加筋土工帶的縱、橫向，按一定間距編織或夾合排列，采用特殊強(qiáng)化粘接的熔焊技術(shù)（超聲焊接技術(shù)），焊接其交接點(diǎn)成型，即為鋼塑土工格柵，見圖1、圖2。在鋼塑土工格柵縱向和橫向肋條協(xié)調(diào)作用下，在低應(yīng)變下能產(chǎn)生極高的拉伸模量，充分發(fā)揮了格柵對土體的嵌鎖作用。鋼塑土工格柵是現(xiàn)有剛性材料（扁鋼帶、帶肋鋼帶、鍍鋅鋼帶、不銹鋼鋼帶、鋼筋混凝土帶等）和柔筋材料（聚丙烯條帶、塑料土工格柵、經(jīng)編格柵等）的綜合性材料。

與傳統(tǒng)塑料土工格柵相比，鋼塑土工格柵具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）鋼塑土工格柵的拉力由縱向、橫向編織的高強(qiáng)鋼絲承擔(dān)，鋼絲與外包裹層能協(xié)調(diào)作用，破壞伸長率低、強(qiáng)度高、變形小、蠕變小;

（2）鋼塑土工格柵耐腐蝕、壽命長;鋼塑土工格柵以聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）材料為保護(hù)層，再輔以各種助劑使其具有抗老化、抗氧化性能，可耐酸、堿、鹽等惡劣環(huán)境的腐蝕。因此，鋼塑土工格柵可以滿足各類永久性工程100年以上的使用需求，且性能優(yōu)，尺寸穩(wěn)定性好。

（3）通過生產(chǎn)過程中對塑料表面的處理，壓制有粗糙的花紋，以增強(qiáng)格柵表面的粗糙程度，提高鋼塑土工格柵與土體的摩擦系數(shù)。

（4）施工方便快捷、周期短、成本低;鋼塑土工格柵鋪設(shè)、搭接、定位容易且平整，避免了重疊交叉，可有效地縮短工程周期。

鋼塑土工格柵可廣泛地應(yīng)用于道路工程、鐵路工程、支擋結(jié)構(gòu)和堤壩工程、水利工程、隧道工程的加固與加強(qiáng);它對抗車轍、防止路面的開裂等，都具有顯著的保障效果及良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。

2 現(xiàn)行鋼塑土工格柵拉伸強(qiáng)度的測試方法

鋼塑土工格柵因其各項(xiàng)性能指標(biāo)均高于現(xiàn)行國標(biāo)GB/T 17689—2008《土工合成材料 塑料土工格柵》，同時其工作性狀并不等同于鋼塑土工加筋帶，目前并沒有針對性的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和測試標(biāo)準(zhǔn)。

鋼塑土工格柵的拉伸強(qiáng)度和伸長率的測定一般參照GB/T 17689—2008《土工合成材料 塑料土工格柵》、SL 235-2012《土工合成材料測試規(guī)程 土工格柵拉伸試驗(yàn)》以及JTG E50-2006《公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程 條帶拉伸試驗(yàn)》。但標(biāo)準(zhǔn)中未對鋼塑格柵的夾持方式進(jìn)行有效說明，實(shí)際測試中易出現(xiàn)試樣難夾持、試樣易滑脫、試樣夾持段內(nèi)破壞、難得到極限拉伸強(qiáng)度等問題。鋼塑土工格柵的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)可以參照J(rèn)T/T 517-2004《公路土工合成材料 土工加筋帶》，見表1。

3 常規(guī)拉力試驗(yàn)機(jī)的夾具特性

拉力試驗(yàn)機(jī)的夾具一般有平面摩擦型夾具和凹凸咬合型夾具。平面摩擦型夾具依靠夾具夾緊后的平面摩擦力對試樣進(jìn)行固定，適用于剛度大或脆性的材料。試驗(yàn)中如出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，需對夾持面進(jìn)行增加摩擦力的處理，脆性材料在試驗(yàn)中如出現(xiàn)夾持段內(nèi)破壞，需對夾持處增加襯墊進(jìn)行保護(hù)。凹凸咬合型夾具的夾持力大，在拉伸過程中不易發(fā)生試樣從夾具中滑脫的現(xiàn)象，適用于柔性的高強(qiáng)材料。

鋼塑土工格柵強(qiáng)度很大，單肋強(qiáng)度可以達(dá)到30kN以上，對于鋼塑土工格柵這種強(qiáng)度很高且具有一定剛性的材料需要很高的夾持力。由于鋼塑土工格柵采用的是內(nèi)部鋼絲與外部包裹層（聚乙烯或聚丙烯）復(fù)合的特性，在測試過程中平面摩擦型夾具容易發(fā)生內(nèi)部鋼絲與外部包裹層出現(xiàn)滑脫的情況。咬合型夾具可以滿足夾持要求而不發(fā)生內(nèi)部鋼絲與外部包裹層的滑脫，但夾具的凹凸夾齒與條帶之間的咬合處承受很大的集中應(yīng)力，使得鋼絲未達(dá)到極限強(qiáng)度時，就在咬合處發(fā)生斷裂。

4 拉力試驗(yàn)機(jī)的夾持機(jī)理

夾持的機(jī)理類似于鋼筋與混凝土的錨固原理，在試樣兩側(cè)施加一定的法向壓力，通過夾具與試樣間的摩擦力或咬合力固定試樣，當(dāng)試樣受拉時，夾具下端試樣拉應(yīng)力最先達(dá)到最大值，然后逐漸沿夾持段往上逐漸減小，試樣應(yīng)力分布如圖3所示：

5 改進(jìn)型測試方法

如果要測得試樣的極限拉伸強(qiáng)度，就需要保證試樣內(nèi)部鋼絲與外部包裹層不出現(xiàn)滑動的同時，不削弱試樣自身的強(qiáng)度，也就是必須使試樣在夾持影響段外斷裂。由于平面摩擦型夾具在夾持拉伸過程中試樣內(nèi)部鋼絲與外部包裹層會出現(xiàn)滑動，而凹凸咬合型夾具易在試樣與夾齒咬合處產(chǎn)生應(yīng)力集中，很大程度上削弱了材料的拉伸強(qiáng)度，所以需要尋找一種更合理的夾持方式。

根據(jù)夾具夾持原理，只要能使夾具夾持末端試樣應(yīng)力達(dá)到σmax（試樣極限拉伸強(qiáng)度），夾持段內(nèi)應(yīng)力均小于σmax，試樣就不會在夾持段內(nèi)破壞。要使試樣能夠達(dá)到極限拉伸強(qiáng)度σmax，可以通過：①增加夾持面長度;②增加試樣內(nèi)部鋼絲與夾持面之間的摩擦力，避免只夾持試樣外部包裹層而造成內(nèi)部鋼絲的滑脫。我們經(jīng)過多次的嘗試和分析對比，總結(jié)兩種有效的處理方法：①纏繞夾具法;②環(huán)氧樹脂法。

5.1纏繞夾具法

纏繞夾具法的基本原理類似于延長夾具，將鋼塑土工格柵垂直于受拉肋條方向的焊接肋條，小心地剝離，盡量保證受拉肋條表層的完整，然后將肋條兩端分別在特制的夾具上，按一定方式纏繞固定。通過肋條與肋條之間、肋條與支承軸之間的摩擦力，以及肋條末端產(chǎn)生的自鎖，將試樣錨固。試樣纏繞之后，摩擦面大大增加，同時通過一定的纏繞方式，試樣末端可以形成自鎖，極大地增加了錨固力。這樣處理之后，夾持力得到了很大的提高，同時夾持段內(nèi)應(yīng)力分布較為均勻，很大程度上減小了應(yīng)力集中，避免了格柵未達(dá)到極限峰值力時就在夾持段內(nèi)斷裂，見圖3。

5.2環(huán)氧樹脂法

環(huán)氧樹脂法是通過第二種方式即增加試樣內(nèi)部鋼絲與夾持面之間的摩擦力，避免只夾持試樣外部包裹層而造成的滑脫。方法是將肋條兩端靠中間一定長度內(nèi)的表面剝離，保持鋼絲原有排列。然后將鋼絲置入特制模具內(nèi)，倒入按一定比例配好的環(huán)氧樹脂，放置一段時間，讓其與鋼絲粘結(jié)固化。最后用平面摩擦型夾具夾持住肋條兩端環(huán)氧樹脂段，拉伸至破壞。這種方法是用摩擦系數(shù)較大且具有一定柔度的環(huán)氧樹脂替換掉原有摩擦系數(shù)較小的外部包裹層。由于環(huán)氧樹脂本身固化過程中，與鋼絲表面產(chǎn)生的化學(xué)粘結(jié)力，同時產(chǎn)生較大的握裹力，也一定程度增加了環(huán)氧樹脂與鋼絲之間的摩擦力，從而避免拉伸過程中鋼絲與環(huán)氧樹脂發(fā)生滑脫。

6改進(jìn)型測試方法的測試結(jié)果

由于在實(shí)際的使用過程中以及測試過程中鋼塑土工格柵內(nèi)的鋼絲束不可能同時拉斷，所以實(shí)際測得的鋼塑土工格柵單肋的強(qiáng)度要小于每根鋼絲斷裂強(qiáng)度的總和（理論強(qiáng)度值）?，F(xiàn)選取單肋強(qiáng)度為7kN、12kN、30kN三種不同規(guī)格的鋼塑土工格柵，每一種規(guī)格取五條單肋，每條單肋分為3段，分別測量單絲強(qiáng)度、纏繞夾具法單肋強(qiáng)度、環(huán)氧樹脂法單肋強(qiáng)度。將鋼塑土工格柵單肋鋼絲的平均強(qiáng)度和兩種不同處理方法所測得單肋強(qiáng)度比較，見表2。

7結(jié)語

由以上數(shù)據(jù)對比表可以得出以下結(jié)論：

（1）對于各種規(guī)格的鋼塑土工格柵，纏繞夾具法和環(huán)氧樹脂法均能達(dá)到理論值的90%以上，尤其是對于單肋強(qiáng)度低的規(guī)格均接近95%。

（2）兩種方法測得的斷裂伸長率均比單根鋼絲的斷裂伸長率略大。

（3）對于規(guī)格為7kN和規(guī)格為12kN的鋼塑土工格柵，兩種測試方法所得結(jié)果較為接近，但規(guī)格為30kN的鋼塑土工格柵，環(huán)氧樹脂法測試結(jié)果更好，纏繞夾具法測試結(jié)果與理論值相差較遠(yuǎn)。

由試驗(yàn)證明，纏繞夾具法和環(huán)氧樹脂法在鋼塑土工格柵拉伸強(qiáng)度測試中均能在保證試樣內(nèi)部鋼絲與外部包裹層不出現(xiàn)滑動的同時，不削弱試樣自身的強(qiáng)度，準(zhǔn)確測得極限拉伸強(qiáng)度值?？紤]到環(huán)氧樹脂法需要等待環(huán)氧樹脂固化，測試周期比較長，而纏繞夾具法測試操作簡便且效率高，因此在測試強(qiáng)度較低的鋼塑土工格柵時可以優(yōu)先采用纏繞夾具法，測試強(qiáng)度較高的鋼塑土工格柵時可以采用環(huán)氧樹脂法。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 17689—2008，《土工合成材料 塑料土工格柵》[S].

[2] SL 235-2012，《土工合成材料測試規(guī)程 土工格柵拉伸試驗(yàn)》[S].

[3] JTG E50-2006，《公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程 條帶拉伸試驗(yàn)》[S].

[4] JT/T 517-2004，《公路土工合成材料 土工加筋帶》[S].