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腐蚀环境下HDPE膜搭接处的抗剪性能研究

发表时间：2020/7/13 来源：《新纪实》2020年第3期作者：徐川

[导读] 为研究腐蚀环境下HDPE膜搭接处抗剪切性能，本文采用模拟试验的方法，将采用两种常用搭接方式（SK胶搭接和热熔搭接）的HDPE膜置于腐蚀环境中进行腐蚀，再将腐蚀后的HDPE膜进行拉伸实验，得出其破坏点的荷载值和拉断伸长率。结果表明：经腐蚀后的接缝处抗剪承载能力较未经腐蚀的接缝处接缝承载能力下降超过30%，腐蚀后接缝处的伸长率也有所下降但均符合要求。

        西南科技大学四川绵阳 621000

        【摘要】为研究腐蚀环境下HDPE膜搭接处抗剪切性能，本文采用模拟试验的方法，将采用两种常用搭接方式（SK胶搭接和热熔搭接）的HDPE膜置于腐蚀环境中进行腐蚀，再将腐蚀后的HDPE膜进行拉伸实验，得出其破坏点的荷载值和拉断伸长率。结果表明：经腐蚀后的接缝处抗剪承载能力较未经腐蚀的接缝处接缝承载能力下降超过30%，腐蚀后接缝处的伸长率也有所下降但均符合要求。
        【关键词】HDPE膜；热熔搭接；SK热熔胶搭接；抗剪性能

        HDPE膜（又称作HDPE土工膜）因其具有良好的防渗性能、防潮性能、防腐蚀性能好等特点被广泛应用于油罐防渗、地下室防渗、工程防渗、化工防渗领域。此外，HDPE膜具有防撕裂性好、表面光滑、单卷面积大等优点[1]，因此易于铺设，且降低了施工难度。
        国内对HDPE膜自身耐腐蚀性能的研究已有很多，但是对其在腐蚀环境下搭接处的抗剪性能研究还是空白。本文通过对HDPE膜搭接处进行室内腐蚀试验和拉伸试验,然后得到经腐蚀后的接缝处的抗剪强度值和拉断伸长率，再将这些值与腐蚀后HDPE膜自身抗拉强度值和拉断伸长率进行对比，判断常用的两种搭接方式适不适合在腐蚀性环境中工作。
        一、试验研究
        （一）腐蚀试验
        1.试件的制作：根据《GB/T17638-2017土工合成材料接头/接缝条宽拉伸试验方法》中的要求，试件一侧的名义加持长度不得小于30mm，试件间的搭接长度不得小于100mm,夹具的间距不得小于100mm[2]。所以确定用于单片拉伸的HDPE膜尺寸为200mm×50mm,其中加持端为30mm，拉伸测试区为100～120(mm)；确定用于抗剪试验的HDPE膜尺寸为200mm×50mm,其中加持端为30mm，搭接区为100mm。
        2.试件的腐蚀：本实验是用YMX/Q-020型气流式室内加速腐蚀试验箱对所有进行加速腐蚀，相关参数参考“人造气氛腐蚀试验”（GBT10125-2012）相关条例。实验设置对照组和腐蚀组，每组包含单片的HDPE膜、热熔搭接的HDPE膜、SK胶搭接的HDPE膜共三种。腐蚀龄期分为1d、4d、8d、16d、32d共五个，对应实际使用年限为0.5a、2a、4a、8a、16a。
        （二）拉伸试验
        拉伸试验在室内常温下进行，事先用仪器的夹具加紧试件两端的加持区，确保试件拉伸测试区位于夹距中央，测量夹距长度并记录。用测厚仪测量中部及两端的厚度，取其平均值作为试件厚度，精度为0.1mm。将仪器的拉伸速度调到200±5mm/min。完成后，启动仪器拉伸试片，最后导出实验数据。

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        二、数据分析处理
        （一）单片HDPE膜
        各腐蚀龄期试件与未腐蚀试件相比，其承载能力与伸长率均有下降。其中各腐蚀龄期试件承载能力下降百分比为：1.7%、4.2%、10.0%、15.8%、29.1%。根据《高分子防水材料》(GB-18173.1-2006)与相关防渗材料材性指标相关规范，该材料在承载力不应小于1KN[3]。所以腐蚀龄期达到第四龄期以后，其承载力将不符合规范标准，易出现较大质量问题。
        （二）热熔搭接的HDPE膜
        与未腐蚀的试件相比，各腐蚀龄期的试件的抗剪切强度下降百分比为：5.4%、11.8%、15.1%、13.9%、30.1%。根据相关规范要求，该材料在承载力不应小于1KN。所以未腐蚀试件的抗剪强度就以不符合规范标准。此外，其伸长率下降比为：15.4%、16.3%、10、3%、21.0%、37.0%。其中第五龄期的伸长率为12.1%，小于规范规定的伸长率不小于15%，所以第五龄期后其伸长率不再满足要求。
        （三）SK胶搭接的HDPE膜
        根据试验结果可知，各腐蚀龄期试件抗剪强度下降的百分比为：9.1%、22.3%、44.6%、49.5%、57.0%。根据规范规定，该材料的承载能力不应低于1KN，所以在腐蚀达到第二龄期后，其抗剪强度将不满足要求。其伸长率下降比为：2.9%、11.3%、18.1%、14.2%、20.6%，其第五龄期的伸长率为16.2%，满足规范规定的不小于15%。
        三、试验研究总结
        采用热熔搭接的HDPE膜在正常环境下就已不满足受力要求，腐蚀环境下，其抗剪强度至少会下降30.1%，伸长率至少会下降37%（低于规范要求），下降幅在1/3左右，下降幅度度大，不适合在腐蚀环境中工作。
        采用SK胶搭接的HDPE膜在腐蚀环境下其抗剪强度至少会下降57%，伸长率至少会下降20.6%。
        HDPE膜在腐蚀环境下可使用的年限为8年，而其两种搭接方式下一个不满足要求，另一个的使用年限为2年。那么这两种搭接方式在腐蚀环境中必然会削弱HDPE膜的防渗性和耐久性。
        综上所述，目前采用的热熔搭接和SK胶搭接两种搭接方式不仅不适合在腐蚀环境下工作，而且还会降低整个HDPE膜防水层的防渗性和耐久性。所以，在石油化工等一些高盐、强腐蚀的环境中，不宜采用热熔搭接或SK胶搭接的HDPE膜来作为防渗层。

        参考文献：
        [1]马祥义.土工膜覆盖在生活垃圾卫生填埋场的应用研究[D].北京工业大学,2014.
        [2]《GB/T17638-2017土工合成材料接头/接缝条宽拉伸试验方法》.
        [3]《高分子防水材料》(GB-18173.1-2006).