土工合成材料寬條拉伸試驗方法

 

GB/T 15788和ISO 10319作為土工布合成材料拉伸試驗方法標準，規定了采用寬條試樣在調濕和浸濕兩種情況下測定土工合成材料（聚合物的、玻璃纖維的和金屬的）拉伸性能的程序，包括強力和伸長特性的測定，以及割線模量、單位寬度的最大負荷及最大強力時伸長率的計算步驟。下面就根據GB/T 15788《土工合成材料 寬條拉伸試驗方法》來詳細介紹一下具體的操作步驟和注意事項。

 

一、適用范圍

本方法適用于大多數土工合成材料，包括機織土工布、非織造土工布、針織土工布、土工復合材料、土工網、土工網墊和金屬纖維制品的拉伸試驗，也適用于土工格柵和類似的網孔結構的土工布，但試樣尺寸可能需要調整；不適用于聚合物或瀝青防滲土工膜，但適用于黏土防滲土工膜。

二、試驗設備與試劑

1、亞諾天下公司UTM100CS微機控制電子萬能試驗機

UTM100CS微機控制電子萬能試驗機具有結構緊湊、簡單易用等特點，可應用于最大載荷100kN的拉伸、壓縮、彎曲、剪切、剝離、撕裂等測力試驗。試驗解決方案涵蓋醫療設備、生物材料、紡織品、彈性體、食品、小型部件、線材、紙、塑料、薄膜等。選配不同量程的載荷傳感器，可以為小到微米級的纖維，大到滿載的結構件等試樣提供精準的測量數據。此外，豐富的夾具工裝、變形測量等附件，幾乎可以滿足客戶所有需求。

①　土工布拉伸夾具（測試土工布等紡織布料試樣的伸長特性）

土工布拉伸夾具

夾具采用雙螺桿鎖緊加波浪齒設計，保證試樣夾持牢固、不打滑；單邊夾持設計，試樣對中更方便；夾具鉗口可預壓緊試樣，使用方便，降低了試驗員操作難度。

②　土工布氣動拉伸夾具（適用于測試土工布等紡織試樣的伸長特性）

土工布氣動拉伸夾具

夾具體采用優質鋁合金加工，降低了夾具整體重量；采用雙氣缸杠桿夾持，雙氣缸通過調速閥達到同步動作；鉗口處為磁鐵吸附式，更換鉗口方便。

①　土工布氣動頂破夾具（適用于土工布的頂破、刺破試驗）

土工布氣動頂破夾具

夾具采用四氣缸夾持設計，夾持可靠方便，試驗操作簡便，刺破、頂破可隨意切換。

2、引伸計

該引伸計可以重復進行軸向拉伸測試，主要用于測試各種不同材料變形量，包括金屬材料、塑料材料、復合材料等。

3、蒸餾水、非離子潤濕劑（體積比為0.05％的通用聚氧乙烯乙二醇烷基醚。）僅為浸濕試樣用。

三、試樣制備

按GB/T 13760中規定準備試樣。

1、試樣數量：沿縱向（MD）和橫向（CMD）各裁取至少5 塊試樣。

2、試樣尺寸

①　非織造土工布、針織土工布、土工網、土工網墊、黏土防滲土工膜、排水復合材料及其他產品

每塊試樣的最終寬度為（200±1）mm，試樣長度滿足夾鉗隔距100mm，其長度方向與外加載荷的方向平行。

②　機織土工布

對于機織土工布，將每塊試樣裁剪至約220mm寬，然后從試樣兩邊拆除數目大致相等的邊紗以得到（200±1）mm的名義試樣寬度。

③　單向、雙向、四向土工格柵

對于單向、雙向和四向土工格柵土工格柵，每個試樣的寬度不小于200mm，并具有足夠的長度滿足夾鉗隔距不小于100mm。距任意節點10mm裁剪所有肋條。（對于節點間距≤10mm的單向土工格柵產品，準備試樣的寬度宜比需要的試樣寬度寬2根肋條，當試樣被夾入鉗口后將兩端多出的部分切斷。）

試驗結果（強度）的計算應與單位寬度上完整抗拉肋條的數量有關。試樣除被夾鉗握持的節點或交叉組織外，應包含至少一排節點或交叉組織（如下圖）。當產品橫向節距＜75mm時（橫向節距：一根肋條（受力單元）的起點到下一根肋條起點間的距離），在其寬度方向上應至少有4個完整的抗拉單元（抗拉肋條）；75mm≤橫向節距＜120mm時，應包含至少2個完整的抗拉單元；橫向節距＞120mm時，具有1個完整的抗拉單元即可滿足測試要求。

 

用于測量伸長的標記點應標在試樣中排抗拉肋條中點上，兩個標記點之間應至少間隔 60mm，應被至少1個節點或交叉組織間隔。必要時，標記點可被多排節點或交叉組織間隔以獲得60mm的最小間距。在這種情況下，在肋條中點或節點上標標記點，隔距長度應為格柵間距的整數倍。測量名義隔距長度，精確至±1mm。

④　三向土工格柵

對于三向土工格柵，每個試樣寬不小于200 mm，并具有足夠的長度滿足夾鉗隔距不小于100mm。切割試樣并按圖4和圖5測量試樣的寬度。

 

用于測量伸長的標記點應標在試樣節點的中心，同時應被至少1個節點或交叉組織間隔。必要時，標記點可被多排節點或交叉組織間隔以獲得60mm的最小間距。在這種情況下，應保持在肋條中點標標記點，隔距長度應為格柵間距的整數倍。測量名義隔距長度精確至±1mm。

⑤　金屬土工織物相關產品

對于大多數金屬產品可按照已確定的土工格柵的試樣準備方法準備試樣。用于測量伸長的標記點應標記在絞合線的中點，同時間距應至少為60mm。測量名義隔距長度，精確度為±1mm（見圖6）。

圖6 典型雙絞合六邊形鋼絲網參考點示例

⑥　試驗用濕態試樣

當同時需要濕態最大負荷和干態最大負荷時，則裁取試樣的長度至少為規定長度的2倍，對樣品進行編號，并從中部裁剪為兩塊試樣，其中一塊用于濕態試驗一塊用于干態試驗。每塊試樣上均需標記試樣號。

對于濕態收縮嚴重的土工合成材料，抗拉強度應根據濕態時最大負荷與調濕后浸濕前的初始寬度來測定，精確至±1mm。

四、調濕

1、通用

在GB/T 6529規定的標準大氣條件下進行調濕和試驗。當試樣在間隔至少2h的連續稱重中質量變化不超過試樣質量的0.25%時，可認為試樣已經調濕。

2、濕態測試條件

用于進行濕態試驗的樣品應浸入溫度為（20±2）℃的水中，浸泡時間應至少24h，且足以使試樣完全潤濕。為使試樣完全浸潤，可在水中加入不超過 0.05%的非離子潤濕劑。

五、試驗步驟

1、設定試驗機

試驗前，將夾具隔距調節到（100±3）mm（使用絞盤夾具的土工合成材料和土工格柵除外），選擇試驗機的負荷量程，使力值精確至10N。

對于伸長率εm＞5%的土工合成材料，設定試驗機的拉伸速度，使試樣的伸長速率為隔距長度的（20±5）%/min；對于伸長率εm≤5%的土工合成材料，選擇合適的拉伸速度使所有試樣的平均斷裂時間為（30±5）s。

濕態試樣在取出 3min 內完成測試。

2、夾持試樣

將試樣對中地夾持在夾鉗中。注意縱向和橫向試驗的試樣長度方向與載荷方向平行。合適的做法是將預先畫好的橫貫試樣寬度的且相隔100mm的兩條標記線盡可能與上下夾鉗口的邊緣重合。

3、安裝引伸計

在試樣上相距60mm分別設定標記點（分別距試樣中心30mm），并固定引伸計。

4、測定拉伸性能

啟動試驗機，施加預計最大負荷1%的預負荷以確定初始伸長率測試的起點，繼續施加載荷直到試樣斷裂。停止測試，夾頭恢復到初始位置。記錄并報出最大負荷（精確至10N/m）；記錄伸長率，精確至一位小數。

根據試驗中觀測的試樣情況、土工合成材料特有的變異性和相關規定，判斷試驗結果是否應剔除。

5、測定伸長率

使用合適的記錄裝置測量在任一特定負荷下試樣實際隔距長度的增量。

伸長率測量裝置

六、試驗結果計算

1、抗拉強度

將從試驗機上獲得的數據代入式（1），計算每個試樣的抗拉強度Tmax。

 

對于機織土工布、非織造土工布、針織土工布、土工網、土工網墊、黏土防滲土工膜、排水復合材料和三向工格柵及其他產品：

 

對于復合產品，根據主要承載單元選擇式（2）或式（3）。對于具有雙峰曲線（如圖7）的產品，應分別計算兩個峰值對應的結果。

圖7 兩種土工復合材料的典型負荷-伸長率曲線（第二峰值用“′”標記）

2、最大負荷下伸長率

記錄每個試樣最大負荷下的伸長率，用百分率表示（如圖8中的AF），精確至0.1％?？砂词剑?）計算最大負荷下伸長率：

 

圖8 典型負荷-伸長率曲線

3、標稱強度下伸長率

記錄每塊試樣標稱強度下的伸長率，用百分率表示，精確至0.1％。

4、切割模量

確定在特定伸長率（圖8中Z點）下的強力，按式（5）計算在此特定伸長率時的切割模量。

 

5、平均值和變異系數

分別計算縱向或橫向兩組試樣的抗拉強度、最大負荷下伸長率及割線模量的平均值和變異系數。拉伸強度和割線模量精確至三位有效數字，伸長率精確至1%，變異系數精確至 0.1%。