熒光紫外燈老化儀對土工合成材料老化試驗

    熒光紫外燈老化儀就公路、鐵路工程而言,目前需要考慮紫外線影響老化的對象主要是邊坡防護工程。人工加速老化試驗方法是為了克服大氣老化試驗時間長,而采用模擬、強化大氣環境中的主要因素,以加速土工合成材料的破壞速度,期望在較短的時間內獲得近似于大氣的結果。本文在進行大氣老化試驗的同時,利用熒光紫外燈(UV-B型)老化儀對相同的土工合成材料進行了室內人工加速老化試驗。并通過低于(55e)和高于(80e)標準溫度(60e)的試驗,試圖獲得溫度與紫外線的關系。土工合成材料紫外線老化室內加速試驗的研究影響土工合成材料老化特性的主要因素是紫外線。
一、試驗結果
(1)人工加速老化試驗與大氣老化所得到的老化特性的總趨勢是一致的,即隨著老化時間的增加,材料的抗拉強度降低,三維網的抗紫外線老化特性優于土工格室和土工格柵,加有抗老化劑的三維網的強度保持率明顯高于未加抗老化劑的普通三維網。
(2)四種材料,拉伸應變的紫外線老化速度大于拉伸應力的紫外線老化速度。
(3)在300h內的抗拉強度保持率很不穩定,300h后,才明顯反映出材料強度保持率隨老化時間的增加而降低。500h時,普通三維網、耐老化三維網、土工格室、雙向土工格柵(縱向)的強度較未老化的強度分別降低了4196%、1163%、11129%和23133%。212溫度在加速老化試驗中作用四種試樣在65e溫度烘箱中分別老化300h、500h、700h的殘余抗拉強度百分比。數據表明,熱老化300h,幾乎沒有強度的降低,而老化到700h,對于三維網,熒光紫外線燈的老化有約30%強度的下降要歸于熱老化;而對于土工格室、土工格柵則有60%~70%強度下降歸于熱老化。
二、期溫度變化的影響
將老化儀內溫度分別保持為55e、80e(無輻照冷凝周期時相應的黑標準溫度分別為70e、45e),周期為300h、500h、700h,材料烘箱老化后的殘余抗拉強度百分比結果見表2。在各組數據之間可作單調遞減曲線,在這些非線性回歸中,可利用室內老化的數據擬合函數來進行分析。以土工格室為例,在室內加速老化條件下,其老化數據的指數函數的擬合式為y=941647e-010009@I(1)式中y為抗拉強度殘余百分比,%;I為紫外線輻射強度。利用升溫或降溫的回歸曲線,將OMJ/m2輻射強度時的剩余強度計算出;再利用土工格室試驗數據擬合曲線式,計算達到同樣殘余強度值時的輻射強度I。這樣,就可得到平均每升高或降低1e相應的紫外線輻射強度,將溫度的影響轉換為紫外線輻射強度的影響。同樣原理,可求得其它三類材料的溫度轉換值。
從表3可看出,除了土工格室在80e的試樣外,其它三種材料的紫外線輻射強度轉換值,在兩種不同溫度下比較一致。土工格室在80e比其它試樣老化更為劇烈,這可能是試樣在老化后碎裂的本性引起的結果,其它試樣展示了比較一致的輻射強度轉換值,與60e下的值相比較,即大約1e相當于紫外線輻射強度7MJ/m2。

三、結論
(1)所試驗的四種土工合成材料的紫外線老化速度,拉伸應變要大于拉伸應力。
(2)試驗用熒光紫外燈(UV-B型),對于測試的四種土工合成材料,在標準溫度60e上、下進行的試驗結果表明,獲得同樣殘余抗拉強度,可用低溫下更大的輻射強度來獲得,也可用高溫下低輻射強度來求得,其轉換值約為7MJ/m2/e。
(3)由烘箱老化500h后的結果可知,對于普通三維網,熒光紫外線燈的老化有約30%抗拉強度的下降要歸于熱老化;而對于土工格室、土工格柵則有60%~70%抗拉強度的下降要歸于熱老化。