工程塑料在地下糧倉(cāng)防水中的抗拔試驗(yàn)研究

張淑媛 張昊 王振清

摘 要：將塑料的生理惰性和力學(xué)性能應(yīng)用于地下糧倉(cāng)結(jié)構(gòu)防水，有助于克服防水防潮問題。本文構(gòu)想一種將塑料內(nèi)襯于倉(cāng)內(nèi)的連接方式，并選取聚丙烯為試驗(yàn)材料，擬通過試驗(yàn)驗(yàn)證該方式是否足以抵御地下水壓力。結(jié)果表明，采用該工程材料，可有效抵御中、深層地下水，且具有耐腐蝕、造價(jià)低和易施工等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：塑料；混凝土；抗拔試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TQ322.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2017）03-0144-03

Abstract： The physical inertia and mechanical properties of plastic are applied to the waterproofing of underground silo structure， which can help to overcome the problem of waterproof and moisture proof. This paper conceived a kind of connection method of plastic lining in the warehouse， and selected polypropylene as test material， to verify that this method was sufficient to withstand groundwater pressure. The results showed that the engineering materials could effectively resist the deep groundwater， and had the advantages of corrosion resistance， low cost and easy construction.

Keywords： plastic；concrete；pull - out test

塑料用于食品包裝的歷史不長(zhǎng)，但由于其具有加工簡(jiǎn)便、化學(xué)穩(wěn)定性好、運(yùn)輸銷售方便、美觀價(jià)廉等特點(diǎn)，因而發(fā)展迅速。自20世紀(jì)初合成纖維樹脂類材料用于食品包裝業(yè)以來，相繼出現(xiàn)了聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚酰胺（PA）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、聚乙烯（PE）、聚酯（PET）和聚丙烯（PP）等，以及他們與紙、鋁箔等構(gòu)成的復(fù)合材料，這些材料逐漸廣泛地應(yīng)用于軟包裝塑料袋類和半剛性、剛性的塑料杯、瓶、淺盤類[1]，其中聚丙烯（PP）因其無毒無味、質(zhì)輕、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于制作微波餐具等。如今，將塑料用于食品包裝的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，其生理惰性（安全衛(wèi)生、適宜與食品接觸）是應(yīng)用的基礎(chǔ)，塑料本身還具有耐化學(xué)腐蝕、易加工成型等特點(diǎn)，甚至許多種類的塑料具有極佳的力學(xué)性能，這些優(yōu)點(diǎn)都為其應(yīng)用于建筑工程提供了可能。

1 工程塑料在地下工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著化工業(yè)的發(fā)展，淺層地下水受到各種表面活性劑的污染，對(duì)地下工程的混凝土鋼筋侵蝕破壞日益嚴(yán)重，利用工程塑料防水防潮功能已在一些地下工程中有所應(yīng)用[2]。例如，王偉提出了將PVC片材離壁式粘貼在混凝土內(nèi)表面，以用于地下儲(chǔ)油庫(kù)罐室防潮。孫建明等介紹了吉林東部山區(qū)蓄水池采用聚乙烯薄膜防滲具有防滲效果好、施工簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，并詳盡地?cái)⑹隽耸┕げ贾?、預(yù)埋件施工方法、薄膜的粘接、安裝與處理方法以及薄膜的老化和更換問題。劉文嫻等對(duì)地下室建筑夾層塑料成型板防排水的防水材料選擇進(jìn)行了分析和研究，其耐久性能很好地滿足防水層使用年限的要求。1993年，美國(guó)奧克蘭市新建的圖書館地下室工程，在混凝土襯砌外側(cè)干鋪一層功能性復(fù)合防水片材，可遇水膨脹達(dá)到止水目的。

此外，污水管道工程中現(xiàn)已經(jīng)有內(nèi)襯PVC鋼筋混凝土排水管，即在普通鋼筋混凝土排水管的內(nèi)壁襯上一層改性PVC防蝕片，以防止管身受到污水或者有毒氣體侵蝕。噴涂聚脲彈性體（Spray Polyurea Elastomer）技術(shù)具有無溶劑、無污染的特點(diǎn)，從根本上解決了在使用噴涂彈性體時(shí)困擾施工界的重大技術(shù)難題。該材料被引進(jìn)到我國(guó)以后正在工程建設(shè)中大量應(yīng)用，如在港珠澳大橋工程、珠海長(zhǎng)隆海洋王國(guó)水池防水工程及京滬高速鐵路等工程中均有良好的應(yīng)用。

目前地下糧倉(cāng)尚未有理想的防水防潮方式，傳統(tǒng)的卷材防水、涂料防水及鋼板防水都有各自不可克服的缺點(diǎn)。因此，擬通過試驗(yàn)尋求一種將工程塑料應(yīng)用于地下倉(cāng)防水的應(yīng)用方式。

2 塑料與混凝土連接方式

構(gòu)建一種將工程塑料與混凝土結(jié)合的連接方式，即將圓形塑料棒固定于塑料板材上，再澆筑混凝土使之成為一體，從而形成塑料內(nèi)襯于糧倉(cāng)倉(cāng)壁的防水形式，如圖1所示。

此連接方式的重點(diǎn)在于：①選擇一種食品級(jí)的塑料在內(nèi)側(cè)與糧食接觸；②該塑料與混凝土之間的粘結(jié)力足以抵抗地下水壓力。因此，需進(jìn)行中心抗拔試驗(yàn)測(cè)試其粘結(jié)性能。

3 糧倉(cāng)內(nèi)襯塑料的選擇

3.1 聚碳酸酯

聚碳酸酯（PC）既具有類似有色金屬的強(qiáng)度，又兼?zhèn)淞己玫睦鞆?qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和突出的抗沖擊性能。其透明度好，可施以任何著色。PC已被廣泛用于各種安全燈罩、信號(hào)燈，體育館、體育場(chǎng)的透明防護(hù)板，高層建筑玻璃、汽車反射鏡、擋風(fēng)玻璃板、飛機(jī)座艙玻璃等，而用量最大的市場(chǎng)是計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)備、汽車、替代玻璃和片材。

3.2 聚甲醛

聚甲醛（POM）是世界五大通用工程塑料之一，有“奪鋼”“超鋼”之稱[2]。其具有類似金屬的硬度、強(qiáng)度和剛性，在相當(dāng)大的溫度和濕度范圍內(nèi)都具有很好的自潤(rùn)滑性、耐疲勞性、韌性和較好的耐化學(xué)腐蝕性，以及優(yōu)越的機(jī)械加工性能和生理惰性，可與食品接觸。目前，POM已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建材、電子電氣、機(jī)械、儀表、日用輕工和汽車等領(lǐng)域。在醫(yī)療技術(shù)、運(yùn)動(dòng)器械等新領(lǐng)域的應(yīng)用也在逐漸拓展。

3.3 聚醚醚酮

聚醚醚酮（PEEK）具有出色的物理、力學(xué)性能，在許多特殊領(lǐng)域可以替代金屬、陶瓷等傳統(tǒng)材料，在減輕質(zhì)量、提高性能方面貢獻(xiàn)突出，成為當(dāng)今較熱門的高性能工程塑料。其具有優(yōu)越的耐化學(xué)性和抗水解性，良好的尺寸穩(wěn)定性、自潤(rùn)滑性和耐磨能力，在高溫下仍可保持較高的機(jī)械強(qiáng)度、剛度和抗蠕變性能，在航空航天、機(jī)械、石油、化工、核電、軌道交通、汽車制造、醫(yī)療和食品加工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

3.4 聚苯硫醚

聚苯硫醚（PPS）具有優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕、耐輻射、阻燃的物理機(jī)械性能和穩(wěn)定性以及生理惰性等特點(diǎn)，被廣泛用作結(jié)構(gòu)性高分子材料。PPS是工程塑料中耐熱性好的品種之一，抗化學(xué)性僅次于聚四氟乙烯，非常適用于加工成腐蝕環(huán)境中的結(jié)構(gòu)部件。其可用于各種類型的工業(yè)設(shè)備，如工業(yè)干燥和食品加工烤箱、化工設(shè)備（泵、閥門和壓縮機(jī)部件）及電絕緣系統(tǒng)。

3.5 超高分子量聚乙烯

超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一種線型結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程塑料。其具有超強(qiáng)的耐磨性和自潤(rùn)滑性，強(qiáng)度比較高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗老化性能強(qiáng)，并具有一定的韌性。UHMW-PE可打造裝煤、石灰、水泥、礦粉、鹽和谷物等粉狀文件的拖斗、料倉(cāng)、滑槽的襯里，可使上述粉狀文件對(duì)于儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施不發(fā)生粘附景象。朱西華等提出將其板材用于儲(chǔ)運(yùn)煤倉(cāng)內(nèi)襯，運(yùn)用該材料的耐磨性、優(yōu)良的自潤(rùn)滑性等特性解決了煤粉的堵料現(xiàn)象，并提高了煤倉(cāng)的使用壽命。此外，由于其耐沖擊性能好，在國(guó)防軍需裝備和民用領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

3.6 聚丙烯

聚丙烯（PP）為無毒、無臭、無味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，是目前所有塑料中最輕的品種之一，我國(guó)聚丙烯生產(chǎn)總量居世界前列。其具有優(yōu)良的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度可達(dá)25MPa左右，最突出的性能就是抗彎曲疲勞性，俗稱“百折膠”，但低溫時(shí)容易變脆。此外，聚丙烯具有化學(xué)穩(wěn)定性，防腐蝕效果良好，常見的酸、堿等有機(jī)溶劑對(duì)其幾乎不起作用，而且質(zhì)地純凈，安全無毒性，常用于食具。

綜合考慮各種塑料的力學(xué)性能、耐久性、安全衛(wèi)生、市場(chǎng)價(jià)格和加工難易程度等方面，選取聚丙烯（PP）作為用于試驗(yàn)分析的塑料。

4 試件試驗(yàn)

4.1 聚丙烯（PP）材料拉伸性能試驗(yàn)

試驗(yàn)選取河南省鄭州市某廠家生產(chǎn)的直徑為10、20、30mm，長(zhǎng)度600mm的PP塑料棒進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)機(jī)為電液伺服電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，測(cè)得強(qiáng)度平均約26MPa，試驗(yàn)如圖2所示。

4.2 中心抗拔試驗(yàn)

4.2.1 抗拔試件的設(shè)計(jì)與制作。試件參照《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50152-2012）中介紹的關(guān)于鋼筋和混凝土粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，d為PP棒的直徑，示意圖如圖3所示。

選取直徑d為20mm和25mm的PP棒埋入C35混凝土立方體試塊中進(jìn)行中心抗拔試驗(yàn)。抗拔試驗(yàn)混凝土試塊的尺寸為150mm×150mm×150mm，其中為了增加PP棒與混凝土之間的粘結(jié)性能，對(duì)PP棒表面狀態(tài)進(jìn)行了開槽處理（該槽為直徑4mm和8mm的弧形槽），并在槽兩側(cè)設(shè)置應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)，如圖4所示。試件共24個(gè)，匯總表如表1所示。

4.2.2 試驗(yàn)加載。利用電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)作為混凝土立方體中心拔出試驗(yàn)的加載裝置（見圖5），該試驗(yàn)機(jī)的最大負(fù)荷為600kN。并設(shè)計(jì)了配套的試件反力架方便試驗(yàn)加載。PP棒自由端設(shè)有百分表，以量測(cè)自由端的相對(duì)滑移，試驗(yàn)采用荷載控制，以200N/s的速度拉拔PP棒；當(dāng)荷載開始下降時(shí)停止加荷，拉拔力由計(jì)算機(jī)直接記錄獲得。

通過分析試驗(yàn)結(jié)果可知，光滑狀態(tài)下的PP棒很容易拔出，而開槽處理后的PP棒與混凝土之間的抗拔力是光滑狀態(tài)下的兩三倍，粘結(jié)效果明顯增強(qiáng)，達(dá)到一定強(qiáng)度之后PP棒即斷裂；開槽狀態(tài)下的PP棒破壞強(qiáng)度為26～28MPa，完全能抵抗地下20m深的水壓力。

5 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，以上這種將工程塑料應(yīng)用于地下倉(cāng)工程防水的方式可以抵御地下20m深水壓力，是可行的。利用工程塑料作為地下糧倉(cāng)的防水層，僅用于防水，不作為受力結(jié)構(gòu)，具有耐久、耐腐蝕的優(yōu)勢(shì)，而且能解決傳統(tǒng)防水方式難施工缺點(diǎn)，還能降低工程中基坑支護(hù)的造價(jià)。由于現(xiàn)有的研究文獻(xiàn)和工程實(shí)例有限，還無法為實(shí)踐提供成熟的指導(dǎo)，還需進(jìn)一步對(duì)此課題進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦蓓.塑料食品包裝材料安全性研究現(xiàn)狀[J].包裝工程，2011（19）：33-42.

[2] 張玉玲.地下工程防水技術(shù)規(guī)范修訂的主要特點(diǎn)[J].工業(yè)建筑，2000（9）：5-8.