土工合成材料性能检测技术运用分析

引言：土工合成材料是以聚合物纤维、非织造布、编织布等为原料制成的工程材料，具有轻质、高强、耐腐蚀等特性，应用于公路、铁路、水利、环保等领域。随着中国基础设施建设的加速推进和环保政策的日益严格，土工合成材料的市场需求持续增长，本文将重点讨论土工合成材料的分类及其性能检测技术[1]。

一、土工合成材料分类

土工合成材料是在土木工程中广泛应用的一类人工材料，主要用于增强土体性能、改善工程质量。根据其形态和功能特点，主要可以分为以下几种类型。

平面型材料是使用最广泛的土工合成材料，主要包括土工布和土工膜。土工布是一种透水性材料，外观类似布料但具有更高的强度。其主要功能包括增强土体稳定性、防止水土流失和过滤泥沙。道路工程中，土工布铺设在路基中可有效提高承载能力，防止基层材料流失。边坡防护中，能稳固表层土壤，减少雨水冲刷造成的侵蚀。同时，土工布还能在排水系统中起到保持水流畅通的同时阻挡土壤颗粒通过的作用。土工膜是一种不透水的薄膜材料，主要功能是防止液体渗漏和污染物迁移。由于其完全阻隔水流的特性，土工膜常被用于环境保护工程中。在垃圾填埋场，土工膜作为防渗层铺设在场地底部和四周，有效阻止垃圾渗滤液污染地下水和周边土壤。

立体结构材料包括土工格栅和土工网。土工格栅是一种具有规则网格的高强度材料，通过网格与土体之间的相互作用显著提高土体的力学性能。软土地基处理中，土工格栅能够分散荷载，减少不均匀沉降。在边坡工程中，可以增强土体抗滑能力，提高边坡稳定性。土工网是一种三维网状结构，具有较好的柔韧性和排水性能，常用于需要同时考虑加固和排水的工程场景，如软基处理中配合填料使用可加速土体固结，在生态护坡中则为植物生长提供支撑的同时保持排水畅通。管状材料以土工管为代表，这是一种新型的排水材料。土工管具有可弯曲、透水耐压的特点，能有效收集和排除地下水。市政工程中，土工管常用于处理地下水位过高的问题，避免地基受浸软。在农业领域，被用于农田排水系统，控制土壤湿度，改善作物生长条件。此外，运动场地和广场等公共设施中，土工管也能有效排除地表积水，保持场地干燥安全。这些不同类型的土工合成材料各具特点，可根据工程实际需要单独或组合使用，为各类土木工程提供有效的解决方案 [2]。

二、土工合成材料性能检测技术运用分析

（一）物理性能检测

单位面积质量是看材料做得是否均匀的重要指标。检测时，先按要求剪出一块 10 厘米见方的样品，在温度 23°C 、湿度 65% 的环境里放满 24小时，让样品和环境充分适应。之后，用精确到0.01克的电子秤称它的重量，再除以面积，就知道每平方米的重量是多少。如果同一卷材料有的地方重有的地方轻，说明质量不均匀，铺到工程中可能导致漏水或承载力不足。厚度测量是为了了解材料的厚薄情况，检测时使用厚度仪，在样品上均匀施加一个很小的压力，然后在表面选取九个不同的点（比如中心、四角和各边中间）进行测量，最后取平均值。若是材料表面不平，比如带网格的土工网，就要换用合适的测量头，保证测准。一般来说，材料越厚，压上去之后越不容易变形，承重效果也更好。尺寸控制是保证施工顺利的重要环节，材料的宽度要用激光测距仪来检查，沿着整卷材料每隔两米测一次，看实际宽度和标称宽度差多少。此外，卷材的端头必须切得整齐，如果歪斜超过 3 度，铺的时候容易起皱、不平整。材料内部的暗伤或裂缝也不容忽视，通常会借助超声波设备进行扫描检查，及早发现问题[3]。

（二）力学性能检测

拉伸试验用来测试材料抗拉的能力。把材料裁成标准样条，用拉力机以固定速度慢慢拉长，仪器会自动记录用了多大力、拉长了多少，并画出一条曲线。从曲线中可以读出材料最终被拉断时的力是多少，以及它的软硬程度。有些材料纵向和横向强度不一样，所以两个方向都要测试。抗撕裂性能主要看材料是否容易被撕开，常用的有两种方法：梯形法和舌形法。梯形法是把样品剪成特定形状，夹入仪器中拉伸，让裂口沿指定路径扩展；舌形法则先在样品上切一个小口，再测撕开需要的力。通过这些测试，可以了解材料在受损时是否仍能有效抵抗撕裂，帮助预估它在实际使用中的表现。穿刺试验是模拟材料被尖锐物刺穿的情形。用一个平头的金属棒，以固定速度向下扎刺样品，仪器会记录整个过程中力的大小变化。对于由不同层压合而成的复合材料，还要看各层之间是否共同受力、彼此增强，测试结果能反映材料是否适合用在有碎石或尖锐物的环境中。

（三）水力性能检测

渗透试验是看材料是否透水、透水快慢的测试。按照行业常用的方法，分别采用变水头（水压变化）和常水头（水压稳定）两种方式进行。通过测量一定时间内流过材料的水量，可以计算出它的透水能力。对于较厚的排水材料，还要分别测试不同方向的透水性，以便全面把握水在材料中的流动路径。反滤试验用于验证材料在挡土的同时能否顺利排水。在仪器中一层土、一层材料组合起来，通过调节水压大小模拟真实环境，观察水流能不能顺利通过、会不会把土颗粒带走或者自身被土粒堵塞。现在还会配合 CT 扫描，实时查看土和材料交界处细小颗粒的运动状况，判断材料是否仍能有效工作，建立预警指标[4]。

（四）耐久性能检测

老化试验是预测材料能用多久的重要手段。把样品放入老化箱，用氙灯模拟太阳光中的紫外线，并不断改变温度和湿度，模拟长期日晒雨淋的环境。每隔一段时间取出来测试它的强度变化，并分析材料内部结构发生了怎样的改变，据此推断在五年、十年甚至更长时间之后，材料性能会下降多少。耐化学腐蚀试验是看材料是否怕酸怕碱。把样品浸泡在不同酸碱度的液体中，定期观察外观变化、测试拉力保持率，也可以通过电化学手段监测腐蚀速度。特别像垃圾填埋场底层，渗出的污水成分复杂，这项测试能帮助我们选出更耐用的材料。生物降解试验针对的是材料是否会被微生物分解。在容器中放入培养基和特定菌种，再加入样品，定期检测材料分解产生的二氧化碳量，判断它的降解速度和程度。同时，辅以加热分析、分子量测定等方法，研究微生物是从哪些环节破坏材料结构的。这些数据对于在地下或微生物活跃环境中选用材料非常关键。

结语：

土工合成材料性能检测技术能够保障土木工程质量安全，未来随着产学研合作的深化与跨界融合的拓展，土工合成材料性能检测技术将迎来更广阔的发展空间，为全球基础设施建设与可持续发展目标贡献力量。

参考文献：

[1]王颖莉. 土工合成材料性能检测技术的应用研究[J]. 四川水泥, 2020, (01):133.

[2] 付珍珠 . 土工合成材料水力性能检测系统的研究 [D]. 天津科技大学 ,2019.

[3] 李斌 , 郑依铭 . 复合型土工合成材料圆柱顶破 (CBR) 性能研究 [C]// 中国水利学会 .2023 中国水利学术大会论文集（第六分册）. 上海勘测设计研究院有限公司 ;,2023:382-386.

[4] 戚晶磊 , 张鹏程 . 高性能土工合成材料拉伸蠕变性能测试设备的研制及系统设计 [C]// 中国水利学会 , 西安理工大学 .2024 中国水利学术大会论文集（第六分册）. 上海勘测设计研究院有限公司;,2024:360-365.D