土工膜与混凝土、粘土、钢板衬砌等几种防水材料相比,有以下几个弱点:
(1)容易破裂,土工膜是一种高分子化合物的柔性材料,强度低,厚度也比较薄,因此容易破裂。造成破裂的原因有:①在施工过程中受损破裂;②被土石料中的石块等尖硬物刺破或顶破;③由于设计选择不当或没有局部约束被过大的水压力击穿;④铺设在支承土与混凝土面板之间的土工薄膜由于温度胀缩、重力、土体位移、浪击和水位变化的因素,可能引起界面滑动,土工薄膜将承受过度伸长、撕裂或擦伤;⑤斜面上用土和混凝土板保护土工薄膜的情况,当水位骤降,土中孔隙水应力与库水位失去平衡,土体失稳而滑动。⑥建筑物过大的变形或不均匀沉降而导致破裂;⑦由于保护层薄或埋深浅,特别是用于渠道防渗时,被人畜或植物根系弄破。这些问题很容易发生,但又是可以避免的。
(2)容易脆裂,土工膜在低温环境下,性能恶化,容易脆裂。这方面可通过选择耐低温的品种或增加保护层厚度解决,一般也不成问题。
(3)老化问题,土工膜在接触阳光、冷热气候、臭氧的条件下,将较快老化而失去性能。不过埋在水中或处于水下,不接触这些因素,其老化还是相当慢的。目前对土工膜的使用寿命,还没有一个确切的规定,试验研究和实测资料都表明,在正常的保护条件下,其寿命可达50~100年。
(4)化学腐蚀,土工膜遇上某些化学物质,如酸性、碱性液体,或矿物油,可能会被腐蚀破坏。不过在一般的工程应用中,不接触这些物质因而不必担心。但在用于封闭废弃的固体或液体时,则应考虑这方面的问题。
力学性能指标,针对土工膜在设计和施工中所受荷载性质不同,其力学强度指标分为下列几种:抗拉强度、握持强度、撕裂强度、胀破强度、CBR顶破强度、圆球顶破强度、刺破强度等。在前3项强度试验中,试样均为单向受力,其纵向和横向强度需分别测定;而后4项强度的试验都表示土工膜抵抗外部冲击荷载的能力,其共同特点是试样均为圆形,用环形夹具将试样夹制住,承受轴对称荷载,纵横双向同时受力。在上述众多力学指标中,最基本的是抗拉强度。
①抗拉强度和延伸率,为单向拉伸。纵向和横向抗拉强度表示土工膜在纵向和横向单位宽度范围能承受的外部拉力,其对应抗拉强度的应变为土工膜的延伸率,用百分数(%)表示。抗拉强度是力学性能中的重要指标,用于产品质量控制。聚合物土工膜拉断时的极限延伸率可达到150%~900%。加筋土工膜的最大抗拉强度高达10~30KN/m。
②握持强度,是反映土工膜在挟持情况下分散集中荷载的能力,经常用作土工膜的质量控制。试验时仅1/3试样宽度被夹持,进行快速拉伸。土工膜对集中荷载的扩散范围越大,则握持强度越高,单位为N。
③撕裂强度,是土工膜沿某一裂口或切口蔓延过程中的最大拉力,单位为N。
④胀破强度、CBR顶破强度、圆球顶破强度、刺破强度,这四个强度都表示土工膜抵抗外部冲击荷载的能力。其差别是试验时试样尺寸、加荷方式不同,胀破强度单位为kPa,其它3项强度单位为N。水力胀破试验是确定土工膜平铺在孔洞上的抗拉强度,以模拟实际情况。圆球顶破试验是量测土工膜的局部顶破强度,是土工膜的基本特性指标之一。CBR试验是模拟土工膜铺设在软基和密实的粗粒料间,土工膜所能承受的应力。水力刺破试验是量测土工膜支承在带有尖锐棱角的支承物上时的刺破强度。
土工膜是一种由高聚合物制成的透水性极小的土工合成材料。根据原材料不同,可分为聚合物和沥青两大类。为满足不同强度和变形需要,又有不加筋和加筋的区别。聚合物膜在工厂制造,沥青膜则大多在现场制造。
国内外制造土工膜的基本材料大致可分为如下几种:
(1)热塑性材料:如聚氯乙烯(PVC)、耐油聚氯乙烯(PVC-OR)等;
(2)结晶热塑性材料:如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)等;
(3)弹性材料:如二烯一异丁烯橡胶(IIR)、氯丁橡胶(CR)、环氧丙烷橡胶(CV)等;
(4)热塑性弹性材料:如氯化聚乙烯(CPE)、氯磺聚乙烯(CSPE)、氯化聚乙烯熔合物(CPE-A)等;
(5)沥青和树脂:如沥青、煤焦油沥青、改性沥青、环氧树脂和丙烯树脂等。