制造土工膜时还需要渗入一定量的添加剂,在不改变材料基本特性的情况下,改善其基本力学性能、抗环境影响性能和降低成本。沥青类薄膜常用的添加料主要有填料和纤维,有时掺入一定的弹性物质。填料加细粒矿粉,常用的有石灰粉、滑石粉、云母、粉煤灰、石墨等。掺量为沥青与矿粉总重的60%以内,一般为30%。添料的作用在于增加膜的劲度,还可降低成本;纤维一般用石棉或玻璃丝,其作用是增加膜的强度。弹性物质常采用再生橡胶等,掺量一般为5%~15%,其作用是改善膜的物理性质或增强抗裂能力。
聚合物类薄膜的添加料有填料、纤维、改性剂、增塑剂、炭墨、抗氧化剂、稳定剂、杀菌剂。填料为上述各种矿粉。常用的纤维有玻璃丝、聚脂或尼龙短纤维等。这两种掺料的作用与沥青类相同,其他掺料各有不同的作用。改性剂是在膜的制作过程中使混合料硬化或软化;增塑剂用于增加膜的柔性;炭黑增加膜的抗紫外线和臭氧等的老化作用,并在制作过程中使混合物保持稳定;杀菌剂用于防止菌类微生物对聚合物薄膜的侵蚀。
复合土工膜与斜墙间排气:
为了适应坝体不均匀沉陷,避免薄膜破裂,铺膜时膜要松弛,由于混凝土面板或沥青混凝土斜墙密封不透气,所以膜下空间被空气占据。当水库蓄水后,水从膜施工缺陷的地方渗入膜下面,一部分空气可能从复合土工膜的缺陷中跑出,另一部分仍存在膜下并被压缩,完好部分膜下面的空气亦被压缩。水库水位降落时,如果复合土工膜背后排水管排水不畅,则膜后水位将高出库水位,水压力有可能将膜顶起或顶破,解决此问题一方面要加强排水,另一方面要排气。
一般在坝坡上沿坝轴线方向每隔20m留一排1m宽排气道,排气道处复合土工膜与斜墙不用粘接剂粘贴,并将复合土工膜有意拱起,以形成通道。当水库蓄水时,库水位抬高,水压力作用在复合土工膜上,压缩复合土工膜下的空气,空气向上跑,通过排气通道,经“烟窗”排到大气中。“烟窗”紧贴防浪墙内边布置,高出洪水位,为防雨水倒灌,烟窗顶端装设向下的弯头,“烟窗正对排气道”,沿坝轴线间距亦为20m。
土工薄膜作用机理:由于薄膜的极弱透水性,可将其应用于堤坝中起隔水作用。当薄膜置于坝体中心作防渗心墙时,其两侧的筑坝材料特性基本相同。因而,在施工和蓄水期,薄膜两侧坝体竖向沉降同时发生且基本一致。由于薄膜心墙相当柔软,可随坝体同时下降而蜷曲在堤坝体内,故薄膜与堤坝体材料两者的变形基本协调,产生相对位移的可能性甚小。对于水平位移而言,施工期堤坝体内的上、下游两部分坝壳各自朝上、下游方向发生变形,因而对薄膜心墙的影响甚微。但在蓄水期,受上游水压作用,坝体的水平位移均朝向下游。心墙上游坝体的水平位移将抵消施工期其向上游的变形,而心墙下游坝体位移量将增加。这时,薄膜随坝体的水平位移将产生拉伸应变。鉴于薄膜具有较高的抗拉强度,能对坝体的水平位移产生抑制作用。抑制作用的大小取决于薄膜的抗拉性能。当采用薄膜连同心墙土料作组合防渗体时,薄膜置于上游坝壳与心墙土料之间,其两侧的材料特性截然不同,且坝体内各部位的竖向沉降或水平位移均相差甚大。柔软的薄膜可随坝体的变形而位移,但因其两侧变形量不同,且薄膜与心墙土料、薄膜与上游坝壳材料间的摩擦力也不一致。薄膜将随着摩擦力较大的一侧同时变形,而对具有一定摩擦力的另一侧产生抑制作用。薄膜的抗拉强度将抵抗因坝体各部位位移的不同而产生拉伸应变,同时,又抑制着坝体的应变,两者相辅相成。
此外,防渗薄膜置于支撑材料之间,必然遭受支撑材料的挤压,尤其在蓄水后又受到水压的作用,则薄膜可能在支撑材料的孔隙中产生顶破;同时,还可能被支撑材料尖锐棱角所刺破,最终丧失其抗渗性。薄膜的顶破和穿刺程度取决于法向应力的大小、支撑材料的形状和大小、薄膜自身的强度和伸长率。因此,在设计和施工中应根据土工膜的受力情况,确定其抗拉强度,选择合理的材料,做好土工膜上下过渡层,确保薄膜的整体安全,提高其抗渗性。对于重要堤防工程的防渗加固,目前普遍采用垂直防渗或临水坡铺设土工膜以及两者联合防渗等形式,可大大缩短施工工期。许多工程实录都表明它的防渗效果良好、经济、施工方便,有推广使用的价值。