土工布透水性測試儀實驗方法解析
土工布透水性測試儀實驗方法解析，目前開發(fā)的滌綸短纖針刺土工布 ,不僅有良好的透水、透氣性能 ,而且有較小的孔徑, 孔徑的大小根據(jù)土的顆粒情況可以在制作時加以調(diào)整,因此當(dāng)水流垂直織物平面方向流過時 , 可使大部分土顆粒不被水流帶走, 起到濾層作用 。由于應(yīng)用于不同的工程, 對土工布的滲透性、排水性要求也各不相同 ,而透水性測試是復(fù)雜和費時的, 相對透水性來說, 土工布的透氣性測定,其方法簡單, 測試方便 。因為土工織物的透水性和透氣性都與織物的孔隙率或緊密程度 、孔徑分布、厚度有關(guān),如能以透氣性測定代替透水性的測定,從織物透氣性的實驗值計算得到織物透水性數(shù)值 ,則可以大大節(jié)省實驗時間 ,簡化實驗程序。同時, 目前有關(guān)土工織物的滲透性測試的方法有單層織物或多層織物兩種 ,兩者間的測試結(jié)果是否相同也是人們關(guān)心的問題。本文就上述兩個方面進行了實驗探討 , 為以后的測試和生產(chǎn)廠對產(chǎn)品透水性能的預(yù)測提供參考。
一、實樣規(guī)格
本文所用的針刺滌綸短纖非織造土工布試樣均取自上海工業(yè)用呢廠。
二、實驗方法
1、透水性試驗
土工布的透水性實質(zhì)是在織物兩邊存在水壓差的條件下, 水流通過織物空隙的現(xiàn)象 。當(dāng)水力梯度不大時 ,可認為水流垂直通過土工織物呈層流狀態(tài)和服從達西定律。垂直滲透測試儀是用來測定土工織物在層流狀態(tài)下的透水性指標 :透水率和垂直滲透系數(shù)。垂直滲透系數(shù)是滲流的水力梯度等于 1 時的滲透流速, 透水率則是水位差等于 1 時的滲透流速。
2、透氣性實驗
透氣性實驗是在 YG461 型織物中壓透氣儀上進行的, 透氣的實質(zhì)就是在織物兩邊存在一定壓力差的條件下, 空氣從壓力較高的一邊通過土工布 ,流向壓力較低的一邊的過程。根據(jù)流體的連續(xù)性原理與伯努利原理 ,并考慮實際氣體的粘滯性與可壓縮性 ,可導(dǎo)出流體的流量方程式, 從而得到透過試樣的空氣流量 。透過試樣的空氣流量與氣孔直徑的平方成正比 ,在織物兩側(cè)壓力差一定條件下, 織物透氣量與空氣室中氣孔前后的靜壓差有關(guān) 。而氣孔直徑可根據(jù)非織造布透氣性的大小而選用。本實驗中試樣直徑為 70 mm, 選用了3 種不同的孔徑。
三、測試儀器
測試土工布厚度的儀器為 YG(B)141D 型織物厚度儀 ,壓腳面積為 1 000 mm2,砝碼為 200 cN ,壓30 s 。
四、實驗結(jié)果與分析討論
五種不同規(guī)格針刺非織造土工布試樣的透氣量和透水性的實測結(jié)果列于表 2 。
五、織物的透水性與透氣性間關(guān)系
表2 中五種針刺非織造土工布的透水率和氣量的實測結(jié)果如圖 1 所示 。
由圖 1 可知 ,土工織物的透氣量增大 ,透水率也隨之增大,且隨著透氣量的增加 ,透水率的增加速率降低 ?？椢锏耐笟庑匀Q于織物中空隙的大小和數(shù)量, 而空隙的大小和數(shù)量又將取決于纖維性狀 、生產(chǎn)工藝、織物厚度及后整理方法等因素?？椢镏械睦w維越細, 空氣透過的阻力越大,透氣量越小 。大多數(shù)異形纖維制成的織物透氣性比圓形纖維好?？椢镌胶? 透氣性越小 。而織物的透水率也與織物結(jié)構(gòu)、材料性能和織物的厚度有關(guān)[ 3]。根據(jù)表 2 實測數(shù)據(jù) ,透水率(y)和透氣量間的關(guān)系可用下列回歸方程表示:y =-1 .713659E -6x2 6 .537327E-3x -3 .144929 (1)方程(1)的殘差平方和Se 為0 .2048 , σ＊為0 .2613 ,較三次方方程的擬合程度好。選取針刺密度為450 針/m2 的 400 g/m2 和 250 g/m2 的針刺土工布進行了驗證, 得到其透氣量分別是 1 367L/(m2·s)、2 132 L/(m2·s),代入方程(1)得到理論上透水率分別為 2 .589 1/ s 、3 .003 1/ s, 實際得到的透水率分別為 2 .42 1/s 、2 .818 1/ s, 兩者相對都比較接近 ,誤差都在 6 %左右 。
六、土工織物透氣量與垂直滲透系數(shù)間的關(guān)系如圖 2 所示。
由圖 2 可以看出, 土工織物垂直滲透系數(shù)隨著透氣量的增加而增加, 兩者間成一次線性關(guān)系。根據(jù)表2 實測數(shù)據(jù)進行擬合得到的回歸方程為:y =4 .99619E -4x -0 .0715 (2)相關(guān)系數(shù)為0 .99592 ,對于 n =5 , α=0 .01 ,查表 知臨界相關(guān)系數(shù)為 r0.01 =0 .95873 , 因R =0 .99592 >r0 .01 ,表明在 α=0 .01 的顯著水平條件下,線性回歸,擬合程度較好。選取針刺密度為450 針/m2 的 400 g/m2 和 250 g/m2 的針刺土工布進行了驗證 , 得到其透氣量分別是 1 367L/(m2·s)、 2 132 L/(m2·s),代入方程(2)得到理論上垂直滲透系數(shù)分別為 0 .6115 cm/ s 、 0 .994cm/ s, 實際得到的垂直滲透系數(shù)分別為0.673 cm/ s 、1 .063 cm/s, 誤差分別為 10 %、7 %左右 。
織物孔隙率與垂直滲透系數(shù)間的關(guān)系
織物孔隙率是織物結(jié)構(gòu)特征的重要參數(shù)之一,當(dāng)在纖維纖度一定的情況下,織物的垂直滲透系數(shù)與織物的孔隙率將存在一定的理論關(guān)系 。表1 中五種針刺非織造土工布的孔隙率與其垂直滲透系數(shù)實測值間的關(guān)系如圖 3 所示。垂直滲透系數(shù)是用于反濾、排水土工織物的重要性能指標 。在施工設(shè)計中要求土工織物的垂直滲透系數(shù)和土層的滲透系數(shù)相匹配 , 由于一般土工布生產(chǎn)廠不具備垂直滲透系數(shù)的測試設(shè)備或不便于測試,因此,本文研究結(jié)果可以給生產(chǎn)廠為預(yù)測土工織物的透水性指標提供一種方法[ 5] 。
土工織物層數(shù)與垂直滲透系數(shù)間關(guān)系
為了研究土工織物的測試層數(shù)與垂直滲透系數(shù)之間的關(guān)系 ,應(yīng)用表 1 中 2 號試樣測定了不同層數(shù)試樣的垂直滲透系數(shù) ,其結(jié)果如圖 4 所示 。
由圖 4 可知, 垂直滲透系數(shù)隨著層數(shù)的增加而不斷降低 ,表明織物的垂直滲透系數(shù)的實測值與層數(shù)有關(guān)。理論上織物的垂直滲透系數(shù) Kn 與厚度 δ無關(guān) , δ增大, 土工織物上下面測壓管水位差 Δh 也增大,可以看出 ,在一定的條件下,織物的垂直滲透系數(shù)是恒定的 。當(dāng)厚度增大時 ,在相同的條件下,壓力差 Δh 增大 。當(dāng)在單位厚度織物中的水位差一定時,織物中的滲流流速應(yīng)保持不變 ,即垂直滲透系數(shù)應(yīng)為與織物厚度無關(guān)的表示材料滲透性能的物理量 。但是由于織物在無壓的狀態(tài)下自由地疊合在一起 , 層與層之間可能存在間隙, 形成界面,水流經(jīng)過界面時 ,不像織物內(nèi)部那樣暢通 ,出現(xiàn)流速減慢 、流量減少, 從而出現(xiàn)界面能量損耗,層數(shù)越多 ,能量損耗越大 。當(dāng)其他條件不變的情況下 ,流速越小 , 流量越小, 測得的垂直滲透系數(shù)就越小。
單層試樣測試的優(yōu)點是符合實際情況, 但測定時因水位差小 ,測讀時常不易準確;多層試樣測試時可使水位差增大 , 減少因測讀水位差不準引起的誤差 ,但對非織造土工布 ,多層試樣測試所得到的垂直滲透系數(shù)將會偏小。
七、結(jié)論
通過對針刺非織造土工織物的透氣性、孔隙率與透水率、垂直滲透系數(shù)間關(guān)系的實驗研究 ,得到以下幾點結(jié)論非織造土工布的透水率隨著透氣性的增加而增加 ,兩者呈二次方線性關(guān)系 ,因此可以測定織物透氣量來預(yù)測其透水率, 進而計算織物的垂直滲透系數(shù)。
土工織物的孔隙率與其垂直滲透系數(shù)具有近似的線性相關(guān), 在纖維線密度一定條件下,可以由土工織物的孔隙率近似判別土工織物的垂直滲透系數(shù) 。
多層疊合非織造土工布試樣所測得的垂直滲透系數(shù)較單層測試值偏小 。
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