新型PVC防滲抗凍水渠材料時(shí)述

鳳祝 孔松 周璐

摘要：為了避免水渠凍脹破壞、滲漏等問題，解決農(nóng)業(yè)用水存在的巨大缺陷，進(jìn)一步提升自然保護(hù)成果，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)，在農(nóng)田建設(shè)的過程中采用PVC新型阻燃抗氧化抗凍水渠進(jìn)行節(jié)水灌溉便被提出。但是目前尚缺少對該種新型PVC水渠板材的性能報(bào)告，基于此，分別對材料的抗凍性能和力學(xué)性能進(jìn)行測試，以確保符合水利工程所用混凝土的要求，并對該材料進(jìn)行阻燃性、抗氧化性進(jìn)行測試，以確保其使用的安全、穩(wěn)定性。對該種板材在節(jié)水灌溉方面的應(yīng)用進(jìn)行分析，以確保其實(shí)施的可靠性。

關(guān)鍵詞：PVC板材;強(qiáng)度;抗凍性;阻燃性;節(jié)水灌溉

中圖分類號：S277文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190615026

引言

我國幅員遼闊，但水資源缺乏。以山西省為例，全省每年從渠道滲漏掉的水量約為20億m3。且由于我國農(nóng)業(yè)灌溉面積廣闊，發(fā)展其它節(jié)水灌溉代價(jià)巨大，所以就目前而言我國發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉的重心還是應(yīng)放在渠道輸水上，因此如何解決渠道滲漏、凍脹破壞，提高輸水效率顯得尤為重要。我國渠道防滲主要形式有塑膜、混凝土預(yù)制板或現(xiàn)澆板、漿砌石等，但在北方季節(jié)性凍土地區(qū)，這些防滲工程均存在不同程度的凍脹破壞問題，不僅直接影響渠道的正常使用，浪費(fèi)了水資源，而且增加了修復(fù)次數(shù)和工程費(fèi)用。

本次研究的PVC板材較傳統(tǒng)的混凝土水渠，具有優(yōu)良的抗凍性能、更好的防滲性，可以很大程度上提高農(nóng)業(yè)輸水效率。同時(shí)PVC新型阻燃抗氧化抗凍水渠在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用能夠?qū)⒌喂嗉夹g(shù)與覆膜技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，進(jìn)行技術(shù)優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，使水利工程能夠直接作用到農(nóng)作物，對于農(nóng)作物生長發(fā)育具有直接的作用。相比較傳統(tǒng)灌溉在節(jié)水省肥增產(chǎn)等方面都具有重要的推動(dòng)效果?？梢赃M(jìn)行地區(qū)性推廣應(yīng)用，便于長期農(nóng)業(yè)發(fā)展。本文旨在通過實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確測試該種PVC板材的抗凍性能和力學(xué)性能，以確定其在水利工程中符合規(guī)范。

1項(xiàng)目的提出

PVC是世界五大通用塑料之一，具有優(yōu)良的阻燃、絕緣和耐腐蝕等性能，并且價(jià)格低廉，被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)。PVC板材主要由聚氯乙烯樹脂與增塑劑、穩(wěn)定劑等加工助劑配合后，經(jīng)擠出或壓延加工而成，其中以擠出加工為主。最近河北某建筑公司生產(chǎn)的新型PVC建筑模板引起了業(yè)內(nèi)的關(guān)注，原料為樹枝、稻殼、棉柴、廢木薄板等廢棄物，經(jīng)粉碎、高溫混拌均勻，進(jìn)入PVC木塑擠出機(jī)而成。是國際領(lǐng)先的高科技、環(huán)保、新型建筑用材料，具有廣闊的發(fā)展前景[1]。如果將該種PVC板材應(yīng)用于灌溉水渠，將使中國農(nóng)業(yè)灌溉向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化邁出一大步。下文將對該種PVC板材進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)測試。

2實(shí)驗(yàn)裝置介紹

密度測試采用吸水性固體密度計(jì);抗凍性實(shí)驗(yàn)采用全自動(dòng)低溫凍融試驗(yàn)機(jī)JC-ZDR-6型，該機(jī)冷凍最低溫度可達(dá)-40℃凍融循環(huán)次數(shù)0～999次;彈性模量用天津惠達(dá)試驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)的DT-16動(dòng)彈儀在快速凍融試驗(yàn)過程中測定。

3PVC試驗(yàn)性能研究

3.1PVC板材的密度

選用抗壓強(qiáng)度和凍融試件，該材料自然狀態(tài)體積密度較小，只有800kg/m3。

3.2抗凍性

由于本次研究的PVC板材是用于水利工程中替代水渠的混凝土襯砌，所以采用國內(nèi)混凝土凍融破壞的實(shí)驗(yàn)方法。我國水利部門制定的混凝土抗凍性能試驗(yàn)主要采用快凍法試驗(yàn)，快凍法試驗(yàn)周期短，工作量小，靈敏度高[2]。

參照混凝土抗凍試驗(yàn)方法，將尺寸為98mm×100mm×400mm的試件置于DT-16動(dòng)彈儀在快速凍融試驗(yàn)中測定。當(dāng)試件的質(zhì)量損失率超過5%或相對動(dòng)彈性模量降低至60%時(shí)，結(jié)束試驗(yàn)。得出質(zhì)量損失率：-7.55%，-8.24%，-7.49%，平均值-7.76%。得出相對動(dòng)彈性模量：96%，96%，95%，計(jì)算值95.67%。通過檢測：該板材的抗凍性能符合水利工程的抗凍性能要求，質(zhì)量損失標(biāo)準(zhǔn)要求為≤5%，實(shí)際為增加7.76%;相對動(dòng)彈性模量標(biāo)準(zhǔn)要求為≥60%，實(shí)際為96%。

3.3PVC板材力學(xué)性能檢測

3.3.1抗壓強(qiáng)度

由于該種PVC板材常處于浸水狀態(tài)，所以通過測試其自然狀態(tài)和吸水120h后的抗壓強(qiáng)度，然后計(jì)算出其軟化系數(shù)。受壓面尺寸為94.5mm×99.5mm;抗壓強(qiáng)度是壓縮變形10%時(shí)的強(qiáng)度值。

自然狀態(tài)：分別對3組試件進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn)，得出：4.76MPa、4.72MPa、4.68MPa，平均值4.72MPa。

吸水120h后：進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，得出：6.48MPa、6.16MPa、6.66MPa，平均值6.43MPa。

可以看出該板材在吸水120h后抗壓強(qiáng)度增加。

3.3.2抗拉強(qiáng)度

選取試件斷面尺寸為33mm×15mm的PVC板塊，按照《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法》（GB/T50081--2002）規(guī)定的劈裂抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，用壓力試驗(yàn)機(jī)。

得出：14.57MPa、16.24MPa、12.18MPa、15.73MPa、14.75MPa，平均值15.66MPa。其抗拉性能明顯高于抗壓強(qiáng)度。

3.3.3抗折強(qiáng)度

取3組尺寸為98mm×100mm×400mm的試件置于抗折試驗(yàn)機(jī)上，進(jìn)行自然狀態(tài)下的抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，得出：12.86、13.04、12.18，平均值12.69。

經(jīng)200次凍融后，進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，得出：11.88、8.37、16.40，平均值12.21。可以發(fā)現(xiàn)該板材經(jīng)過200次凍融后的抗折強(qiáng)度變化較小。

綜上按照水利工程所用混凝土的力學(xué)性能規(guī)范要求，該P(yáng)VC板材完全符合水利工程的使用要求。由于該板材沒有對應(yīng)的國家、地方規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，只能參照水利工程有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行檢測，以上所有檢測結(jié)果僅供參考。

3.4阻燃性及其改良

由于PVC板的阻燃性不能滿足要求，因此需要通過添加阻燃劑來改善PVC的阻燃性。目前應(yīng)用比較廣的主要阻燃劑有ZHS、Sb2O3，在王月芹的《PVC材料的阻燃性能研究》[3]中對ZHS、Sb2O3和ZHS/Sb2O3分別進(jìn)行了添加實(shí)驗(yàn)，判斷復(fù)合阻燃劑ZHS/Sb2O3在PVC材料中可發(fā)揮協(xié)同作用，并且當(dāng)ZHS：Sb2O3為1：1時(shí)，其使用量最少且阻燃性能最好。

4新型PVC板材在節(jié)水灌溉中的應(yīng)用

4.1輸水效率高，降低滲漏的可能性

該P(yáng)VC板材糙率值為0.008左右，流速在2.4m/s左右，輸水、輸沙能力強(qiáng)。

4.2鋪設(shè)簡單，降低成本

該水渠采用的是干支渠一次成型的鋪設(shè)方式，其結(jié)構(gòu)完善，無需墊層，無需輔助材料，輕人工，幾乎適合所有土地形式。在提高了水渠灌溉能力的基礎(chǔ)上又減少了資金投入，并且該水渠還有強(qiáng)大的維修能力和回收價(jià)值。

4.3提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)量

該水渠在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的應(yīng)用中能將滴灌技術(shù)與覆膜技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，進(jìn)行技術(shù)優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，使水利工程能夠直接作用到農(nóng)作物。相比較傳統(tǒng)自然灌溉在節(jié)水省肥增產(chǎn)等方面都具有重要的推動(dòng)效果，能使農(nóng)業(yè)產(chǎn)量有巨大的提升。

5結(jié)論

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究該P(yáng)VC板材的抗凍性，阻燃性及其力學(xué)性能都能符合水利工程規(guī)范要求。因此在農(nóng)業(yè)灌溉小型水渠可以先試圖用該P(yáng)VC板材去替換混凝土板襯砌，不僅可以解決普通水渠的抗凍問題，還可以與新型的灌溉模式相結(jié)合，以提高水資源的利用效率。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，對水資源的利用效率要求不斷地提高，發(fā)展新型PVC水渠材料更勢在必行。

參考文獻(xiàn)

[1] 中建.河北研發(fā)出新型PVC建筑板材[J].國外塑料，2012（08）：67.

[2] 楊紹明，周雙喜.混凝土抗凍性試驗(yàn)方法及其評價(jià)參數(shù)的探討[J].混凝土，2008（04）：27-28.

[3] 王月芹，李霞，周志明，劉通.PVC材料的阻燃性能研究[J].當(dāng)代化工研究，2018（03）：67-68.

作者簡介： 時(shí)述鳳 （1972-）女，吉林長春人，碩士研究生，副教授，研究方向：節(jié)水灌溉;?？姿桑?996-），男，河南信陽人，研究方向：節(jié)水灌溉;周璐（1986-），女，吉林長春人，研究方向：節(jié)水灌溉。