制造土工膜時還需要滲入一定量的添加劑,在不改變材料基本特性的情況下,改善其基本力學性能、抗環(huán)境影響性能和降低成本。瀝青類薄膜常用的添加料主要有填料和纖維,有時摻入一定的彈性物質(zhì)。填料加細粒礦粉,常用的有石灰粉、滑石粉、云母、粉煤灰、石墨等。摻量為瀝青與礦粉總重的60%以內(nèi),一般為30%。添料的作用在于增加膜的勁度,還可降低成本;纖維一般用石棉或玻璃絲,其作用是增加膜的強度。彈性物質(zhì)常采用再生橡膠等,摻量一般為5%~15%,其作用是改善膜的物理性質(zhì)或增強抗裂能力。
聚合物類薄膜的添加料有填料、纖維、改性劑、增塑劑、炭墨、抗氧化劑、穩(wěn)定劑、殺菌劑。填料為上述各種礦粉。常用的纖維有玻璃絲、聚脂或尼龍短纖維等。這兩種摻料的作用與瀝青類相同,其他摻料各有不同的作用。改性劑是在膜的制作過程中使混合料硬化或軟化;增塑劑用于增加膜的柔性;炭黑增加膜的抗紫外線和臭氧等的老化作用,并在制作過程中使混合物保持穩(wěn)定;殺菌劑用于防止菌類微生物對聚合物薄膜的侵蝕。
復合土工膜與斜墻間排氣:
為了適應壩體不均勻沉陷,避免薄膜破裂,鋪膜時膜要松弛,由于混凝土面板或瀝青混凝土斜墻密封不透氣,所以膜下空間被空氣占據(jù)。當水庫蓄水后,水從膜施工缺陷的地方滲入膜下面,一部分空氣可能從復合土工膜的缺陷中跑出,另一部分仍存在膜下并被壓縮,完好部分膜下面的空氣亦被壓縮。水庫水位降落時,如果復合土工膜背后排水管排水不暢,則膜后水位將高出庫水位,水壓力有可能將膜頂起或頂破,解決此問題一方面要加強排水,另一方面要排氣。
一般在壩坡上沿壩軸線方向每隔20m留一排1m寬排氣道,排氣道處復合土工膜與斜墻不用粘接劑粘貼,并將復合土工膜有意拱起,以形成通道。當水庫蓄水時,庫水位抬高,水壓力作用在復合土工膜上,壓縮復合土工膜下的空氣,空氣向上跑,通過排氣通道,經(jīng)“煙窗”排到大氣中。“煙窗”緊貼防浪墻內(nèi)邊布置,高出洪水位,為防雨水倒灌,煙窗頂端裝設向下的彎頭,“煙窗正對排氣道”,沿壩軸線間距亦為20m。
土工薄膜作用機理:由于薄膜的極弱透水性,可將其應用于堤壩中起隔水作用。當薄膜置于壩體中心作防滲心墻時,其兩側(cè)的筑壩材料特性基本相同。因而,在施工和蓄水期,薄膜兩側(cè)壩體豎向沉降同時發(fā)生且基本一致。由于薄膜心墻相當柔軟,可隨壩體同時下降而蜷曲在堤壩體內(nèi),故薄膜與堤壩體材料兩者的變形基本協(xié)調(diào),產(chǎn)生相對位移的可能性甚小。對于水平位移而言,施工期堤壩體內(nèi)的上、下游兩部分壩殼各自朝上、下游方向發(fā)生變形,因而對薄膜心墻的影響甚微。但在蓄水期,受上游水壓作用,壩體的水平位移均朝向下游。心墻上游壩體的水平位移將抵消施工期其向上游的變形,而心墻下游壩體位移量將增加。這時,薄膜隨壩體的水平位移將產(chǎn)生拉伸應變。鑒于薄膜具有較高的抗拉強度,能對壩體的水平位移產(chǎn)生抑制作用。抑制作用的大小取決于薄膜的抗拉性能。當采用薄膜連同心墻土料作組合防滲體時,薄膜置于上游壩殼與心墻土料之間,其兩側(cè)的材料特性截然不同,且壩體內(nèi)各部位的豎向沉降或水平位移均相差甚大。柔軟的薄膜可隨壩體的變形而位移,但因其兩側(cè)變形量不同,且薄膜與心墻土料、薄膜與上游壩殼材料間的摩擦力也不一致。薄膜將隨著摩擦力較大的一側(cè)同時變形,而對具有一定摩擦力的另一側(cè)產(chǎn)生抑制作用。薄膜的抗拉強度將抵抗因壩體各部位位移的不同而產(chǎn)生拉伸應變,同時,又抑制著壩體的應變,兩者相輔相成。
此外,防滲薄膜置于支撐材料之間,必然遭受支撐材料的擠壓,尤其在蓄水后又受到水壓的作用,則薄膜可能在支撐材料的孔隙中產(chǎn)生頂破;同時,還可能被支撐材料尖銳棱角所刺破,最終喪失其抗?jié)B性。薄膜的頂破和穿刺程度取決于法向應力的大小、支撐材料的形狀和大小、薄膜自身的強度和伸長率。因此,在設計和施工中應根據(jù)土工膜的受力情況,確定其抗拉強度,選擇合理的材料,做好土工膜上下過渡層,確保薄膜的整體安全,提高其抗?jié)B性。對于重要堤防工程的防滲加固,目前普遍采用垂直防滲或臨水坡鋪設土工膜以及兩者聯(lián)合防滲等形式,可大大縮短施工工期。許多工程實錄都表明它的防滲效果良好、經(jīng)濟、施工方便,有推廣使用的價值。