张彬玢 张鸿琪

1 概述

HDPE在1956年就已推出,它具有密度较大,力学强度、熔点和硬度较高的特点,同时可应用各种先进技术改善和提高HDPE的其他性能。近50年来,HDPE在土木工程行业中的应用越来越广泛,桥梁工程中应用是以HDPE为基料的缆索热挤护套用料,其中添加了 2.5%左右的炭黑并已加入了抗氧剂以保持HDPE加工和成型后的热稳定性,使之具备吸湿性小、耐磨性好、耐寒性好、耐化学药品性好、易加工及良好的耐环境应力开裂性等优点。但是它存在提前开裂这一普遍的问题。开裂与HDPE材料性质、几何外形都有关系。在桥梁拉索护套上使用的HDPE还受到包括大气老化与受力因素的综合作用。因此需要找出对应这些条件下HDPE护套应力开裂寿命和老化寿命的方法。

2 HDPE的破坏

HDPE护套的开裂可以归为以下三种原因[1]:1)第三方损伤。2)节点破坏。3)材料失效。第三方损伤是由一些不规范的施工方式造成的。节点破坏可能是由于HDPE与锚固端的连接方式不合理或者材料缺陷导致的熔融结合瑕疵。与材料失效和聚合物的材性、制作过程错误等有关。

HDPE的开裂存在两种破坏形态:脆性和延性。延性破坏过程会伴随着宏观屈服现象。延性破坏时间由蠕变速率决定;脆性破坏过程会伴随着裂纹增长。这两种过程同时进行,最终失效取决于在一定应力、温度和刻痕深度下,哪个过程发展的更快。

3 应力开裂机理

3.1 微观机理

Lustiger曾提出一个简单模型来描述HDPE材料[2]:

HDPE材料包含有序结晶性区域和无定形区域两部分,结晶区域包括称为片晶的褶皱晶层,它们被无定形区域分隔开来。……