當我們想到土工合成材料時，我們通常會想到最終用途是將其埋在地下的材料，遠離紫外線(UV)及其對制造它們的合成聚合物的破壞作用。明顯的例外是侵蝕和沉積物控制產(chǎn)品，如淤泥柵欄和草皮增強墊，這些產(chǎn)品在材料性能退化到無法再保持或不再需要其預期功能之前，可以承受一定量的紫外線照射。土工合成材料制造商通常向用于制造土工合成材料的合成樹脂或涂料中添加穩(wěn)定組分，但是這些添加劑非常昂貴，并且還會降低材料強度和其他所需的土工合成材料性能，因此通常適量使用。
暴露在紫外線下對土工合成材料的損害可以通過產(chǎn)品的物理外觀和材料性能的變化來證明。隨著時間的推移，一些最容易觀察到的變化是部分強度損失和材料密度損失。在分子結構水平上，300 nm和400 nm之間的紫外光譜波長似乎對破壞土工合成聚合物最具侵蝕性。
鑒于土工合成材料紫外線降解的已知影響，大多數(shù)規(guī)范機構建議這些材料不要長時間暴露在自然環(huán)境中。這種思路的一個例子是美國國家公路和運輸官員協(xié)會(AASHTO)“公路應用土工織物規(guī)范”，名稱:“M288”，建議“土工織物在鋪設后暴露在大氣中的時間最長應為14天，以最大限度地減少潛在的損壞。” 其他實例包括規(guī)定在暴露于模擬紫外線降解測試的設定小時數(shù)后強度保留的最小百分比，例如在氙弧測試(ASTM D4355)中暴露五百(500)小時后保留百分之七十(70%)的強度。
為了評估土工合成材料對模擬紫外線暴露和風化影響的穩(wěn)定性，行業(yè)已經(jīng)開發(fā)或采用了幾種新的和現(xiàn)有的測試方法，這些方法使用實時或加速暴露方案。上面提到的ASTM D4355使用氙弧光源來提供UV光譜波長，并且還使用熱和濕氣的循環(huán)來模擬自然風化循環(huán)。另一個當前的ASTM D7238或QUV熒光紫外老化箱利用冷凝和熒光紫外光源來模擬土工膜和類似產(chǎn)品的風化循環(huán)。雖然這些測試方法在土工合成材料行業(yè)內被認為是有用的紫外線耐久性測量方法，但將它們與真實世界的暴露降解率相關聯(lián)是不方便的，充其量也只是偶然的。
圖1:添加紫外線抑制劑的編織聚丙烯土工織物隨時間的紫外線降解強度損失示例
將實驗室紫外線降解試驗結果與實際現(xiàn)場應用聯(lián)系起來的核心問題是，全球的紫外線強度和降解率并不像實驗室那樣恒定。如果我們使用ASTM D4355的500小時紫外線降解基準作為數(shù)據(jù)，并嘗試將其與北美的現(xiàn)場測量值相關聯(lián)，則預計六個月至一年后，佛羅里達州的坦帕市、華盛頓州的西雅圖市或安大略省的多倫多市將出現(xiàn)類似的降解，七至十年后將出現(xiàn)類似的降解。值得注意的是，除了紫外線，還有其他環(huán)境影響需要考慮。土工合成材料暴露于自然環(huán)境時的潛在退化機制時，會發(fā)生退化，但這超出了本技術說明的范圍。有可能比較準確地評估世界上任何給定地點的紫外線暴露水平。要做到這一點，必須既有該地點的“紅斑紫外線輻照度”數(shù)據(jù)，又有紫外線強度的日變化和季節(jié)變化的相關信息。更具體地說，輻照度信息是由衛(wèi)星和地面光源收集的，給出了地表水平紫外光譜輻射的表示。雖然這種類型的信息在確定照射到暴露的土工合成材料上的紫外光的水平和光譜方面非常有用，但它仍必須與實驗室測試結果相關聯(lián)，才能用于確定與室外暴露率相關的土工合成材料的可指定劣化水平。
圖2顯示了在一天的1200小時(中午12:00)測量的全球紅斑紫外線輻照度水平的示例
由于本技術說明的目的是為用戶提供一些指導，使其能夠估計我們的曇卡產(chǎn)品在紫外線照射下的耐久性，因此我們將對實驗室測試方法和現(xiàn)場暴露率之間的相關性進行一些估計。ASTM D4355中使用的氙弧光源的校準輸出為350 mW/m2，ASTM D7238中使用的熒光UV光源的輸出為710 mW/m2。因此，QUV (D7238)源的強度大約是氙弧(D4355)源的兩倍，或兩倍的強度。如果我們仔細觀察2005年7月美國上空一天的紅斑UV輻照度，如圖3所示，我們可以看到美國西南部(新墨西哥州、亞利桑那州、科羅拉多州)的強度與D4355中使用的光源強度相似。同樣，美國東北部(新英格蘭)和西北部(華盛頓、俄勒岡、蒙大拿、愛達荷)的紅斑紫外線輻照度大約是D4355強度的三分之二。與D7238相對應的比例是西南地區(qū)一半，東北和西北地區(qū)三分之一。
圖3顯示的是2005年7月美國上空一天的紅斑UV輻照度
繼續(xù)實驗室紫外線降解測試和實際現(xiàn)場紫外線暴露率之間的相關性，我們還必須查看24小時內自然陽光的持續(xù)時間。由于地球繞其軸旋轉而導致的陽光強度的自然變化被稱為“晝夜”，是指每天重復的24小時周期。圖4顯示了一個日峰值太陽強度變化的例子，人們期望在任何給定的一天觀察到，不考慮環(huán)境變量，如云或煙霧覆蓋，降雨，日食等。如果太陽輻照度水平是24小時內的平均值，則平均值約為24%(峰值太陽強度)。該比率將用于進一步將現(xiàn)場紫外線暴露率與實驗室測試相關聯(lián)。 我們還可以進一步研究影響紅斑紫外線輻射水平的一些其他變量，如云量和/或降雨量。比如美國華盛頓州的西雅圖，每年大約經(jīng)歷225個陰天，約占總時間的61%。我們可以從圖3中孤立區(qū)域的較低區(qū)域紫外線輻照度水平假設，云量和/或降雨量可以將輻照度水平降低到峰值輻照度水平的50%左右。美國大陸的平均或平均總日照信息可從國家海洋和大氣局獲得，如圖5所示，并可用于進一步細化美國特定地區(qū)的這一百分比。該比率還將用于進一步將現(xiàn)場紫外線暴露率與實驗室測試相關聯(lián)。
圖4:日峰值陽光輻照度曲線示例
相關過程的下一步是考慮我們已經(jīng)討論過的特定環(huán)境因素，并將現(xiàn)場觀察與實驗室測試方法聯(lián)系起來。我們必須記住，行業(yè)標準是報告土工合成產(chǎn)品的MARV(最小平均滾動值)強度百分比。對于土工合成材料，通常以500小時為基準進行報告。根據(jù)ASTM D4355實驗室測試方法計算的500小時暴露的紫外線輻照度水平為175，000 mW*hr/m2，而ASTM D7238為355，000 mW*hr/m2。然后，我們必須結合近似的地區(qū)環(huán)境因素，得出暴露在室外環(huán)境中的土工合成材料的類似輻照度暴露水平。 這些地區(qū)特有的因素也是紅斑紫外線輻照度；日照晝夜變化；和平均日照百分率。表1顯示了十一(11)個選定美國城市的綜合數(shù)據(jù)，并總結了與500小時實驗室測試結果相關的近似暴露時間跨度。列表近似值的結果表明，500小時氙弧紫外線測試大約需要半年到兩年的野外暴露時間，而要達到QUV測試中達到的相同紫外線輻照度水平，則需要大約兩倍的時間，即野外1到4年。
圖5顯示美國大陸的平均或平均總日照信息 
表1:ASTM D4355和D7238 500小時實驗室測試的等效室外紫外線輻照度。
從這500小時的暴露比較中，我們可以推測，相對于不含抑制劑的土工合成材料(即原始HDPE、PP、PET等)，添加了紫外線抑制劑的土工合成材料對紫外線輻照的降解效果具有相當?shù)牡挚沽?。我們認為理所當然的另一點是，在其他條件相同的情況下，編織土工布比非編織土工布更能抵抗紫外線降解，因為其紗線的橫截面積更大。穩(wěn)定的PP紗線和長絲也比未涂覆的PET紗線更耐紫外線輻射，這從它們在500小時紫外線輻射暴露下的MARV強度保持率中得到證明:70% PP為90%；寵物50%。根據(jù)較佳行業(yè)建議，我們建議我們的曇卡土工合成產(chǎn)品暴露在自然環(huán)境中的時間不要超過14天，如AASHTO M288所規(guī)定，除非其特定應用需要持續(xù)暴露在室外，如淤泥柵欄、沉積物控制、侵蝕控制、包裹面MSE墻或RSS飾面等
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