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摘要：为了避免水渠冻胀破坏、渗漏等问题，解决农业用水存在的巨大缺陷，进一步提升自然保护成果，实现现代化农业建设，在农田建设的过程中采用PVC新型阻燃抗氧化抗冻水渠进行节水灌溉便被提出。但是目前尚缺少对该种新型PVC水渠板材的性能报告，基于此，分别对材料的抗冻性能和力学性能进行测试，以确保符合水利工程所用混凝土的要求，并对该材料进行阻燃性、抗氧化性进行测试，以确保其使用的安全、稳定性。对该种板材在节水灌溉方面的应用进行分析，以确保其实施的可靠性。
关键词：PVC板材;强度;抗冻性;阻燃性;节水灌溉
中图分类号：S277文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190615026
引言
我国幅员辽阔，但水资源缺乏。以山西省为例，全省每年从渠道渗漏掉的水量约为20亿m3。且由于我国农业灌溉面积广阔，发展其它节水灌溉代价巨大，所以就目前而言我国发展农业灌溉的重心还是应放在渠道输水上，因此如何解决渠道渗漏、冻胀破坏，提高输水效率显得尤为重要。我国渠道防渗主要形式有塑膜、混凝土预制板或现浇板、浆砌石等，但在北方季节性冻土地区，这些防渗工程均存在不同程度的冻胀破坏问题，不仅直接影响渠道的正常使用，浪费了水资源，而且增加了修复次数和工程费用。
本次研究的PVC板材较传统的混凝土水渠，具有优良的抗冻性能、更好的防渗性，可以很大程度上提高农业输水效率。同时PVC新型阻燃抗氧化抗冻水渠在农业节水灌溉中的应用能够将滴灌技术与覆膜技术进行统筹规划，进行技术优点结合，使水利工程能够直接作用到农作物，对于农作物生长发育具有直接的作用。相比较传统灌溉在节水省肥增产等方面都具有重要的推动效果。可以进行地区性推广应用，便于长期农业发展。本文旨在通过实验准确测试该种PVC板材的抗凍性能和力学性能，以确定其在水利工程中符合规范。
1项目的提出
PVC是世界五大通用塑料之一，具有优良的阻燃、绝缘和耐腐蚀等性能，并且价格低廉，被广泛应用于各种行业。PVC板材主要由聚氯乙烯树脂与增塑剂、稳定剂等加工助剂配合后，经挤出或压延加工而成，其中以挤出加工为主。最近河北某建筑公司生产的新型PVC建筑模板引起了业内的关注，原料为树枝、稻壳、棉柴、废木薄板等废弃物，经粉碎、高温混拌均匀，进入PVC木塑挤出机而成。是国际领先的高科技、环保、新型建筑用材料，具有广阔的发展前景[1]。如果将该种PVC板材应用于灌溉水渠，将使中国农业灌溉向农业现代化迈出一大步。下文将对该种PVC板材进行性能实验测试。
2实验装置介绍
密度测试采用吸水性固体密度计;抗冻性实验采用全自动低温冻融试验机JC-ZDR-6型，该机冷冻最低温度可达-40℃冻融循环次数0～999次;弹性模量用天津惠达试验仪器厂生产的DT-16动弹仪在快速冻融试验过程中测定。
3PVC试验性能研究
3.1PVC板材的密度
选用抗压强度和冻融试件，该材料自然状态体积密度较小，只有800kg/m3。
3.2抗冻性
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衬砌，所以采用国内混凝土冻融破坏的实验方法。我国水利部门制定的混凝土抗冻性能试验主要采用快冻法试验，快冻法试验周期短，工作量小，灵敏度高[2]。
参照混凝土抗冻试验方法，将尺寸为98mm×100mm×400mm的试件置于DT-16动弹仪在快速冻融试验中测定。当试件的质量损失率超过5%或相对动弹性模量降低至60%时，结束试验。得出质量损失率：-7.55%，-8.24%，-7.49%，平均值-7.76%。得出相对动弹性模量：96%，96%，95%，计算值95.67%。通过检测：该板材的抗冻性能符合水利工程的抗冻性能要求，质量损失标准要求为≤5%，实际为增加7.76%;相对动弹性模量标准要求为≥60%，实际为96%。
3.3PVC板材力学性能检测
3.3.1抗压强度
由于该种PVC板材常处于浸水状态，所以通过测试其自然状态和吸水120h后的抗压强度，然后计算出其软化系数。受压面尺寸为94.5mm×99.5mm;抗压强度是压缩变形10%时的强度值。
自然状态：分别对3组试件进行抗压实验，得出：4.76MPa、4.72MPa、4.68MPa，平均值4.72MPa。
吸水120h后：进行上述实验，得出：6.48MPa、6.16MPa、6.66MPa，平均值6.43MPa。
可以看出该板材在吸水120h后抗压强度增加。
3.3.2抗拉强度
选取试件断面尺寸为33mm×15mm的PVC板块，按照《普通混凝土力学性能实验方法》（GB/T50081--2002）规定的劈裂抗拉强度实验的标准，用压力试验机。
得出：14.57MPa、16.24MPa、12.18MPa、15.73MPa、14.75MPa，平均值15.66MPa。其抗拉性能明显高于抗压强度。
3.3.3抗折强度
取3组尺寸为98mm×100mm×400mm的试件置于抗折试验机上，进行自然状态下的抗折强度实验，得出：12.86、13.04、12.18，平均值12.69。
经200次冻融后，进行上述实验，得出：11.88、8.37、16.40，平均值12.21。可以发现该板材经过200次冻融后的抗折强度变化较小。
综上按照水利工程所用混凝土的力学性能规范要求，该PVC板材完全符合水利工程的使用要求。由于该板材没有对应的国家、地方规范标准及企业标准，只能参照水利工程有关标准规范进行检测，以上所有检测结果仅供参考。
3.4阻燃性及其改良 由于PVC板的阻燃性不能满足要求，因此需要通过添加阻燃剂来改善PVC的阻燃性。目前应用比较广的主要阻燃剂有ZHS、Sb2O3，在王月芹的《PVC材料的阻燃性能研究》[3]中对ZHS、Sb2O3和ZHS/Sb2O3分别进行了添加实验，判断复合阻燃剂ZHS/Sb2O3在PVC材料中可发挥协同作用，并且當ZHS：Sb2O3为1：1时，其使用量最少且阻燃性能最好。
4新型PVC板材在节水灌溉中的应用
4.1输水效率高，降低渗漏的可能性
该PVC板材糙率值为0.008左右，流速在2.4m/s左右，输水、输沙能力强。
4.2铺设简单，降低成本
该水渠采用的是干支渠一次成型的铺设方式，其结构完善，无需垫层，无需辅助材料，轻人工，几乎适合所有土地形式。在提高了水渠灌溉能力的基础上又减少了资金投入，并且该水渠还有强大的维修能力和回收价值。
4.3提升农业产量
该水渠在农业节水灌溉的应用中能将滴灌技术与覆膜技术进行统筹规划，进行技术优点结合，使水利工程能够直接作用到农作物。相比较传统自然灌溉在节水省肥增产等方面都具有重要的推动效果，能使农业产量有巨大的提升。
5结论
经实验研究该PVC板材的抗冻性，阻燃性及其力学性能都能符合水利工程规范要求。因此在农业灌溉小型水渠可以先试图用该PVC板材去替换混凝土板衬砌，不仅可以解决普通水渠的抗冻问题，还可以与新型的灌溉模式相结合，以提高水资源的利用效率。随着农业现代化的发展，对水资源的利用效率要求不断地提高，发展新型PVC水渠材料更势在必行。
参考文献
[1] 中建.河北研发出新型PVC建筑板材[J].国外塑料，2012（08）：67.
[2] 杨绍明，周双喜.混凝土抗冻性试验方法及其评价参数的探讨[J].混凝土，2008（04）：27-28.
[3] 王月芹，李霞，周志明，刘通.PVC材料的阻燃性能研究[J].当代化工研究，2018（03）：67-68.
作者简介： 时述凤 （1972-）女，吉林长春人，硕士研究生，副教授，研究方向：节水灌溉;祝孔松（1996-），男，河南信阳人，研究方向：节水灌溉;周璐（1986-），女，吉林长春人，研究方向：节水灌溉。
关键词：PVC板材;强度;抗冻性;阻燃性;节水灌溉
中图分类号：S277文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190615026
引言
我国幅员辽阔，但水资源缺乏。以山西省为例，全省每年从渠道渗漏掉的水量约为20亿m3。且由于我国农业灌溉面积广阔，发展其它节水灌溉代价巨大，所以就目前而言我国发展农业灌溉的重心还是应放在渠道输水上，因此如何解决渠道渗漏、冻胀破坏，提高输水效率显得尤为重要。我国渠道防渗主要形式有塑膜、混凝土预制板或现浇板、浆砌石等，但在北方季节性冻土地区，这些防渗工程均存在不同程度的冻胀破坏问题，不仅直接影响渠道的正常使用，浪费了水资源，而且增加了修复次数和工程费用。
本次研究的PVC板材较传统的混凝土水渠，具有优良的抗冻性能、更好的防渗性，可以很大程度上提高农业输水效率。同时PVC新型阻燃抗氧化抗冻水渠在农业节水灌溉中的应用能够将滴灌技术与覆膜技术进行统筹规划，进行技术优点结合，使水利工程能够直接作用到农作物，对于农作物生长发育具有直接的作用。相比较传统灌溉在节水省肥增产等方面都具有重要的推动效果。可以进行地区性推广应用，便于长期农业发展。本文旨在通过实验准确测试该种PVC板材的抗凍性能和力学性能，以确定其在水利工程中符合规范。
1项目的提出
PVC是世界五大通用塑料之一，具有优良的阻燃、绝缘和耐腐蚀等性能，并且价格低廉，被广泛应用于各种行业。PVC板材主要由聚氯乙烯树脂与增塑剂、稳定剂等加工助剂配合后，经挤出或压延加工而成，其中以挤出加工为主。最近河北某建筑公司生产的新型PVC建筑模板引起了业内的关注，原料为树枝、稻壳、棉柴、废木薄板等废弃物，经粉碎、高温混拌均匀，进入PVC木塑挤出机而成。是国际领先的高科技、环保、新型建筑用材料，具有广阔的发展前景[1]。如果将该种PVC板材应用于灌溉水渠，将使中国农业灌溉向农业现代化迈出一大步。下文将对该种PVC板材进行性能实验测试。
2实验装置介绍
密度测试采用吸水性固体密度计;抗冻性实验采用全自动低温冻融试验机JC-ZDR-6型，该机冷冻最低温度可达-40℃冻融循环次数0～999次;弹性模量用天津惠达试验仪器厂生产的DT-16动弹仪在快速冻融试验过程中测定。
3PVC试验性能研究
3.1PVC板材的密度
选用抗压强度和冻融试件，该材料自然状态体积密度较小，只有800kg/m3。
3.2抗冻性
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衬砌，所以采用国内混凝土冻融破坏的实验方法。我国水利部门制定的混凝土抗冻性能试验主要采用快冻法试验，快冻法试验周期短，工作量小，灵敏度高[2]。
参照混凝土抗冻试验方法，将尺寸为98mm×100mm×400mm的试件置于DT-16动弹仪在快速冻融试验中测定。当试件的质量损失率超过5%或相对动弹性模量降低至60%时，结束试验。得出质量损失率：-7.55%，-8.24%，-7.49%，平均值-7.76%。得出相对动弹性模量：96%，96%，95%，计算值95.67%。通过检测：该板材的抗冻性能符合水利工程的抗冻性能要求，质量损失标准要求为≤5%，实际为增加7.76%;相对动弹性模量标准要求为≥60%，实际为96%。
3.3PVC板材力学性能检测
3.3.1抗压强度
由于该种PVC板材常处于浸水状态，所以通过测试其自然状态和吸水120h后的抗压强度，然后计算出其软化系数。受压面尺寸为94.5mm×99.5mm;抗压强度是压缩变形10%时的强度值。
自然状态：分别对3组试件进行抗压实验，得出：4.76MPa、4.72MPa、4.68MPa，平均值4.72MPa。
吸水120h后：进行上述实验，得出：6.48MPa、6.16MPa、6.66MPa，平均值6.43MPa。
可以看出该板材在吸水120h后抗压强度增加。
3.3.2抗拉强度
选取试件断面尺寸为33mm×15mm的PVC板块，按照《普通混凝土力学性能实验方法》（GB/T50081--2002）规定的劈裂抗拉强度实验的标准，用压力试验机。
得出：14.57MPa、16.24MPa、12.18MPa、15.73MPa、14.75MPa，平均值15.66MPa。其抗拉性能明显高于抗压强度。
3.3.3抗折强度
取3组尺寸为98mm×100mm×400mm的试件置于抗折试验机上，进行自然状态下的抗折强度实验，得出：12.86、13.04、12.18，平均值12.69。
经200次冻融后，进行上述实验，得出：11.88、8.37、16.40，平均值12.21。可以发现该板材经过200次冻融后的抗折强度变化较小。
综上按照水利工程所用混凝土的力学性能规范要求，该PVC板材完全符合水利工程的使用要求。由于该板材没有对应的国家、地方规范标准及企业标准，只能参照水利工程有关标准规范进行检测，以上所有检测结果仅供参考。
3.4阻燃性及其改良 由于PVC板的阻燃性不能满足要求，因此需要通过添加阻燃剂来改善PVC的阻燃性。目前应用比较广的主要阻燃剂有ZHS、Sb2O3，在王月芹的《PVC材料的阻燃性能研究》[3]中对ZHS、Sb2O3和ZHS/Sb2O3分别进行了添加实验，判断复合阻燃剂ZHS/Sb2O3在PVC材料中可发挥协同作用，并且當ZHS：Sb2O3为1：1时，其使用量最少且阻燃性能最好。
4新型PVC板材在节水灌溉中的应用
4.1输水效率高，降低渗漏的可能性
该PVC板材糙率值为0.008左右，流速在2.4m/s左右，输水、输沙能力强。
4.2铺设简单，降低成本
该水渠采用的是干支渠一次成型的铺设方式，其结构完善，无需垫层，无需辅助材料，轻人工，几乎适合所有土地形式。在提高了水渠灌溉能力的基础上又减少了资金投入，并且该水渠还有强大的维修能力和回收价值。
4.3提升农业产量
该水渠在农业节水灌溉的应用中能将滴灌技术与覆膜技术进行统筹规划，进行技术优点结合，使水利工程能够直接作用到农作物。相比较传统自然灌溉在节水省肥增产等方面都具有重要的推动效果，能使农业产量有巨大的提升。
5结论
经实验研究该PVC板材的抗冻性，阻燃性及其力学性能都能符合水利工程规范要求。因此在农业灌溉小型水渠可以先试图用该PVC板材去替换混凝土板衬砌，不仅可以解决普通水渠的抗冻问题，还可以与新型的灌溉模式相结合，以提高水资源的利用效率。随着农业现代化的发展，对水资源的利用效率要求不断地提高，发展新型PVC水渠材料更势在必行。
参考文献
[1] 中建.河北研发出新型PVC建筑板材[J].国外塑料，2012（08）：67.
[2] 杨绍明，周双喜.混凝土抗冻性试验方法及其评价参数的探讨[J].混凝土，2008（04）：27-28.
[3] 王月芹，李霞，周志明，刘通.PVC材料的阻燃性能研究[J].当代化工研究，2018（03）：67-68.
作者简介： 时述凤 （1972-）女，吉林长春人，硕士研究生，副教授，研究方向：节水灌溉;祝孔松（1996-），男，河南信阳人，研究方向：节水灌溉;周璐（1986-），女，吉林长春人，研究方向：节水灌溉。