土工合成材料作為一種新型的巖土工程材料,可以天然或人工合成聚合物(塑料、化纖、合成橡膠等)為原料,制成各種類(lèi)型的產(chǎn)品,置于土體內部、表面或各層土體之間,發(fā)揮加強(加固)或保護土體的作用。
目前,土工布己經(jīng)廣泛應用于公路、鐵路、水利、電力、建筑、海港、采礦、軍工、環(huán)保等工程的各個(gè)領(lǐng)域。土工合成材料的主要品種有土工織物、土工格柵、土工網(wǎng)、土工膜、土工格室、土工復合材料、土工合成材料膨潤土墊(GCL)、土工管、土工泡沫等。工程應用上可單獨使用土工布,也可與土工格柵、土工膜、土工網(wǎng)等其他土工合成材料復合后使用。
土工布原料
目前土工布原料主要以合成纖維為主,應用最普遍的是聚酯纖維和聚丙烯纖維,其次是聚酰胺纖維和聚乙烯醇縮醛纖維。
聚酯纖維物理機械性能良好,具有優(yōu)良的韌度和蠕變特性,熔點(diǎn)高、耐高溫、耐老化,生產(chǎn)工藝成熟、市場(chǎng)占有率高。缺點(diǎn)是疏水性差、用于保溫材料時(shí)容易積存冷凝水,低溫下性能差、易玻璃化、強度降低,對酸、堿的耐抗性較差。
聚酯纖維樣品
聚丙烯纖維彈性好、瞬間彈性恢復優(yōu)于聚酯纖維;耐酸堿性、耐磨性、耐霉變、耐低溫性能優(yōu)良;具有很好的疏水性和芯吸性能,能使水分沿纖維軸向傳遞到外層表面;密度小、僅為聚酯纖維的66%,經(jīng)多次牽伸可以得到結構緊密、性能優(yōu)越的細旦纖維,再配合加固過(guò)程可使其強度更加優(yōu)越。缺點(diǎn)是不耐高溫、軟化點(diǎn)為130~160℃,耐光性差、在日光下易于老化分解,但可以通過(guò)添加紫外線(xiàn)吸收劑等助劑使其具備抗紫外線(xiàn)性能。
非織造土工布的原料除采用以上纖維外,還可采用黃麻纖維、聚乙烯纖維、聚乳酸(PLA) 纖維等。天然纖維和特種纖維已逐步進(jìn)入土工布各個(gè)應用領(lǐng)域,如天然纖維(黃麻、椰子殼纖維、竹漿纖維等)在路基、排水、護岸、控制土壤侵蝕等領(lǐng)域都有應用。
土工布類(lèi)型
土工織物是以聚合物纖維為原料通過(guò)熱壓針刺、膠結、編織而成的透水性土工合成材料,又稱(chēng)土工布,包括織造、非織造等幾種類(lèi)型。
織造型土工布包括編織(平織法、圓織法)、機織(平紋法、斜紋法)、針織(經(jīng)編法、縫編法)等生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品。
非織造型土工布包括機械加固(針刺法、水刺法)、化學(xué)粘合(噴膠法、浸漬法)、熱粘合(熱軋法、熱空氣法)等生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品。
織造型土工布最先推出,但是有造價(jià)高、功能較差等局限性,20世紀60年代末期非織造型土工布推出,我國在80年代初期開(kāi)始應用該材料于工程實(shí)體中。隨著(zhù)針刺非織造、紡粘非織造工藝的推廣,使非織造型土工布應用領(lǐng)域較織造型土工布更為廣泛,得到快速發(fā)展,我國已發(fā)展成為世界非織造布生產(chǎn)大國,并逐步邁向生產(chǎn)強國。
非織造紡粘工藝
相對于織造土工布,非織造土工布生產(chǎn)工序較少,生產(chǎn)效率較高、生產(chǎn)成本低,同時(shí)能制成較寬幅制品,因此近年來(lái)非織造土工布發(fā)展迅速。按成網(wǎng)方法的不同,常見(jiàn)的非織造型土工布生產(chǎn)工藝包括長(cháng)絲紡粘針刺技術(shù)和短纖針刺技術(shù)。
長(cháng)絲紡粘針刺技術(shù)是將聚合物加熱熔融,紡成連續的長(cháng)絲束,經(jīng)氣流牽伸,賦予纖維強力,不規則地鋪放在傳送帶上形成纖網(wǎng),當長(cháng)絲束還未完全凝固時(shí),用針刺法加固后一步法成形的非織造技術(shù)。這種技術(shù)工藝流程短、產(chǎn)量高,生產(chǎn)出的土工布在同等規格條件下抗拉強度、撕裂強度、斷裂伸長(cháng)以及縱橫向比等性能均比短纖維針刺土工布優(yōu)越得多,適用于增強和加固等工程應用。但紡粘針刺工藝設備投資大,成網(wǎng)均勻度、產(chǎn)品變換的靈活性差,不適合小批量、多品種的生產(chǎn)。
短纖針刺技術(shù)是通過(guò)聚合物加熱熔融、紡絲、牽伸、卷曲定形、切斷、打包制成短纖維材料,以及短纖維開(kāi)清、梳理、鋪網(wǎng)、針刺固結成布兩步法成形的非織造技術(shù),該產(chǎn)品厚度大、密度高、結構蓬松,吸水和透水性能好,抗形變能力強,尤其適合做反過(guò)濾材料。針刺法非織造布工藝流程短,運用原料品種多,設備結構簡(jiǎn)單,一次性投資少,因此以短纖針刺加工的土工布是我國目前用量最大的非織造土工布。
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