土工合成材料作為(wèi)一种新(xīn)型的岩土工程材料,可(kě)以天然或人工合成聚合物(wù)(塑料、化纤、合成橡胶等)為(wèi)原料,制成各种类型的产品,置于土體(tǐ)内部、表面或各层土體(tǐ)之间,发挥加强(加固)或保护土體(tǐ)的作用(yòng)。
土工布的应用(yòng)示例
目前,土工布己经广泛应用(yòng)于公路、铁路、水利、電(diàn)力、建筑、海港、采矿、军工、环保等工程的各个领域。土工合成材料的主要品种有(yǒu)土工织物(wù)、土工格栅、土工网、土工膜、土工格室、土工复合材料、土工合成材料膨润土垫(GCL)、土工管、土工泡沫等。工程应用(yòng)上可(kě)单独使用(yòng)土工布,也可(kě)与土工格栅、土工膜、土工网等其他(tā)土工合成材料复合后使用(yòng)。
土工布用(yòng)于道路建设
土工布用(yòng)于堤坝防护
土工布用(yòng)于防治水土流失
土工布原料
目前土工布原料主要以合成纤维為(wèi)主,应用(yòng)最普遍的是聚酯纤维和聚丙烯纤维,其次是聚酰胺纤维和聚乙烯醇缩醛纤维。
聚酯纤维物(wù)理(lǐ)机械性能(néng)良好,具有(yǒu)优良的韧度和蠕变特性,熔点高、耐高温、耐老化,生产工艺成熟、市场占有(yǒu)率高。缺点是疏水性差、用(yòng)于保温材料时容易积存冷凝水,低温下性能(néng)差、易玻璃化、强度降低,对酸、碱的耐抗性较差。
聚酯纤维样品
聚丙烯纤维弹性好、瞬间弹性恢复优于聚酯纤维;耐酸碱性、耐磨性、耐霉变、耐低温性能(néng)优良;具有(yǒu)很(hěn)好的疏水性和芯吸性能(néng),能(néng)使水分(fēn)沿纤维轴向传递到外层表面;密度小(xiǎo)、仅為(wèi)聚酯纤维的66%,经多(duō)次牵伸可(kě)以得到结构紧密、性能(néng)优越的细旦纤维,再配合加固过程可(kě)使其强度更加优越。缺点是不耐高温、软化点為(wèi)130~160℃,耐光性差、在日光下易于老化分(fēn)解,但可(kě)以通过添加紫外線(xiàn)吸收剂等助剂使其具备抗紫外線(xiàn)性能(néng)。
聚丙烯纤维样品
非织造土工布的原料除采用(yòng)以上纤维外,还可(kě)采用(yòng)黄麻纤维、聚乙烯纤维、聚乳酸(PLA) 纤维等。天然纤维和特种纤维已逐步进入土工布各个应用(yòng)领域,如天然纤维(黄麻、椰子壳纤维、竹浆纤维等)在路基、排水、护岸、控制土壤侵蚀等领域都有(yǒu)应用(yòng)。
土工布类型
土工织物(wù)是以聚合物(wù)纤维為(wèi)原料通过热压针刺、胶结、编织而成的透水性土工合成材料,又(yòu)称土工布,包括织造、非织造等几种类型。
织造型土工布包括编织(平织法、圆织法)、机织(平纹法、斜纹法)、针织(经编法、缝编法)等生产工艺生产的产品。
非织造型土工布包括机械加固(针刺法、水刺法)、化學(xué)粘合(喷胶法、浸渍法)、热粘合(热轧法、热空气法)等生产工艺生产的产品。
织造型土工布最先推出,但是有(yǒu)造价高、功能(néng)较差等局限性,20世纪60年代末期非织造型土工布推出,我國(guó)在80年代初期开始应用(yòng)该材料于工程实體(tǐ)中。随着针刺非织造、纺粘非织造工艺的推广,使非织造型土工布应用(yòng)领域较织造型土工布更為(wèi)广泛,得到快速发展,我國(guó)已发展成為(wèi)世界非织造布生产大國(guó),并逐步迈向生产强國(guó)。
非织造型土工布生产工艺
非织造纺粘工艺
相对于织造土工布,非织造土工布生产工序较少,生产效率较高、生产成本低,同时能(néng)制成较宽幅制品,因此近年来非织造土工布发展迅速。按成网方法的不同,常见的非织造型土工布生产工艺包括長(cháng)丝纺粘针刺技术和短纤针刺技术。
欧瑞康纽马格纺粘生产系统
長(cháng)丝纺粘针刺技术是将聚合物(wù)加热熔融,纺成连续的長(cháng)丝束,经气流牵伸,赋予纤维强力,不规则地铺放在传送带上形成纤网,当長(cháng)丝束还未完全凝固时,用(yòng)针刺法加固后一步法成形的非织造技术。这种技术工艺流程短、产量高,生产出的土工布在同等规格条件下抗拉强度、撕裂强度、断裂伸長(cháng)以及纵横向比等性能(néng)均比短纤维针刺土工布优越得多(duō),适用(yòng)于增强和加固等工程应用(yòng)。但纺粘针刺工艺设备投资大,成网均匀度、产品变换的灵活性差,不适合小(xiǎo)批量、多(duō)品种的生产。
短纤针刺技术是通过聚合物(wù)加热熔融、纺丝、牵伸、卷曲定形、切断、打包制成短纤维材料,以及短纤维开清、梳理(lǐ)、铺网、针刺固结成布两步法成形的非织造技术,该产品厚度大、密度高、结构蓬松,吸水和透水性能(néng)好,抗形变能(néng)力强,尤其适合做反过滤材料。针刺法非织造布工艺流程短,运用(yòng)原料品种多(duō),设备结构简单,一次性投资少,因此以短纤针刺加工的土工布是我國(guó)目前用(yòng)量最大的非织造土工布。
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