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日期:2014-10-31 09:57 | 来源:安平铁丝网 | 浏览:

土工布的性能及应用

摘要:介绍了我国土工布的发展及应用现状,分析了土工布的工程特性。重点讨论了机织土工布和非织造土工布的特点、性能。说明了土工布具有良好的市场前景。
土工布的性能及应用
1、引言:
    土工布是应用于土木工程中的纺织品。狭义的土工布是土木工程中与土木技术材料一起使用的可渗透的纺织品。而不可渗透的纺织品则称为土工膜,土工膜一般由纺织物涂上沥青或其它涂层得到。广义上的土工布包括土木工程中可渗透的土工布和不可渗透的土工膜。美国材料试验学会(ASTM)给土工布下的定义是:“一切和地基、土壤、岩石、泥土或任何其它土建材料一起使用,并作为人造工程、结构、系统的组成部分的纺织物,叫做土工布。”
2、土工布的发展及应用:
2.1、我国土工布的应用情况:
    土工布是继钢材、水泥、木材之后的第四种应用于岩土工程中的一种新型建筑材料,在铁路、公路、水利、电力、冶金、矿山、建筑、军工、海港、农业等领域中推广应用,具有排水、过滤、隔离、加固、保护、防渗、防漏等作用。土工合成材料在我国的应用开始于20世纪60年代中期,首先是把塑料薄膜用于灌溉渠道防渗,以后推广到蓄水池、水库和闸坝工程。1980年以后,土工布的应用日渐增多,尤其是针刺型土工布在水利工程中的应用发展更为迅速。至20世纪90年代末期,由于土工合成材料所具有的功能和特性及其在工程实践中的卓越成效,引起了全国有关部门的充分重视,土工合成材料开始在一些国家大型重点工程中得以应用,如三峡工程、秦山核电工程等,并获得了较大的技术经济效益和社会效益。
2.2、土工布的应用前景:
    随着我国基础建设高峰的到来,土工布正面临着前所未有的机遇,包括对大江大河的长期治理改造、农田水利建设、公路建设、铁路建设、机场和港口建设,所有这些都为土工布的发展提供了无限商机。近年来由于制造工艺的改进,生产出大量成本低、强度高的产品,使土工合成材料的应用飞速地发展起来。国内外多年实践表明,土工合成材料的成本一般只占总投资的1%~2%,但由于在同等设计标准下减少了砂石、水泥等材料的用量,总的工程造价可以降低20%~40%。土工合成材料的应用既提高了工程的质量,又延长了工程的使用年限。以现在的发展速度推测,到2065年世界土工布的用量可能达到覆盖地球表面的一半以上。
土工布
3、机织土工布:
3、机织土工布的性能:
    土工布有很多种,按生产方法分可分为针织土工布、非织造土工布和机织土工布等几种。而其中的机织土工布是由两组长丝或扁条穿梭织成的织物,品种有单层机织土工布(也称土工反滤布)、双层土工布(也称土工模袋布)及机织防渗布。我国机织土工布比非织造土工布发展要迟10多年,目前的生
产技术还处于初级阶段。机织土工布的原料主要是以聚丙烯扁丝织布为主,尼龙丝高强机织物为辅,幅宽多在3800mm以上,规格多为120~150g/㎡的织物,工程要求高的一般可选用200~500g/mZ的织物。
3.1.1、单层机织土工布:
    单层机织土工布也称土工反滤布,与一般机织物的结构相同。土工反滤布多数采用平纹组织,按照应用工程要求设计原料、纱支、密度等参数。产品要保证经纬向强力和水的可透性。生产工艺从聚合体切片粒子→长丝(或扁条)经纱→粒子储存→纺丝(或成膜)→整经织造→检验整理,最后为土工布成品。
3.1.2、性能:
    双层机织土工布也称土工模袋布,土工模袋是双层织物,4层组织,其中第二、第三层用合股长丝或是粗绳作为厚度控制的加固筋。模袋厚度可厚可薄,成形可大可小,形状有正方形、矩形或者其它几何形状。土工模袋织物柔软,其中利用高压泵充灌流动性混凝土或水泥砂浆,凝固后形成高强度刚性硬结板块,可适应任何复杂的坡形、地形的变化和土质条件,用于大面积护坡或作土面衬及水下护底,它能够起到模板的作用。机织土工模袋的性能主要表现在以下几个方面。
    1)强度高,抗冻性强(可耐-40℃低温),可按工程要求预制成不同大小、不同厚度的各种几何形状。
    2)浇灌时柔性大,弹性好,可保证成型后的块体紧贴地面,尤其适应于复杂起伏地形。
    3)可以水下施工,无需围堰或断流。
    4)施工可机械化,进度快,质量有保证。
    5)机织土工模袋还有抗老化、抗腐蚀、抗微生物、耐顶破、耐刺破、耐磨性好和安全系数可靠等性能,是防洪、抢险的新型纺织土工材料。
3.1.3、机织防渗布:
    机织防渗布有二布一膜和一布一膜两种,涂层PVC厚度为0133mm左右,具有抗渗强度高、耐顶破、耐刺破的特性,是水库、高坝、隧道、建筑等工程的特殊防渗材料。
3.2、机织土工布的特点:
    机织土工布在加固、增强、防冲蚀等高强度用途上具有优势。主要用于公路、铁路病害地段的治理、土质松软地段的改善和河堤、水坝、海港等处的护坡加固以及机场跑道、人工岛的构筑等,其应用范围相当广泛。产品具有如下特点。
    1)机织土工布的拉伸强度和模量较大,断裂伸长较小,它具有较好的应力应变关系。
    2)机织土工布中经、纬纱相互挤压,阻止了织物受外力作用时的变形,所以机织土工布的结构一般都比较稳定。
    3)机织土工布的孔隙尺寸较大,由经纬交织形成的筛网,其最小间隙在0.05mm。由于孔眼大,若作过滤用,则小的砂粒易流失,经长期过滤后,网眼易堵塞。
    4)机织土工布顶破强度低,断裂功小。
    5)机织土工布生产工艺复杂,产量低,成本高。
4、非织造土工布的种类及特点:
    与织造土工布相比,非织造土工布的强度相对较低,但生产效率较高,且价格较便宜,性能良好,特别是易加工成宽幅制品,并且通过处理可制成各种土工合成材料,因此发展迅猛。按成网和固着方法的不同,一般可将其分成纺粘土工布、短纤针刺土工布以及热熔粘合土工布等三大类。
4.1、纺粘土工布:
    长丝纺粘技术是非织造技术中发展最为迅速的一种工艺,在土工布领域中也是如此。该工艺的主要流程为:将聚合物的粒子或粉末熔融,然后喂入挤压机纺成连续的长丝束,并且不规则地铺放在传送带上形成纤网,在长丝还未完全凝固时用热压罗拉加压,或用粘合剂粘合,或用针刺法加固,形成连续均匀的土工布。这种方法工艺简单,产量高,成本低,价格便宜。由于是将长丝铺设成网,因此这类非织造布的强力高、伸长率好,不易被顶破、撕裂。
    纺粘土工布具有一系列优点,包括:
    1)各项力学性能十分优异。国内一些测试表明,其抗张强度是同等克重短纤针刺土工布的1.5~1.9倍。国外的一些资料则表明其相差倍数更大。此外,撕裂和顶破等强度、蠕变性能亦明显优于短纤针刺土工布。
    2)水力学性能大体和短纤针刺土工布相当,渗透系数与短纤针刺土工布为同一数量级。只要使用得当,一段时间后其渗透系数大体能达到稳定,土粒不再随水流流失。
    3)纺丝速度高,单机产量远高于短纤针刺设备。
4.2、短纤针刺土工布:
    针刺非织造布被应用于路基加固始于1960年,目前,该类产品是应用最广泛的非织造土工布之一。纤维经过开松混合、梳理(或气流)成网、铺网、牵伸及针刺固结后形成成品,针刺形成的缠结强度足以满足铺放时的抗张应力,不会造成撕裂和顶破。其特点是厚度大、密度高、结构蓬松,吸水和透水性能好,抗形变能力强,其渗透系数与沙粒滤料相当,但铺起来更方便,价格较实惠,因此用作反滤材料尤为合适。此外,还具有一定的增强和隔离功能,也可以和其它土工合成材料复合,具防护等多种功能。由于非织造土工布具有反滤和排水的特点,因此在水力学性能方面要特别予以重视,包括有效孔径和渗透系数。
    要利用非织造布多孔的性质,使孔隙分布有利于截留细小颗粒泥土又不至于淤堵,这必须结合工程的具体要求,予以满足。与纺粘法相比,针刺法工艺流程稍长,生产速度受针刺速度限制,成本稍高。原材料以涤纶短纤为主,其次是丙纶与维纶。
    短纤针刺土工布加工技术具有以下几个特点:
    1)适应性强,比较机动灵活:同一加工设备可以加工不同的原料品种,如丙纶、涤纶、锦纶、聚乙烯纤维,改变品种十分方便,改变纤维的规格也比较容易。
    2)技术易掌握:生产设备与传统纺纱设备相似,调整工艺和设备有一定的基础,对工程上提出的要求,如强度、纵横向强力比、各项水力学性能等都容易通过工艺调整得到满足。
    目前,我国已有一定的机械制造基础,市场上已有国产宽幅设备供应,应用效果较好,且价格低廉。
4.3、热熔粘合法:
    由同一种合成纤维或两种熔点不同的合成纤维,经开松、梳理、混合、铺网,通过一对加热轧辊,使纤网的表层或网中的低熔点纤维熔融,粘合在一起形成非织造土工布,也可在纤网表面撒热熔粘合剂,再经过热轧辊来达到纤维间的结合。
    热熔粘合法的关键在于热风烘燥,由于热风穿透纤维网,使纤维熔融并相互联结在一起而形成絮片状材料。热粘合非织造布可以通过不同的加热方法来实现。粘合方式、纤网种类以及梳理工艺和纤网结构都将影响到最终产品的性能和外观质量。对于低熔点纤维或双组分纤维的纤网,可采用热轧粘合,也可采用热熔粘合;对于普通热塑性纤维及其与非热塑性纤维混合的纤网,可采用热轧粘合。在采用成网工艺的情况下,热粘合工艺对非织造布的性能有重要影响,它决定着产品的最终质量。
4.4、产品展示:

土工格栅土工格栅
土工布土工布


5、结语:
    综上所述,土工布的应用已经非常广泛。但是目前,我国的土工布仍然存在着产品品种单一和供应不配套的问题,一些特殊的专用材料缺乏研究和生产。在重点工程中,由于品种短缺或质量不过关,尚需从国外进口大量的优质土工布。
    土工纺织品的终端应用要求整个产业链内部的完美配合。目前,纤维原料生产商与土工纺织品生产商之间平行而独立的加工模式,使质量和利润的提高受到很大限制。联动生产(从原料、设备到最终产品)将为这一行业带来完整的解决方案。土工合成材料涉及建筑、水利、纺织等多个领域,各行业之间应保持经常性的信息沟通,加大土工合成产品协作开发的力度,使产品的设计与开发为不同的行业、不同的工程条件服务。同时,非织造土工布生产商应进一步拓展开发,通过与上游企业的合作为下游采购企业提供相应的配套材料,以使产品更好地应用于工程中。

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