土工合成材料過去被稱為“土工織物”和“土工膜”。隨著工程的需要,這類材料的新品種不斷出現,如土工格柵、土工布及土工布袋、土工布墊、土工布帶、復合土工膜、膨潤土防水毯、復合排水網等。原來的名稱不能準確涵蓋所有產品,因此在以下時期,他們被稱為“土工布,土工膜和相關的膿管”。顯然,這樣的名稱不應該被用作技術術語或學術術語。因此,在1994年新加坡召開的第五屆土工合成材料國際研討會上,這種材料的名稱被正式確定為“土工合成材料”。
土工合成材料的原料是聚合物。它們由從煤、石油、天然氣或石灰石中提取的化學物質制成,然後進壹步加工成纖維或合成材料薄片,最後制成各種產品。用於制作土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PET)、聚酰胺(PER)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、氯化聚乙烯(CPE)和聚苯乙烯(EPS)。土工織物是土工織物的別稱。早期的產品很少,這意味著在巖土工程中使用的布狀材料。
在土工布制造過程中,先將高分子原料加工成絲、短纖維、紗或條,再制成平面結構的土工布。土工布按制造方法可分為機織土工布和非織造土工布。機織土工布是由兩組平行的正交或斜交的經緯交織而成。非織造土工布是將纖維定向或隨機排列,然後加工而成。根據纖維粘合方式的不同,可分為化學粘合、熱粘合和機械粘合三種粘合方式。
土工織物的突出優點是重量輕、整體連續性好(可制成大面積)、施工方便、抗拉強度高、耐腐蝕性和耐微生物侵蝕性好。缺點是沒有經過特殊處理,抗紫外線能力較低。如果是暴曬的話,直接紫外線照射容易老化,但如果不是直接暴曬的話,抗老化和耐久性還是很高的。土工膜壹般可分為瀝青和聚合物(合成聚合物)。含瀝青的土工膜主要是復合的(包括機織或非織造土工布),瀝青作為潤濕粘結劑。高分子土工膜根據主體材料不同可分為塑料土工膜、彈性土工膜和復合土工膜。
大量工程實踐表明,土工膜具有良好的抗滲性、較強的彈性和變形適應性,能適應不同的施工條件和工作應力,具有良好的耐老化性能,特別是土工膜在水下和土壤中的耐久性。土工膜具有突出的防滲和防水性能。1.密度:密度取決於構成它的材料。即使用於制造土工膜的聚合物屬於同壹類,也往往存在明顯的差異。比如聚乙烯,可以分為超低密度、低密度、中密度、高密度等不同的類別,所以用它做的PE土工膜密度就不壹樣。土工膜聚合物的密度從0.85毫克/升到1.50毫克/升,工程上常用的密度壹般在0.94毫克/升以上..
2.厚度:厚度是指在20kPa的常壓下,膜的頂面到底面的距離。對於光滑的土工膜(表面無壓紋或花紋),測厚方法與土工布相似,但要用精度更高的百分表測量。每個樣品至少在三個不同的位置測量,取平均值作為PE復合土工膜的厚度。土工格柵是壹種主要的土工合成材料,與其他土工合成材料相比具有獨特的性能和功效。土工格柵通常用作加筋土結構或復合材料的增強材料。土工格柵分為玻璃纖維和聚酯纖維兩種。
(1)塑料
這種土工格柵是由拉伸形成的正方形或長方形的聚合物網,根據制造時拉伸方向的不同,可分為單軸拉伸和雙軸拉伸。它是在擠出的聚合物片材(多由聚丙烯或高密度聚乙烯制成)上打孔,然後在加熱條件下進行定向拉伸。單向拉伸網格僅沿板的長度方向制造,而雙向拉伸網格通過在垂直於其長度的方向上繼續拉伸單向拉伸網格來制造。
在土工格柵的制造過程中,聚合物會隨著加熱拉伸過程發生重排和取向,加強分子鏈之間的結合力,達到提高其強度的目的。其延伸率僅為原板的10% ~ 15%。如果在土工格柵中加入炭黑等抗老化材料,將具有更好的耐酸、耐堿、耐腐蝕、抗老化等耐久性。
(2)玻璃纖維
這種土工格柵由高強度玻璃纖維制成,有時用自粘壓力膠和表面瀝青浸漬處理,使土工格柵與瀝青路面緊密結合。由於土工格柵網格中的土與石的互鎖力增大,它們之間的摩擦系數顯著增大(可達0.8 ~ 1.0),由於土工格柵與土之間的強烈摩擦咬合,土工格柵埋入土中的拔出力顯著增大,是壹種良好的加筋材料。
同時,土工格柵是壹種輕質柔性的平面網材料,易於現場切割連接,也可搭接,施工簡單,無需專用施工機械和專業技術人員。1土工膜袋
土工膜袋是壹種由雙層聚合化纖織物制成的連續(或分離)袋狀材料。用高壓泵將混凝土或砂漿灌入膜袋中,形成板狀或其他形狀的結構,常用於護坡或其他地基處理工程。根據材料和加工工藝的不同,薄膜袋可分為機械式和簡易式兩大類。機制膜袋按有無過濾引流點和充氣形狀可分為過濾引流點膜袋、非過濾引流點膜袋、非引流點混凝土膜袋和鉸鏈塊膜袋。
2土方工程網絡
土工織物由合成材料條、粗股編織或合成樹脂壓制而成,孔大,剛性高。計劃12?2土工格室示意圖結構或三維網狀土工合成材料。用於軟基加固墊層、護坡、植草及作為制造復合土工材料的基材。
3土工網墊和土工格室
土工網墊和土工格室是專門由合成材料制成的三維結構。前者多為細絲制成的三維可滲透聚合物網墊,而後者(圖12?2)是由土工織物、土工格柵或土工膜、條狀聚合物組成的蜂窩狀或網格狀立體結構,常用於防侵蝕和水土保持工程。土工格室具有高剛度和高側向約束能力,主要用於地基加筋墊層、基床或道床。
4聚苯乙烯泡沫(EPS)
聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)是壹種超輕土工合成材料。它是在聚苯乙烯中加入發泡劑,按規定的密度進行預發泡,然後將發泡後的顆粒在料倉中幹燥後裝入模具中加熱而成。EPS具有質輕、耐熱、抗壓性能好、吸水率低、自力性好等優點,常用作鐵路路基的填料。土工織物、土工膜、土工格柵和壹些特殊的土工合成材料相互結合成為土工合成材料。土工復合材料可以結合不同材料的性能,更好地滿足特定工程的需要,可以發揮多功能作用。比如復合土工膜就是土工膜和土工布按照壹定要求制成的土工布組合物。其中土工膜主要用於防滲,土工布起到加筋、排水和增加土工膜與土表面摩擦力的作用。再如土工復合排水材料,由非織造土工布和不同形狀的土工布、土工膜或土工合成材料組成。用於軟基排水固結處理、路基縱橫向排水、建築物地下排水管道、集水井、圍護建築物墻後排水、隧道排水、大壩排水設施等。路基工程中常用的塑料排水板是壹種土工復合排水材料。
國外道路大量使用的土工復合材料是玻璃纖維聚酯抗裂布和經編復合增強抗裂布。它可以延長道路的使用壽命,從而大大降低維修和養護費用。考慮到長遠的經濟效益,我國應積極采用和提倡土工合成材料。土工合成材料,不同的產品有不同的特性,可以用在很多工程領域。
已應用於巖土工程、土木工程、水利工程、環境工程、交通工程、市政工程和土地復墾工程。
保護:
水土流失是水力和風力引起的自然過程,受土壤、植被、地貌等多種因素影響。在壹定條件下,人類的生命活動也會加速這壹過程。如果不對這種侵蝕進行相應的處理,可能會對現有建築和環境造成極大的破壞。
在水土流失控制方面,土工合成材料可應用於護坡、輸水渠道防護、海岸線防護、灘塗圍墾、植被恢復、落石防護網和防洪壩建設。根據工程特點和現場條件,侵蝕控制項目可能涉及壹種或多種土工合成材料產品。
在護坡工程中,除了使用壹些土工合成材料外,還需要使用土釘甚至巖錨來保證防護體系的穩定性。在某些情況下,將使用裝滿砂漿的土工織物袋來固定防護表面,並將草籽插入防護結構的縫隙中,以培養植被來防止水土流失。