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土工合成材料是应用于岩土工程和土木工程建设的、以合成材料为原材料制成的各种产品的统称。因为它们主要用于岩土工程,故冠以“土工”(geo)两字,称为“土工合成材料”,以区别于天然材料。土工合成材料在曾被称为“土工织物”(geotextile)和“土工膜”(geomembrane)。随着工程需要,这类材料不断有新的品种出现,例如土工格栅、土工网和土工模袋、土工网垫、土工带,复合土工膜,膨润土防水毯,复合排水网等,原来的名称已不能准确地函盖全部产品,这样,在其后的一段时期内,把它们称之为“土工织物、土工膜和相关产品(relate pyoduct)”。显然,这样的名称不宜作为一种技术名词或学术名词。为此,1994年在新加坡召开的第五届国际土工合成材料学术会议上,正式确定这类材料的名称为“土工合成材料”(geosynthetics)。土工合成材料的原材料是高分子聚合物(polymer)。它们是由煤、石油、天然气或石灰石中提炼出来的化学物质制成,再进一步加工成纤维或合成材料片材,最后制成各种产品。制造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)和聚氯乙烯(PVC)、氯化聚乙烯(CPE)、聚苯乙烯(EPS)等。 土工织物的另一名称为土工布。早期产品少,意思为用于岩土工作中的一种布状材料。土工织物的制造过程,首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带,然后再制成平面结构的土工织物。土工织物按制造方法可分为有纺(织造)土工织物和无纺(非织造)土工织物。有纺土工织物由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成。无纺土工织物是把纤维作定向的或随意的排列,再经过加工而成。按照联结纤维的方法不同,可分为化学(粘结剂)联结、热力联结和机械联结三种联结方式。土工织物突出的优点是重量轻、整体连续性好(可做成较大面积的整体)、施工方便、抗拉强度较高、耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。缺点是未经特殊处理,抗紫外线能力低,如暴露在外,受紫外线直接照射容易老化,但如不直接暴露,则抗老化及耐久性能仍较高。 土工膜一般可分为沥青和聚合物(合成高聚物)两大类。含沥青的土工膜,主要为复合型的(含编织型或无纺型的土工织物),沥青作为浸润粘结剂。聚合物土工膜,根据不同的主材料分为塑性土工膜、弹性土工膜和组合型土工膜。大量工程实践表明,土工膜的不透水性很好,弹性和适应变形的能力很强,能适用于不同的施工条件和工作应力,具有良好的耐老化能力,处于水下和土中的土工膜的耐久性尤为突出。土工膜具有突出的防渗和防水性能。
1、密度:密度取决于其制造材料,即使制造土工膜的聚合物属于同一类,也往往存在明显的差异。例如,聚乙烯材质,就可以划分为超低密度、低密度、中密度和高密度等不同的类别,由此制成的PE土工膜的密度也就存在差别。土工膜聚合物的密度范围大概在0.85mg/L ~ 1.50mg/L,工程常用的密度一般在0.94mg/L以上。
2、厚度:厚度是指膜在法向压力20kPa作用下其顶面至底面的距离。对于光面土工膜(表面无压花或花纹),其厚度的测定方法与土工布厚度的测试方法类似,但应采用精度更高的千分表测量。每个试样应至少测量三个不同位置,以平均值作为PE复合土工膜的厚度。 土工格栅是一种主要的土工合成材料,与其他土工合成材料相比,它具有独特的性能与功效。土工格栅常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅分为玻璃纤维类和聚酯纤维类两种类型。
(1)塑料类此类土工格栅是经过拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物网材,按其制造时拉伸方向的不同可分为单向拉伸和双向拉伸两种。它是在经挤压制出的聚合物板材(原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔,然后在加热条件下施行定向拉伸。单 向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸制成,而双向拉伸 格栅则是继续将单向拉伸的格栅再在与其长度垂直的方向拉伸制成。由于土工格栅在制造中聚合物的高分子会随加热延伸过程而重新排列定向,加强了分子链间的联结力,达到了 提 高 其强度的目的。其延伸率只有原板材的10%~15%。如果在土工格栅中加入炭黑等抗老化材料,可使其具有较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀和抗老化等耐久性能。
(2)玻璃纤维类此类土工格栅是以高强度玻璃纤维为材质,有时配合自粘感压胶和表面沥青浸渍处理,使格栅和沥青路面紧密结合成一体。由于土石料在土工格栅网格内互锁力增高,它们之间的摩擦系数显著增大(可达0.8~1.0),土工格栅埋入土中的抗拔力,由于格栅与土体间的摩擦咬合力较强而显著增大,因此它是一种很好的加筋材料。同时土工格栅是一种质量轻,具有一定柔性的平面网材,易于现场裁剪和连接,也可重叠搭接,施工简便,不需要特殊的施工机械和专业技术人员。 1土工膜袋土工膜袋是一种由双层聚合化纤织物制成的连续(或单独)袋状材料,利用高压泵把混凝土或砂浆灌入膜袋中,形成板状或其他形状结构,常用于护坡或其他地基处理工程。膜袋根据其材质和加工工艺的不同,分为机制和简易膜袋两大类。机制膜袋按其有无反滤排水点和充胀后的形状又可分为...
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