什么是土工合成材料,概括而言,土工合成材料是应用于岩土工程的、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”
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
聚乙烯是在1931年前后,首先由英国
聚酰胺约在1935年研制成功,俗名为尼龙,其吸湿性较高,干燥时有一定绝缘性、机械性能好。
聚酯于1941年前后问世,它包括聚酯树脂、聚酯纤维和聚酯橡胶等。
聚丙烯于1954年研制出来,
此外,常用的原材料还有聚氯乙烯,它的比重为1.4,具有极好的化学稳定性,不燃烧,可用于制造透明薄膜、管道、板材等。
以上五种原材料的性能对比如表1-1所示。
表1-1 | 几种高分子聚合物性能对比 |
性能 | 高分子聚合物 | ||||
聚酯 | 聚酰胺 | 聚丙烯 | 聚乙烯 | 聚氯乙烯 | |
单位质量 | 高 | 中 | 低 | 低 | 高 |
强度 | 高 | 中 | 低 | 低 | 低 |
弹性模量 | 高 | 中 | 低 | 低 | 低 |
破坏应变 | 中 | 中 | 高 | 高 | 高 |
蠕变性 | 低 | 中 | 高 | 高 |
|
抗紫外线 | 高 | 中 | 中 | 低 | 高 |
耐碱性 | 低 | 高 | 高 | 高 | 高 |
耐霉、耐虫 | 中 | 中 | 中 | 高 | 高 |
应当指出,材料的强度还与纤维的制作方法有关。在应用土工合成材料时,其性能更受施工方法、应用环境和侧限压力大小的影响。
土工合成材料的最早应用可追溯到本世纪二三十年代。1926年美国南卡罗林拉州公路部门曾采用过在棉布上洒沥青而制成的材料,其形式类似于土工膜。其后,人们曾采用聚氯乙烯
以近代人工聚合物为原料的土工织物的最早应用实例,是50年代初的荷兰三角洲工程。据估计,用量超过了
非织造土工合成材料技术可能于1967年在美国、法国、英国开始应用,它是一种较厚的聚酯非织造土工织物,作为大坝上游抛石护坡下的反滤层,或作为基土与其上覆盖的粗粒料之间的隔离层。非织造织物的出现为土工织物的应用开辟了较广阔的天地。
80年代后出现了排水带,路堤下用非织造织物作加筋,以及土工织物加筋挡墙等应用实例。我国应用土工合成材料开始较晚,但发展速度很快。目前几乎在各种类型的岩土工程和大量的水利及堤防工程中都得到应用。
在1998年夏秋,在长江和松花江、嫩江特大洪灾的防汛抢险工作中,土工合成材料发挥了重要作用。国务院领导高瞻远瞩,在灾后多次批示和指示,工程界和制造厂商积极响应,展现了前所未有的应用土工合成材料热潮。可以预见,我国的土工合成材料的应用程度、技术水平、以及产品的质量和品种在不远的将来必将迈上一个新台阶。
