土工合成材料在整治路基病害工程中的应用.docx

土工合成材料在整治路基病害工程中的应用2.1土工合成材料的含义及其应用概况土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种新型的土木工程材料它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纤、合成橡胶等)为原料制成各种类型的产品置于土体内部、表面或各种土体之间发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料在土木、水利、交通、铁道和环境工程中得到广泛的应用起到排水反滤、防渗、加筋、隔离、防护和减载等作用。这些作用是以不同的形式的产品来实现的例如土工织物用于滤层、隔离和防护；土工网和三维植被网垫用于排水和坡面的稳定；土工格栅、条带和有纺或编织土工织物用于加筋、土工膜用于防渗等。复合型土工合成材料则结合了各自的优点例如兼有过滤和排水性能的土工织物和土工网复合材料结合加筋和隔离功能的土工织物和土工格栅复合材料而土工织物和土工膜结合形成的复合土工膜则既能防渗又具有防刺破的作用同时具有与土较高的界面磨擦系数。尽管有众多的产品和更多的潜在的应用形式对于具体的工程应判断土工合成材料的主要作用选择合理的设计公式确定要求达到的性能指标并寻求一个经济上合适的施工方法。目前证明较成功的应用有：无纺土工织物代替粒状级配滤层应用于反滤排水工程中土工合成材料加筋挡土墙代替重力式挡土墙塑料排水带代替砂井土工膜用于防渗材料等。在应用的初期最担心的是耐久性忽视铺放的位置认为铺土工合成材料总比不铺好。而现在经验证明在土中耐久性是可以保证的相反土工合成材料铺放的位置不当或施工质量差会降低作用甚至适得其反。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(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。聚乙烯是在1931年前后首先由英国ICI公司研制成功的1939年成为商品在市场上出售它是聚合物中分子结构最简单的一种可分为低分子量和高分子量两类。聚乙烯的比重为0.92耐酸碱抗化学剂能力强吸湿性低低湿时仍具柔性电绝缘性极好。在1950年前后又开发出了高密度聚乙烯(HDPE)材料其比重、机械强度、熔点和硬度等都比低密度的为优。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1957年成为商品出售。它的比重为0.90～0.91耐温范围-30℃～140℃耐化学剂性能较好惰性强价格低廉是目前应用最多的原材料之一。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2-1所示。表2-1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。土工合成材料在我国的应用可以追溯到20世纪60年代例如北京市东北旺农场南干渠使用聚氯乙烯土工膜防渗。有纺织物首次应用的成功实例是在1974年江苏省江都县嘶马长江的护岸工程。该工程采用聚丙烯编织布聚氯乙烯绳网和混凝土块组成整体沉排防止河床冲刷。无纺织物作为隔离材料1981年铁路部门首先应用于防治“翻浆冒泥”现象。无纺织物作为反滤材料1984年首次成功地应用于云南麦子河工程大坝上。1983年铁路部门在广茂铁路路基中第一次采用了土工织物铺设在软土地基表面增加了路堤的稳定性。目前品种繁多的人工合成材料陆续问世它们可制成各种符合特定目的的产品而且由于其具有质量轻、施工简易、运输方便、价格低廉料源丰富等优点为土木工程提供了一种崭新的较为理想的材料并由此带来一种实施简便和经济有效的技术途径。土工合成材料是以合成材料为原材料制成的应用于岩土工程的各种产品的统称。