土工布的技术进展和创新应用——土工布发展现状及趋势展望
2020-08-21
来源:步旅网
一 鼙: 』 。 ;… 。 弩 L..于独特的性能和易加工 芴施工等辛孥性,一土工_布已经成为土木工程领域一种不呵或缺的新型建筑材料。我 |_J 国土工布的研究和应用虽然起步较晚 但是 经济高速发展和基础设施建设的推动下已经获得了长足的发 展。近年来,随着社会需求的进一步扩大以及士工建筑标准的不断提升、 “一爷‘路”到家战略的实施、高铁国际ir 单的签订等,高性能土工布产品需求将不断提升,市场前景广阔。目前,突破高强度、耐气候型土[布生 :技术已经 {、|÷ 人 科学和技术发展规划纲要( 2006 2020年)》、 《纺织工业“十三五”科技进步纲要》等发展战 0嘲莲 j 相臻盎漆 溺 鳕瀚匿砉盯 我国土王布产业将由大变强,向高性能和高附加值领域不断延伸。 _一 尊≯ 一 i-本期转藕趣潺籀蓑餐唆毒潆' 蘑簧了我鞠± 谁 璧餍和应用现状,探讨了土工布用纤维材料生产技术、土工 弋 0 一尊 ≯ j一_ _:_ - 一 _ 奠罐翱i鼓零的蒴螽璧器; :角瀵了土王泰韵豢羼趋 缀智能忧剑薪 童翔'期望对企业和读者有所启发。 _。l i一0lll?ll lll:0爱 lll—l 0l 毫 _。_ ≮一一。 一一0 _ _lIlli0一l ¨lll0ll一 0≥曩0 lll} 薯叠 ≯鼻一一 0 … 。 ≯l lll0 0_0 i lll 0-ll0j叠 蔓鬈 _一 誓 ~一 ==_ ≥ 2- l ll曩|l薯_ j|l ;Illll 譬 毫 蠢 。一 一 _ ≮。_量。鼍蓄 ≥毒 t 一毒一一_爱 0 一一 。 == 。 0 一..1 l。 lm— k 。 9 土工布发展现状及趋势展望 文l杨广庆 摘要:总结分析丁土 1:布的生产工艺类型和原料种 ,提出非织造型土J二布具有更为, 泛的应用领域;介绍r 高 铁尢砟轨道滑动甚、粉煤灰堆场工程、尾矿唯堆场工程、矿tlI堆浸场工程和生态袋边坡防护1二程等应Ⅲ领域对 、} 丝纺粘针刺技术和短纤针刺技术两种非织造型土工布生产 f:艺;旗f土__I 布的功能分析,指出防渗工程l 一【布提出了高强度、耐酸碱性、耐腐蚀性和耐霉变性等高标准要求,提出f『高强、耐坏境型聚丙烯长丝纺粘 针刺土工布是土=r:布行业的雨要发展方向。 关键词:织造型土工布;非织造型上工布;生产工艺;应用现状;建泌 中图分类号:TS176 t一.5 文献标志码:A Development Status-quo and Outlook of Geotextiles Abstract:Based 011 analyzing different production pl‘ocesses and types of raw matel・ials for geotextilesthe ,paper points out that nonwoven geotextiles have broader application fields.It also int1‘oduces two kinds of nonwoven geotextiles production processes.one jS based on filanlent spun—bonding and needle—punching technology,and the other iS based on staple needle—punching technology.Thenby analyzing the functions .of geotext ̄Ies.it further pomts out that current applications,such as seepage prevention projects,the sliding layer of balhtstless track of high—speed railwayfly ash dump yard projects,tailings dump yard projects. mine dump leaching projects and ecological bag for slope protection,have posed higher requirements on 。the tenacity,alkali/acid resistance,COtTOSiOn resistance and mildew resistanceetc.of geotextiles.therefore. high—tenacity and environment—resistant polypropylene filament spun—bonded and needle—punched geotextiles ,represent a key developing trend of the geotextiles;ndustry. Key words:woven geotextiles:nonwoven geotextiles:production process;status.quo of application; ● suggestlon 1 土工布类型及生产工艺 土工合成材料作为一种新型的岩土工程材料,可以 天然或人工合成聚合物(塑料、化纤、合成橡胶等)为 胶结、编织而成的透水性=f:工合成材料,又称土工布, 包括织造、非织造等几种类型。织造型土工布包括编织 (平织法、圆织法)、机织(平纹法、斜纹法)、针织 原料,制成各种类型的产品,置于土体内部、表面或各 层士体之IhJ,发挥加强(加固)或保护土体的作用。目 前,土:I 布己经广泛应用干公路、铁路、水利、电力、 建筑、海港、采矿、军工、环保等工程的各个领域。:L 工 合成材料的主要品种有土工织物、 L工格栅、土:[ 、(经编法、缝编法)等生产工艺生产的产品。非织造型 士工布包括机械加固(钊‘刺法、水刺法)、化学粘合 (喷胶法、浸渍法)、热粘合(热轧法、热空气法)等 生产工艺生产的产品。工程应用上可单独使用土工布, 也可与土工格栅、士工膜、土工网等其他七工合成材料 土 膜、土工格室、土工复合材料、土工合成材料 复合后使用。 织造型土工布出现于上世纪60年代,其特点是强度 高、造价高,反滤、排水功能差,在工程应用中具有局 限性。非织造型土工布开始于20世纪60年代末期,我国 在80年代初期开始应用该材料于工程实体中。中国的非 膨润士垫(GCL)、土工管、土工泡沫等。 1.1土工布类型 土工织物是以聚合物纤维为原料通过热压针刺、 作者简介:杨广庆.男,l971年生,教授,中国土工合成材料工程协 会秘书长,研究方向为土工合成材料应用技术。 织造布工业虽然起步较晚,但是发展速度很快,高性能 的原料赋予产品高的强力与耐用性,先进的生产工艺赋 作者单位:石家庄铁道大学土木工程学院 予产品良好的功能,使其应用范围不断扩大。特别是近 2 报c dcr 2【)l7 N(1_5 30年来,随着针刺非织造、纺粘非织造工艺的推广,使 I 纵造 t工布应用领域较纵造犁土r:布更为厂 泛,得 剑快速,发展,我旧 发展成为fU:界非织造布, 产人同, j 逐步迈向生 强 。 强度、撕裂强度、断裂伸长以肢纵横向比 性能均比短 纤维针刺土I:布优越得多,通川t增强币I】JJ ll 等l 程』 川。但纺粘针刺r:艺设备投资人,成网均 J度、产品变 换的灵活性差,小适合小批 、多品种的,Ij J :。 1.2土工布原料 H前十工布原料卡要以合成纤维为主。 种合成 短纤针刺技术是通过聚 物』Jl】热熔融、纺丝、牵 伸、卷曲定形、切断、打包制成矩纤维材料,以肢 l 纤 纤维的选用需结合j-样实际情况,既要考虑所使用领域 埘 物理化学性能的要求,义要考虑产品成小,其中应 用最普遍的是聚酯纤维和聚 烯纤维,其次是聚酰胺纤 维和聚乙烯醇缩醛纤维。聚酶纤维物理机械性能良好, 有优良的韧度和蠕变特性,熔点高、耐高温、耐老 维开清、梳 、铺网、针刺【州结成布两步法成彤的非织 造技术,该产品厚度人、密度高、结构连桧,吸水 透 水性能好,抗形变能力强,,『l二 适合做反过滤材料。针 刺法非织造布I:艺流程 ,运川原料品利-多,发箭结构 简 ,一次性投资少,冈此以短纤针刺加I 的J:f 布是 我国目前用量最大的非织造 r卉 。 化,, 产 艺成熟、市场占有率高。缺点是疏水性差、 川J 保温材料时容易积存冷凝水,低温下性能差、易玻 璃化、强度降低,对酸、碱的耐抗性较差。聚_天j烯纤维 弹性好、瞬间弹性恢复优于聚隔纤维;耐酸碱性、耐磨 性、耐霉变、耐低温性能优良;具有很好的疏水性和芯 2土工布主要功能 土工市的用途多种多样, l 功能也括过滤、排 水、隔离、加筋、防护和防渗 。 吸性能,能使水分沿纤维轴向传递到外层表 ;密度 小、仅为聚酯纤维 ̄966%,经多次牵伸可以得到结构紧 密、性能优越n勺细【lJ纤维,_I『f配合加同过程 J.使其强度 虹l』Ju优越。缺点是/f 耐高温、软化点为l30~l60℃,耐 性肇、在目 l 易于老化分解,但可以通过添加紫外 2.1 过滤作用 由于土1二布具有良好的透水、透气性,将共置于土 体结构中可允许上体内部的液体通过井排…, 时起刮 }:作用,能有效阻IL上游f:颗粒、细砂J})乏小 料的流 ,火,防止土体破坏,保持一I 的安全稳定。如川{:上 线lJ及收剂等助齐『J使 具备抗紫外线性能。 非织造土l 布的原料除采}f{以卜纤维外,还可采用 阻止土粒迁移渗入排水骨料或排水管,吲时保持排水系 统正常工作;往海岸和河岸的抛 防护层和I 它护岸材 料下面铺设土I==布,能阻Jf:1 壤的冲蚀,防 可岸 陷 等。 战麻纤维、聚乙烯纤维、聚乳酸(PLA)纤维等。天然 纤维和特种纤维 逐步进入卜j二布各个应用领域,如天 然纤维(黄麻、栅5千壳纤维、竹浆纤维等) 路基、排 水、护岸、控制上壤侵蚀等领域郜有应用。随蓄新材料 的 断厅发,: 织造{ _I布原料的选用范围不断扩展, 2.2排水作用 土工布作为・种良好的导水材料,材料本斗做为排 水通道,可将十体结构内部的水分汇集存 』 布『J、】,沿 着材料缓慢地排出十体。rJ前已广泛用于} 石坝排水、 地 排水、路基、挡土墙及软_{:地基排水等1: 。如铺 设于路堤底部垫层中的土工布lJ丁作为排水通道排除地F 水,也可作为加筋材料提高路堤稳定性。 JJlJ之,I二产技术的进步,越来越多的功能型土工布展露市 场,II 示出土IlI佰发展的蓬勃乍机。 1.3非织造型土工布生产工艺 卡【{对于织造f 工布,非纵造十工布生产1 序较少, 产效率较高、, 产成本低, 时能制成较宽幅制品, 2.3隔离作用 隔离作片{是指土工布能够把两种具有 质的材 l 此近年来非织造 :上布发腥迅速。按成 方法的不 l 常 的非纵造 士 布生产1:艺包括长 纺粘针刺 投术和短纤针刺技术。 料隔离开来,以免相互混杂而失去各种材料的 体性和 结构完整性。如铺设于普通铁路道阼与路坫之间的十j二 布可有效隔离碎石道碴与土路耀。 长丝纺粘针刺}土术是将聚合物加热熔融,纺成连续 的长丝束,经 流牵伸,赋予纤维强力,不规则地铺放 2.4加筋作用 十工布置f_十体内部作为加筋材料,P 卜1 布 上 相结合形成一个复合体,加筋复合上体与未JJ【】筋上体相 传送带L形成纤 ,当长 束还未完全凝 时,用针 刺法加围后一步法成形的非纵造技术。这种技术工艺流 矩、产量高,q三产m的土 佰 同等规格条件下抗拉 比,其强度及变形性能都得到明显的改善。如}{1上I 布 2 导报c 儿 。…№ 加筋可提高土体的抗拉强度,从而能够建造加筋土陡边 坡或加筋土挡墙;加筋垫层中的土工布可提高路堤的稳 定性等。 布+1.0 HDPE膜+200 g布)的下 :J=I==布以及CRTS lIl 板式无砟轨道隔离层上工布提出r,吡格婴求。通过胶 粘剂将该层土丁佑粘在梁面防水层或梁面卜HI1。,…于底 2.5防渗作用 将土工布和土工膜等复合后具有较低的透水(气) 性,可阻止液体或气体流动和扩散,发挥防渗作用或包 容作用。如水库防渗、土石坝防渗以及垃圾填埋场防渗 等。 鹰混凝上板呈碱性,卜工布应具有优良的耐酸碱性、耐 腐蚀、耐霉变性和耐磨性。 3.3粉煤灰堆场工程 粉煤灰是电厂的废弃物,长期堆放时需要进行隔离 处置。粉煤灰遇水后pH值会瞬时增加,且随荷时 的延 长pH值继续增长,最大可达12以上,呈强碱性,冈此粉 煤版堆场对土工布的耐久性要求非常严格。 2.6防护作用 通过设置土工布防护措施,可减少由降雨冲击和地 表水径流造成的土壤流失。如将士工布与土工网复合后 铺在边坡裸露土体的表面,可以有效地避免或减轻降水 3.4尾矿库堆场工程 为了提高尾矿库坝体的稳定性井减少对周围环境 的影响,需对尾矿库堆场进行防渗和加筋防护处理,而 和地表径流的侵蚀;用土工布制成的泥沙栅栏能够滤掉 浑浊径流中的悬浮泥土颗粒等。 金、铅、铜、氧化铝、汞、镉、铬和钳等金属尾矿库的 渗沥液基本呈碱性,甚至呈强碱性,}:工布及复合f:工 布的耐酸碱性需满足耐久性要求。 2.7其他 除此以外,土工布还能发挥其它方面的作用。如土 工布织袋包裹碎石桩可有效提高碎石桩的强度、减小桩 体侧向位移。土工布也可用作混凝土模袋和沙袋。用土 工布制成的圆柱形十工管袋可以采用水力充填方式构成 海岸线堤防等。 3.5矿山堆浸场工程 中国矿产资源总量丰富,但具有.口1位低、矿 复杂 难处理等特点,堆浸采矿技术是我 矿冶 应用最广泛 的采矿技术,但选矿J一浸出液渗漏J 会对地F水肢上壤 造成污染,破坏环境。为了有效地阻止呈酸碱性的浸出 3土工布应用现状分析 随着社会发展、应用范围的扩大和使用功能需要 液渗漏,选用的土工布必须具有良好的耐酸碱性。 3.6生态袋边坡防护工程 生态袋是由以聚丙烯为原料制成的高强度、’F而稳 定的针刺非织造上工布加上而成的 。, 态袋 仃很 的提高,非织造土工布在应用过程中会遇到各种使用环 境,进而对土工布的性能要求也越来越高。 3.1 防渗工程 在垃圾填埋场、污染物储存池、污水处理厂、环 保及水工结构防渗等领域,土工布与土工膜复合后可实 现其防渗功能。但由于垃圾填埋场垃圾成分较为复杂, 同一垃圾填埋场不同区域垃圾渗沥液的酸碱性也不尽相 同,复杂的酸碱性条件对土工布的耐酸碱性能提出了严 强的耐腐蚀性、抗紫外线性能,不降解,“r以抵抗虫害 的侵蚀,且抗老化、抗酸碱盐侵蚀肢微生物分解。其透 水不透土的功能既能防止袋内填充物(七壤肢营养材料 混合物)流失,又能实现水分 上壤巾的【 常交流,植 物生长所需的水分可得到有效的保持和及时的补允,植 物能通过袋体自由生长,根系进入r1 基础十壤If1,形 成袋体与土体坡面间的再次稳同作川,是公路铁路边坡 格要求。基于工程的长期性考虑,要求土工布具有耐环 境温度、抗腐蚀、高强度、耐酸碱性能好、耐久性好等 特点。 绿化防护、荒山矿山修复、河岸护坡雨I1人】河整治l}J重要 的施工方法之一。综上所述,乍态袋也应具备良好的耐 酸碱性能。 3.2高铁无砟轨道滑动层 为了阻断桥梁因温度变化而产生的伸缩变形对纵连 轨道结构的影响、减小轨道系统与桥梁间的相互作用, 确保轨道结构的稳定和平顺,我国铁路客运专线对桥一1-. 由于目前常见的聚酯土工布耐酸碱性能较差,在碱 性环境中强度和延伸率会下降,影响其使川性能和耐久 性。而高强聚丙烯长丝纺粘针刺七I:布由f强度高、延 伸率低、抗形变能力强,密度小、施工简便,耐惜蚀性 优异、适用于各种酸碱环境, 吸水,透水、导水性能 CRTSⅡ型板式无砟轨道系统的重要组成部分——“两布 一膜”滑动层,即2层土工布中间夹1层土工膜(400 g 2 导报c i Ⅲ。L。 。 .:。 N。. 良好等特点, 成为 I-.;Li布行业的 要发展方It,l。 4土工布行业发展建议 依据“ 家中长期科学和技术发展规划纲要(2006— 2020年)》,科技部启动r国家重点研发计划“蘑点基础 材料技术提升与产业化”重点专项,提出进行卜工材料 化应用环境条件下的玎l杰役行为与失效机理研究以及高强 度、耐老化} ]二材料研制等系列研究[怍。 该专项的}l的是以提升人宗壤础材料产 科技创 新能力和 体竞争力为H{发点,以吲家重大工程和战略 性新兴产业发展需求为牵引,着力解决重点基础材料产 、 面llfiift'J产品同质化、低值化,环境负荷重等重久共性 问题,推进基础性原材料重点产业的结构调整与产业 ‘ 级。通过荩础材料的设计开发、制造流程及工艺优化等 火键技术和 产化装备的重点突破,实现重点基础材料 产品的高性能和高附力I】值,提升我同基础材料产业整体 竞争力,满足我国高端制造业、战略性新兴产业创新发 腱的急需,为我国参与全球新一轮产业变革与竞争提供 殳_撑,实现我国材料产、 由大变强、材料技术 跟跑雪 为主向j}行 I领跑型转变。 从上j二布生产设备、生产¨l 艺和产品质量来看,我 聚酯上上衍已经达到了世界先进水 。但作为行业主要 发展方向的高强度、耐老化土工布的生产技术及产品在我 尚未取得重大突破。任欧美发达国家,高强聚丙烯长丝 纺粘针刺七 布已占土工布行业产量Pl ̄j3o%~40%,有 的国家甚 达到了50%,田外生产聚内烯纺粘针刺土工布 的知名企业有位于马来西亚、隶属于荷兰TENCATE公司 的POLYFELT公司等。 ̄Hbl;看来,我国高强聚丙烯长丝纺 粘针剌土工布已落后于发达国家。 近年来,天鼎丰非织造布有限公司与意大利的FARE (法瑞)公州合作,成功研发_r高强粗旦聚丙烯纺粘针 gI,Vil ̄织造土工布生产技术,并已经实现了国产化,其技 术指标达到并超过POLYFELT公司产品指标,改变了国 外垄断该技术以及国内长丝布几乎全部是PET长丝布的 现状,结束r我国工程应用中长期依赖进口同外聚丙烯 纺粘针刺上~【布的历【史。可以预测,未来土工布市场仍 将快速增长,聚丙烯非织造土工布势必将成为我国土工 行业发展的潮流方向之一。碰