土工合成材料及工程应用

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1、土工合成材料的工程应用第一节概述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新型建筑材料，已广泛应用于水利、公路、铁路、港口、建筑等工程的各个领域。目前，国内外通常采用聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维及聚乙烯醇纤维等原料制造土工合成材料，形成了八大系列产品，如：土工织物、土工膜、土工网、土工格栅、土工席垫、土工格室、土工复合材料及相关产品等。其中土工膜是土工合成材料中应用最早也是最广泛的一种系列产品，土工膜为相对不透水的聚合物薄片，在岩土和土木工程中用于防渗和气体的输送；土工复合材料为用两种以上土工合成材料经人工组合的复合体，用于排水、截水

2、及加筋等。土工膜最早应用可追溯到上世纪二三十年代，人们曾采用聚氯乙烯PVC土工膜作为游泳池的防渗材料；50年代初，美国垦务局采用PVC土工膜作防渗衬砌；前苏联以聚乙烯膜进行渠道防渗。我国对土工膜的研究和应用起步虽较晚，但发展很快。60年代中期，塑料薄膜用于渠道防渗，较早的工程有河南人民胜利渠、陕西人民引渭渠、北京东北旺灌区和山西的几处灌区，主要原料是聚氯乙烯，个别是聚乙烯，以后推广到水库、水闸和蓄水池等工程。70年代中后期利用聚丙烯编织布进行防渗护底处理，1979～1980年宁夏石嘴山市修建了一座容积为25万m3的蓄水池，采用厚度为0.1mm的聚氯乙烯

3、薄膜防渗。1984年陕西西骆峪水库采用三层厚0.06mm的聚乙烯薄膜作防渗。随着高分子化学工业的发展，自20世纪以来相继出现了聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚丙烯等各种纤维，这些合成材料具有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、不会发霉、不怕虫蛀及吸湿性小等特点，用于工程又具有施工简便、易保证质量、施工进度快、造价低等优点，故被人们所重视，应用也日益广泛。目前，国内外堤坝渗流控制中所应用的土工合成材料，主要是透水的土工织物和相对不透水的土工薄膜两大类。本章主要讲述土工膜及其应用，其他类型的土工合成材料在此不再赘述。一、土工膜的种类及性能1．土工

4、膜的种类土工膜是一种由高聚合物制成的透水性极小的土工合成材料。根据原材料不同，可分为聚合物和沥青两大类。为满足不同强度和变形需要，又有不加筋和加筋的区别。聚合物膜在工厂制造，沥青膜则大多在现场制造。国内外制造土工膜的基本材料大致可分为如下几种：（1）热塑性材料：如聚氯乙烯（PVC）、耐油聚氯乙烯（PVC-OR）等；（2）结晶热塑性材料：如低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）等；（3）弹性材料：如二烯一异丁烯橡胶（IIR）、氯丁橡胶（CR）、环氧丙烷橡胶（CV）等；（4）热塑性弹性材料：如氯化聚乙烯（CPE）、氯磺聚乙烯（C

5、SPE）、氯化聚乙烯熔合物（CPE-A）等；（5）沥青和树脂：如沥青、煤焦油沥青、改性沥青、环氧树脂和丙烯树脂等。这几种主要材料的性能如表10-1所示表10-1几种土工膜基本材料性能材料性能氯化聚乙烯CPE高密度聚乙烯HDPE聚氯乙烯PVC氯磺聚乙烯CSPE（Hypalon）耐油聚氯乙烯PVC-OR力学特性顶破强度好很好很好好很好撕裂强度好很好很好好很好伸长率很好很好很好很好很好耐磨性好很好好好--热力特性（低温柔性）好好较差很好较差尺寸稳定性好好很好差很好最低现场施工温度（℃）-12-18-1055渗透系数（m/s）10-14--7×10-153.6

6、×10-1410-14极限铺设边坡1：2垂直1：11：11：130现场拼接溶剂很好好很好很好很好热力差--差好差粘结剂好--好好好最低现场粘结温度（℃）-710-7-75相对造价中等高低高中等制造土工膜时还需要渗入一定量的添加剂，在不改变材料基本特性的情况下，改善其基本力学性能、抗环境影响性能和降低成本。沥青类薄膜常用的添加料主要有填料和纤维，有时掺入一定的弹性物质。填料加细粒矿粉，常用的有石灰粉、滑石粉、云母、粉煤灰、石墨等。掺量为沥青与矿粉总重的60%以内，一般为30%。添料的作用在于增加膜的劲度，还可降低成本；纤维一般用石棉或玻璃丝，其作用是增加

7、膜的强度。弹性物质常采用再生橡胶等，掺量一般为5%～15%，其作用是改善膜的物理性质或增强抗裂能力。聚合物类薄膜的添加料有填料、纤维、改性剂、增塑剂、炭墨、抗氧化剂、稳定剂、杀菌剂。填料为上述各种矿粉。常用的纤维有玻璃丝、聚脂或尼龙短纤维等。这两种掺料的作用与沥青类相同，其他掺料各有不同的作用。改性剂是在膜的制作过程中使混合料硬化或软化；增塑剂用于增加膜的柔性；炭黑增加膜的抗紫外线和臭氧等的老化作用，并在制作过程中使混合物保持稳定；杀菌剂用于防止菌类微生物对聚合物薄膜的侵蚀。土工膜的类型大体可分为如下几类：（1）现场制成的非加筋土工薄膜现场非加筋土工薄

8、膜即是在工地防渗面现场（土体或混凝土表面）喷涂一层热的或冷的粘性材料，常用材料是沥青、沥青和弹