土工合成材料
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一、简介
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。《土工合成材料应用技术规范》将土工合成材料分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等类型。土工特种材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格室、土工织物膨润土垫、聚苯乙烯泡沫塑料（ＥＰＳ）等。土工复合材料是由上述各种材料复合而成，如复合土工膜、复合土工织物、复合土工布、复合防排水材料（排水带、排水管）等。
二、土工合成材料的种类:
（一）土工织物
土工织物的制造过程是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。
（二）土 工 膜
土工膜一般可分为沥青和聚合物（合成高聚物）两大类。含沥青的土工膜目前主要为复合型的（含编织型或无纺型的土工织物），沥青作为浸润粘结剂。聚合物土工膜又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。
（三）土工格栅
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。
（四）土工特种材料
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反滤排水点膜袋、无反滤排水点膜袋、无排水点混凝土膜袋、铰链块型膜
2? 土 工 网
土工网是由合成材料条带、粗股条编织或合成树脂压制的具有较大孔眼、刚度较大的平面图１２?２ 土工格室示意图结构或 三 维 结 构 的 网 状 土 工 合 成材料。用于软基加固垫层、坡面防护、植草以及用作制造组合土工材料的基材。
3? 土工网垫和土工格室
土工 网 垫 和 土 工 格 室 都 是 用合成 材 料 特 制 的 三 维 结 构。 前 者多为长 丝 结 合 而 成 的 三 维 透 水 聚合物网垫，后者（图１２?２）是由土工织物、土 工 格 栅 或 土 工 膜、条 带 聚合物构 成 的 蜂 窝 状 或 网 格 状 三 维结构，常 用 作 防 冲 蚀 和 保 土 工 程，刚度大、侧限能力高的土工格室多用于地基加筋垫层、路基基床或道床中。
4 聚苯乙烯泡沫塑料（ＥＰＳ）
聚苯乙烯泡沫塑料（即 ＥＰＳ）是近年来发展起来的超轻型土工合成材料。它是在聚苯乙烯中添加发泡剂，用所规定的密度预先进行发泡，再把发泡的颗粒放在筒仓中干燥后填充到模具内加热形成的。ＥＰＳ具有质量轻、耐热、抗压性能好、吸水率低、自立性好等优点，常用作铁路路基的填料。
（四）土工复合材料
土工织物、土工膜、土工格栅和某些特种土工合成材料，将其两种或两种以上的材料互相组合起来就成为土工复合材料。土工复合材料可将不同材料的性质结合起来，更好地满足具体工程的需要，能起到多种功能的作用。如复合土工膜，就是将土工膜和土工织物按一定要求制成的一种土工织物组合物。其中，土工膜主要用来防渗，土工织物起加筋、排水和增加土工膜与土面之间的摩擦力的作用。又如土工复合排水材料，它是以无纺土工织物和土工网、土工膜或不同形状的土工合成材料芯材组成的排水材料，用于软基排水固结处理、路基纵横排水、建筑地下排水管道、集水井、支挡建筑物的墙后排水、隧道排水、堤坝排水设施等。路基工程中常用的塑料排水板就是一种土工复合排水材料。
国外大量用于道路的土工复合材料是玻纤聚酯防裂布和经编复合增强防裂布。能延长道路的使用寿命，从而极大地降低修复与养护的成本。 从长远经济利益来考虑，是国内应该积极采用和提倡土工复合材料。
短纤维针刺土工布是采用聚酯或丙纶短纤维经梳理或网针剌固结而成。
该产品具有优越的透水性、过滤性、耐用性、可广泛用于铁路、公路、运动馆、堤坝、水工建筑、遂洞、沿海滩涂、围垦、环保等工程。
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。《土工合成材料应用技术规范》将土工合成材料分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等类型。土工特种材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格室、土工织物膨润土垫、聚苯乙烯泡沫塑料（ＥＰＳ）等。土工复合材料是由上述各种材料复合而成，如复合土工膜、复合土工织物、复合土工布、复合防排水材料（排水带、排水管）等。
二、土工合成材料的种类:
（一）土工织物
土工织物的制造过程是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。
（二）土 工 膜
土工膜一般可分为沥青和聚合物（合成高聚物）两大类。含沥青的土工膜目前主要为复合型的（含编织型或无纺型的土工织物），沥青作为浸润粘结剂。聚合物土工膜又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。
（三）土工格栅
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。
（四）土工特种材料
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反滤排水点膜袋、无反滤排水点膜袋、无排水点混凝土膜袋、铰链块型膜
2? 土 工 网
土工网是由合成材料条带、粗股条编织或合成树脂压制的具有较大孔眼、刚度较大的平面图１２?２ 土工格室示意图结构或 三 维 结 构 的 网 状 土 工 合 成材料。用于软基加固垫层、坡面防护、植草以及用作制造组合土工材料的基材。
3? 土工网垫和土工格室
土工 网 垫 和 土 工 格 室 都 是 用合成 材 料 特 制 的 三 维 结 构。 前 者多为长 丝 结 合 而 成 的 三 维 透 水 聚合物网垫，后者（图１２?２）是由土工织物、土 工 格 栅 或 土 工 膜、条 带 聚合物构 成 的 蜂 窝 状 或 网 格 状 三 维结构，常 用 作 防 冲 蚀 和 保 土 工 程，刚度大、侧限能力高的土工格室多用于地基加筋垫层、路基基床或道床中。
4 聚苯乙烯泡沫塑料（ＥＰＳ）
聚苯乙烯泡沫塑料（即 ＥＰＳ）是近年来发展起来的超轻型土工合成材料。它是在聚苯乙烯中添加发泡剂，用所规定的密度预先进行发泡，再把发泡的颗粒放在筒仓中干燥后填充到模具内加热形成的。ＥＰＳ具有质量轻、耐热、抗压性能好、吸水率低、自立性好等优点，常用作铁路路基的填料。
（四）土工复合材料
土工织物、土工膜、土工格栅和某些特种土工合成材料，将其两种或两种以上的材料互相组合起来就成为土工复合材料。土工复合材料可将不同材料的性质结合起来，更好地满足具体工程的需要，能起到多种功能的作用。如复合土工膜，就是将土工膜和土工织物按一定要求制成的一种土工织物组合物。其中，土工膜主要用来防渗，土工织物起加筋、排水和增加土工膜与土面之间的摩擦力的作用。又如土工复合排水材料，它是以无纺土工织物和土工网、土工膜或不同形状的土工合成材料芯材组成的排水材料，用于软基排水固结处理、路基纵横排水、建筑地下排水管道、集水井、支挡建筑物的墙后排水、隧道排水、堤坝排水设施等。路基工程中常用的塑料排水板就是一种土工复合排水材料。
国外大量用于道路的土工复合材料是玻纤聚酯防裂布和经编复合增强防裂布。能延长道路的使用寿命，从而极大地降低修复与养护的成本。 从长远经济利益来考虑，是国内应该积极采用和提倡土工复合材料。
土工布的分类
短纤维针刺土工布短纤维针刺土工布是采用聚酯或丙纶短纤维经梳理或网针剌固结而成。
该产品具有优越的透水性、过滤性、耐用性、可广泛用于铁路、公路、运动馆、堤坝、水工建筑、遂洞、沿海滩涂、围垦、环保等工程。
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