土工布具有防渗、反滤、排水、隔离、加固、防护、密封等多种功能,它与常规的砌石及砼材料防渗效果相比,具有投资低,施工工艺简单,工期短,防渗效果好,渠道有效利用系数高等优点。
土工布是土工合成材料大家族中的一员,大量用于公路、铁路、水利、大型建筑、电厂灰坝建设、有色金属尾矿处理、环保工程、水土保持等方面。目前中国有土工布生产能力的企业已有上百家,总生产能力超过10万t。随着我国对基础工业发展的重视和政府对应用土工合成材料的大力提倡,今后土工合成材料的发展将会加快。据预测,2005年我国土工布的使用量可能达到5万t,2010年将达10万t。
1.土工布的原料 土工布所用原料不但要考虑其在使用环境中所需的物理化学性能,而且要注意产品成本。在性能方面主要考虑以下几方面:1.1良好的物理机械性能,土工布的工作环境恶劣,很多情况下是泡在水中或铺于湿度很大的土中,所以必须具有良好的抗水解性能和湿态机械性能。 1.2耐紫外线辐射、抗水解、耐高低温 土工布要暴露于日光下,因此要具有相应的耐紫外线性能;土工布要适应与沥青等材料接触时的温度,要求熔点较高。 1.3耐化学药品、耐腐蚀、耐霉变 水和土质很不相同,有的呈碱性,有的呈酸性,有的含盐份多,有的含各种元素,因此必须具有化学稳定性。 1.4良好的透水性 土工布过滤和排水都需要透水,因此必须具有良好的透水性。
2.土工布的生产工艺
2.1不同制造方法的土工布的消耗量
图1为1985-1995年织造土工布和非织造土工布在世界上的比例变化情况。由图1可以看出,当前非织造土工布占全部土工布的比例已达到70%左右,织造土工布约占30%。在美国非织造土工布的比例更高,1990年非织造土工布:织造土工布:针织土工布的比例为70∶28∶2。1995年则为85∶14∶1。
美国1992年曾对土工布市场作过分析(图2):短纤、针刺、扁丝织造和纺粘针刺布分别居土工布用量的1、2、3位,三者总和占美国土工布总量的95.7%。当然目前结构已有很大变化。我国还没有确切的统计数字,但大体上占主导的是短纤针刺土工布和丙纶扁丝织造土工布,二者所占份额达到85%-90%。纺粘长丝针刺土工布1998年实际产量不会超过1500万m2,约3000t,占10%左右,单丝及复丝长丝织造土工布数量不多。
织造土工布的主要特点是:
--抗拉强力及初始模量大、断裂伸长及蠕变小。图3是织造土工布和非织造土工布负荷-伸长曲线的比较。
--依靠经纬纱互相挤压保持结构稳定。
--水力学性能看,织造土工布为平面过滤,孔隙尺寸大,最小为0.05-0.08mm,作反滤时,小砂砾易流失。扁丝织造布还容易淤堵。但单丝织物不易发生淤堵,适于作无粘性土的滤层。
--厚度小,水平排水能力差,不宜用作排水材料。
--弹性伸长小,与硬质材料接触易刺破、顶破,影响反滤功能。
--生产工艺复杂,产量低,成本高。
总起来说,织造土工布特别适合增强、加固和隔离之用,对控制侵蚀,进行护底以及其它防护的工程,有时必须用强度很高的织造土工布,而一般以反滤和排水作用为主的工程则不宜采用。
2.3 短纤维针刺土工布
短纤维针刺土工布是目前应用最广泛的非织造土工布之一。纤维经过开松混合、梳理(或气流)成网、铺网、牵伸及针刺固结最后形成成品,针刺形成的缠结强度足以满足铺放时的抗张应力,不会造成撕破、顶破。由于其厚度较大、结构蓬松,且纤维通道呈三维结构,过滤效率高,排水性能好。其渗透系数达10-1-10-2,与沙粒滤料的渗透系数相当,但铺起来更方便,价格也不贵,因此用作反滤和排水最为合适。还具有一定增强和隔离功能,也可以和其它土工合成材料复合,具防护等多种功能。