土工合成材料.pdfVIP

土工合成材料工程應用

第一章综述

第一节土工合成材料的含义及其应用概况

第二节土工合成材料的种类

第三节土工合成材料的耐久性和防护保养

第四节土工合成材料的性能和测试方法

千百年来，在水利工程中，人们广泛采用的材料主要是木、竹、土、石等天然

材料以及一些金属材料，但它们都有一些固有的缺陷，例如性能单一，质量大，

寿命不长，价格昂贵等，故不能全面满足工程的特定需要。同时天然材料毕竟数

量有限，而且不少天然植物材料如过分利用还会影响自然界的生态平衡，破坏人

们赖以生存的环境空间，例如大规模地砍伐森林树木，破坏地表植被，会造成水

土流失和荒漠化。有些金属材料虽然性能良好，但容易锈蚀，且成本较高，从而

限制了其应用范围。随着近代化学工业的迅速发展，品种繁多的人工合成材料陆

续问世。它们具有多种能满足工程需要的性能，可制成各种符合实用目的的产品，

而且由于其质量轻、施工简易、运输方便、价格低廉、料源丰富等优点，为岩土

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。鉴于这种人工合成材料的强大生命力，因此近二三十年来在全世界范

围内得到迅速的发展和广泛的使用。据不完全统计，它们已在数十万项工程中得

到成功的应用，取得了良好的经济、社会和环境效益；在一些抗御自然灾害的斗

争中，更显出其快捷、有效、简便的特点。无怪乎这一项新材料和新技术被人们

誉为20世纪岩土工程中的一项技术革命。

第一节土工合成材料的含义及其应用概况

什么是土工合成材料，概括而言，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各种产品的统称。因为它们主要用于岩土工程，故冠以“土

工”(geo一)两字，称为“土工合成材料”，以区别于天然材料。

土工合成材料在早期曾被称为“土工织物”(geotextile)和“土工膜”

(geomembrane)。随着工程需要，这类材料不断有新的品种出现，例如土工格栅、

土工网和土工模袋等，原来的名称已不能准确地涵盖全部产品，这样，在其后的

一段时期内，把它们称之为“土工织物、土工膜和相关产品(relatedproduct)”。

显然，这样的名称不宜作为一种技术名词或学术名词。为此，1994年在新加坡召

开的第五届国际土工合成材料学术会议上，正式确定这类材料的名称为“土工合

成材料”(geosynthetics)。

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，

0

耐温范围-30～140C，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1-1所示。

表1-1几种高分子聚合物性能对比

高分子聚合物

性能

聚酯聚酰胺聚丙烯聚乙烯聚氯乙烯

单位质量高