| 中國土工合成材料發(fā)展現(xiàn)狀與未來 | |||
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| 日期：2009-05-01閱讀：2695次 | |||
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[內容提要] 主要闡述了中國土工合成材料的生產發(fā)展與應用概況同時對產品開發(fā)、工程應用等方面的發(fā)展前景提出了自己的看法。 “土工合成材料”( Geosynthetics) 這一名詞是從80 年代后期興起的早期稱之為“土工布”、“土工織物”、“土工織物與土工膜”等系應用于土木工程中的合成纖維織物的統(tǒng)稱。隨著高分子化學工業(yè)的飛速發(fā)展合成纖維新品種和高分子合成新材料均不斷出現(xiàn)這些新型材料已超越“織物”的范疇其產品或組合產品均相繼在巖土工程中得到廣泛的應用故而統(tǒng)稱為“土工合成材料”。由于土工合成材料本身所具有的優(yōu)異特性應用于工程中又具備濾層、排水、隔離、加筋、防護、防滲六大基本功 能因此引起工程界的極大興趣和重視且能在水利、電力、冶金、鐵路、公路、海港、建筑、機場、圍墾、環(huán)保、軍事等各項巖土工程中得以廣泛的應用。目前國內外對土工合成材料還沒有統(tǒng)一的分類原則但各種分類相差不大。筆者按產品的織造方法同時考慮工程應用選型方便分為有紡型、無紡型、合成型、復合型四大類。 一、中國土工合成材料的生產發(fā)展與工程應用 中國土工合成材料的生產與應用是從70 年代后期逐步發(fā)展起來的到80 年代末、90 年代初生產能力、應用范圍、測試技術、理論研究等各個方面都發(fā)展得非常迅速并具有相當大的生產規(guī)模形成了一門新的科學領域。目前中國土工合成材料總的發(fā)展趨勢是:產品數(shù)量不斷增加產品質量不斷提高產品品種范圍不斷擴大。產品向系列型、合成型、復合型發(fā)展。應用范圍從一般工程向大、中型工程發(fā)展。每年均有上千個工程應用土工合成材料每年所需應用數(shù)量早已突破1 億m2 。由于不同類型的土工合成材料的生產能力、應用范圍、應用技術等不同因而生產、應用情況也不平衡其中編織土工織物與針刺短纖非織造土工布的產量與應用量均占較大比例。 (一) 有紡型土工織物的生產與應用 有紡型土工織物按其織造方法可分為編織型、機織型、針織型。工程中應用以編織型較多其次為機織型而針織型應用較少。我國早期的編織布是采用國產梭織機生產的幅寬僅2 m左右其質量不適合工程應用。80 年代開始先后從美國、德國、日本、瑞士、奧地利等國家引進了一批生產設備或全套生產線使產品結構發(fā)生了很大的變化為工程應用創(chuàng)造了很好的選擇條件。編織布以聚丙烯為主要原材料幅寬一般均在4 m 左右工程選用時除主要技術指標滿足工程要求外還要考慮選用寬幅產品以利于大面積施工中減少拼接既保證施工質量同時也比較經(jīng)濟。產品規(guī)格范圍一般為100～300 g/ m2 工程中選用較多的為120～150 g/ m2 。逐步擴展到整個纖維最后隨著形變的進一步增大初期沿一定方向發(fā)展并已至極限的變形帶在受到進一步的擠壓后其內大分子鏈會發(fā)生進一步彎曲表現(xiàn)為變形角的進一步增大。初期變形帶沿特定的方向形成和發(fā)展反映了纖維內某些特定晶面的滑移。后期嚴重形變則以微原纖間的滑移為主。如何提高和改善高性能纖維的抗軸向壓縮性從而進一步拓寬其在復合材料方面的應用仍將是以后研究的課題。 工程需要較高強度時一般選用200～250 g/ m2的產品。目前國內專門生產編織布的廠家較多其產量可滿足工程應用。機織物多選用錦綸、滌綸或丙綸為原料由于織造緊密強度較高在工程需要較高強度時常選用機織物。應用較多的是用作反濾布和土工模袋布。由于價格較高應用范圍和數(shù)量較少產量已可滿足工程應用需求。有紡型土工織物是工程中特別是水利工程中應用量較大的一種產品。應用較廣的工程主要有以下幾個方面: 1. 水利工程 主要應用于堤、壩、河岸、海岸護坡的濾層、護底軟體排以及圍堤充砂管袋等方面。例如:上海陳行水庫工程、江蘇太倉中遠國際城工程、長江口深水航道整治工程等。 2. 火電廠灰壩工程 主要用于充填管袋筑堤、灰壩基礎護底及灰壩護坡等方面。目前國內電廠灰?guī)斓木S修、擴建、新建工程基本上都采用土工織物方案。如上海石洞口電廠灰壩、上海外高橋電廠灰壩及嘉興電廠灰壩等工程。 3. 圍海造地工程 利用編織布做充砂管袋就地取材將袋內充砂筑堤圍堤內再充填成地固結后建造工程。 4. 防洪搶險工程 應用于修建防汛墻、防洪堤等防汛工程。另外用作防洪搶險物資及防洪搶險備用物資的需求量也相當大歷年防洪搶險都需用大量的有紡型土工織物如1991 年防洪搶險用量達7 000 萬m2 1998 年特大洪水期間其編織布用量已超過1 億m2 。 5. 公路、鐵路、海港工程部分公路、鐵路工程選用編織布作路基反濾層海港堆場基礎也選用編織布作反濾層。 (二) 無紡型土工織物的生產與應用 中國無紡型土工織物的生產與應用起步較晚但發(fā)展速度較快尤其是80 年代后期從德國、意大利、奧地利等國家引進了一批生產設備并相繼投入生產同時國內也自行研制了一些生產設備使國內非織造布的生產發(fā)生了很大的變化。目前非織造布生產廠家已有數(shù)百家其中以生產滌綸短纖針刺非織造布的為多規(guī)模一般不大規(guī)模較大的生產廠家只有數(shù)十家。紡粘法生產廠家已超過30家以生產薄型產品為主。生產長纖維針刺非織造布的僅有4 家。目前非織造布產品已供大于求。目前國內工程中應用的非織造布以滌綸短纖針刺非織造布為主尤其以300～450 g/ m2的產品應用較多主要用作濾層材料而70～250 g/ m2的薄型產品較少直接應用于工程中除為解決瀝青路面反射裂縫直接用于瀝青層內外多數(shù)是加工成復合產品后再用于工程。近年來非織造布在工程中的應用范圍越來越廣用量也逐年增加。據(jù)初步統(tǒng)計1991 年非織造布用量為 3 000萬m2 1995 年用量達6 500 萬m2 至今非織造布用量已超過1 億m2 。主要應用于水利、電力、公路、鐵路、海港、機場等各項工程。 1. 水利水電建設工程 水利水電建設是我國土工合成材料應用最為廣泛、用量最大、應用品種最多的工程。非織造布主要用于工程軟弱基礎加固、反濾及堤、壩邊坡反濾替代砂石料反濾層不僅反濾效果好而且施工方便質量容易控制工程造價低。中、小型水利工程和農田水利工程已普遍應用電廠粉煤灰?guī)斓踢吰?0 %以上采用非織造布作反濾層。 2. 公路建設工程 公路建設主要是利用針刺非織造布解決路基沉陷、軟基加固、防治翻漿冒泥、防治路基凍融等。另外利用薄型非織造布防止瀝青路面產生反射裂縫其效果也很顯著。如東北的錦大公路上海的滬嘉公路等。非織造布在公路中應用不僅起反濾作用同時也起隔離作用和加筋作用。 3. 鐵路建設工程 主要用于鐵路路基加固處理、路基隔離、排水及路基邊坡、排水育溝的濾層。防治翻漿冒泥防治嚴寒地區(qū)凍融等方面。如京九鐵路路基處理京廣鐵路翻漿冒泥整治等。 4. 港灣及海岸建設工程 非織造布主要是用作反濾材料主要用在軟土地基加固、海岸防護及防波堤工程。另外港區(qū)集裝箱堆場港區(qū)內道路場內排水育溝等。如天津新港區(qū)東突堤軟基處理及碼頭反濾層工程青島前灣港區(qū)防波堤工程上海蘆潮港及金山石化防波堤工程等。除上述幾個建設方面外非織造土工布在礦山尾礦 壩、機場、地鐵、隧道、市政建設、環(huán)保工程、軍事工程等各方面均有不同程度、不同數(shù)量的應用。 （三) 合成型土工材料的生產與應用 合成型土工材料的生產與應用有所發(fā)展但品種類型尚不多較多的是以聚丙烯材料為主的土工塑料網(wǎng)格生產廠家已有10 多家其中大多數(shù)是引進英國耐特龍有限公司的生產設備。此外也有從意大利引進生產設備生產塑料土工格柵。主要應用于軟土基礎加固及護坡、護堤等工程。如三峽工程護坡、上海金山防沖護岸工程、上海集裝箱碼頭軟基加固等。 防滲用的吹塑膜、壓延膜的生產也較多但直接應用于工程上較少主要是與非織造布復合后再應用于工程以確保防滲效果。其它類型如土工格柵、土工格室、土工片、土工板等高強度產品很少有的尚不能生產。 (四) 復合型土工材料的生產與應用 復合型土工材料主要是用2 種或2 種以上的不同材料采用不同方法復合在一起而形成的土工材料。如復合土工膜、塑料排水帶、經(jīng)編土工格柵、復合土工布、土工墊塊等品種類型較多用途也各不相同。目前工程中應用較多的是復合土工膜和塑料排水帶。復合土工膜主要解決工程中防滲問題可視工程需要選擇不同厚度或不同類型的土工膜。目前用非織造布與膜復合的較多膜有吹塑膜、壓延膜、涂膜非織造布可選用針刺短纖非織造布也可選用長纖非織造布常規(guī)應用的有一布一膜二布一膜。布比較薄主要起保護膜的作用。另外也有選用較厚的非織造布與膜復合起雙重作用膜的一面主要起防滲作用而非織造布一面則起排水作用。目前國內生產廠家已有數(shù)十家多數(shù)產品門幅較窄。一般為2 m左右門幅在4 m以上、質量較好的復合土工膜不多。同時土工膜的拼接技術也已有很大的改進。復合土工膜在水利工程中的應用較多主要應用于圍堰防滲心墻替代常規(guī)的粘土心墻。如福建水口電站圍堰防滲心墻三峽工程圍堰防滲心墻等均采用復合土工膜。另外也用在土石壩防滲墻、渠道防滲、抽水蓄能電站上的水庫、庫區(qū)防滲等。近年來復合土工膜應用于垃圾堆放場防滲方面較多以防止有害廢液滲入地下水層造成污染。屋頂防漏、地下室防滲、游泳池、地下隧道、地鐵工程 等都不同程度地采用復合土工膜解決防滲問題。塑料排水帶是由濾膜和芯板復合組成的濾膜一般選 用滌綸非織造布芯板用聚丙烯材料芯板形狀有六七種較多的為口琴型、城墻型。工程中主要應用于軟弱基礎排水加固處理。常用于水利工程中軟弱基礎及鐵路、公路軟弱路基處理等方面。目前國內生產廠家已有數(shù)十家主要分布在江、浙一帶。 二、中國土工合成材料發(fā)展前景 目前國內一些較大的工程、跨世紀工程中均不同程度地應用了土工合成材料。如長江三峽工程、長江口深水航道整治工程、上海浦東國際機場等由此可以看出中國正成為土工合成材料應用與銷售的最大市場。世界各國對中國土工合成材料的應用與發(fā)展都十分關注積極籌劃將設備和產品打入中國市場這也充分說明中國土工合成材料市場的潛在能力很大。 近來國家領導及有關部門對土工合成材料的應用和發(fā)展非常重視國家拿出7 200 個億要在3 年內完成六大基礎設施建設。同時土工合成材料的產品標準試驗方法標準設計、施工技術規(guī)范等也將相繼出臺這為土工合成材料的發(fā)展與應用創(chuàng)造了良好的條件應充分利用這一難得的好時機使土工合成材料的生產和應用進入一個嶄新階段。 今后幾年土工合成材料應用量較大的工程主要有以下幾個方面: (一) 水利建設工程 近年來國家對水利建設非常重視投資也不斷增加開展了長江、黃河、淮河、太湖流域等大江、大河的長期治理、改造。東南沿海一帶水利工程及廣大的農田水利建設一直不停地在進行現(xiàn)又進一步提出向中西部發(fā)展。歷年來水利工程都是土工合成材料應用的最大市場而上海是土工合成材料銷量最大的市場。隨著浦東新區(qū)的開發(fā)進行了大量的基礎工程建設土工合成材料用量也逐年增加。 (二) 環(huán)境工程 環(huán)境工程主要是進行固體、液體、氣體廢料的處理和污染的防治等工作同時要擴大綠化面積改善生態(tài)環(huán)境。近年來國家非常重視環(huán)境保護防止污染確保人民生命安全。根據(jù)環(huán)境保護的要求對工廠排放的有害廢液及生活垃圾的處理要安全可靠因此需要建造垃圾堆場和廢水池、廢料庫等。較大都市每天的生活垃圾有1. 0～1. 5萬t 生活垃圾的處理是每個都市都感到十分困難的問題而且每個城市也不是靠建造一二個垃圾場就能解決問題的。從全國來看垃圾堆場的數(shù)量是極為可觀的而且建造垃圾場時土工合成材料是最佳的可選材料。環(huán)境綠化采用土工合成材料是當前最佳方案效果極佳特別是立體綠化環(huán)境建造屋頂花園采用復合土工材料最理想既可防滲不使屋頂漏水又可供植物用水這一項目的開發(fā)有很大的發(fā)展前景。 (三) 防洪搶險工程 洪澇災害是我國范圍較廣、損失較大的自然災害全國各地每年都要耗費大量的防汛經(jīng)費和防汛物資。有的省、市和地區(qū)已將土工合成材料列為防汛搶險備用物資其用量非?？捎^。1998 年特大洪水期間土工合成材料在防洪搶險中起了很大作用用量也相當大國家領導對土工合成材料在防洪搶險中的應用也非常重視并指示要首先在1998 年開始的大修堤防工程中采用。這給土工合成材料的生產與應用提供了良好的時機和美好的前景。另外有些地區(qū)防汛墻雖未被洪水沖壞但需要提高防汛、防洪標準進一步維修加固因此土工合成材料在防洪搶險工程中應用潛力很大今后應進一步開發(fā)新型結構材料適應防洪搶險工程的要求。 (四) 其它工程 據(jù)悉國內將新增公路2 萬km高速公路900 km一二級汽車專用公路1 000 km同時要發(fā)展中、西部地區(qū)公路也將由東南沿海地區(qū)向內地延伸發(fā)展最近國家又加大了公路建設投資工程又有新的增長。公路建設方面主要需要反濾材料和軟弱基礎處理材料。鐵路建設方面主要是利用非織造布解決路基翻漿冒泥等病害效果很好成功率可達90 %以上。另外利用排水帶作軟弱基礎加固及路基邊坡防護材料。目前鐵路向內地延伸和提高車速因此首先要改善路基穩(wěn)定條件同時也要解決路基邊坡防護問題。這一切都需要各類土工合成材料。 綜上所述土工合成材料是一種非常有生命力的新型巖土工程材料經(jīng)濟效益、社會效益都非常顯著有很高的推廣應用價值。 |
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