土工合成材料 (1).ppt
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1、第1章 绪 论12隧道防渗水库防渗 3湖北恩施芭蕉变电站4第1 章 绪 论1.1 概述土工合成材料(Geosynthetics)是指应用于岩土工程和土木工程中合成材料的总称。1、材料 聚丙烯、聚乙烯、聚酯等2、产品形式 土工织物(geotextiles)、土工膜(geomembranes)、土工格栅(geogrids)、土工复合材料(geocomposites)、土工其它(geoothers)。例如,土工泡沫(EPS),土工格室(Geocell)、土工合成材料粘土垫(GCL)等3、功用排水反滤、隔离、防渗、加筋、减载、防护4、应用领域 土建、水利、交通、采矿、环境保护等5发展历史1、塑料布在1
2、930年美国已用到游泳池的防漏措施之 中。到50年代美国、前苏联、印度等国家开始在渠 道表层采用土工膜的防渗措施。1963年荷兰采用 聚乙烯土工膜作为一个占地50公顷的小型水库的 防渗措施。2、土工织物在1957年应用在荷兰的堵口工程。3、泡沫塑料在1960年用于路工中作为隔热保温材料;1972年用其质轻特点在道路工程中起到减载作用。4、1984年英国Tensar公司生产出世界上第一条土工 格栅应用于加筋土工程。应用进展取决于塑料工业的发展和应用的需求。6 国际会议、组织、出版物1977年在巴黎召开了第一届国际会议,而2023年11月将在意大利罗马召开了第12届国际土工合成材料会议。1980年
3、美国KoernerR.M.关于土工合成材料的第一本专著(DesigningwithGeosynthetics)问世,至2005年出了第五版1983年国际土工合成材料协会(InternationalGeosyntheticsSociety,简称IGS)成立。期刊和时事通讯,GeotextilesandGeomembranes(目前岩土类影响因子(Impactfactor,简记,IF3),最高之一)、GeosyntheticsInternational#,IGSNews。土工合成材料试验和应用的标准,例如国际标准化组织(ISO)、美国(ASTM)、英国(BSI)、法国(NF)、德国(DIN)、日本
4、(JIS)和澳大利亚(AS)等。$71984年成立了“土工织物技术协作网”1994年协作网正式改名为“中国土工合成材料工程协会”1986年在天津召开了我国第一届土工织物学术交流会2004年在西安召开了第六届2008年在上海召开了第七届.2012年在天津召开了第八界.2016年在武汉召开了第九届2020年在成都召开了第十届协会下设加筋土专委会、防渗排水专委会,我国8其后水利部确定了十大“示范工程”(如深圳河治理工程、王浦洲)、规范和专著,对土工合成材料应用和研究促进很大,有些被列入本教材的参考文献中。9在1998年我国的防洪抢险中,土工合成材料发挥了积极的作用,因而得到政府的大力推广。10 1.
5、2 聚合物简介 聚合物是土工合成材料的主要原料。由单体聚合而成。如聚乙烯:n(CH2=CH2)CH2-CH2nn个乙烯单体 聚乙烯(聚合物)还有聚丙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯等。我国习惯以“纶”字作为合成纤维商品的后缀字,如锦纶(尼龙-6),腈纶(聚丙烯腈),氯纶(聚氯乙烯),丙纶(聚丙烯),涤纶(聚对苯二甲酸乙二酯)等等。11在实际应用时聚合物还采用代号(英文缩写)代表其名称:产品名称 英文名 代号低密度聚乙烯LowDensityPolyethyleneLDPE聚氯乙烯PolyvinylchloridePVC高密度聚乙烯HighDensityPolyethyleneHDPE聚丙烯Polyprop
6、ylenePP聚苯乙烯PolystyrenePS聚酯PolyesterPET聚酰胺(尼龙)PolyamidePA12聚合物的分类聚合物按性能分为塑料、纤维和橡胶三大类。(1)塑料 在一定条件下具有流动性、可塑性,并能加工成型,当恢复平常条件(如除去压力和降温),则仍保持加工时形状的聚合物称为塑料。从性能上又分为:a.热塑性塑料 在温度升高后能够软化并能流动,当冷却时即变硬并保持高温时形状的塑料,而且在一定条件下可以反复加工定型,例如聚乙烯,聚丙烯和聚氯乙烯等;b.热固性塑料 加工成型后的塑料在温度升高时不能软化,其形状不变的塑料,例如酚醛树酯,脲醛树酯等。13(2)纤维 长度大于直径1000倍
7、以上而又具有一定强度的线形或丝状、且直径很小的聚合物称为纤维。重要的合成纤维品种有:聚酯纤维,如涤纶;聚酰胺纤维,如尼龙66;烯类纤维,如腈纶,维尼纶等。(3)橡胶在室温下具有高弹性的聚合物材料称为橡胶(又称为弹性体)。在外力作用下,橡胶能产生很大的应变(可以达到:1000),外力除去后又能迅速恢复原状。重要的合成橡胶品种有顺丁橡胶,氯丁橡胶,硅橡胶等。以上是从性能上的分类。就其原材料来说可以是相同的,例如聚氯乙烯可以制成为塑料产品,纤维和类似于橡胶的制品。14影响聚合物力学性能的因素(1)化学成分(2)分子量分子量大,分子数少,分子端点的薄弱环节减少,分子间相互作用的次价键就多,因而分子间相
8、互作用力就较大,强度就高。(3)结晶结晶度增加使分子链排列紧密有序(即结晶化),空隙小,分子间作用力增强,造成屈服应力、强度、模量、硬度等提高;但同时变硬变脆使断裂伸长率、抗冲性能下降。(4)取向取向是一个分子或晶粒趋向排列整齐的过程,使材料在取向方向的强度大为增加,但同时断裂伸长率降低,而且在垂直方向的强度会有所降低,形成强烈的各向异性特性。15(5)添加剂在原材料中掺入一定数量的其它原料,称为添加剂(或助剂,additive),以改变它们的加工或使用性能。a.增塑剂使流动性较差的聚氯乙烯易于加工。b.增强剂热塑料可以采用合成纤维、玻璃纤维和碳纤维等作为增强剂形成比钢材强度还要高的纤维加筋塑
9、料,例如玻璃纤维增强塑料(玻璃钢,GlassFabricReinforcedPlastics,简称GFRP(#)、碳纤维增强塑料(CFRP)c.稳定剂,例如在聚乙烯中添加2的碳黑(早期常用的稳定剂),可以使抗老化能力提高30倍。(6)加工工艺 例如格栅在生产过程中是否经过拉伸定向,对 它的抗拉强度影响极大;又如同样的原材料经过不同制造方 式形成的有纺织物和无纺织物,两者的性能就有很大的差别。161.3 土工合成材料的类型、功能和应用1.3.1 土工合成材料的类型1土工织物geotextiles土工织物是采用编织技术生产的透水性土工合成材料,成布状,故俗称土工布。主要特点是重量轻、整体连续性好、
10、施工简便、抗拉强度高、耐腐蚀。土工织物又分为有纺土工织物(wovengeotextiles)和无纺土工织物(nonwovengeotextiles),前者由单丝或多股丝织成,或由薄膜切成的扁丝编织而成;后者由短纤维或喷丝长纤维随机铺成絮垫,再经机械缠合(针刺)或热粘/化学粘合而成(参见章前彩图1和2)。17 无纺织物功能:隔离、加筋、防护、反滤、排水有纺织物 18 2土工膜(Geomembranes)土工膜是土工合成材料的主要产品之一(章前彩图3、4),具有极低渗透性的膜状材料,渗透系数为110-11110-13cm/s,实际上几乎不透水,是理想的防渗材料。与传统的防水材料相比,土工膜具有渗透
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