土工合成材料土木工程材料

土工合成材料土木工程材料第1頁(yè)/共39頁(yè)土工合成材料

第2頁(yè)/共39頁(yè)土工合成材料是一種新型的巖土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類(lèi)型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各層土體之間，發(fā)揮加強(qiáng)或保護(hù)土體的作用。土工合成材料可分為土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復(fù)合型土工合成材料等類(lèi)型。目前已廣泛應(yīng)用于水利、水電、公路、鐵路、建筑、海港、采礦、軍工等工程的各個(gè)領(lǐng)域第3頁(yè)/共39頁(yè)土工合成材料的作用：1）過(guò)濾作用；2）排水作用；3）隔離作用；4）加筋作用；5）防滲作用；6）防護(hù)作用。第4頁(yè)/共39頁(yè)9.1土工織物及網(wǎng)格加筋材料一、概述1、土工織物土工織物是一種透水性材料，主要特點(diǎn)是重量輕、整體連續(xù)性好（可做成較大面積的整體）、施工簡(jiǎn)便、抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好；缺點(diǎn)是未經(jīng)特殊處理，則抗紫外線(xiàn)能力低，如暴露受到紫外線(xiàn)直接照射容易衰化，但如不直接暴露，抗老化及耐久性能力仍較高的。第5頁(yè)/共39頁(yè)土工織物又分為有紡?fù)凉た椢锖蜔o(wú)紡?fù)凉た椢?。前者由單絲或多股絲織成，或由薄膜切成的扁絲編織而成；后者由短纖維或噴絲長(zhǎng)纖維隨機(jī)鋪成絮墊，再經(jīng)機(jī)械纏合（針刺）或熱粘，或化學(xué)粘合而成。有紡?fù)凉た椢镉蓛山M平行的呈正交或斜交的經(jīng)線(xiàn)和緯線(xiàn)交織而成，其主要缺點(diǎn)是沿經(jīng)線(xiàn)和緯線(xiàn)的強(qiáng)度高，而與經(jīng)緯線(xiàn)斜交方向的強(qiáng)度低。9.1土工織物及網(wǎng)格加筋材料第6頁(yè)/共39頁(yè)無(wú)紡?fù)凉た椢锸前牙w維作定向的或隨意的排列，再經(jīng)加工而成。無(wú)紡?fù)凉た椢镏饕獌?yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度沒(méi)有顯著的方向性，對(duì)變形的適應(yīng)性較大。9.1土工織物及網(wǎng)格加筋材料第7頁(yè)/共39頁(yè)2、網(wǎng)格加筋材料土工網(wǎng)、土工格柵、土工復(fù)合材料等是主要的道路加筋材料。土工格柵分為兩類(lèi)：塑料類(lèi)和玻璃纖維類(lèi)。9.1土工織物及網(wǎng)格加筋材料第8頁(yè)/共39頁(yè)二、技術(shù)性質(zhì)及要求1、技術(shù)性質(zhì)（1）物理性質(zhì)厚度單位面積質(zhì)量開(kāi)孔尺寸（有效孔徑）均勻性（2）力學(xué)性質(zhì)抗拉強(qiáng)度撕裂強(qiáng)度9.1土工織物及網(wǎng)格加筋材料第9頁(yè)/共39頁(yè)頂破強(qiáng)度刺破強(qiáng)度穿透強(qiáng)度握持強(qiáng)度（3）滲透性質(zhì)（4）老化及耐久性2、技術(shù)要求JT/T513~521-20049.1土工織物及網(wǎng)格加筋材料第10頁(yè)/共39頁(yè)三、適應(yīng)范圍土工織物、土工格柵埋在土體之中，可以分布土體應(yīng)力，增加土體的模量，限制土體側(cè)向位移；還增加土體和其他材料之間的摩擦阻力，提高土體及有關(guān)建筑物的穩(wěn)定性。可應(yīng)用如下工程：1、加筋工程2、過(guò)濾與排水工程9.1土工織物及網(wǎng)格加筋材料第11頁(yè)/共39頁(yè)3、隔離工程4、防護(hù)工程9.1土工織物及網(wǎng)格加筋材料第12頁(yè)/共39頁(yè)9.2塑料以聚合物（合成樹(shù)脂）為基本組成材料，加上適量的添加劑（填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、顏料、潤(rùn)滑劑等），在一定的溫度和壓力下具有流動(dòng)性，可塑制成型的一類(lèi)合成材料。熱固性塑料是指受熱壓固化成型后，即使加熱到接近分解溫度也不會(huì)軟化，同時(shí)也不能溶解在溶劑中，所以只能塑制一次，具有耐熱性高和受壓不變形等特點(diǎn)。第13頁(yè)/共39頁(yè)熱塑性塑料則在受熱時(shí)軟化、熔融并冷卻后固化，并可多次反復(fù)循環(huán)加工。通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛樹(shù)脂工程塑料：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS塑料、有機(jī)硅及聚四氟乙烯9.2塑料第14頁(yè)/共39頁(yè)1、合成樹(shù)脂2、添加劑（1）填充劑（2）增塑劑（3）穩(wěn)定劑9.2塑料第15頁(yè)/共39頁(yè)二、技術(shù)性質(zhì)及要求常見(jiàn)的塑料主要有：硬聚氯乙烯、軟聚氯乙烯、低壓聚乙烯、尼龍（聚酰胺）、聚甲醛、聚苯乙烯、玻璃鋼9.2塑料第16頁(yè)/共39頁(yè)三、適應(yīng)范圍可加工成塑料薄膜、泡沫塑料、塑料板材、塑料格柵和塑料編織布。也可作為防水、隔熱保溫、隔聲和裝飾材料。也可作為玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)塑料，用做結(jié)構(gòu)材料。常用的主要有：聚氯乙烯及其制品、聚苯乙烯及其制品、聚脂樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚醋酸乙烯酯9.2塑料第17頁(yè)/共39頁(yè)9.3合成橡膠橡膠是在使用條件下具有高彈性的高分子化合物。它的重要特征是，在外力作用下可以發(fā)生較大的變形，當(dāng)除去外力后能夠迅速恢復(fù)原有形狀，且保持這種性質(zhì)的溫度范圍很大。第18頁(yè)/共39頁(yè)一、概述高度的彈性、不透水性、耐磨性、氣密性和電絕緣性1、合成橡膠的來(lái)源2、橡膠的硫化與改性3、合成橡膠的品種9.3合成橡膠第19頁(yè)/共39頁(yè)二、技術(shù)性質(zhì)及要求丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁晴橡膠、丁基橡膠、硅橡膠三、適用范圍橡膠支座橡膠伸縮裝置橡膠止水帶充氣橡膠芯模9.3合成橡膠第20頁(yè)/共39頁(yè)9.4土體化學(xué)加固材料在粉碎的土中，摻一定劑量的固化劑，經(jīng)拌合得到的混合料再經(jīng)擊實(shí)及養(yǎng)生后，其抗壓強(qiáng)度增加，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為土體固化。第21頁(yè)/共39頁(yè)一、固定土常用材料及技術(shù)要求1、化學(xué)物質(zhì)固定土該法利用一些可在土路面層中發(fā)生物化反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)來(lái)固土的一種方法。這些化學(xué)物質(zhì)本身可能不具粘性，但當(dāng)把它們加到土層中后，其反應(yīng)生成的新物質(zhì)卻能把土顆粒有效地固結(jié)穩(wěn)定起來(lái)，從而達(dá)到固土的目的。9.4土體化學(xué)加固材料第22頁(yè)/共39頁(yè)常用的化學(xué)物質(zhì)主要有：氯化物、磷酸、樹(shù)脂、丙烯酸鈣、糠醛苯胺、亞硫酸鹽及各種合成化學(xué)劑。固化機(jī)理有兩種：一種是化學(xué)穩(wěn)定化產(chǎn)生了一種連續(xù)基質(zhì)，土顆粒完全被夾置在化學(xué)添加劑或者由化學(xué)過(guò)程而生成的材料之中；另一種是化學(xué)穩(wěn)定劑并沒(méi)有形成連續(xù)基質(zhì)，但是化學(xué)物質(zhì)通過(guò)改善土顆粒的表面性質(zhì)來(lái)改善水-土的相互作用。9.4土體化學(xué)加固材料第23頁(yè)/共39頁(yè)2、膠結(jié)法固定土膠結(jié)法是利用一些其本身具有粘結(jié)性能的物質(zhì)與道路土體材料摻和來(lái)固定土的一種方法。土顆?？磕z結(jié)物的粘聚力以及兩者之間的粘附力像“點(diǎn)焊”一樣粘結(jié)。如：水泥或外摻料的水泥固土，石灰或外摻料的石灰固土，瀝青或外摻料的瀝青固土，焦油或外摻料的焦油固土9.4土體化學(xué)加固材料第24頁(yè)/共39頁(yè)（1）石灰加固土粉碎的土中摻入石灰、水經(jīng)過(guò)拌和均勻后，石灰與土之間發(fā)生強(qiáng)烈的離子交換，碳酸化及結(jié)晶作用，使粘土膠粒絮凝，生成晶體氫氧化鈣以及碳酸鈣和含水硅、鋁酸鈣等膠結(jié)物，使土的性質(zhì)發(fā)生根本變化。這些膠結(jié)物逐漸由凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)化，使石灰土的剛度不斷增大，強(qiáng)度和水穩(wěn)定性不斷提高。石灰穩(wěn)定土的最佳含水量隨石灰劑量增加而增大，而最大干密度則隨石灰劑量增加而減少；石灰的摻入能明顯地提高土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及整體強(qiáng)度。9.4土體化學(xué)加固材料第25頁(yè)/共39頁(yè)采用石灰加固土在土質(zhì)方面具體要求為：足夠的粘粒含量和塑性指數(shù)，足夠的堿性及充分的CaCO3含量以及不宜有過(guò)多的有機(jī)質(zhì)含量和硅鋁率。各種化學(xué)組成的石灰均可用于加固土，但白云石石灰的加固效果優(yōu)于方解石石灰。石灰的等級(jí)越高，即活性CaO+MgO的含量越高，在同樣石灰劑量下有較多的CaO和MgO起作用，加固效果越好。石灰的細(xì)度越大，其比表面積越大，在相同劑量下與土粒作用就越充分，反應(yīng)的進(jìn)展越快。因而加固效果就越好。9.4土體化學(xué)加固材料第26頁(yè)/共39頁(yè)石灰穩(wěn)定土具有較高的抗壓強(qiáng)度，一定的抗彎強(qiáng)度和抗凍性，穩(wěn)定性較好，但干縮和溫縮較大。因此石灰穩(wěn)定土適用于各級(jí)公路路面的底基層；可作二級(jí)和二級(jí)以下公路的基層；但不宜用作高級(jí)路面的基層。9.4土體化學(xué)加固材料第27頁(yè)/共39頁(yè)（2）水泥加固土水泥與土拌和后，水泥礦物與土中的水分發(fā)生強(qiáng)烈的水解和水化反應(yīng)，同時(shí)從溶液分解中形成其他水化物，如硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等。水泥水化物生成后，有的自行繼續(xù)硬化形成水泥石骨架，有的則與土相互作用，這些作用促進(jìn)土性的改變。水泥加固土是水泥石的骨架作用與Ca(OH)2物理化學(xué)作用的結(jié)果。后者使粘土微粒和微團(tuán)粒形成固定的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，而水泥石則把這些團(tuán)粒包覆和連接成堅(jiān)強(qiáng)的整體。9.4土體化學(xué)加固材料第28頁(yè)/共39頁(yè)（3）瀝青加固土瀝青可和土相互摻和得很好，可以產(chǎn)生多種穩(wěn)定作用。其中最重要的是靠瀝青砂粘結(jié)作用加固非粘性粒狀土；保持粘性細(xì)粒土的含水量不變，使之不透水并降低瀝青土的吸水能力；而且把原來(lái)只有內(nèi)摩擦力的土變成具有內(nèi)聚力的土類(lèi)。9.4土體化學(xué)加固材料第29頁(yè)/共39頁(yè)3、高分子合成樹(shù)脂固定土（1）技術(shù)性質(zhì)高分子合成樹(shù)脂加入土中后，通過(guò)單體在土中發(fā)生聚合反應(yīng)，生成聚和物。產(chǎn)生如下用用：產(chǎn)生大量的有機(jī)離子，置換土顆粒表面的離子，提供了連結(jié)土粒的離子鍵。聚和物進(jìn)一步發(fā)生聚合作用，生成強(qiáng)度高、有塑性鏈的大分子物質(zhì)，將土顆粒包圍起來(lái)，并使之受到鍵合，與土顆粒形成一個(gè)強(qiáng)大的三維空間網(wǎng)，從而大大提高了土體的強(qiáng)度。9.4土體化學(xué)加固材料第30頁(yè)/共39頁(yè)（2）技術(shù)要求要求聚和物的分子是極性或離子型。聚和物在加入土前具有可溶性。要求聚和物溶液與土體拌和均勻。9.4土體化學(xué)加固材料第31頁(yè)/共39頁(yè)4、水玻璃和堿土金屬鹽類(lèi)復(fù)合加固土（1）技術(shù)性質(zhì)Me代表堿土金屬離子（2）技術(shù)要求9.4土體化學(xué)加固材料第32頁(yè)/共39頁(yè)5、工業(yè)廢渣穩(wěn)定土在自然環(huán)境下工業(yè)廢渣能自行緩慢板結(jié)，但形成的板結(jié)物脆性大且聯(lián)結(jié)強(qiáng)度不高。（1）技術(shù)性質(zhì)工業(yè)廢渣在催化劑環(huán)境下能充分激活，與土顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，主要形成具有水硬性的水化硅酸鈣凝膠和高硫型的水化硫鋁酸鈣，即鈣礬石晶體；接著水化硅酸鈣形成長(zhǎng)纖維狀的水化硅酸鈣凝膠，這種凝膠體與鈣礬石在土顆粒之間互相搭接，填充在土體孔隙之中，形成“空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)”，形成具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性的水硬性材料，起到穩(wěn)定土的作用。9.4土體化學(xué)加固材料第33頁(yè)/共39頁(yè)隨著以上各種水化產(chǎn)物數(shù)量的不斷增加，穩(wěn)定土的空隙率逐漸減小，強(qiáng)度不斷增加。同時(shí)工業(yè)廢渣中的CA(OH)2成分的Ca2+與土中Na+、K+等低價(jià)陽(yáng)離子進(jìn)行離子交換，促進(jìn)粘土顆粒凝聚，改善土體強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。（2）技術(shù)要求工業(yè)廢渣成分中富含CaO、Fe2O3、SiO2、MgO、AL2O3等活性物質(zhì)。根據(jù)需要加入激活物質(zhì)。9.4土體化學(xué)加固材料第34頁(yè)/共39頁(yè)三、應(yīng)用范圍（1）在道路基層、低基層和墊層中應(yīng)用，用作加固弱地基。（2）在穩(wěn)定道路邊坡中的應(yīng)用。（3）在橋梁、擋土墻等道路結(jié)構(gòu)物軟弱地基中的應(yīng)用。（4）在堤壩和道路護(hù)岸中的應(yīng)用。9.4土體化學(xué)加固材料第35頁(yè)/共39頁(yè)9.5膠粘劑一、概述1、基本組成它能將金屬、紙張、織物、塑料、竹材、木材、橡膠、陶瓷、玻璃等材料緊密地粘合在一起。膠粘劑通常是以具有粘性或彈性的天然或合成高