經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布的結(jié)構(gòu)與性能

經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布的結(jié)構(gòu)與性能

復(fù)合土工布是由兩種以上的不同物理或化學(xué)材料組成的。它通常由非織布和增強(qiáng)織物組成。它不僅保留了每個(gè)材料在復(fù)合前的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有材料組成成分之前的新性能。這是一種新型的土木工程材料?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用于水利、公路、鐵路、建筑物等領(lǐng)域。國(guó)外在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始了復(fù)合土工布的生產(chǎn),而中國(guó)則起步較晚,大約從20世紀(jì)80年代末才開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)發(fā)和生產(chǎn).目前,中國(guó)生產(chǎn)復(fù)合土工布的復(fù)合工藝主要有針刺法、水刺法和粘合法,其中針刺法比較成熟.質(zhì)檢部門(mén)曾對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的復(fù)合土工布性能進(jìn)行檢查,在對(duì)工程質(zhì)量有直接影響的指標(biāo)中,水力學(xué)指標(biāo)全部合格,而問(wèn)題主要出在織物強(qiáng)伸度方面,包括斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、CBR頂破、撕裂強(qiáng)力,這些都與織物的組織結(jié)構(gòu)和復(fù)合方式有關(guān).非織造布孔隙率高、孔隙分布復(fù)雜,因而具有良好的過(guò)濾、隔離、防滲和導(dǎo)排水性能,但強(qiáng)度相對(duì)較低,斷裂伸長(zhǎng)率大,尺寸穩(wěn)定性不好.而經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)具有拉伸強(qiáng)度大、模量高、耐蠕變、撕裂強(qiáng)度大等優(yōu)良的力學(xué)性能.將經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)與非織造布進(jìn)行復(fù)合可以解決目前復(fù)合土工布所面臨的問(wèn)題.1雙軸向非織造布復(fù)合土工布經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布是由縱橫兩向平行伸直的紗線與非織造布(或纖維網(wǎng))通過(guò)經(jīng)編技術(shù)復(fù)合而成的一類(lèi)土工織物.襯紗平行伸直襯在織物的縱向(襯經(jīng)0°)和橫向(襯緯90°),由編織紗將它們與非織造布(或纖維網(wǎng))綁縛在一起.襯紗(襯經(jīng)和襯緯)由地組織的線圈延展線固定在非織造布(或纖維網(wǎng))的表面,非織造布(或纖維網(wǎng))一面為圈柱.經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布具有較大的設(shè)計(jì)靈活性,根據(jù)產(chǎn)品的用途以及所需承受的載荷,雙軸向結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)成網(wǎng)格結(jié)構(gòu),如圖1所示;也可設(shè)計(jì)為格柵結(jié)構(gòu),如圖2所示.在確保獲得所需力學(xué)性能的條件下,網(wǎng)格應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)得大些,或采用格柵結(jié)構(gòu).如圖2所示的復(fù)合土工布可用于公路、鐵路路基的建設(shè),起到加筋、隔離、過(guò)濾、防滲等作用.2生產(chǎn)工藝2.1原材料2.1.1襯經(jīng)紗和襯緯紗襯紗在織物中主要起承載作用,因此通常采用拉伸性能較好的無(wú)捻長(zhǎng)絲或低捻度長(zhǎng)絲.襯經(jīng)紗和襯緯紗通常采用相同原料和紗支的紗線,也可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要有所不同.網(wǎng)格結(jié)構(gòu):襯紗通常使用滌綸長(zhǎng)絲或丙綸長(zhǎng)絲,紗支280～1670dtex;格柵結(jié)構(gòu):襯紗通常使用紗支為2400tex的玻璃纖維粗紗或高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲.2.1.2低收縮滌綸長(zhǎng)絲的制備編織紗的作用是將襯紗與非織造布(或纖維網(wǎng))結(jié)接在一起,形成一個(gè)整體.在某些工程應(yīng)用中編織紗還要承受沿織物厚度方向的應(yīng)力和載荷.網(wǎng)格結(jié)構(gòu):通常采用低收縮滌綸長(zhǎng)絲,紗支80dtex;格柵結(jié)構(gòu):因?yàn)橐r紗為格柵結(jié)構(gòu),而編織紗的縫紉長(zhǎng)度是均勻的(通常是滿穿或一穿一空),因此大部分編織紗要穿過(guò)柵格(如圖2所示).為避免編織紗對(duì)非織造布(或纖維網(wǎng))的損傷,編織紗通常采用紗支較低的滌綸變形紗.2.1.3針刺非織造布結(jié)構(gòu)復(fù)合土工布中非織造布主要起過(guò)濾、防滲、隔離和導(dǎo)排水的作用,面內(nèi)及面外應(yīng)力和載荷則主要由經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)承擔(dān).從織物功能、加工工藝和成本考慮,通常選用聚酯或聚丙烯短纖維針刺非織造布,織物克重20～300g/m2,通常選用150～200g/m2.2.2組織2.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中常用的組織如下1gb1：1-0.0-1/地組織gb2：0-0.1/1/襯墊90下的地組織2gb1：1-0.1-2，2-1/地組織gb2：1-2，2-1-0，1-0/地組織gb3：0-0.1-0.1/1-1/支撐矩陣90襯底3gb1：3-4、3-4、4-3、1-0、1-0、0-1/地組織gb2：1-0、1-0、0-1、3-4、4-3、地組織gb3：0-0、1-1、0-0、1-1、0-1、1-1、1-1、支撐下護(hù)甲2.2.2格柵結(jié)構(gòu)的組織格柵結(jié)構(gòu)中常用的組織如下1gb1：1-0.0.64a-a1-16土壤組織gb2：2-3，1-0，61-1b8土壤組織GB3:0-0/(1-1)×11//4×C-12空(襯經(jīng))襯緯90°襯入地組織.2空-17地組織襯經(jīng)GB2:2-3/2-1/1-0/1-2//×3(1空-1B)×7(地組織)GB3:0-0/(1-1)×11//(1空-1C)×2-10空(襯經(jīng))襯緯90°襯入地組織.2.3全幅襯緯機(jī)構(gòu)經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布在KarlMayer公司生產(chǎn)的RS3MSU-V-N拉舍爾經(jīng)編機(jī)上生產(chǎn).這種機(jī)型與普通拉舍爾經(jīng)編機(jī)的不同之處在于,該經(jīng)編機(jī)的機(jī)后配備了新型的全幅襯緯機(jī)構(gòu)和纖網(wǎng)喂入機(jī)構(gòu).全幅襯緯機(jī)構(gòu)包括用于鋪放和傳送襯緯的機(jī)架、引緯器和襯緯紗架等,其中機(jī)架的兩邊各有一條傳送鏈,上面帶有鉤掛元件;襯緯紗架位于機(jī)架的右側(cè).襯緯由襯緯紗架上的筒子直接供給,襯經(jīng)則由襯經(jīng)軸連續(xù)供給.在進(jìn)行編織運(yùn)動(dòng)時(shí),襯緯由引緯器從襯緯紗架引到傳送鏈的鉤掛元件上(可同時(shí)引入24根襯緯紗),再由傳送鏈逐根送到織口,如圖3所示.然后由編織紗將其與襯經(jīng)和非織造布(或纖維網(wǎng))結(jié)接在一起,見(jiàn)圖4.最后將襯緯從傳送鏈上剪下,坯布經(jīng)牽拉和卷取卷到卷布輥上.3雙軸向復(fù)合土工布性能調(diào)查證明,經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布用于隔離、過(guò)濾、排水、增強(qiáng)、防護(hù)以及聯(lián)合使用這些功能時(shí),具有很好的性能.3.1機(jī)械結(jié)接法對(duì)復(fù)合土工布水力性能的影響經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布的水力性能主要由織物中的非織造布(或纖維網(wǎng))的結(jié)構(gòu)決定,襯紗中長(zhǎng)絲纖維的緊密排列只允許顆粒較小的水分子通過(guò).與粘合復(fù)合土工布相比,機(jī)械結(jié)接法可避免粘合劑對(duì)織物水力性能的影響.值得注意的是,因?yàn)榫幙椉唽?duì)非織造布(或纖維網(wǎng))的拉扯在織物上留下的孔洞會(huì)使較大顆粒的砂通過(guò),增大非織造布(或纖維網(wǎng))的厚度(或平方米克重)可以避免或減輕這種破壞.然而非織造布(或纖維網(wǎng))厚度增加,等效孔徑減小,可能導(dǎo)致淤堵,因此非織造布(或纖維網(wǎng))的厚度(或平方米克重)是影響這種復(fù)合土工布水力性能的一個(gè)重要因素.3.2力學(xué)能力3.2.1拉伸力學(xué)性能通常聚合物紡織材料在拉伸過(guò)程中都存在彈性變形和塑性變形兩個(gè)過(guò)程.在工程應(yīng)用中,設(shè)計(jì)人員選材時(shí)考慮的并不是織物的屈服強(qiáng)度或斷裂強(qiáng)度,而是以織物在彈性變形階段伸長(zhǎng)率為2%和5%時(shí)所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度值為依據(jù).因?yàn)檫@兩個(gè)強(qiáng)度才是能夠滿足工程長(zhǎng)期使用的應(yīng)用值和參考值.從理論上講,經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布的拉伸強(qiáng)度與由襯紗形成的雙軸向結(jié)構(gòu)的拉伸強(qiáng)度基本相同,只有在伸長(zhǎng)率較大時(shí)非織造布的強(qiáng)力才有少量貢獻(xiàn).織物在受外力拉伸時(shí),平行伸直的各根襯紗同時(shí)承受載荷,能迅速響應(yīng)拉伸力的變化.襯紗的平行伸直能使織物在低伸長(zhǎng)率時(shí)就獲得很高的強(qiáng)度值,而不像機(jī)織物中的紗線,它在受外力拉伸時(shí)先伸直再伸長(zhǎng).因此與機(jī)織復(fù)合土工布相比,經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布具有更高的初始拉伸模量、較低的斷裂伸長(zhǎng)率,見(jiàn)表1.同時(shí)具有較高的纖維力學(xué)潛能利用率.3.2.2抗撕裂性能好經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布中的襯紗由編織紗固定在非織造布的表面,襯紗之間沒(méi)有相互交織,因此襯紗具有一定的可動(dòng)性.在織物受到撕裂時(shí),非織造布和編織紗因具有較大的彈性而伸長(zhǎng),受撕拉處的幾根襯紗則聚束在一起(聚束效應(yīng)),因此織物具有較高的撕裂強(qiáng)度.經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)的聚束效應(yīng)、非織造布(或纖維網(wǎng))中纖維的相互糾纏以及編織紗機(jī)械接結(jié),使這種織物具有良好的抗撕裂蔓延性能.4新型復(fù)合土工布經(jīng)編