土工合成材料耐久性能影响因素

土工合成材料耐久性能影响因素
发布时间：2023-05-29T09:13:58.973Z 来源：《新型城镇化》2023年10期作者：范远秋[导读] 土工合成材料是指在交通、水利、环保等工程中与土壤和（或）其他材料相接触使用的一种产品的总称，其至少含有一种高分子材料，可以是片状的，条带的或三维结构的。

海南方圆建设工程检测有限公司海南省海口市
摘要：土工合成材料是指在交通、水利、环保等工程中与土壤和（或）其他材料相接触使用的一种产品的总称，其至少含有一种高分子材料，可以是片状的，条带的或三维结构的。

换一句话说，土工合成材料就是一类以合成树脂、合成纤维、合成橡胶等高分子材料为基础原料并添加必要助剂，通过挤出、吹塑、针刺、纺黏等不同的加工方法，制成的具有各种结构和相应功能的新型材料。

常见的土工合成材料包括土工膜、土工布、土工格室、土工格栅、土工网格、钠基膨润土防水毯（ＧＣＬ）等。

关键词：土工合成材料；耐久性能；影响因素
引言
由于标准缺失、质量意识薄弱及技术水平相对较低，目前国内对土工合成材料耐久性能的重视不够，实际应用中出现了材料未达到预期效果而提前破坏问题，这阻碍了土工合成材料进一步的推广应用，也给工程质量带来了极大的风险。

本文详细分析了影响土工合成材料耐久性的各种因素，并重点论述了耐久性能评价方法及相应的标准。

1.土工合成材料概述
土工合成材料属于岩土工程材料，是以合成橡胶、化纤、塑料等为原料人工合成的一种聚合物，所制成的各类产品会运用在土体表层、内部以及各层土地之间，可保护土体，增强土体稳定性以及承载能力。

土工合成材料主要包括土工膜、土工织物、复合型土工合成材料以及特种土工合成材料等类型。

土工合成材料具有实用性高、价格低廉、材料品质优、属性好等特点，目前在公路软基处理中广泛应用。

2.土工合成材料的分类 2.1土工格栅
土工格栅会垂直和水平均匀地分布矩形孔，主要由聚丙烯、聚乙烯、聚酯或聚酯组成，并且聚合土工格栅具有弹性，并且在接合处具有编织、结构或激光粘接功能，这些功能通常受到PVC或丙烯酸层的保护，可防止损坏聚丙烯和聚乙烯土工格栅的结构，并且可以拉伸和连接至内部土工格栅点，并且可以根据仅可用于单向荷载的抗力方向进行分类。

对于墙和坡道，土工格栅的两轴可承受互垂于两个方向的荷载，这通常是加固道路地基的第一个选项。

2.2土工织物
土工织物（土工膜）是一种透明材料，可分为机织土工布、纺织土工布、非纺织土工布通常由纺织、水泥、热压和针刺等合成纤维制成。

2.3土工格室
地质房间是三维结构，可减少土壤颗粒的横向移动，并填充非常紧凑的建筑房间结构，通常由聚合物制成，非常灵活，就像建筑房间的墙槽使用的高密度聚乙烯（HDPE）一样，可用于加固地基层、创建刚性板以及降低传递到地基的垂直力。

2.4土工复合材料
地球复合材料由以制造单位表示的土工织物、土工格栅、地网和土工膜组成，这些材料具有上述所有地球合成功能（部门、加固、过滤、排水和密封）。

2.5土工特种材料
土工特种材料一般是由于不同工程的特定需求而生产的产品，种类较多，常见的土工特种材料有土工网、土工格栅、土工格室等。

3.土工合成材料耐久性影响因素 3.1自然气候
来自自然气候方面的因素主要包括太阳光、温度、氧气和臭氧、降雨及湿度，这些因素可以导致高分子发生解聚、断链、取代基或支链脱除，从而导致材料降解或交联。

宏观性能上则表现为：表面发生颜色变化或粉化；物理力学性能劣化；排水、反滤、防渗、防护、加筋和隔离等功能丧失。

3.2化学物质
化学物质的存在会给高分子材料的性能带来不利的影响。

化学物质对高分子材料的影响主要是指化学物质直接与高分子链发生化学反应，导致材料降解、性能下降直至破坏，通常称为化学腐蚀。

3.3生物
通常情况下，土工合成材料不会受到微生物的影响，但在使用过程中会受到来自植物和动物的影响。

植物的影响主要是植物根系的影响，植物的根系在生长过程中，会产生强大的穿透力，从而刺破土工膜、土工布和ＧＣＬ等材料，这些刺破或是直接导致材料防渗性能的失效或是诱发材料的开裂直至大面积的破坏。

4.土工合成材料应用
4.1土工格栅复合反滤土工布应用于软基处理中
当前在软基处理中应用的土工材料主要包括格栅、有纺土工布等，而单独运用相关材料进行软基处理，难以充分发挥材料优势，并且容易存在质量缺陷。

比如，在软基处理中单独使用加筋格栅，难以使粒料层和软土层彻底分离，同时因为格栅属于网孔结构，其孔径相对较大，若软土以及粗粒料其尺寸小于网眼尺寸，将导致相关材料相互掺杂，由此会造成软土地基当中粗粒料不能体现明确界面。

而在软基处理过程中单独应用有纺土工布，虽然有纺土工布具有较大的强度，但实际上并不具备较大刚度，容易出现褶皱。

同时，有纺土工布的网也往往比较小，虽然具有较小的孔径，可使粒料层和软土层相互分离，而对于细度较高的细料仍无法实现全面隔离。

而为克服上述技术缺陷，考虑在公路软基处理中应用土工格栅无纺土工布，以增强土工格栅的刚度以及强度，促使在软基顶部一定厚度范围之内的路基逐渐形成具有较强整体性能的板体，以有效控制不均匀沉降。

同时，无纺反滤土工布具有反滤功能，不仅可达到固结渗透排水要求，还能使软土层、粒料层相互分离，并使软土和粒料层两者之间形成完整且清晰的界面，规避由于加筋格栅因有尺寸过大的网眼，使路基填料在不断振动和压实操作期间逐步向软基消散。

4.2复合地基承载力计算
目前，地基处理是因地制宜充分发展起来的，在道路施工中常用的浅埋方式是在软土地基与填土之间进行土工织物的放置，以增加其总数，而在工程过程中，在软土地基上进行土工织物的处理也较为常见，因此，土工织物的表层是由三部分组成的：没有土工织物的原始地基的最大承载能力；土工织物放置后，由于地基沉降引起的变形，使土工布受到垂直应力的影响，第三种是作用于地基变形并形成块体的土工布。

4.3土工加筋基层的力学作用机理
为了控制沥青道路关键点处的应力值，规范规定，在与材料稳定等级基底的一般无机连接处，沥青层的无组织抗拉应力和永久变形的组合主要是为了防止疲劳，其重点是由于存在土工合成材料而在沥青道路的使用寿命中发生的永久变形，可能会在较高的层上发生潜在的破坏面，因此，在地球合成层上方较高的剪切应力级别，在该级别，地球合成可以提供垂直约束，从而改变基材顶部的应力分布并降低传递到基材的剪切应力，从而达到提高韧性的目的。

4.4土工用纺织品在堤坝建设与防护中的应用
良好的过滤和隔热性能是位于碎石和堤坝之间的复合土工布的特性，它可以使它们彼此隔绝，从而避免发生置换，保持相对较小的土压力，并且减少堤坝上的水侵蚀，还可以从含有沉积物的土工布制作土工布，从而形成一个灵活的、抗侵蚀的整体网络，并可以将位于堤坝或河流中的大型土工布做为一个固定和受保护的堤坝，其直径可大于0.6m，管内泥浆长度可大于10m，可作为海洋中的堤坝，以保护高强度工作环境中的海岸和海床，其作用越来越大，因为土工织物具有特殊的结构特征，适应于材料。

结束语
综上所述，在道路上使用新的高抗拉强度土工合成材料不仅提高了工程质量，而且大大降低了工程总成本，因此，为了更好地应用土工合成材料，必须注重其性能和道路适用性。

参考文献：
[1]罗敏敏，徐超，杨子凡.土工合成材料加筋土柔性桥台复合结构及应用[J].土木工程学报，2019，52（S1）：226-232.
[2]林海，韩卓韦，施建勇.土工合成材料界面剪切破坏机理和峰值强度分析[J].华中科技大学学报（自然科学版），2020，48（7）：99-106.
[3]刘华北.横向地震作用下土工合成材料加筋土挡墙筋材拉力分析[J].岩土工程学报，2022，44（2）：288-294.
[4]吴迪，罗琛，李丹，等.土工合成材料土中与空气中抗拉强度对比[J].长江科学院院报，2022，39（2）：94-101.
[5]李艳，张得昆，付玮康.正交试验法优化聚丙烯/玄武岩纤维针刺土工合成材料热轧工艺的研究[J].现代纺织技术，2021，29（1）：12-16。