（紡織工程專業(yè)論文）經編滌綸土工格柵的性能研究.pdf

浙江理工大學碩卜學位論文 摘要 高性能經編土工格柵是以高強滌綸無捻長絲為原料 采用經編襯經襯緯技術生產的網 格狀織物 因其經緯向紗線相互間無彎曲狀態(tài) 在交叉點處通過高強滌綸長絲捆綁 形成 牢固的結合點 故可充分發(fā)揮其力學性能 具有抗拉強度高 延伸率小 抗撕裂強度大 經緯向強度差異小 耐紫外線老化 耐磨損 耐腐蝕 質輕以及與土或碎石嵌鎖力強等優(yōu) 點 可明顯增強土體的抗剪切性能 提高土體的整體性與荷載能力 兇此 該格柵被廣泛 應用于水利 建筑和公路等工程中 取得了顯著的經濟和社會效益 本論文主要對經編滌綸格柵原料工業(yè)絲的強伸性能 熱收縮性能以及滌綸格柵的拉伸 性能 接點強度 耐堿性能等進行了研究 首先 測試了三種滌綸工業(yè)絲試樣的拉伸性能 不同拉伸速度對其性能的影響 研究 了工業(yè)絲的干熱收縮性能 濕熱收縮及結晶性能 結果表明 原料工業(yè)絲的拉伸性能符合 典型粘彈性材料拉伸特性 斷裂強力隨著拉伸速度的增加而增大 斷裂伸長率變化趨勢則 相反 斷裂強力基本不受熱收縮處理影響 而斷裂伸長率和斷裂功都隨收縮率的增加而提 高 其定伸長強度隨著處理溫度的升高 處理時間的增加而減小 從玻璃化溫度到1 4 0 時其強度減少最快 在處理的前5 m i n 左右基本減d n 平衡狀態(tài) 干濕收縮相比 濕收縮 的速率更快 收縮量也更大 其次 測試了格柵的單條拉伸性能和寬條拉伸性能 并比較分析了i s 0 1 0 3 1 9 1 9 9 6 a s t m d 6 6 3 7 0 1 和g r i g g i 一8 7 等三種測試標準以及涂層率對格柵強伸性能的影響 結果表 明 格柵肋條斷裂破壞要經過基材涂層分離一涂層開裂一基材破壞的過程 寬條拉伸試驗 更適合測量格柵強度 捆綁紗線可增加格柵經向斷裂強度 涂層可以改善格柵的拉伸性能 拉伸強力和斷裂功隨涂層率的增加而增大 第三 對l t i 9 1 t j 試格柵的單接點強度和多接點強度 并通過最小二乘法對不同肋條試樣 測得的格柵強度進行了線性回歸分析 得出了匣l 歸方程 認為5 接點強度測試是最方便合 理的測試方法 并提出單肋條多接點強度的概念 其強度不但與格柵單接點斷裂強力有關 也與格柵基材的粘彈性能有關 最后 研究了格柵的耐堿性能 分析了涂層率 p h 值 處理時間和處理溫度對格柵拉 伸強度的影響 結果表明 未涂層格柵耐堿性最差 p v c 涂層工藝對格柵耐堿性能有很好 的改善 涂層率越大 格柵耐堿性能就越好 滌綸格柵在p h 1 2 強堿環(huán)境下強度損失比較 浙江理t 大 7 碩士學位論文 嚴重 因此不適合在這樣的基體上使用 滌綸格柵在高溫下的耐堿性能會比低溫下差 關鍵詞 經編土工格柵 生產工藝 熱收縮性能 拉伸性能 接點強度 耐堿性 i i 浙江理丁大學碩十學位論文 a b s t r a c t h i g ht e n s i l ep o l y e s t e rw a r p k n i t t e dg e o g r i d w h i c hu s e su n t w i s t e dp o l y e s t e rf i l a m e n ta sr a w m a t e r i a l i sak i n do fg r i d l i k ef a b r i c sp r o d u c e db yw a r pa n dw e f ti n s e r t i n gt e c h n i q u e s t h ew a r p y a r na n dw e f ty a r na r eb u n d l e dw i t hh i g ht e n s i l ep o l y e s t e rf i l a m e n ti nt h ei n t e r s e c t i o nw h i c h c a l l e dj u n c t i o n t h ew a r py a ma n dw e f ty a r na r en o tc r o o k e db u ts t r a i g h ti nt h ef a b r i c s f o rt h e f i r mj u n c t i o n t h eg e o g r i dc a ne x e r ti t sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa d e q u a t e l y s u c ha sh i g ht e n s i l e s t r e n g t h l o we l o n g a t i o n h i g ht e a rs t r e n g t h s m a l ld i f f e r e n c eb e t w e e nw a r p w i s ea n dw e f t w i s e s t r e n g t h a g i n gr e s i s t a n t r e s i s t a n tt ow e a r c o r r o s i o nr e s i s t a n c e q u a l i t yl i g h t h i g hi n t e r l o c k s t r e n g t hi nt h ee a r t ho rt h ec r u s h e ds t o n e i tc a ns t r e n g t h e nt h ee a r t hm i x t u r e s s h e a r i n gr e s i s t a n c e p r o p e r t i e so b v i o u s l y t om a d et h ee a r t hm i x t u r e sc o m p r e h e n s i v ea n dl o a dc a p a c i t y s o t h i sk i n d s o fg e o g r i di sw i d e l ya p p l i e dt oh y d r a u l i ce n g i n e e r i n g a r c h i t e c t u r ee n g i n e e r i n ga n dh i g h w a y e n g i n e e r i n g o b t a i nn o t a b l ee c o n o m i cb e n e f i ta n ds o c i a lb e n e f i ta l s o t h es t r e n g t ha n de l o n g a t i o np r o p e r t y h e a ts h r i n k a b l ep e r f o r m a n c eo fr a wm a t e r i a l p o l y e s t e rf i l a m e n tw e r es t u d i e d t h et e n s i l ep r o p e r t y j u n c t i o ns t r e n g t h a l k a l i r e s i s t a n tp r o p e r t y o fp o l y e s t e rw a r p k n i t t e dg e o g r i dw e r es t u d i e da l s oi nt h i sp a p e r i nt h es t u d yo fs t r e n g t ha n de l o n g a t i o np r o p e r t i e s h e a ts h r i n k a b l ep e r f o r m a n c eo fp o l y e s t e r i n d u s t r i a ly a r n t h r e ek i n d so fi n d u s t r i a ly a r n st e n s i l ep r o p e r t i e sw e r et e s t e d a sw e l la st h e i m p a c to fd i f f e r e n ts p e e do nt h ep e r f o r m a n c eo ft h et e n s i l e i n d u s t r i a ly a r n sd r yh e a ts h r i n k a g e p r o p e r t i e s w e th e a ts h r i n k a g ea n dc r y s t a l l i z a t i o np r o p e r t i e sw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h et e n s i l ep r o p e r t yo fr a wi n d u s t r i a l y a r na c c o r d sw i t ht e n s i l ec h a r a c t e r i s t i co fat y p i c a l v i s c o e l a s t i cm a t e r i a l b r e a k i n gs t r e n g t hi n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s i n go ft e n s i l es p e e d w h i l et h e t r e n do fe l o n g a t i o na tb r e a ki so nt h ec o n t r a r y t h eh e a ts h r i n k i n gt r e a th a sl i t t l ei n f l u e n c eo n b r e a k i n gs t r e n g t ho fp o l y e s t e rf i l a m e n t b u tw i t ht h es h r i n k a g ei n c r e a s e s t h ee l o n g a t i o na tb r e a k a n df r a c t u r ew o r ki n c r e a s e t h ef i x e de l o n g a t i o ns t r e n g t ho fp o l y e s t e rf i l a m e n td e c r e a s e sw i t ht h e i n c r e a s eo ft e m p e r a t u r ea n dt r e a t i n gt i m e t h es t r e n g t hr e d u c e sf a s t e s tf r o mt h eg l a s st r a n s i t i o n t e m p e r a t u r et o14 0 e l o n g a t i o ns t r e n g t hb a s i c a l l yr e d u c e st oas t a t eo fe q u i l i b r i u mw i t h i nt h e f i r s t5 m i n c o m p a r e dw i t hw e t a n dd r ys h r i n k a g e w e ts h r i n k a g eh a saf a s t e rr a t e a n di th a sa g r e a t e ra m o u n to fc o n t r a c t i o na l s o i nt h eg e o g r i ds t u d yo ft e n s i l ep r o p e r t i e s s i n g l ea n dw i d ep i e c et e n s i l ep r o p e r t i e so fg e o g r i d w e r et e s t e d t h ei s o10 319 19 9 6 a s t m d 6 6 37 01 a n dg g g i 一8 7t e s ts t a n d a r d sa n dt h e i i i 浙江理t 大學碩十學位論文 i n f l u e n c eo fc o a t i n gr a t eo ns t r e n g t ha n de l o n g a t i o np r o p e r t i e so fg e o g r i dw e r ec o m p a r e da n d a n a l y s e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep r o c e d u r eo fr i bg e o g r i d sb r e a k a g ei sg o e st h r o u g h s e p a r a t i o no ft h eb a s em a t e r i a la n dc o a t i n gl a y e r c r a c ko fc o a t i n gl a y e r d a m a g eo ft h eb a s e m a t e r i a l w i d ep i e c et e n s i l et e s ti sm o r es u i t a b l ef o re v a l u a t i n gt h ei n t e n s i t yo fg e o g f i d b u n d l e d y a m c a ne n h a n c ew a r pf r a c t u r es t r e n g t ho f g e o g r i d c o a t i n gc a ni m p r o v et h et e n s i l ep r o p e r t i e so f g e o g r i d t h et e n s i l es t r e n g t ha n dr u p t u r ew o r k i n c r e a s e sw i t ht h er a i s eo fc o a t i n ga m o u n t i nt h es t u d yo fg e o g r i dj u n c t i o ni n t e n s i t y t h es t r e n g t h so ft h es i n g l e j u n c t i o na n d m u l t i ju n c t i o nw e r et e s t e dc o m p a r a t i v e l ya n da n a l y s e db yl i n e a rr e g r e s s i o nu s i n gt h el e a s ts q u a r e m e t h o d t h er e g r e s s i o ne q u a t i o np r o v e dt h a t5j u n c t i o ns t r e n g t ht e s ti st h em o s tc o n v e n i e n ta n d r e a s o n a b l et e s t i n gm e t h o d t h i sa r t i c l ef i r s t l yp r o p o s e dt h ec o n c e p to fv e r t i c a lm u l t i j u n c t i o n s t r e n g t h a n d c o n c l u d e dt h a tv e r t i c a l m u l t i j u n c t i o ns t r e n g t h n o t o n l y h a v er e l a t i o nt o s i n g l e ju n c t i o ns t r e n g t h b u ta l s ot ot h ev i s c o e l a s t i cp r o p e r t yo fm a t e r i a l i nt h es t u d yo fa n t i a l k a l ip r o p e r t i e s t h ei n f l u e n c eo fc o a t i n gr a t e p h p r o c e s s i n gt i m ea n d p r o c e s s i n gt e m p e r a t u r eo nt h r e ek i n d so fg e o g r i d s s t r e n g t h sw e r ea n a l y z e d t h er e s u l t ss h o w e d t h a ta n t i a l k a l ip r o p e r t yi sp o o rw h e ng e o g n di sn o tc o a t e d t h ec o a t i n gc a ne n h a n c et h ea l k a l i p r o p e r t i e so fg r i de f f e c t i v e l y t h el a r g e rt h ec o a t i n gr a t ei s t h eb e t t e rt h ea l k a l ir e s i s t a n c eo f g e o g r i di s t h es t r e n g t ho fp o l y e s t e rg e o g r i dh a sag r e a tl o s su n d e rs h a r pa l k a l ic i r c u m s t a n c e p h 12 s o i ti sn o tf i tf o rt h i sm a t r i x t h ea l k a l ir e s i s t a n c eo fp o l y e s t e rg e o g r i di nh i g h t e m p e r a t u r ei sp o o r e rt h a nt h a ti nl o wt e m p e r a t u r e k e yw o r d s w a r p k n i t t e dg e o g r i d p r o d u c t i o np r o c e s s h e a ts h r i n k a b l ep r o p e r t i e s t e n s i l e p r o p e r t i e s j u n c t i o ns t r e n g t h a l k a l ir e s i s t a n c e i v 浙江理工大學學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 我恪守學術道德 崇尚嚴謹學風 所呈交的學位論文 是本人在導師 的指導下 獨立進行研究工作所取得的成果 除文中己明確注明和引用的內容外 本論文 不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品及成果的內容 論文為本人親自撰 寫 我對所寫的內容負責 并完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔 學位論文作者簽名 4 毳成 吼咿7 年 月 日 浙江理工大學學位論文版權使用授權書 學位論文作者完全了解學校有關保留 使用學位論文的規(guī)定 同意學校保留并向國家 有關部門或機構送交論文的復印件和電子版 允許論文被查閱或借閱 本人授權浙江理工 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索 可以采用影印 縮印 或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文 本學位論文屬于 保密口 在 年解密后使用本版權書 不保密口 學位論文作者簽名 互磊r 奄 日期 汐彳年莎月彳日 指捌撇 乞3 帆呷年6 月 日 浙江理下大學碩七學位論文 1 1 土工格柵概述 1 1 1 土工合成材料與土工格柵 第一章緒論 土工合成材料 1 1 是一種巖土工程材料 以人工合成的聚合物為原料 制成各類產品 這些產品主要用于十木和土建工程 發(fā)揮加筋 過濾 隔離 防滲 排水和防護等功能 2 5 1 土二 合成材料的分類見圖1 1 從圖1 1 町以看出土工格柵是一種土工合成材料 屬于特種 土工合成材料 d 無紡織物 網狀管材 e 無紡織物芯材排水管 圖1 1 土工合成材料的分類 土工格柵作為新型的以合成纖維 塑料等為原料加工或編成的巖土工程材料 具有整 體連貫的平面網格結構 其孔洞較大 在使用時基體中的土壤 石塊或其它土建材料可以 穿透格柵 在工程中主要起加筋和防護作用 在土工合成材料中 土工格柵是出色的增強 用材料 在土建工程中得到了廣泛的應用 0 1 袋袋袋 減減 槲槲檄 撇瀚 點點土袋 滯饈 水水凝模袋 婚 一黻 一 漣沆點塊里 卜 反反水鏈格 捧湘 織 結 一刪三 刪蝴 板一一 鬻囂惴叫黧 辮一 r 0惴 蜘削 坦沅沅增堞翟艟 一 一 一 一 一一一一一 一 黝 濮 槲 牡洲 工 工 胂戎 箏威 土 翮鍆 臥合 一 一 一一 浙i j 理 r 大學碩士學位論文 i i 2 土工格柵的分類 土工格柵按原料的不同可分為塑料士工格柵 鋼塑土工格柵 玻璃纖維 二工格柵和高 強滌綸纖維經編土工格柵四大類 分別見圖i 2 i 5 圖i 4 玻纖土工格柵 圖1 5 經編滌綸土工格柵 1 塑料土i 格柵 塑料土工格柵是經過拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物網材 按其制造時拉伸方向 的不同可為單向拉伸和雙向拉伸兩種 它是在經擠j k 制成的聚合物板材上沖孔 然后在加 熱條件下施行定向拉仲 單向拉伸格柵h 沿板材長度方向拉伸制成 而雙向拉仲格柵則是 繼續(xù)將單向拉伸的格柵再在與其長度垂直的方向拉伸制成 由于塑料十工格柵在制造中聚合物的高分子會隨加熱延伸過程而重新排列定向 加強 2 廿一班礎一田 浙江理t 大學碩士學位論文 了分子鏈間的聯(lián)結力 達到了提高其強度的目的 其延伸率只有原板材的1 0 1 5 如果在 土工格柵中加入炭黑等抗老化材料 可使其具有較好的耐酸 耐堿 耐腐蝕和抗老化等耐 久性能 2 鋼塑土工格柵 鋼塑十工格柵以高強鋼絲 或其他纖維 經特殊處理 與聚乙烯 p e 并添加其它 助劑 通過擠出使之成為復合型高強抗拉條帶 且表面有粗糙壓紋 則為高強加筋土工帶 由此單帶 經縱 橫按一定間距編制或夾合排列 采用特殊強化粘接的熔焊技術焊接其交 接點而成型 則為加筋土工格柵 3 玻璃纖維土工格柵 玻璃纖維土工格柵是以玻璃纖維為材質 采用一定的編織工藝制成的網狀結構材料 為保護玻璃纖維 提高整體使用性能 經過特殊的涂覆處理工藝而成的土工復合材料 玻 璃纖維的豐要成份是 無機材料氧化硅 其理化性能極具穩(wěn)定 并具有強度大 模量高 很高的耐磨性和優(yōu)異的對寒性 無長期蠕變 熱穩(wěn)定性好 網狀結構使集料嵌鎖和限制 提高瀝青混合料的承重能力 岡表面涂有特殊的改性瀝青使其具有兩重的復合性能 極大 地提高了土工格柵的耐磨性及剪切能力 有時配合自粘感壓膠和表面瀝青浸漬處理 使格柵和瀝青路面緊密結合成一體 由于 土石料在土工格柵網格內互鎖力增高 其問的摩擦系數冠著增大 可達8 1 0 土工格柵埋 入土中的抗拔力 由于格柵與土體間的摩擦咬合力較強而顯著增大 因此 它是一種很好 的加筋材料 同時土工格柵具有質量輕和一定柔性的塑料平面網材 易于現(xiàn)場裁剪和連接 也可重疊搭接 施工簡便 不需要特殊的施工機械和專業(yè)技術人員 4 高強滌綸纖維經編土工格柵 高強滌綸纖維經編土工格柵選取用高強聚酯纖維為原料 采用經編定向結構 織物中 的經緯向紗線相互間無彎曲狀態(tài) 交叉點用高強纖維長絲擱綁結合起來 形成牢固的結合 點 充分發(fā)揮其力學性能 高強聚酯纖維經編土工格柵具有抗拉強度高 延伸力小 抗撕 力強度大 縱橫強度差異小 耐紫外線老化 耐磨損 耐腐蝕 質輕 與土或碎石嵌鎖力 強 對增強土體抗剪及補強提高土體的整體性與荷載力 具有顯著作用 按照土工格柵的制造方式可以將其分為以下三類 拉塑成型格柵 機織土工格柵和經 編土工格柵 最初的土工格柵大多采用拉塑成型方法制成 而機織土工格柵和經編土工格 柵均為復合材料 機織土工格柵是以機織物為基布經涂層整理而成 經編土工格柵是以通 過經編襯經襯緯技術制成的經編定向結構織物為基布經涂層整理而成 3 浙江理一r 大學碩 學位論文 經編土工格柵主要是作為增強材料 常用的襯經襯緯增強材料有玻璃纖維 高強聚乙 烯纖維 高強滌綸 丙綸等 由于襯經襯緯紗線易于滑移 所以經編土工格柵在使用前必 須要進行涂層處理 同時 通過涂層處理 賦予經編土工格柵很好的抗酸堿 耐腐蝕功能 和抗施工損傷的特性 1 1 3 土工格柵的加筋機理和工程應用 1 土工格柵的加筋機理 1 1 加筋上技術在工程中得到了廣泛的應用 但對作用其機理的研究卻相對滯后 國內外 的研究人員一直在利用各種手段對土工格柵的加筋機理進行研究 成果歸結起來 有以下 兩種解釋 a 摩擦加筋原理 該理淪認為 在加筋土結構中 加筋材料是士體中的受拉構件 填土與加筋材料的摩 阻作用既叮將筋材的拉力傳遞劍土體中 又可阻止土體的側向變形的發(fā)展 即當土體與加 筋材料發(fā)生相對運動時 接觸面上的摩阻力阻止這種運動 當加筋受到拉力作用時 接觸 面上的摩阻力又阻止加筋材料被拔出 因此 只要加筋材料具有足夠的強度 并與土產生 足夠的摩擦阻力 則加筋的土體就可保持平衡穩(wěn)定 對土工格柵而言 土體與土工格柵之 間的相互作用所形成的摩擦阻力可分為兩部分 一是上體顆粒與土工格柵問的摩擦剪力 另一是土體顆粒與土工格柵間的咬合力 包括土體顆粒與土工格柵橫向肋條之間的端承力 和土工格柵孔內的土顆粒與土工格柵孔外的土顆粒之問的摩擦阻力 準確地將兩種相互 作用區(qū)分出來非常困難 因此通?；\統(tǒng)地將兩種相互作用概括為土顆粒與土工格柵之間的 摩擦力 b 準粘聚力理論 準粘聚力理論是較早提出而在目前仍普遍采用的理論之一 該理論從宏觀角度解釋加 筋機理 將加筋土結構作為整體來考慮 認為加筋土結構可以看作是各向異性的復合材料 在土中的加筋作用約束了土體的側向變形 增大了側向壓力 從而增大了土體的抗剪強度 土工格柵是一種具有孔眼的網格式加筋材料 由于網格在填土中的存在 組成的網格條帶 不僅可以承受拉力 而且可以承受剪力 并且條帶可以視為具有一定剛性的桿件 這樣土 工格柵加筋土的抗剪強度增量更大 所以 土工格柵的加筋效果比其它土工合成材料更加 明顯 2 土工格柵的工程應用 4 浙江理j 大學碩 學位論文一 土工格柵具有高強度 高模量 低蠕變 抗老化等優(yōu)異的性能和獨特的網孔結構 可 容周圍的土 石 填料或其他土工材料穿入 使其能夠與土體相互咬合形成整體結構 約 束工程結構變形 改善工程結構的位移場及應力場 均化結構內部的應力分布 充分發(fā)揮 其加筋性能 保證工程結構的完整性和穩(wěn)定安全性 被廣泛的應用于鐵路 公路 橋臺 水利 礦井 機場 貨場 市政工程等基礎建設領域中 它的問世被國外土木工程界譽為 繼水泥以后的第四大建筑材料 1 2 國內外研究概況 1 2 1 國內外格柵性能的研究現(xiàn)狀 國內外對土工格柵的研究隨著其應用范圍的逐漸擴大而進一步深入 研究重點主要集 中在加筋材料本身的拉伸性能陋1 鍆 蠕變性能 1 5 乏5 1 以及加筋材料與填料之間界面摩擦特性 2 6 3 6 1l j o 加筋材料拉伸性能的測試實驗主要沿用紡織品條帶拉伸方法 即把試樣兩端用夾具夾 住 以一定速率施加拉力進行拉伸直到破壞 測得試樣自身斷裂強度及變形 并繪出應力 一應變曲線 常用拉伸實驗標準 一 國際標準組織制定的i s 0 1 0 3 1 9 標準 二 美國土工 合成材料研究所制定的g r i g g l 8 7 標準 加筋材料界面摩擦特性的常用實驗方法有直剪摩擦實驗和拉拔實驗 這些實驗方法的 設汁主要基于對格柵實際應用條件的模擬 法國學者s c h l o s s e r 認為 3 7 1 拉拔試驗的優(yōu)點在于測試結果能自動反映土體剪脹和壓 密狀態(tài) 并較好模擬筋材在土內的工作條件 并提出對各種加筋土結構而言 起加筋作用 的都是土工合成材料的抗拔阻力 主張用拉拔試驗來測定界面強度 同時獲得埋在土內筋 材的應力一應變關系 牛津大學的d y e r l 3 8 1 9 8 5 用光彈試驗來考察各種土工合成材料與 土 相互作用時 土 中應力的不同分布模式 該試驗所用 土樣 相似材料 為碾碎的硼硅酸玻璃 p y r e x g l a s s 一種耐熱玻璃 試驗沉浸在與玻璃具有相同的折射率的液體石蠟中進行 這樣才能使整個試驗清晰可見 加荷后在圓形偏振光照射下用偏光鏡觀察 可以觀察到一 系列亮線 這一系列亮線代表了大主應力軌跡線 線的亮度代表了應力的大小 透過拉拔 箱透明的側壁 可以將不同情況下的光彈圖形用相機拍攝下來 在國內 徐林榮 3 9 中南大學土木建筑學院博士生導師 通過對加筋土界面參數的拉拔 5 浙江理一l 人學碩士學位論文 試驗過程研究 提出了當量拉拔位移的概念 并將拉拔試驗過程劃分為摩擦阻力系數上升 階段及摩擦阻力下降階段兩大部分 通過試驗過程中影響因素分析 將影響程度分為不平 穩(wěn)變化階段 平穩(wěn)而有規(guī)律變化階段及更平穩(wěn)變化階段 張嘎 4 0 清華大學土工水利學院教授 通過對粗粒土與結構接觸面變形特性試驗研究 發(fā)現(xiàn) 填料與筋材接觸面 影響匠 有厚度 大約為平均粒徑的5 6 倍 接觸面的變形可 分解為土與結構交界面上的滑移變形以及結構面附近的土與結構交界面約束下的剪切變 形 后者是使接觸面發(fā)生相對法向位移的主要原因 包承綱教授也認為影響剪切帶的主要 因素是接觸面的粗糙度 被加固土的粒徑和外加荷載的大小 光滑的接觸面不可能形成剪 切帶 因此 增大接觸面的粗糙度對增強加筋作用十分重要 而筋材的加筋作用不僅發(fā)生 在接觸面和界面上 而且還發(fā)生在界面以外的土體內 使筋材周圍一定范圍內的土體形成 了 加筋土體 也就是說加筋的主要作用在于增強了土的整體性 使土由散體變?yōu)橛幸?定連續(xù)性的介質 正是它構成了土中加筋的機理所在 長沙理工大學自行開發(fā)了一套大型上工格柵數控拉拔試驗系統(tǒng) 拉拔試驗系統(tǒng)由拉拔 測試主機 數據采集系統(tǒng) 壓力伺服控制系統(tǒng)及壓實與起吊輔助設備4 部分組成 設備有 5 大主要特點 1 具有較大的尺寸 2 加載方式科學 3 實現(xiàn)了多點測量及數據采集的自 動化 4 央具的設計有創(chuàng)新 為確保儀器工作時受拉格柵不在夾具內滑動 也不會在試驗 箱外或夾具內被拉斷 采用鋸齒狀鋼板咬合 夾具寬1 2 c m 用兩排共1 2 根螺絲固定 可 保證對格柵施加的壓力均勻 工作可靠 5 試驗輔助設備齊全 填料壓實采用兩套設備 一種足輕型變頻式振動壓實機 一種是重型的滾輪壓實機 這樣可以模擬施工中所要求的 先輕后重 先慢后快的施工方法 能達到所需要的壓實度 為了方便裝卸土樣 配置了吊 車和無觸點吊車變頻控制箱 吊裝重量為l t 滿足試驗操作需要 還配備了手動碎土機等 輔助設備 使得該大型數控拉拔試驗系統(tǒng)自成體系 具有試驗用途廣 精確度高 技術先 進 操作簡便等優(yōu)點 達國內領先水平 在蠕變性能方面 研究主要集中在對塑料土工格柵的蠕變性能研究上 常用的研究方 法有常規(guī)方法 時溫疊加法和分級等溫法三種 a a s h t o 國家公路與運輸管理協(xié)會 對長纖維無紡織物n w 3 p e t n w 4 p p 矛i 有紡 織物w 2 p p 進行了不同荷載水平的蠕變試驗 結果表明 n w 3 受荷載水平影響很小 而 n w 4 與w 2 受荷載水平影響很大 當荷載水平增加時 需要很長時間和較大變形才能使變 形率達到一個穩(wěn)定值 a a s h t o 進行的有側限試驗 溫度為2 0 c 織物法向的側限壓力 為0 v2 0 0k p a 以5 0k p a 一級逐漸地遞加 試驗結果為 p e t 長纖維無紡織物和p p 有紡 6 浙江理 i 人學碩士學位論文 織物的蠕變幾乎不受側壓的影響 而p p 長纖維無紡織物的蠕變伸長率減小 在格柵涂層方面 陳南梁 4 i 研究了不同的涂層配方和涂層工藝對格柵性能影響 在耐環(huán)境性能方面和接點強度方面 h a ny o n gj e o n 4 2 1 對p v c 涂層和亞克力涂層經編 格柵進行了耐堿性能測試和接點強度測試 得出材料的耐堿性能隨溫度的升高而降低 p v c 涂層格柵比亞克力涂層格柵耐堿性能好 多接點強度實驗更能反映格柵的接點強度 1 2 2 目前研究存在的問題 經編土工格柵是一種較新的土工材料 人們對它在 定應用場合的性能 特別是長期 性能的了解就顯得十分不足 在試驗的作用機理 試驗設備 試驗方法及取值標準上困內 外仍處于探索階段 目前 主要存在以下幾個方面的問題 l 試驗儀器的問題 到目前為止 還沒有形成一個標準的試驗儀器 目前試驗大都 是在經改裝的儀器上進行的 由于儀器的尺寸受到限制 加之測量的誤差 導致試驗結果 不準確 2 土工材料在工程中的使用環(huán)境復雜 影響因素太多 但試驗都是在實驗室內進行 難以全面反映實際應用情況 3 缺乏系統(tǒng)和全面的試驗 目前 雖然很多人做過試驗 但都是針對一個具體方面 的研究 沒有對試驗各個影響岡素或者說試驗元素進行全面系統(tǒng)的試驗研究 因此 導致 在實際工程中 往往缺乏相關的試驗數據作為設計依據 4 與試驗研究相對工程實際明顯的滯后 這就導致在實際工程中 缺乏理論的指導 有時候往往是憑經驗或者并不可靠的數據來進行設計和施工 這也給我們的工程帶來安全 隱患 5 土工材料要求長期的使用穩(wěn)定性 往往要使用幾十年 但由于實驗時問的關系 不能做到這方面的實驗 1 3 經編滌綸土工格柵的生產工藝 經編滌綸土工格柵是以滌綸纖維為原料 經襯緯雙軸向經編機織成雙軸向經編網格 再經p v c 浸漬涂層加工制成的一種土工合成材料 經編土二 格柵中的紗線完全伸直排列 不像機織物紗線波浪狀彎曲 可以使紗線的強 度充分得到利用 并對拉伸強度 延伸性能產生影響 使其具有拉伸強度 延伸率和初始 7 浙江理工大學碩 學位論文 模量并具有良好的抗蠕變性的優(yōu)勢 此外靈活的結構設計 可以根據不同的土石大小靈活 改變網格大小 使格柵材料的網格尺寸與土基材料的尺寸配合獲得最佳的使用效果 經編七工格柵具有上述優(yōu)勢是因為其在特殊的生產工藝 一般來講經編土工格柵的生 產工藝流程為 原料準備一織造一涂層一檢驗一成品 1 3 1 經編滌綸土工格柵的原料和織造 1 原料 滌綸是合成纖維的一大品種 根據用途不同將滌綸工業(yè)絲分為不同的型號和規(guī)格 有 標準型 低收縮型 高模低縮型 活性型等大類 每一類義按不同的線密度 束絲根數 伸長 強度 干熱收縮性等細分 以適應后加工生產的需要 經編滌綸土工格柵所采用的襯經襯緯紗線以及捆綁紗線的原料是高強滌綸工業(yè)絲 高 強滌綸工業(yè)絲由于具有模量高 荷重下的伸長低 熱性能好 尺寸穩(wěn)定性好等特點 這種 纖維目前已廣泛應用于輪胎等橡膠制品 運輸帶 安全帶 繩網 過濾材料 蓬蓋布 漁 網和土工布等 高強滌綸工業(yè)絲的主要性能如下 a 強度高 高強低伸型滌綸絲強度為5 3 8 2 c n d t e x 斷裂伸長在2 0 以下 普通型 滌綸強度一般為3 8 5 3 c n d t e x 在濕態(tài)下其強度不變 耐沖擊強度比粘膠纖維高2 0 倍 b 彈性好 將滌綸長絲拉伸5 一6 時 幾乎可以完全恢復原狀 c 耐熱性較好 滌綸的熔點為2 5 5 2 6 5 2 3 0 開始軟化 其耐熱性及熱穩(wěn)定性 較其他合成纖維要好很多 滌綸在1 5 0 的熱空氣中加熱1 6 8 小時 強度損失為1 5 一3 0 d 耐光性強 滌綸織物經1 0 0 天光照后 其殘留強力達9 5 e 耐磨性好 在常用的合成纖維中 滌綸的耐磨性僅次子錦綸 f 熱收縮率低 滌綸具有較低的熱收縮率 松弛狀態(tài)下的滌綸在1 7 0 c 1 8 0 c 下1 5 分鐘后的收縮率小于4 2 經編滌綸土工格柵的織造 織造原理 全幅襯經襯緯的雙軸向經編機有襯經紗 襯緯紗和連接紗三個紗線系統(tǒng) 這三個系統(tǒng)的紗線被全部引入成圈區(qū)域 成圈機構的運動使連接紗成圈 把襯經紗和襯緯 紗兩個紗組捆綁在 起 從而編織成雙軸向經編網格 在雙軸向經編網格中 襯經和襯緯 各自平直排列 相互無交織 然后以較細的連接紗將襯經紗和襯緯紗的交叉點捆綁結合以 形成牢固的結點 織造機器 全幅襯緯的雙軸向經編機能生產這種土工格柵 這種經編機的主要生產者 8 浙江理上人學碩士學位論文 是德國k a r lm a y e r 紡織機械公司和德國l i b a 紡織機械公司 這里簡單介紹下l i b a 公詞 的一款經編機 整個機器的外形如圖1 6 圖1 6l i b ac o p c e n t r a l 骼2 s t 經犏機 l 1 b ac o p c e n t r a h s 2 一s t 經編機是一種通用型的經編機 可生產特里克織物和拉舍爾 織物 該機器的各組件的可替換性強 在該機器的基礎 h 可改造成6 種機型 囚而該機器 能生產多種種類和規(guī)格的單軸向 雙軸向產業(yè)用布及0 無紡布混臺在一起的復合土 r 布 該機器的機號 針數 英寸 從e 6 到e 2 4 沒有襯經時可達e 2 8 該機器的編織寬度 分為多個檔次 有9 3 1 3 0 1 6 0 1 8 2 2 1 3 和2 4 5 在每個檔次內 其編織寬度都 可以無極調節(jié) l 編織紗線2 襯經紗3 襯緯紗4 襯經紗導紗片 5 導紗梳櫛6 推緯片7 脫罔沉降片8 復合針 圖1 7 成圈機件的組成和配置 咳機器的成圈機件的組成和配置可見圖l7 從圖上可以看出 襯經紗在編織前后呈 一條直線 這樣可以給襯經紗施加較大的張力 使織物張力均勻 該機器對導紗機構進行 了重新設計 使襯經紗在編織時沒有損傷 推緯片的作用可使襯緯紗精確地村入到成圈的 9 浙江理工大學碩 h 學位論文 紗線內 以上幾處都有利于提高織物的質量 該機器的襯緯系統(tǒng)位于機器的后部 襯緯裝置最多同時握持3 0 根緯紗 它的緯紗傳 送裝置由一個計算機榨制的高速伺服馬達控制 e m s 同樣的 將緯紗襯入傳輸鉤的靶狀 裝置也是由一個伺服馬達控制 襯緯紗通過襯緯系統(tǒng)沉八傳輸鉤 受緯紗握持系統(tǒng)控制 緯紗握持系統(tǒng)再將襯八的緯紗安全穩(wěn)定 張力均勻送入成豳系統(tǒng) 圖2 3 即為襯緯系統(tǒng) 圖18 襯緯系統(tǒng) 襯緯裝置能夠同時鋪墊3 0 根緯紗 引緯器由靈活的計算機控制的伺服電機驅動 e m s 將緯紗墊入運輸鉤的耙手也由一種伺服電機 e r s 控制 為此 其生產能力遠遠高 于生產同類織物的織機 同時 緯紗受的張力也更小 引緯器不斷地把緯紗整放到運輸構上 興鉗 關在針織機件前面自動關閉 墊入的緯 紗一直保持著適當的張力 直到編織過程完成 通過這個系統(tǒng) 襯緯紗始終保持相同的張力 處于伸直平行排列狀態(tài) 這個夾緯系統(tǒng) 在保證最高可靠性同時 也保證了高度靈活性 所有的紗線材料 比如聚酯 棉 芳綸 玻璃和炭纖維都可以加工 不同材料和纖度的纖維也可同時加工 其原理圖如下圖1 9 1 傳送鏈2 運輸鉤3 村緯紗4 夾鉗打開5 夾鉗關閉 圖1 9 襯緯紗工作原理圖 浙江理 l 人學碩士學位論文 織造工藝實例 1 4 1 原料 襯經襯緯紗 1 l1 1 1 t e x 高強滌綸長絲 底紗 連接紗 1 1 1 1 1 t e x 高強滌綸長絲 墊紗數碼紀錄 穿紗 襯經梳s t o o o o 底梳l 1 0 1 2 底梳l 卜2 1 0 襯經梳s t 1 穿5 空 底梳l 1 穿5 空 底梳l 2 1 穿5 空 襯緯紗 2 穿4 空 地紗送經量 3 5 0 0 4 0 0 0 m m r a c k 從墊紗數碼記錄叮以看出 襯入的經紗不做橫向移動 它平穩(wěn)地穿過織針的i l j 隙 兩 把底梳l l 作雙經平的編織橫移 將襯經紗與襯緯紗在兩者相交處捆綁在一起 兩把地 梳作對稱雙經平組織摯紗運動 除此之外 地組織還可采用編鏈加經平 編鏈加襯緯等 穿紗方式決定了格柵的格距 例如本例中的機號為e 1 2 則襯經紗的5 空決定了襯經 紗的問距為0 5 英寸 襯緯紗的問距則由緯紗襯入系統(tǒng)的襯入速度決定 1 3 2 格柵涂層工藝 經編土工格柵編織后 還必須經過一道涂層工藝 這樣的土工格柵才能應用于實際 常用直接涂層法或浸漬涂層法 涂層劑常用聚氯乙烯涂層劑和改性瀝青涂層劑 涂層工藝的主要作用一是克服經緯紗易滑移的現(xiàn)象 使土工格柵的結構穩(wěn)定 有利于 實際施工 二是涂層膜使其表面的纖維得到 定程度的保護 使格柵在存儲 施工時的損 傷減少 三是增加土工格柵的耐腐蝕性 特別是耐堿腐蝕的性能 涂層工藝的方法大體分直接涂層法和浸漬涂層法兩種 直接涂層法是將涂層劑直接施加在織物上的一種工藝 這是一種最常用的涂層方法 除了經編土工格柵可以用這種涂層方法外 服裝面料 裝飾織物和其他產業(yè)用織物都可以 采用這種方法 根據涂頭的不同 該方法可以分為刮刀試涂頭 圓網試涂頭 輥試涂頭 1 1 浙江理t 火學碩士學位論文 由于經編土工格柵的網格的存在 在直接涂層時往往需要在格柵下襯一個橡膠毯 防止涂 層劑的下落 浸漬涂層法是另一種較常用的涂層經編士工格柵的方法 其原理就是先將坯布浸漬涂 層劑 然后將其通過軋輥的軋壓 擠去多余的涂層劑 再經過加熱使涂層劑得到塑化 最 后冷卻定型得到產品 浸漬涂層工藝有兩方面的優(yōu)點 一是加工設備 工藝流程比較簡單 二是涂層劑能夠完全地在表面形成保護層 同時滲入紗線 增加材料的強力 另外 通過 軋輥的擠壓可以節(jié)省涂層劑 涂層劑 一般較常用的涂層劑有改性瀝青涂層劑和聚氯乙烯涂層劑兩類 改性瀝青涂層劑則常 用于玻璃纖維制成的經編土工格柵 聚氯乙烯涂層劑通常用于滌綸 丙綸等合成纖維制成 的經編土工格柵 改性瀝青涂層劑是為了改進瀝青涂層劑的性能而在瀝青中加入植物油 各種樹脂及其 他物質制得的涂層劑 改性瀝青涂層劑的性能決定于瀝青的種類和各種添加的改性物質 瀝青分為天然瀝青 石油瀝青和焦油瀝青 不同的瀝青制成的涂層劑性能也不相同 為了 使涂層劑能夠快干 可向瀝青中加入催干劑或松香衍生物等對涂層劑進行改性處理 聚氯乙烯涂層劑即聚氯乙烯增塑糊 將聚氯乙烯糊樹脂同增塑劑混合后經攪拌形成穩(wěn) 定的懸浮液 即制成聚氯乙烯涂層劑 聚氯乙烯涂層劑的性能主要決定于聚氯乙烯糊樹脂 的粒子的大小和分布 同時 增塑劑及各種添j j n 齊j j 均對聚氯乙烯涂層劑的性能有影響 1 4 本課題研究的目的和意義 經編土工格柵作為一種土木工程增強材料 可廣泛用于加筋處理的各個領域 如擋土 墻 軟土地基 橋臺 堤岸 機場跑道