（纺织工程专业论文）经编涤纶土工格栅的性能研究.pdf

浙江理工大学硕卜学位论文 摘要 高性能经编土工格栅是以高强涤纶无捻长丝为原料 采用经编衬经衬纬技术生产的网 格状织物 因其经纬向纱线相互间无弯曲状态 在交叉点处通过高强涤纶长丝捆绑 形成 牢固的结合点 故可充分发挥其力学性能 具有抗拉强度高 延伸率小 抗撕裂强度大 经纬向强度差异小 耐紫外线老化 耐磨损 耐腐蚀 质轻以及与土或碎石嵌锁力强等优 点 可明显增强土体的抗剪切性能 提高土体的整体性与荷载能力 凶此 该格栅被广泛 应用于水利 建筑和公路等工程中 取得了显著的经济和社会效益 本论文主要对经编涤纶格栅原料工业丝的强伸性能 热收缩性能以及涤纶格栅的拉伸 性能 接点强度 耐碱性能等进行了研究 首先 测试了三种涤纶工业丝试样的拉伸性能 不同拉伸速度对其性能的影响 研究 了工业丝的干热收缩性能 湿热收缩及结晶性能 结果表明 原料工业丝的拉伸性能符合 典型粘弹性材料拉伸特性 断裂强力随着拉伸速度的增加而增大 断裂伸长率变化趋势则 相反 断裂强力基本不受热收缩处理影响 而断裂伸长率和断裂功都随收缩率的增加而提 高 其定伸长强度随着处理温度的升高 处理时间的增加而减小 从玻璃化温度到1 4 0 时其强度减少最快 在处理的前5 m i n 左右基本减d n 平衡状态 干湿收缩相比 湿收缩 的速率更快 收缩量也更大 其次 测试了格栅的单条拉伸性能和宽条拉伸性能 并比较分析了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 等三种测试标准以及涂层率对格栅强伸性能的影响 结果表 明 格栅肋条断裂破坏要经过基材涂层分离一涂层开裂一基材破坏的过程 宽条拉伸试验 更适合测量格栅强度 捆绑纱线可增加格栅经向断裂强度 涂层可以改善格栅的拉伸性能 拉伸强力和断裂功随涂层率的增加而增大 第三 对l t i 9 1 t j 试格栅的单接点强度和多接点强度 并通过最小二乘法对不同肋条试样 测得的格栅强度进行了线性回归分析 得出了匣l 归方程 认为5 接点强度测试是最方便合 理的测试方法 并提出单肋条多接点强度的概念 其强度不但与格栅单接点断裂强力有关 也与格栅基材的粘弹性能有关 最后 研究了格栅的耐碱性能 分析了涂层率 p h 值 处理时间和处理温度对格栅拉 伸强度的影响 结果表明 未涂层格栅耐碱性最差 p v c 涂层工艺对格栅耐碱性能有很好 的改善 涂层率越大 格栅耐碱性能就越好 涤纶格栅在p h 1 2 强碱环境下强度损失比较 浙江理t 大 7 硕士学位论文 严重 因此不适合在这样的基体上使用 涤纶格栅在高温下的耐碱性能会比低温下差 关键词 经编土工格栅 生产工艺 热收缩性能 拉伸性能 接点强度 耐碱性 i i 浙江理丁大学硕十学位论文 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 大学硕十学位论文 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 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明 我恪守学术道德 崇尚严谨学风 所呈交的学位论文 是本人在导师 的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 除文中己明确注明和引用的内容外 本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容 论文为本人亲自撰 写 我对所写的内容负责 并完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 4 毳成 吼咿7 年 月 日 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅或借阅 本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 保密口 在 年解密后使用本版权书 不保密口 学位论文作者签名 互磊r 奄 日期 汐彳年莎月彳日 指捌撇 乞3 帆呷年6 月 日 浙江理下大学硕七学位论文 1 1 土工格栅概述 1 1 1 土工合成材料与土工格栅 第一章绪论 土工合成材料 1 1 是一种岩土工程材料 以人工合成的聚合物为原料 制成各类产品 这些产品主要用于十木和土建工程 发挥加筋 过滤 隔离 防渗 排水和防护等功能 2 5 1 土二 合成材料的分类见图1 1 从图1 1 町以看出土工格栅是一种土工合成材料 属于特种 土工合成材料 d 无纺织物 网状管材 e 无纺织物芯材排水管 图1 1 土工合成材料的分类 土工格栅作为新型的以合成纤维 塑料等为原料加工或编成的岩土工程材料 具有整 体连贯的平面网格结构 其孔洞较大 在使用时基体中的土壤 石块或其它土建材料可以 穿透格栅 在工程中主要起加筋和防护作用 在土工合成材料中 土工格栅是出色的增强 用材料 在土建工程中得到了广泛的应用 0 1 袋袋袋 减减 槲槲檄 撇瀚 点点土袋 滞馐 水水凝模袋 婚 一黻 一 涟沆点块里 卜 反反水链格 捧湘 织 结 一删三 删蝴 板一一 鬻嚣惴叫黧 辫一 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 筝威 土 翮钔 卧合 一 一 一一 浙i j 理 r 大学硕士学位论文 i i 2 土工格栅的分类 土工格栅按原料的不同可分为塑料士工格栅 钢塑土工格栅 玻璃纤维 二工格栅和高 强涤纶纤维经编土工格栅四大类 分别见图i 2 i 5 图i 4 玻纤土工格栅 图1 5 经编涤纶土工格栅 1 塑料土i 格栅 塑料土工格栅是经过拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物网材 按其制造时拉伸方向 的不同可为单向拉伸和双向拉伸两种 它是在经挤j k 制成的聚合物板材上冲孔 然后在加 热条件下施行定向拉仲 单向拉伸格栅h 沿板材长度方向拉伸制成 而双向拉仲格栅则是 继续将单向拉伸的格栅再在与其长度垂直的方向拉伸制成 由于塑料十工格栅在制造中聚合物的高分子会随加热延伸过程而重新排列定向 加强 2 廿一班础一田 浙江理t 大学硕士学位论文 了分子链间的联结力 达到了提高其强度的目的 其延伸率只有原板材的1 0 1 5 如果在 土工格栅中加入炭黑等抗老化材料 可使其具有较好的耐酸 耐碱 耐腐蚀和抗老化等耐 久性能 2 钢塑土工格栅 钢塑十工格栅以高强钢丝 或其他纤维 经特殊处理 与聚乙烯 p e 并添加其它 助剂 通过挤出使之成为复合型高强抗拉条带 且表面有粗糙压纹 则为高强加筋土工带 由此单带 经纵 横按一定间距编制或夹合排列 采用特殊强化粘接的熔焊技术焊接其交 接点而成型 则为加筋土工格栅 3 玻璃纤维土工格栅 玻璃纤维土工格栅是以玻璃纤维为材质 采用一定的编织工艺制成的网状结构材料 为保护玻璃纤维 提高整体使用性能 经过特殊的涂覆处理工艺而成的土工复合材料 玻 璃纤维的丰要成份是 无机材料氧化硅 其理化性能极具稳定 并具有强度大 模量高 很高的耐磨性和优异的对寒性 无长期蠕变 热稳定性好 网状结构使集料嵌锁和限制 提高沥青混合料的承重能力 冈表面涂有特殊的改性沥青使其具有两重的复合性能 极大 地提高了土工格栅的耐磨性及剪切能力 有时配合自粘感压胶和表面沥青浸渍处理 使格栅和沥青路面紧密结合成一体 由于 土石料在土工格栅网格内互锁力增高 其问的摩擦系数冠著增大 可达8 1 0 土工格栅埋 入土中的抗拔力 由于格栅与土体间的摩擦咬合力较强而显著增大 因此 它是一种很好 的加筋材料 同时土工格栅具有质量轻和一定柔性的塑料平面网材 易于现场裁剪和连接 也可重叠搭接 施工简便 不需要特殊的施工机械和专业技术人员 4 高强涤纶纤维经编土工格栅 高强涤纶纤维经编土工格栅选取用高强聚酯纤维为原料 采用经编定向结构 织物中 的经纬向纱线相互间无弯曲状态 交叉点用高强纤维长丝搁绑结合起来 形成牢固的结合 点 充分发挥其力学性能 高强聚酯纤维经编土工格栅具有抗拉强度高 延伸力小 抗撕 力强度大 纵横强度差异小 耐紫外线老化 耐磨损 耐腐蚀 质轻 与土或碎石嵌锁力 强 对增强土体抗剪及补强提高土体的整体性与荷载力 具有显著作用 按照土工格栅的制造方式可以将其分为以下三类 拉塑成型格栅 机织土工格栅和经 编土工格栅 最初的土工格栅大多采用拉塑成型方法制成 而机织土工格栅和经编土工格 栅均为复合材料 机织土工格栅是以机织物为基布经涂层整理而成 经编土工格栅是以通 过经编衬经衬纬技术制成的经编定向结构织物为基布经涂层整理而成 3 浙江理一r 大学硕 学位论文 经编土工格栅主要是作为增强材料 常用的衬经衬纬增强材料有玻璃纤维 高强聚乙 烯纤维 高强涤纶 丙纶等 由于衬经衬纬纱线易于滑移 所以经编土工格栅在使用前必 须要进行涂层处理 同时 通过涂层处理 赋予经编土工格栅很好的抗酸碱 耐腐蚀功能 和抗施工损伤的特性 1 1 3 土工格栅的加筋机理和工程应用 1 土工格栅的加筋机理 1 1 加筋上技术在工程中得到了广泛的应用 但对作用其机理的研究却相对滞后 国内外 的研究人员一直在利用各种手段对土工格栅的加筋机理进行研究 成果归结起来 有以下 两种解释 a 摩擦加筋原理 该理沦认为 在加筋土结构中 加筋材料是士体中的受拉构件 填土与加筋材料的摩 阻作用既叮将筋材的拉力传递剑土体中 又可阻止土体的侧向变形的发展 即当土体与加 筋材料发生相对运动时 接触面上的摩阻力阻止这种运动 当加筋受到拉力作用时 接触 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够的强度 并与土产生 足够的摩擦阻力 则加筋的土体就可保持平衡稳定 对土工格栅而言 土体与土工格栅之 间的相互作用所形成的摩擦阻力可分为两部分 一是上体颗粒与土工格栅问的摩擦剪力 另一是土体颗粒与土工格栅间的咬合力 包括土体颗粒与土工格栅横向肋条之间的端承力 和土工格栅孔内的土颗粒与土工格栅孔外的土颗粒之问的摩擦阻力 准确地将两种相互 作用区分出来非常困难 因此通常笼统地将两种相互作用概括为土颗粒与土工格栅之间的 摩擦力 b 准粘聚力理论 准粘聚力理论是较早提出而在目前仍普遍采用的理论之一 该理论从宏观角度解释加 筋机理 将加筋土结构作为整体来考虑 认为加筋土结构可以看作是各向异性的复合材料 在土中的加筋作用约束了土体的侧向变形 增大了侧向压力 从而增大了土体的抗剪强度 土工格栅是一种具有孔眼的网格式加筋材料 由于网格在填土中的存在 组成的网格条带 不仅可以承受拉力 而且可以承受剪力 并且条带可以视为具有一定刚性的杆件 这样土 工格栅加筋土的抗剪强度增量更大 所以 土工格栅的加筋效果比其它土工合成材料更加 明显 2 土工格栅的工程应用 4 浙江理j 大学硕 学位论文一 土工格栅具有高强度 高模量 低蠕变 抗老化等优异的性能和独特的网孔结构 可 容周围的土 石 填料或其他土工材料穿入 使其能够与土体相互咬合形成整体结构 约 束工程结构变形 改善工程结构的位移场及应力场 均化结构内部的应力分布 充分发挥 其加筋性能 保证工程结构的完整性和稳定安全性 被广泛的应用于铁路 公路 桥台 水利 矿井 机场 货场 市政工程等基础建设领域中 它的问世被国外土木工程界誉为 继水泥以后的第四大建筑材料 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国内外格栅性能的研究现状 国内外对土工格栅的研究随着其应用范围的逐渐扩大而进一步深入 研究重点主要集 中在加筋材料本身的拉伸性能陋1 钔 蠕变性能 1 5 乏5 1 以及加筋材料与填料之间界面摩擦特性 2 6 3 6 1l j o 加筋材料拉伸性能的测试实验主要沿用纺织品条带拉伸方法 即把试样两端用夹具夹 住 以一定速率施加拉力进行拉伸直到破坏 测得试样自身断裂强度及变形 并绘出应力 一应变曲线 常用拉伸实验标准 一 国际标准组织制定的i s 0 1 0 3 1 9 标准 二 美国土工 合成材料研究所制定的g r i g g l 8 7 标准 加筋材料界面摩擦特性的常用实验方法有直剪摩擦实验和拉拔实验 这些实验方法的 设汁主要基于对格栅实际应用条件的模拟 法国学者s c h l o s s e r 认为 3 7 1 拉拔试验的优点在于测试结果能自动反映土体剪胀和压 密状态 并较好模拟筋材在土内的工作条件 并提出对各种加筋土结构而言 起加筋作用 的都是土工合成材料的抗拔阻力 主张用拉拔试验来测定界面强度 同时获得埋在土内筋 材的应力一应变关系 牛津大学的d y e r l 3 8 1 9 8 5 用光弹试验来考察各种土工合成材料与 土 相互作用时 土 中应力的不同分布模式 该试验所用 土样 相似材料 为碾碎的硼硅酸玻璃 p y r e x g l a s s 一种耐热玻璃 试验沉浸在与玻璃具有相同的折射率的液体石蜡中进行 这样才能使整个试验清晰可见 加荷后在圆形偏振光照射下用偏光镜观察 可以观察到一 系列亮线 这一系列亮线代表了大主应力轨迹线 线的亮度代表了应力的大小 透过拉拔 箱透明的侧壁 可以将不同情况下的光弹图形用相机拍摄下来 在国内 徐林荣 3 9 中南大学土木建筑学院博士生导师 通过对加筋土界面参数的拉拔 5 浙江理一l 人学硕士学位论文 试验过程研究 提出了当量拉拔位移的概念 并将拉拔试验过程划分为摩擦阻力系数上升 阶段及摩擦阻力下降阶段两大部分 通过试验过程中影响因素分析 将影响程度分为不平 稳变化阶段 平稳而有规律变化阶段及更平稳变化阶段 张嘎 4 0 清华大学土工水利学院教授 通过对粗粒土与结构接触面变形特性试验研究 发现 填料与筋材接触面 影响匠 有厚度 大约为平均粒径的5 6 倍 接触面的变形可 分解为土与结构交界面上的滑移变形以及结构面附近的土与结构交界面约束下的剪切变 形 后者是使接触面发生相对法向位移的主要原因 包承纲教授也认为影响剪切带的主要 因素是接触面的粗糙度 被加固土的粒径和外加荷载的大小 光滑的接触面不可能形成剪 切带 因此 增大接触面的粗糙度对增强加筋作用十分重要 而筋材的加筋作用不仅发生 在接触面和界面上 而且还发生在界面以外的土体内 使筋材周围一定范围内的土体形成 了 加筋土体 也就是说加筋的主要作用在于增强了土的整体性 使土由散体变为有一 定连续性的介质 正是它构成了土中加筋的机理所在 长沙理工大学自行开发了一套大型上工格栅数控拉拔试验系统 拉拔试验系统由拉拔 测试主机 数据采集系统 压力伺服控制系统及压实与起吊辅助设备4 部分组成 设备有 5 大主要特点 1 具有较大的尺寸 2 加载方式科学 3 实现了多点测量及数据采集的自 动化 4 央具的设计有创新 为确保仪器工作时受拉格栅不在夹具内滑动 也不会在试验 箱外或夹具内被拉断 采用锯齿状钢板咬合 夹具宽1 2 c m 用两排共1 2 根螺丝固定 可 保证对格栅施加的压力均匀 工作可靠 5 试验辅助设备齐全 填料压实采用两套设备 一种足轻型变频式振动压实机 一种是重型的滚轮压实机 这样可以模拟施工中所要求的 先轻后重 先慢后快的施工方法 能达到所需要的压实度 为了方便装卸土样 配置了吊 车和无触点吊车变频控制箱 吊装重量为l t 满足试验操作需要 还配备了手动碎土机等 辅助设备 使得该大型数控拉拔试验系统自成体系 具有试验用途广 精确度高 技术先 进 操作简便等优点 达国内领先水平 在蠕变性能方面 研究主要集中在对塑料土工格栅的蠕变性能研究上 常用的研究方 法有常规方法 时温叠加法和分级等温法三种 a a s h t o 国家公路与运输管理协会 对长纤维无纺织物n w 3 p e t n w 4 p p 矛i 有纺 织物w 2 p p 进行了不同荷载水平的蠕变试验 结果表明 n w 3 受荷载水平影响很小 而 n w 4 与w 2 受荷载水平影响很大 当荷载水平增加时 需要很长时间和较大变形才能使变 形率达到一个稳定值 a a s h t o 进行的有侧限试验 温度为2 0 c 织物法向的侧限压力 为0 v2 0 0k p a 以5 0k p a 一级逐渐地递加 试验结果为 p e t 长纤维无纺织物和p p 有纺 6 浙江理 i 人学硕士学位论文 织物的蠕变几乎不受侧压的影响 而p p 长纤维无纺织物的蠕变伸长率减小 在格栅涂层方面 陈南梁 4 i 研究了不同的涂层配方和涂层工艺对格栅性能影响 在耐环境性能方面和接点强度方面 h a ny o n gj e o n 4 2 1 对p v c 涂层和亚克力涂层经编 格栅进行了耐碱性能测试和接点强度测试 得出材料的耐碱性能随温度的升高而降低 p v c 涂层格栅比亚克力涂层格栅耐碱性能好 多接点强度实验更能反映格栅的接点强度 1 2 2 目前研究存在的问题 经编土工格栅是一种较新的土工材料 人们对它在 定应用场合的性能 特别是长期 性能的了解就显得十分不足 在试验的作用机理 试验设备 试验方法及取值标准上困内 外仍处于探索阶段 目前 主要存在以下几个方面的问题 l 试验仪器的问题 到目前为止 还没有形成一个标准的试验仪器 目前试验大都 是在经改装的仪器上进行的 由于仪器的尺寸受到限制 加之测量的误差 导致试验结果 不准确 2 土工材料在工程中的使用环境复杂 影响因素太多 但试验都是在实验室内进行 难以全面反映实际应用情况 3 缺乏系统和全面的试验 目前 虽然很多人做过试验 但都是针对一个具体方面 的研究 没有对试验各个影响冈素或者说试验元素进行全面系统的试验研究 因此 导致 在实际工程中 往往缺乏相关的试验数据作为设计依据 4 与试验研究相对工程实际明显的滞后 这就导致在实际工程中 缺乏理论的指导 有时候往往是凭经验或者并不可靠的数据来进行设计和施工 这也给我们的工程带来安全 隐患 5 土工材料要求长期的使用稳定性 往往要使用几十年 但由于实验时问的关系 不能做到这方面的实验 1 3 经编涤纶土工格栅的生产工艺 经编涤纶土工格栅是以涤纶纤维为原料 经衬纬双轴向经编机织成双轴向经编网格 再经p v c 浸渍涂层加工制成的一种土工合成材料 经编土二 格栅中的纱线完全伸直排列 不像机织物纱线波浪状弯曲 可以使纱线的强 度充分得到利用 并对拉伸强度 延伸性能产生影响 使其具有拉伸强度 延伸率和初始 7 浙江理工大学硕 学位论文 模量并具有良好的抗蠕变性的优势 此外灵活的结构设计 可以根据不同的土石大小灵活 改变网格大小 使格栅材料的网格尺寸与土基材料的尺寸配合获得最佳的使用效果 经编七工格栅具有上述优势是因为其在特殊的生产工艺 一般来讲经编土工格栅的生 产工艺流程为 原料准备一织造一涂层一检验一成品 1 3 1 经编涤纶土工格栅的原料和织造 1 原料 涤纶是合成纤维的一大品种 根据用途不同将涤纶工业丝分为不同的型号和规格 有 标准型 低收缩型 高模低缩型 活性型等大类 每一类义按不同的线密度 束丝根数 伸长 强度 干热收缩性等细分 以适应后加工生产的需要 经编涤纶土工格栅所采用的衬经衬纬纱线以及捆绑纱线的原料是高强涤纶工业丝 高 强涤纶工业丝由于具有模量高 荷重下的伸长低 热性能好 尺寸稳定性好等特点 这种 纤维目前已广泛应用于轮胎等橡胶制品 运输带 安全带 绳网 过滤材料 蓬盖布 渔 网和土工布等 高强涤纶工业丝的主要性能如下 a 强度高 高强低伸型涤纶丝强度为5 3 8 2 c n d t e x 断裂伸长在2 0 以下 普通型 涤纶强度一般为3 8 5 3 c n d t e x 在湿态下其强度不变 耐冲击强度比粘胶纤维高2 0 倍 b 弹性好 将涤纶长丝拉伸5 一6 时 几乎可以完全恢复原状 c 耐热性较好 涤纶的熔点为2 5 5 2 6 5 2 3 0 开始软化 其耐热性及热稳定性 较其他合成纤维要好很多 涤纶在1 5 0 的热空气中加热1 6 8 小时 强度损失为1 5 一3 0 d 耐光性强 涤纶织物经1 0 0 天光照后 其残留强力达9 5 e 耐磨性好 在常用的合成纤维中 涤纶的耐磨性仅次子锦纶 f 热收缩率低 涤纶具有较低的热收缩率 松弛状态下的涤纶在1 7 0 c 1 8 0 c 下1 5 分钟后的收缩率小于4 2 经编涤纶土工格栅的织造 织造原理 全幅衬经衬纬的双轴向经编机有衬经纱 衬纬纱和连接纱三个纱线系统 这三个系统的纱线被全部引入成圈区域 成圈机构的运动使连接纱成圈 把衬经纱和衬纬 纱两个纱组捆绑在 起 从而编织成双轴向经编网格 在双轴向经编网格中 衬经和衬纬 各自平直排列 相互无交织 然后以较细的连接纱将衬经纱和衬纬纱的交叉点捆绑结合以 形成牢固的结点 织造机器 全幅衬纬的双轴向经编机能生产这种土工格栅 这种经编机的主要生产者 8 浙江理上人学硕士学位论文 是德国k a r lm a y e r 纺织机械公司和德国l i b a 纺织机械公司 这里简单介绍下l i b a 公词 的一款经编机 整个机器的外形如图1 6 图1 6l i b ac o p c e n t r a l 骼2 s t 经犏机 l 1 b ac o p c e n t r a h s 2 一s t 经编机是一种通用型的经编机 可生产特里克织物和拉舍尔 织物 该机器的各组件的可替换性强 在该机器的基础 h 可改造成6 种机型 囚而该机器 能生产多种种类和规格的单轴向 双轴向产业用布及0 无纺布混台在一起的复合土 r 布 该机器的机号 针数 英寸 从e 6 到e 2 4 没有衬经时可达e 2 8 该机器的编织宽度 分为多个档次 有9 3 1 3 0 1 6 0 1 8 2 2 1 3 和2 4 5 在每个档次内 其编织宽度都 可以无极调节 l 编织纱线2 衬经纱3 衬纬纱4 衬经纱导纱片 5 导纱梳栉6 推纬片7 脱罔沉降片8 复合针 图1 7 成圈机件的组成和配置 咳机器的成圈机件的组成和配置可见图l7 从图上可以看出 衬经纱在编织前后呈 一条直线 这样可以给衬经纱施加较大的张力 使织物张力均匀 该机器对导纱机构进行 了重新设计 使衬经纱在编织时没有损伤 推纬片的作用可使衬纬纱精确地村入到成圈的 9 浙江理工大学硕 h 学位论文 纱线内 以上几处都有利于提高织物的质量 该机器的衬纬系统位于机器的后部 衬纬装置最多同时握持3 0 根纬纱 它的纬纱传 送装置由一个计算机榨制的高速伺服马达控制 e m s 同样的 将纬纱衬入传输钩的靶状 装置也是由一个伺服马达控制 衬纬纱通过衬纬系统沉八传输钩 受纬纱握持系统控制 纬纱握持系统再将衬八的纬纱安全稳定 张力均匀送入成豳系统 图2 3 即为衬纬系统 图18 衬纬系统 衬纬装置能够同时铺垫3 0 根纬纱 引纬器由灵活的计算机控制的伺服电机驱动 e m s 将纬纱垫入运输钩的耙手也由一种伺服电机 e r s 控制 为此 其生产能力远远高 于生产同类织物的织机 同时 纬纱受的张力也更小 引纬器不断地把纬纱整放到运输构上 兴钳 关在针织机件前面自动关闭 垫入的纬 纱一直保持着适当的张力 直到编织过程完成 通过这个系统 衬纬纱始终保持相同的张力 处于伸直平行排列状态 这个夹纬系统 在保证最高可靠性同时 也保证了高度灵活性 所有的纱线材料 比如聚酯 棉 芳纶 玻璃和炭纤维都可以加工 不同材料和纤度的纤维也可同时加工 其原理图如下图1 9 1 传送链2 运输钩3 村纬纱4 夹钳打开5 夹钳关闭 图1 9 衬纬纱工作原理图 浙江理 l 人学硕士学位论文 织造工艺实例 1 4 1 原料 衬经衬纬纱 1 l1 1 1 t e x 高强涤纶长丝 底纱 连接纱 1 1 1 1 1 t e x 高强涤纶长丝 垫纱数码纪录 穿纱 衬经梳s t o o o o 底梳l 1 0 1 2 底梳l 卜2 1 0 衬经梳s t 1 穿5 空 底梳l 1 穿5 空 底梳l 2 1 穿5 空 衬纬纱 2 穿4 空 地纱送经量 3 5 0 0 4 0 0 0 m m r a c k 从垫纱数码记录叮以看出 衬入的经纱不做横向移动 它平稳地穿过织针的i l j 隙 两 把底梳l l 作双经平的编织横移 将衬经纱与衬纬纱在两者相交处捆绑在一起 两把地 梳作对称双经平组织挚纱运动 除此之外 地组织还可采用编链加经平 编链加衬纬等 穿纱方式决定了格栅的格距 例如本例中的机号为e 1 2 则衬经纱的5 空决定了衬经 纱的问距为0 5 英寸 衬纬纱的问距则由纬纱衬入系统的衬入速度决定 1 3 2 格栅涂层工艺 经编土工格栅编织后 还必须经过一道涂层工艺 这样的土工格栅才能应用于实际 常用直接涂层法或浸渍涂层法 涂层剂常用聚氯乙烯涂层剂和改性沥青涂层剂 涂层工艺的主要作用一是克服经纬纱易滑移的现象 使土工格栅的结构稳定 有利于 实际施工 二是涂层膜使其表面的纤维得到 定程度的保护 使格栅在存储 施工时的损 伤减少 三是增加土工格栅的耐腐蚀性 特别是耐碱腐蚀的性能 涂层工艺的方法大体分直接涂层法和浸渍涂层法两种 直接涂层法是将涂层剂直接施加在织物上的一种工艺 这是一种最常用的涂层方法 除了经编土工格栅可以用这种涂层方法外 服装面料 装饰织物和其他产业用织物都可以 采用这种方法 根据涂头的不同 该方法可以分为刮刀试涂头 圆网试涂头 辊试涂头 1 1 浙江理t 火学硕士学位论文 由于经编土工格栅的网格的存在 在直接涂层时往往需要在格栅下衬一个橡胶毯 防止涂 层剂的下落 浸渍涂层法是另一种较常用的涂层经编士工格栅的方法 其原理就是先将坯布浸渍涂 层剂 然后将其通过轧辊的轧压 挤去多余的涂层剂 再经过加热使涂层剂得到塑化 最 后冷却定型得到产品 浸渍涂层工艺有两方面的优点 一是加工设备 工艺流程比较简单 二是涂层剂能够完全地在表面形成保护层 同时渗入纱线 增加材料的强力 另外 通过 轧辊的挤压可以节省涂层剂 涂层剂 一般较常用的涂层剂有改性沥青涂层剂和聚氯乙烯涂层剂两类 改性沥青涂层剂则常 用于玻璃纤维制成的经编土工格栅 聚氯乙烯涂层剂通常用于涤纶 丙纶等合成纤维制成 的经编土工格栅 改性沥青涂层剂是为了改进沥青涂层剂的性能而在沥青中加入植物油 各种树脂及其 他物质制得的涂层剂 改性沥青涂层剂的性能决定于沥青的种类和各种添加的改性物质 沥青分为天然沥青 石油沥青和焦油沥青 不同的沥青制成的涂层剂性能也不相同 为了 使涂层剂能够快干 可向沥青中加入催干剂或松香衍生物等对涂层剂进行改性处理 聚氯乙烯涂层剂即聚氯乙烯增塑糊 将聚氯乙烯糊树脂同增塑剂混合后经搅拌形成稳 定的悬浮液 即制成聚氯乙烯涂层剂 聚氯乙烯涂层剂的性能主要决定于聚氯乙烯糊树脂 的粒子的大小和分布 同时 增塑剂及各种添j j n 齐j j 均对聚氯乙烯涂层剂的性能有影响 1 4 本课题研究的目的和意义 经编土工格栅作为一种土木工程增强材料 可广泛用于加筋处理的各个领域 如挡土 墙 软土地基 桥台 堤岸 机场跑道