土工合成材料是土木工程應(yīng)用的合成材料的總稱。作為一種土木工程材料,它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纖、合成橡膠等)為原料,制成各種類型的產(chǎn)品,置于土體內(nèi)部、表面或各種土體之間,發(fā)揮加強或保護土體的作用。
《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》將土工合成材料分為土工織物、土工膜、土工特種材料和土工復合材料,土工網(wǎng),玻纖網(wǎng),土工墊等類型。
土工合成材料是應(yīng)用于巖土工程和土木工程建設(shè)的、以合成材料為原材料制成的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱。因為它們主要用于巖土工程,故冠以“土工”(geo)兩字,稱為“土工合成材料”,以區(qū)別于天然材料。
土工合成材料在曾被稱為“土工織物”(geotextile)和“土工膜”(geomembrane)。隨著工程需要,這類材料不斷有新的品種出現(xiàn),例如土工格柵、土工網(wǎng)和土工模袋、土工網(wǎng)墊、土工帶,復合土工膜,膨潤土防水毯,復合排水網(wǎng)等,原來的名稱已不能準確地函蓋全部產(chǎn)品,這樣,在其后的一段時期內(nèi),把它們稱之為“土工織物、土工膜和相關(guān)產(chǎn)品(relate product)”。顯然,這樣的名稱不宜作為一種技術(shù)名詞或?qū)W術(shù)名詞。為此,1994年在新加坡召開的第五屆土工合成材料學術(shù)會議上,正式確定這類材料的名稱為“土工合成材料”(geosynthetics)。
土工合成材料的原材料是高分子聚合物(polymer)。它們是由煤、石油、天然氣或石灰石中提煉出來的化學物質(zhì)制成,再進一步加工成纖維或合成材料片材,最后制成各種產(chǎn)品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PET)、聚酰胺(PER)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)、氯化聚乙烯(CPE)、聚苯乙烯(EPS)等。
土工織物的另一名稱為土工布。早期產(chǎn)品少,意思為用于巖土工作中的一種布狀材料。
土工織物的制造過程,首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶,然后再制成平面結(jié)構(gòu)的土工織物。土工織物按制造方法可分為有紡(織造)土工織物和無紡(非織造)土工織物。有紡土工織物由兩組平行的呈正交或斜交的經(jīng)線和緯線交織而成。無紡土工織物是把纖維作定向的或隨意的排列,再經(jīng)過加工而成。按照聯(lián)結(jié)纖維的方法不同,可分為化學(粘結(jié)劑)聯(lián)結(jié)、熱力聯(lián)結(jié)和機械聯(lián)結(jié)三種聯(lián)結(jié)方式。
土工織物突出的優(yōu)點是重量輕、整體連續(xù)性好(可做成較大面積的整體)、施工方便、抗拉強度較高、耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好。缺點是未經(jīng)特殊處理,抗紫外線能力低,如暴露在外,受紫外線直接照射容易老化,但如不直接暴露,則抗老化及耐久性能仍較高。
土工膜一般可分為瀝青和聚合物(合成高聚物)兩大類。含瀝青的土工膜,主要為復合型的(含編織型或無紡型的土工織物),瀝青作為浸潤粘結(jié)劑。聚合物土工膜,根據(jù)不同的主材料分為塑性土工膜、彈性土工膜和組合型土工膜。
大量工程實踐表明,土工膜的不透水性很好,彈性和適應(yīng)變形的能力很強,能適用于不同的施工條件和工作應(yīng)力,具有良好的耐老化能力,處于水下和土中的土工膜的耐久性尤為突出。土工膜具有突出的防滲和防水性能。