土工合成材料功能篇1
关键词土工合成材料；试验；土工；施工；问题；措施
中图分类号tV871文献标识码a文章编号1673-9671-(2012)051-0143-01
土工合成材料是20世纪出现的一种新型的岩土工程材料，使用初期品种较少，主要为土工织物和土工膜两大类。早在20世纪50年代土工织物被成功地作为滤层材料替代砂石粒料反滤层，而土工膜应用得更早，在30年代末40年代初即用于水池、水渠的防渗。我国于60年代中期将土工膜用于渠道防渗、裂缝堵漏，70年代应用土工织物作防冲材料及加固地基等取得良好效果。土工合成材料的大规模应用始于20世纪80年代。这种新型材料以其良好的工程性能，及其具有重量轻、强度高、生产工厂化、质量稳定、施工方便，价格低等优点深受岩土工程师们的欢迎。
1土工合成材料种类及工程应用
土工合成材料是以高分子聚合物为原材料，用人工合成的方法制成的合成材料。高分子聚合物的种类很多，最常用的聚合物有聚乙烯醇、聚酰胺、聚酯、聚丙烯和聚乙烯5种，在实际工程中通常根据这5种原材料的纤维强度、相对密度、软化点、耐酸碱及耐久性等特性供工程选材时参考。土工合成材料制品近年发展很快，远远超出早期土工织物和土工膜两大类，众多产品如何分类至今没有统一准则。在《土工合成材料应用手册》将土工合成材料分为4大类：①土工织物，包括机织土工织物和非织造（无纺）土工织物；②土工膜；③特种土工合成材料，如土工格栅、土工网、土工垫、土工格室、土工膜袋，土工泡沫塑料等；④复合型土工合成材料，如复合土工膜、塑料排水带等。这种分类的好处是概括性强，不断出现的新产品可方便地归人，例如近年用得较多的高强加筋带、玻璃纤维土工格栅可归入特种土工合成材料一类中，而软式排水管、塑料盲沟可归人复合型土工合成材料一类。土工合成材料的功能是多方面的，通常把它概括为6种基本功能：①反滤功能；②排水功能；③隔离功能；④加筋功能；⑤防渗功能；⑥防护功能。这6种功能有的可以明确分清楚，有的不易分清。实际应用中土工合成材料往往同时兼备几种功能。任何应用土工合成材料的工程几乎都存在隔离作用，用于过滤作用的土工织物往往同时伴随排水作用。在进行土工合成材料设计时，需明确主要的、次要的和附带的功能。
2土工合成材料常规试验
常规试验为最常用的、操作较简单的基本试验，包括物理、力学和水力学性能试验。目前用土工直剪仪进行小尺寸的土与土工合成材料界面摩擦试验用得也比较多。
1）物理和力学性能：物理指标为土工织物的重量和厚度。力学指标内容较多，单向受力有条带拉伸、握持拉伸和撕裂3种试验；周向受力试验有圆球顶破、胀破、CBR顶破、刺破及落锥等5种试验。这10项指标测定均可遵循纺织系统颁布的国家标准进行试验。土工合成材料的早期产品土工织物是应用于工程的纺织物。土工织物应用纺织技术制造，因而用纺织品试验标准进行检测，土工织物沿用了纺织品大多数试验方法直到今天。
2）水力学性能：土工织物的水力特性在岩土工程应用中十分重要，在20世纪80年代由岩土工程师们研究和制定了测定土工织物渗透系数和孔径两项试验。不久iSo国际标准通过了渗透系数和孔径试验标准。
3）土一土工合成材料相互作用的界面摩擦特性：工程设计中常需要提供土一土工合成材料之间摩擦系数。在20世纪80年代开展了这方面的研究。其试验设备大多采用土工试验直剪仪和土工试验箱。利用直剪仪作界面直剪摩擦试验，将土工织物固定在上盒底部或下盒顶部，盒内填土进行直剪试验。利用土工试验箱进行拉拔摩擦试验，箱内填土，土工合成材料埋在土中，进行拉拔。这种试验制样较困难，一般常规试验仅用小尺寸直剪仪进行砂土一土工织物的直剪摩擦试验。
3土工合成材料耐久性试验
1）老化问题：土工合成材料在大气环境中光、水、氧、热作用下，聚合物的分子结构发生变化，力学性能逐渐缓降，产生老化。目前常用老化试验有自然老化法和人工老化法两种。自然老化试验是对铺设在某特定地点及在当地自然条件作用下的土工合成材料，按时定期取样进行物理力学性能测试，可得到强度随时间的衰减情况。这种试验资料能可靠地反映实际情况，得到较可靠的长期强度，然而非常花时间。另一种人工老化试验利用人工气候箱对土工合成材料进行加速老化试验，气候箱可调控光源种类，光照温度和强度等因素。利用光源强度和光照时间，人工老化速度大大高于自然老化，但它与实际有差距，可靠性较差。
2）蠕变问题：土工合成材料具有明显的蠕变特性。材料在某一恒定荷载作用下发生徐变，变形随时间不断增大，达到某一应变后，应变速率逐渐减小，应变缓缓趋向稳定。蠕变研究试验表明，影响蠕变特性的主要因素有：原材料种类，材料承受的荷载水平，材料约束条件，温度等。
3）淤堵问题：淤堵主要发生在用于过滤和排水工程的针刺无纺土工织物中，在过滤过程中织物的孔隙被堵塞。产生淤堵原因可以是物理的、化学的、生物的或其他冻融、干湿等。最常见的是物理淤堵，通过织物的水中所夹带的细粒土滞留在孔隙中或封住孔口；化学淤堵是过滤的水中含有化学溶液，合成化合物滞留孔中；生物淤堵是有的微生物对某种材料有亲和力，滞留土工织物进行繁殖堵塞孔隙。这些淤堵现象可交叉同时发生。
4讨论与总结
常规试验主要对象是片状土工织物、土工膜。由于这些产品具有良好工程性能，用量逐年增多，其试验方法日趋统一和规范化。此外，为进一步探索材料基本性能的蠕变试验得到广泛重视。土工合成材料问世至今短短几十年，期间产品的种类、用量和使用领域飞速发展，发生了翻天覆地的变化。然而对比土工合
成材料测试情况，似乎有些不相称，有关物理、力学性能指标测试方法基本还是沿用当年纺织品的标准。这些标准的特点是能简单、方便且可靠地反映织物自身的力学性能；可以评价土合成材料的质量、均匀度、强度和延性；可对同类产品进行比较和选择。施工现场土工合成材料是埋在土中的，是在土的约束下工作的，显然纺织品标准不能满足此要求，大多试验仍仅对织物自身参数进行比较，主要是试样尺寸和形状的变化，边界条件变了，就方法而言无本质上的突破。其中主要变化是，土工织物拉伸强度试验中，以宽条（宽200mm）试样代替纺织品窄条（宽50mm）试样，其他无甚变化。大部分物理、力学性能纺织品测试项目继续沿用。
参考文献
[1]交通部公路科学研究院.公路工程土工合成材料试验规程[m].人民交通出版社,2006,9,1.
土工合成材料功能篇2
关键词：智能混凝土，自修复混凝土，自调节混凝土，自感应混凝土，智能混凝土展望
混凝土作为最主要的、用量最大的建筑材料，它以其低廉的成本，广泛的原材料来源，易成形，抗压强度高，耐腐蚀性好等优点成为建筑材料的首选。混凝土自诞生以来，经历了从普通的结构材料到复合材料然后到功能材料发展过程，已逐步向高强、多功能、高性能和智能化发展，而最新的发展趋势是向结构——智能一体化发展。论文大全。而智能混凝土则是这一趋势的综合体现。
混凝土的生产能耗高，污染严重，这么多年过去了，沙子和碎石的消耗很大，如此下去沙石的供应将很快枯竭。所以为了提高沙石的利用效益和混凝土的可持续发展，我们应该致力于对混凝土性能提高的研究，而智能化的混凝土则能达到这个目的。智能混凝土研究才刚刚起步，智能混凝土还有巨大的发展空间。
智能混凝土经过一定时间的发展，已有很多的种类，总的来说可简单分为：自修复混凝土、自调节混凝土和自感应混凝土。下面对这几种智能混凝土进行简单分析：
自修复混凝土是模仿动物的骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理，采用粘结材料和基材相复合的方法，对材料损伤破坏具有自行愈合和再生功能，恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。论文大全。日本学者曾在实验中模仿骨组织结构，将内含粘接剂的空心胶囊掺入混凝土材料中，一旦混凝土材料在外力作用下发生开裂，空心胶囊就会破裂而释放粘结剂，粘结剂流向开裂处，使之重新粘结起来，起到愈伤的效果，这样混凝土就有了自修复的能力了。而混凝土结构在使用过程中出现裂缝是不可避免的，比如说混凝土在制造成型过程中的干缩裂缝，在承载过程中的拉伸裂缝等等。而混凝土裂缝的产生，不仅使强度降低，而且会严重影响混凝土的耐久性能和使用寿命。例如空气中的酸雨和极易通过裂缝侵入混凝土内部，腐蚀混凝土内的钢筋。可对于混凝土内部的裂缝，要想检查和维修都很困难，所以自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。自修复混凝土通过在混凝土传统组分中复合含修复胶剂的纤维管，在混凝土结构内部形成与骨组织中相类似的修复网络，在外力作用下一旦混凝土开裂，修复纤维破裂，修复胶剂流出、深人裂缝并硬结，恢复甚至提高开裂部分的强度，增强延性弯曲的能力，从而提高整个结构的性能。
混凝土本身是惰性材料，要达到自调节的目的，必须复合具有驱动功能的组件材料。例如在室内环境湿度自动调节中，日本学者就利用关键组分是沸石粉的混凝土完成对室内环境湿度的探测，并根据需求调节室内湿度，其中沸石粉就是具有驱动功能的组件材料。又如同济大学混凝土材料研究国家重点实验室曾尝试在混凝土中复合电粘性流体（Sma）作驱动组件材料来研制自调节混凝土材料。实际上我们经常是在混凝土中埋入形状记忆合金(eR)，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载干扰下，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。
自感应混凝土又可被称为自诊断混凝土，可分为压敏自感应混凝土性和温敏性自感应混凝土等。混凝土材料本身并不具备自感应功能，但在混凝土基材中复合部分导电相可使混凝土具备本征自感应功能。目前常用的导电组分可分三类：聚合物类、碳类和金属类，其中最常用的是碳类和金属类，例如碳纤维智能混凝土和光纤传感智能混凝土。1989年美国的D.D.L.Chung等首先发现将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入混凝土材料中，可以使材料具有自感知内部应力、应变和损伤程度的功能。而且这种复合材料可以敏感有效地监测拉、弯、压等工况及静态和动态荷载作用下材料的内部情况。此后自感应混凝土获得了一定的发展，例如在公路应用中，自感应混凝土能将各种数据传至监测站，然后工作人员利用抗阻与载重之间的关系就能确定公路上汽车的重量、位置和速度，为交通管理智能化打下基础。
以上都只是单一的诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土，只能称之为机敏混凝土。而单一的功能并不能充分发挥智能混凝土的智能作用，我们就应该将两种或两种以上的功能集于一身然后根据实际需要实现混凝土的真正智能化，对于现今及以后智能混凝土的发展，我们最重要的是要实现结构——智能一体化，同时为了使智能混凝土获得更好更广泛的应用，应该让智能混凝土集成化、产业化、小型化、价格低廉化和原材料来源广泛化，另外应该充分利用工业废料，变废为宝，同时降低智能混凝土的造价。还有就是要开发更好的智能控制材料，找到功能更强大的材料和更好的制造工艺。但我们在开发智能混凝土工程中也应注意开发的针对性、实践的可行性和设计思考的综合性。
同时我们也不能只局限于智能混凝土内部的研究和发展，我们可以将眼光放远，将智能混凝土与其他建筑材料综合考虑综合运用。论文大全。比如说采用钢渣成功配制出一种新型的导电混凝土，不仅具有较好的导电性，并且具有较佳的力学性能，同样我们可以将钢渣加入智能混凝土中，提高智能混凝土的导电性能和智能传感性能，然后运用于结构防冻当中，将会带来巨大的效益。
参考文献：
[1]赵巍智能材料及其在混凝土中的应用科技信息2009(25)
[2]姚忠伟智能混凝土的研究及其发展新型建筑材料2005(2)
[3]匡亚川、欧进萍功能材料2007，38(11)
[4]杨晶智能混凝土研穷发展新型建筑材料2009(10)
[5]李惠、欧进萍、LiHui.oUJin-ping智能混凝土与结构工程力学2007,24(z2)
[6]姚武、吴科如智能混凝土的研究现状及其发展趋势
土工合成材料功能篇3
关键词：土木工程材料，发展趋势
0引言
随着人类文明及科学技术的发展，土木工程材料的不断进步与改善。现代土木工程中，尽管传统的土、石等材料的主导地位已逐渐被新型材料所取代。目前，水泥混凝土、钢材、钢筋混凝土已是不可替代的结构材料；新型合金、陶瓷、玻璃、有机材料及其他人工合成材料各种复合材料等在土木工程折中占有愈来愈重要的位置。
1土木工程材料现状及要求
与以往相比，当代土木工程材料的物理力学性能也已获得明显改善，随着现代陶瓷与玻璃的性能改进，其应用范围也有明显的变化。例如水泥和混凝土的强度、耐久性及其他功能均有所改善。随着现代陶瓷与玻璃的性能改进，其应用范围与使用功能已经大大拓宽。此外，随着技术的进步，传统的应用方式也发生了较大变化现代施工技术与设备的应用也使得材料在工程中的性能表现比以往好为现代土木工程的发展奠定了良好的物质基础。尽管目前土木工程材料在品种与性能上已有很大的进步，但与人们对于其性能要求的期望值还有较大差距。首先工程中的性能表现比以往好为现代土木工程的发展奠定了良好的物质基础。尽管目前土木工程材料在品种与性能上已有很大的进步，但与人们对于其性能要求的期望值还有较大差距。
1.1从土木工程材料的来源来看
鉴于土木工程材料的用量巨大，尤其在应用方面，经过长期使用的不断累积，单一品种或数个品种的原材料来源已不能满足其持续不断的发展的需求。尤其是历史发展到今天，以往大量采用的粘土砖瓦和木材等已经给社会的可持续发展带来了沉重的负担。论文参考网。从另一方面来看，由于人们对于各种建筑物性能的要求不断提高，传统建筑材料的性能也越来越不能满足社会发展的需求。为此，以天然材料为主要材料的时代即将结束，取而代之的将是各种人工材料，这些人工材料将会向着再生化、利废化、节能化和绿色化等方向发展。
1.2从土木工程对材料技术性能要求的方面来看
技术性能的要求也越来越多，各种物理性能指标的要求也越来越高，从而表现为未来建筑材料的发展具有多功能和高性能的特点。具体来说就是材料向着轻质高强、多功能、良好的工艺性和优良耐久性的方向发展。
1.3从土木工程材料应用的发展趋势来看
为满足现代土木工程结构性能和施工技术的要求，材料应用也向着工业化的方向发展。例如，水泥混凝土等结构性能向着预制化和商品化的方向发展，材料向着半成品或成品的方向延伸，材料的加工、贮存、使用、运输及其他施工技术的机械化、自动化水平不断提高，劳动强度逐渐下降。这不仅改变着材料在使用过程中的性能表现，也逐渐改变着人们对于土木工程使用的手段和观念。
2新型土木工程材料——绿色建材
土木工程材料行业对资源的利用和对环境的影响都占据着重要的位置，在产值、能耗、环保等方面都是国民经济中的大户，为了保证源源不断地为工程建设提供质量可靠的材料，避免新型材料的生产和发展对环境造成危害，因此“绿色建材”应运而生。目前正在开发的和已经开发的绿色建材和准绿色建材主要以下几种：
第一、利用废渣类物质为原料生产的建材，这类建材以废渣为原料生产砖、砌块、材板及胶凝材料，其优点是节能利废，但仍需依靠科技进步，继续研究和开发更为成熟的生产技术，使这类产品无论是成本上，还是性能方面真正能达到绿色建材标准。
第二、利用化学石膏生产的建材产品，用工业废石膏代替天然石膏，利用先进的生产工艺和技术可生产各种土木建筑材料产品。这些产品具有石膏的许多优良性能，开辟石膏建材的新来源，并且消除了化工废石膏对环境的危害，符合可持续发展战略。
第三、利用废弃的有机物生产的建材产品，以废塑料、废橡胶及废沥青等可生产多种土木工程材料，如防水材料、保温材料、道路工程材料及其他室外工程材料。这些材料消除了有机物对环境的污染，还节约了石油等资源，符合在资源可持续发展方面的基本要求。
第四、利用各种代木材料，用其他废料制造的代木材料在生产使用中不会有害人的身体健康，利用高兴技术使其成本和能耗降低，将是未来绿色建材的主要发展方向。
第五、利用来源广泛的地方材料为原料，利用高科技生产的低成本健康建材，不同的地区都可能有来源丰富、不同种类的地方材料，根据这些地方的性质和特点，利用现代技术，可生产各种性能的健康材料。如某些人造石材、水性涂料、某些复合性材料也是绿色建材的发展方向。
3土木工程材料的发展趋向
众多现象表明进入21世纪以后，在我国甚至是全世界范围内，土木工程材料的发展应具有以下的一些趋向：
研制高性能材料，例如研制轻质、高强、高耐久性、优异装饰性和多功能的材料，以及充分利用和发挥各种材料的特性，采用复合技术，制造出具有特殊功能的复合材料。
充分利用地方材料，尽量减少天然资源，大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物作为生产土木工程材料的资源，以及保护自然资源和维护生态环境的平衡。论文参考网。
节约能源，采用低能耗、无环境污染的生产技术，优先开发、生产低能耗的材料以及能降低建筑物使用能耗的节能型材料。论文参考网。
材料生产中不得使用有损人体健康的添加剂和颜料，如甲醛、铅、镉、铬及其化合物等，同时要开发对人体有益的材料，如抗菌、灭菌、除臭、除霉、防火、调温、消磁、防辐射、抗静电等。
产品可循环在再生和回收利用，无污染废弃物，以防止二次污染。
总结：总而言之，土木工程材料往往标志一个时代的特点。土木工程材料的发展的过程是随着社会生产力一起进行的，它和工程技术的进步有着不可分割的联系。工程中选材料时通过对环境的影响对后来人的影响来决定土木工程材料的好换，在未来，基于材料原有的性质的基础上，“可持续发展”将是衡量建筑工程的一把尺子。
参考文献：
[1]《土木工程材料》中国建材工业出版社王福川著
[2]《土木工程材料》重庆大学出版社彭小芹主编
[3]《土木工程材料》武汉理工大学出版社陈志源、李启令主编
[4]《土木工程概论》武汉理工大学出版社罗福午著
[5]《土木工程材料》天津大学出版社阎西康、赵方冉、伉景富、韩龙军
土工合成材料功能篇4
关键词：智能材料；绿色建材；建材应用
引言
伴随着材料科学不断发展变化的现今时代，建材建设中的使用材料也不断的向智能化方向发展，“智能材料”的开端是通过对大自然当中存在的特殊物质进行模仿和提取从而研发的为人来使用便利而制造生产出来的，智能材料的主要研发目的是要生产一种“活”的材料，因此，方便人们使用，给人们的生活带来了极大的便利。智能材料本身具有着感知性和记忆性，同时适应性和修复性能力较强，与传统的功能材料存在着很大的差别，智能材料的使用利端是可以通过材料本身的感知从而得到外界的一切信息，根据所得到的信息做出相应的判断和处理，能实现自我诊断和调节的功能。因其具有一定的特殊性，并且优越于传统的原材料，所以，在现今已然成为了绿色建材当中的主要使用材料。
1智能材料的内涵及指导思想
智能材料具有的主要内涵就是感知功能，这种功能性质的存在能对外界的一些现象或者状况作出做出感知，例如光、电、热等的外界现象都能做出一定的感知能力。再有一点就是，智能材料具备驱动功能，对于外界复杂的变化情况可以做出相应的选择和控制，能够“活”性的记录对外界的一切记忆。其次，智能材料具备自我调节的功能，可以按照设定的方式进行相应的相对的选择，其反应灵敏度极高，可以迅速合理的做出选择，在外部刺激得到控制的情况下，还能以最快的速度恢复到原始的工作状态当中。智能材料的指导思想具有两大特点，即智能材料的功能修复性和仿生性。第一，职能材料的功能性能对外界的一切因素和特征做出感知，并能够及时反馈问题，例如，在外界环境发生了变化或者负载，以及外界辐射变化时，都能根据相应的外界变化因素做出相应的感知，同时，将所得到的外界信息及时反馈回系统当中，其次，对于反馈得到的信息能进行相应的识别，并且根据得到的外界信息进行积累，因此，在外界环境发生变化时，可以更及时的做出相应的调节，并且能针对外界信息存在的问题做出处理和分析，然后，通过智能材料本身具备的自我修复功能对其问题作出完善和调整，因此，给智能材料系统的控制做出了规范性处理。第二，智能材料具有仿生性，通过对自然生态环境中存在的特殊功能进行模仿，从而实现了智能材料的“活”性。
2智能材料的工作原理
智能材料的组成由基本材料、敏感材料、驱动材料、其他功能材料以及信息处理器这五部分组成。基本材料的工作原理具有着承载的作用，一般使用的都是轻质性材料，或者是高分子材料和抗腐蚀性强以及金属性材料材料为主，其这种材料的选择以轻质合金为首选。敏感材料的工作原理和传感任务相同，起到的作用是可以感知外界环境的变化（外界压力、气温、电磁场、ph数值）同时，让材料记忆和变化的特点达到一个很好的适应能力。驱动材料的工作原理是在一定的条件下对材料进行合理控制以及做出相应的应变措施，因此，具有着控制，其控制的材料包括压电材料和光纤材料、记忆性材料等，这些控制材料的有个特殊点，就是即使驱动性材料还是敏感性材料。其他功能材料包含了电材料。磁性材料以及光纤材料等。传感器的工作原理就是整个工作的主要核心，是最主要的一部分，其主要作用是能对传感器输出的信号进行相应的判断和处理。
3智能材料的分类类型
智能材料可以按照功能性或者来源来进行分类。功能性分类的话可以分为光导纤维、压电、电流变体、形状记忆合金以及电致伸缩材料等几种；若是按照来源来进行分类的话，智能材料可分为金属性智能材料、无机非金属性智能材料或者高分子型智能材料。其次，智能材料可以按照“仿生”模式将其进行分类，即：
3.1智能传感材料
智能传感材料是智能结构的必要组成部分，其可以对电磁等外部因素进行有效的监测，并且同时利用感知能力和反馈能力将外部信息快速的传递到系统当中。在智能传感材料当中，有一部分是较为典型的传感材料，例如，压电材料、微电子传感器以及光纤等。在典型的传感材料中，光纤材料的使用是较为力普遍的一种材料，光纤可以在正常的情况下获得到被测结构所有的物理参数，像温度和形状，以及电场等都可以获得相应的数据。
3.2智能驱动材料
在现今的绿色建材使用当中，使用较为普遍的只能驱动材料有形状记忆合金或者是电粘性液体等，只能驱动材料的使用可以对外界的温度或者电场及磁场的变化做出相应的感知，其次，对产生的形状、位置、频率、以及机械的特殊性质做出相应的相应，因此，在绿色建材建设当中使用相对较为广泛。
3.3智能修复材料
智能材料的起源就是来自于仿生学，对于智能修复材料的使用就是利用模仿动物的骨组织结构和受伤之后的再生特点进而生产出来的一种材料，智能修复材料主要采用的是粘接性材料和基材相复合的方法制作出来的，智能修复材料的最大特点是可以将损坏的材料进行修复和再生，恢复后的状态可以达到原材料的基本状态，甚至是超过破损前的原材料。
3.4智能控制材料
智能控制材料可以对智能传感材料进行信息反馈，且具有记忆性质，同时还能储存记忆和判断决定的一种能力，可以将智能驱动材料进行控制和修正，智能控制材料的主要代表是微型计算机，微型计算机利用专门程序来进行控制计算。智能控制材料的整个制作过程当中，相当于模仿人的大脑来进行工作的，具有较强的处理问题能力，同时，对于解决复杂问题使可以多方位的采取相应措施。
4绿色建材建筑中的智能材料
4.1智能混凝土
在绿色建材当中的只能材料首要就包括了混凝土，其智能混凝分为三种，①自感应混凝土；②自调节混凝土；③自修复混凝土。混凝土的本身不具有自感应功能，自感应混凝土的由来是由混凝土基材中复合部分导电相致使了混凝土具备了自感功能。在现今社会中常见的导电组共有三类：1）聚合物类导电组；2）碳类导电组；3）金属类导电组，这三种导电组最常用的就是金属类和碳类这两种。金素类的导电组包括了金属微粉末、金属纤维、金属片、网等，碳类导电组包括了石墨、碳纤维、炭黑。其中，碳纤维混凝土具有着明锐性和一定的温蒂，可以对建筑内部以及周围的温度变化做出监测，同时，碳纤维混凝土复合材料的电阻变化和内部结构变化是相辅相成的，这种碳纤维混凝土的使用可以实时，有效的监控到施工中的一切状况以及动态荷载的内部情况，如果出现了荷载的情况发生，碳纤维混凝土可以随着荷载疲劳的程度一同降低，同时，对混凝土材料的疲劳损伤进行实时监测。
4.2自调节混凝土
在混凝土结构负荷的正常情况下，同时还应该具备抗外界恶劣环境影响的抗干扰能力，以此为首要目的，进而调整混凝土的承载能力和结构震动能力。混凝本质是惰性材质，要想使其具有自调能力，需要对其加入相对的驱动功能材料，随着科学的进步发展，演变出了电流变体这项功能，其可以通过外界电场来操控混凝土的粘性，以及弹性等。在混凝土中加入电流变体，从而对电流变体的流变作用加以利用，就可以有效的抵挡外界恶劣环境，调整期内部的流变也行，改变结构上的自震频率。当遇到特殊性建筑时，例如画展或者博物馆的时候，也可通过自调节混凝土对其室内环境进行实时监测，根据实际情况作出相应调整。
4.3自修复混凝土
自修复混凝土从字面理解就是可以进行自我修复的一种材料，这种混凝土是由动物受伤能进行自我修复从而演变出来的，这种混凝土主要采用的是粘接材料和基材相复的一种方式来制作的，对受损的材料可以起到自行修复的一种能力，或者修复完成后超过原材料的一种复合型材料。
4.4智能乳胶漆
智能乳胶漆具有防水，防冻以及抗清洗等功能，其次，还具备了根据不同的环境和温度自动调节室内采光的功能，对室内光线问题的解决上起到了推动性作用。这种胶漆的使用是采用了“逆光可变剂”“复合高分子稳定剂”等产品而研发的，让胶漆具有了智能化，对于智能乳胶漆的自动感应外部环境方面，则是采用了复合高分子稳定剂与anGUS和tHoR添加剂让其具有一定的感知能力，可以自行调节。
4.5智能玻璃
在绿色建材建筑的工程中，智能玻璃材料的合理应用给人类的生活以及建筑工程带来了举足轻重的推动性作用，智能玻璃的应用一方面在能源结构方面给人们生活带来了空前绝后的效应，另一方面，成为了建筑工程中的一个主题应用智能化材料。这种智能玻璃的作用可以给建筑工程减少相应的成本，同时，玻璃光导纤维、光致变色玻璃以及电致变色玻璃的应用给绿色玻璃建筑事业带来了新式改革。
5智能材料在绿色建材中的实际应用
由美国的一位研究博士曾研制出一种“智能皮”的新型智能材料，这种智能材料在价格方面相当合理，其次，在功能上面也非常多样化，可以将白天吸收的热量在晚上释放出来，同时，其表层还有机光电太阳能点出，了一位内部的照明系统储备点量。
6总结
智能材料在绿色建材当中的使用和研究仍处于发展阶段，从而需要讨论界的学者们以及建筑界的相关人士们作出进一步的研究和探讨。其次，将智能材料合理利用，就可以为建筑工程带来非同凡响的推动性作用，通过上文可以看出，智能建材与绿色建材建筑有着相辅相成的紧密关系，“打铁还需自身硬”，破解智能材料开拓途径，既需要设计人员努力提升产品质量，又需要政府大力扶持，出台扶持政策，加大宣传[7]，随着未来社会的不断发展，以及建筑行业的不断扩大，智能材料的应用也将会得到更广阔的发展领域。
参考文献：
[1]李朝忠,王志广.智能材料及其在绿色建材中的应用[J].中国西部科技,2010,9(02):53-55.
[2]黄静晗,肖卓,瓦晓燕.智能材料及其在绿色建材中的应用[J].建材发展导向,2015,13(16):37-39.
[3]张新民.智能材料研究进展[J].玻璃钢/复合材料,2013(Z2):57-63.
[4]张金升,龚红宇,刘英才,谭训彦,李嘉,尹衍升.智能材料的应用综述[J].山东大学学报(工学版),2002(03):294-300.
[5]薛伟辰,郑乔文,刘振勇,李杰.结构振动控制智能材料研究及应用进展[J].地震工程与工程振动,2006(05):213-217.
[6]王守德,刘福田,程新.智能材料及其应用进展[J].济南大学学报(自然科学版),2002(01):97-100.
土工合成材料功能篇5
关键字:智能-混凝土
随着现代材料科学的不断进步，作为最主要的建筑材料之一的混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。用它建造的混凝土结构也趋于大型化和复杂化。然而混凝土结构在使用过程中由于受环境荷载作用。疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故。为了有效地避免突发事故的发生，延长结构的使用寿命，必须对此类结构进行实时的“健康”监测，并及时进行修复。现有的无损检测方法，如声波检测x射线及c扫描等，只能定性检测，而不能定量、数据化处理，更主要的是不能实现实时监测。因而对结构内部状态的监测和损伤估计还比较困难，甚至是不可能的。传统的混凝土结构的维修方式主要是在损伤部位进行外部的加固，而对损伤的原结构进行维修比较困难，尤其是对结构内部的损伤修复更是非常困难。随着现代社会向智能化的发展，这种停留在被动和计划模式的检测与修复方式已不能适应现代多功能和智能建筑对混凝土材料提出的要求。因此，研究和开发具有主动、自动地对结构进行自诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土已成为结构一功能（智能）一体化的发展趋势[1]
1智能混凝土的定义和发展历史
智能材料，指的是“能感知环境条件，做出相应行动”的材料。它能模仿生命系统，同时具有感知和激励双重功能，能对外界环境变化因素产生感知，自动作出适时。灵敏和恰当的响应，并具有自我诊断、自我调节、自我修复和预报寿命等功能。智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和记忆、自适应。自修复等多种功能的综合，缺一不可，以目前的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现；为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
1.1损伤自诊断混凝土
自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。普通的混凝土材料本身不具有自感应功能，但在混凝土基材中复合部分其它材料组分使混凝土本身具备本征自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤。其中最常用的是碳类、金属类和光纤。下面主要介绍2种当前研究比较热门的损伤自诊断混凝土。
1.1.1 碳纤维智能混凝土
碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性，而且其物理性能，尤其是电学性能也有明显的改善，可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。通过观测，发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。碳纤维水泥基材料在结构构件受力的弹性阶段，其电阻变化率随内部应力线性增加，当接近构件的极限荷载时，电阻逐渐增大，预示构件即将破坏。而基准水泥基材料的导电性几乎无变化，直到临近破坏时，电阻变化率剧烈增大，反映了混凝土内部的应力一应变关系。根据纤维混凝土的这一特性，通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态，可以实现对结构工作状态的在线监测[2]。在入碳纤维的损伤自诊断混凝土中，碳纤维混凝土本身就是传感器，可对混凝土内部在拉、压、弯静荷载和动荷载等外因作用下的弹性变形和塑性变形以及损伤开裂进行监测。试验发现，在水泥浆中掺加适量的碳纤维作为应变传感器，它的灵敏度远远高于一般的电阻应变片。在疲劳试验中还发现，无论在拉伸或是压缩状态下，碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。通过标定这种自感应混凝土，研究人员决定阻抗和载重之间的关系，由此可确定以自感应混凝土修筑的公路上的车辆方位、载重和速度等参数，为交通管理的智能化提供材料基础。
碳纤维混凝土除具有压敏性外，还具有温敏性，即温度变化引起电阻变化（温阻性）及碳纤维混凝土内部的温度差会产生电位差的热电性（seebeck效应）。试验表明，在最高温度为70℃，最大温差为15℃的范围内，温差电动势（e）与温差t之间具有良好稳定的线性关系。当碳纤维掺量达到一临界值时，其温差电动势率有极大值，且敏感性较高，因此可以利用这种材料实现对建筑物内部和周围环境变化的实时监控；也可以实现对大体积混凝土的温度自监控以及用于热敏元件和火警报警器等可望用于有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构中。
碳纤维混凝土除自感应功能外，还可应用于工业防静电构造。公路路面、机场跑道等处的化雪除冰。钢筋混凝土结构中的钢筋阴极保护。住宅及养殖场的电热结构等。
1.1.2光纤传感智能混凝土
光纤传感智能混凝土[3]，即在混凝土结构的关键部位埋人入纤维传感器或其阵列，探测混凝土在碳化以及受载过程中内部应力、应变变化，并对由于外力、疲劳等产生的变形、裂纹及扩展等损伤进行实时监测。光在光纤的传输过程中易受到外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等的变化而引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态的变化。因此人们发现，如果能测量出光波量的变化，就可以知道导致光波量变化的温度、压力、磁场等物理量的大小。于是，出现了光纤传感技术。近年来，国内外进行了将光纤传感器用于钢筋混凝土结构和建筑检测这一领域的研究，开展了混凝土结构应力、应变及裂缝发生与发展等内部状态的光纤传感器技术的研究，这包括在混凝土的硬化过程中进行监测和结构的长期监测。光纤在传感器中的应用，提供了对土建结构智能及内部状态进行实时、在线无损检测手段，有利于结构的安全监测和整体评价和维护。到目前为止，光纤传感器已用于许多工程，典型的工程有加拿大caleary建设的一座名为beddingtontail的一双跨公路桥内部应变状态监测；美国winooski的一座水电大坝的振动监测；国内工程有重庆渝长高速公路上的红槽房大桥监测和芜湖长江大桥长期监测与安全评估系统等。
1.2自调节智能混凝土
自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。混凝土结构除了正常负荷外，人们还希望它在受台风、地震等自然灾害期间，能够调整承载能力和减缓结构振动，但因混凝土本身是惰性材料，要达到自调节的目的，必须复合具有驱动功能的组件材料，如：形状记忆合金（sma）和电流变体（er）等。形状记忆合金具有形状记忆效应（sme），若在室温下给以超过弹性范围的拉伸塑性变形，当加热至少许超过相变温度，即可使原先出现的残余变形消失，并恢复到原来的尺寸。在混凝土中埋入形状记忆合金，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载于扰时，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。
电流变体（er）是一种可通过外界电场作用来控制其粘性、弹性等流变性能双向变化的悬胶液。在外界电场的作用下，电流变体可于0.1ms级时间内组合成链状或网状结构的固凝胶，其初度随电场增加而变调到完全固化，当外界电场拆除时，仍可恢复其流变状态。在混凝土中复合电流变体，利用电流变体的这种流变作用，当混凝土结构受到台风，地震袭击时调整其内部的流变特性，改变结构的自振频率、阻尼特性以达到减缓结构振动的目的。
有些建筑物对其室内的湿度有严格的要求，如各类展览馆、博物馆及美术馆等，为实现稳定的湿度控制，往往需要许多湿度传感器、控制系统及复杂的布线等，其成本和使用维持的费用都较高。日本学者研制的自动调节环境温度的混凝土材料自身即可完成对室内环境湿度的探测，并根据需要对其进行调控。这种混凝土材料带来自动调节环境湿度功能的关键组分是沸石粉。其机理为：沸石中的硅酸钙含有（3－9）x10－10m的孔隙。这些孔隙可以对水分、n0x和s0x气体选择性的吸附。通过对沸石种类进行选择，可以制备符合实际应用需要的自动调节环境湿度的混凝土复合材料。它具有如下特点：优先吸附水分；水蒸气压力低的地方，其吸湿容量大；吸、放湿与温度相关，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。
1.3自修复智能混凝土
混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带缝工作的。混凝土产生裂缝，不仅强度降低，而且空气中的co2、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵人混凝土内部，使混凝土发生碳化，并腐蚀混凝土内的钢筋，这对地下结构物或盛有危险品的处理设施尤为不利，一旦混凝土发生裂缝，要想检查和维修都很困难。自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。在人类现实生活中可以见到人的皮肤划破后，经一段时间皮肤会自然长好，而且修补得天衣无缝；骨头折断后，只要接好骨缝，断骨就会自动愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物组织，对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土传统组分中复合特性组分（如含有粘结剂的液芯纤维或胶囊）在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。采用粘结材料和基材相复合的方法，使材料损伤破坏后，具有自行愈合和再生功能，恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。在日本，以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，部分胶囊或空心玻璃纤维破裂，粘结液流出并深人裂缝。粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。美国伊利诺伊斯大学的carolyndry在1994年采用类似的方法，将在空心玻璃纤维中注人缩醛高分子溶液作为粘结剂埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基础上carolyndry还根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试制备仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸钙水泥（含有单聚物）为基体材料，在其中加人多孔的编织纤维网。在水泥水化和硬化过程中，多孔纤维释放出聚合反应引发剂与单聚物聚合成高聚物，聚合反应留下的水分参与水泥水化。这样便在纤维网的表面形成大量有机与无机物，它们相互穿插粘结，最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机与有机相结合的材料，具有优异的强度及延性等性能。而且在材料使用过程中，如果发生损伤，多孔有机纤维会释放高聚物，愈合损伤。
2智能混凝规究现状和应注意的问题
前面所述的自诊断、自调节和自修复混凝土是智能混凝土研究的初级阶段，它们只具备了智能混凝土的某一基本特征，是一种智能混凝土的简化形式。因此有人也称之为机敏混凝土。然而这种功能单一的混凝土并不能发挥智能混凝土作用，目前人们正致力于将2种以上功能进行组装的所谓智能组装混凝土材料的研究。智能组装混凝土材料是将具有自感应、自凋节和自修复组件材料等与混凝土基材复合并按照结构的需要进行排列，以实现混凝土结构的内部损伤自诊断、自修复和抗震减振的智能化。
智能混凝土具有广阔的应用前景，但作为一种新型的功能材料，如果投入实际工程，还有很多问题需要进一步地研究：如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等；光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式；自愈合混凝土的修复粘结剂的选择。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解决上述一系列问题将对智能混凝土今后的发展产生深远的影响。为促进智能混凝土研究工作的顺利开展有必要就以下几点形成共识：
（1）开发应有针对性。所谓针对性就是要针对混凝土性能发生恶化和结构发生破坏等现象，考虑不同的智能方法，如针对这些现象，设想开发出一种能应对所有这些情况的手段是很困难的，因此，缩小智能化范围，以某种功能为对象，从而开发出相对最适应的方法是必要的。
（2）实施中应具有可行性。浇注混凝土多在施工现场进行，因而作为智能混凝土的施工方法，对其技术与工艺要求不能过高。应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性，要有利于安全使用，不挥发任何有刺激的气味和其它有害物质，并能大量应用而且成本较低。
（3）设计应具有综合性。采用智能化，虽然可以提高材料的耐久性，但也会带来负面作用。如由于使用了某种材料虽然能对某种恶化现象进行控制和改善，但是否会对强度等其它性能有所影响，所有这些正反两方面的问题都必须在判断和设计时进行综合考虑和权衡。
土工合成材料功能篇6
【关键词】铁路路基，施工，土工合成材料，应用
【abstract】railwayroadbedconstructionprogressinthewideapplicationofgeosyntheticmaterials,notonlyhavethedrainage,filtering,seepagecontrol,reinforcement,isolation,protectionandtheactionsuchasreducingload;andstillcanbringanimplementationissimpleandeconomicefficienttechnologyway,atthesametime,italsoachievedgoodeconomic,socialandenvironmentaleffect.iworkwiththeactual,emphaticallysummarizedandanalyzedrailwaysubgradeconstructionintheapplicationofsyntheticmaterials.
【keywords】railwayroadbed,construction,geosyntheticmaterials,applications
中图分类号：tU74文献标识码：a文章编号：
一、新建张家口至集宁铁路是呼和浩特铁路局局管内第一条160km／h(预留200km／h)客货共线铁路，在管段DK83+529-DK98+700段路基土石方共295万m3，铺设土工格栅23万。按文件要求在路堤边坡水平宽度2.5m范围内自坡脚至基床表层下每隔0.6m铺设一层双向经编土工格栅，土工格栅抗拉强度不小于25Kn／m,延伸率小于10％，铺设表面平整，摊铺后及时填筑填料。个别地段铺设土工织物5.6万，根据地基承载力的不同情况需换填中粗砂，并与砂间铺设精编复合土工膜，其抗拉强度不小于20Kn／m,顶破强度不小于2.0kn，其下换填0.5m厚二八灰土垫层。施工项目于2009年建成，2011年通车，在后期经过对普通路基、浸水路基、软土路基的检测和观察，发现铺设土工材料的地段对路基的稳定起到很好的作用，其土工材料的力学性能能够有效的充分发挥，确保了路基的稳定。
二、土工合成材料的含义及其应用简述
土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种新型的土木工程材料，它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纤、合成橡胶等)为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。
土工合成材料在土木、水利、交通、铁道和环境工程中得到广泛的应用，起到排水反滤、防渗、加筋、隔离、防护和减载等作用。这些作用是以不同的形式的产品来实现的，例如，土工织物用于滤层、隔离和防护；土工网和三维植被网垫用于排水和坡面的稳定；土工格栅、条带和有纺或编织土工织物用于加筋、土工膜用于防渗等。复合型土工合成材料则结合了各自的优点，例如，兼有过滤和排水性能的土工织物和土工网复合材料，结合加筋和隔离功能的土工织物和土工格栅复合材料，而土工织物和土工膜结合形成的复合土工膜则既能防渗又具有防刺破的作用，同时具有与土较高的界面磨擦系数。目前证明较成功的应用有：无纺土工织物代替粒状级配滤层应用于反滤排水工程中，土工合成材料加筋挡土墙代替重力式挡土墙，塑料排水带代替砂井，土工膜用于防渗材料等。在应用的初期，最担心的是耐久性，忽视铺放的位置，认为铺土工合成材料总比不铺好。而现在经验证明在土中耐久性是可以保证的，相反，土工合成材料铺放的位置不当或施工质量差，会降低作用，甚至适得其反。
土工合成材料的原材料是高分子聚合物。它们是由煤、石油、天然气或石灰石中提炼出来的化学物质制成，再进一步加工成纤维或合成材料片材，最后制成各种产品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(pe)、聚酯(peR)、聚酰胺(pa)、聚丙烯(pp)和聚氯乙烯(pVC)等。通过长时间的使用探索，人们发现材料的强度还与纤维的制作方法有关。在应用土工合成材料时，其性能更受施工方法、应用环境和侧限压力大小的影响。例如内蒙古卓资山旗下营大黑河的护岸工程，该工程采用聚丙烯编织布，聚氯乙烯绳网和混凝土块组成整体沉排，防止河床冲刷。无纺织物作为隔离材料，铁路部门首先应用于防治“翻浆冒泥”现象。随后的几年，铁路路基如：张家口至集宁铁路、集宁至包头增建第二双线铁路，还有地方专用线如西金铁路、东乌铁路等也都广泛的应用，增加了路基的稳定性。目前，品种繁多的人工合成材料陆续问世，它们可制成各种符合特定目的的产品，而且由于其具有质量轻、施工简易、运输方便、价格低廉料源丰富等优点，为土木工程和铁路建设提供了一种崭新的较为理想的材料，并由此带来一种实施简便和经济有效的技术途径。土工合成材料是以合成材料为原材料制成的应用于岩土工程的各种产品的统称。因为它们主要用于岩土工程，故冠以“土工”两字，称为土工合成材料，以区别于天然材料。近些年来，土工合成材料在全世界范围内得到迅速的发展和广泛的应用，取得了良好的经济、社会和环境效应。
三、土工合成材料的种类
（一）土工织物
1、土工织物的种类
土工织物为透水性土工合成材料。土工织物的制造一般要经过两个步骤：首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。目前主要有有纺土工织物和无纺土工织物。有纺土工织物由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成，其主要缺点是沿经线和纬线的强度高，而与经纬线斜交方向的强度低，无纺土工织物是把纤维作定向的或随意的排列，再经过加工而成，按照联结纤维的方法不同，可分为化学(粘结剂)联结、热力联结和机械联结三种。其主要优点是强度没有显著的方向性，对变形的适应性较大，目前大部分企业使用的均属这种类型。
土工织物突出的优点是重量轻，整体连续性好(可做成较大面积的整体)，施工方便，抗拉强度较高，耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。缺点是未经特殊处理，则抗紫外线能力低，如暴露在外受紫外线直接照射容易老化，但如不直接暴露，抗老化及耐久性能仍较高，土工织物的性能与其聚合物原料、土工织物的种类及加工制造方法密切相关。
（二）、土工膜
土工膜是一种基本不透水的材料。根据原材料不同，可分为聚合物土工膜和沥青土工膜两大类。为了适应工程应用中不同强度和变形的需要，两类中又各有不加筋(单一或混合材料)和加筋或组合的类型。聚合物膜在工厂制造，沥青膜则大多在现场制造。制造土工膜的聚合物有热塑塑料(如聚氯乙烯)、结晶热塑塑料(如高密度聚乙烯)、热塑弹性体(如氯化聚乙烯)和橡胶(如氯丁橡胶)等。工厂制造土工膜的方法主要有挤出、压延或加涂料等。挤出是将熔化的聚合物通过模具制成土工膜，厚0.25～4mm。压延则是将热塑性聚合物通过热辊压成土工膜，厚0.25～2mm。加涂料是将聚合物均匀涂在纸片上，待冷却后将土工膜揭下来而成。现场制造土工膜是在地面喷涂或敷一层冷或热的粘滞聚合物而成。沥青土工膜用的是沥青聚合物或合成橡胶。
制造土工膜时还需要掺入一定量的添加剂，使在不改变材料基本特性的情况下，改善其某些性能和降低成本。例如掺入碳黑可以提高抗日光紫外线能力，延缓老化；掺入铅盐、钡、钙等衍生物以提高材料的抗热、抗光照稳定性；掺入滑石等剂以改善材料可操作性；掺入杀菌剂可防止细菌破坏等。对于沥青类土工膜，其主要的掺入材料是一些填料或纤维。填料可为细矿粉，它能增加膜的强度且降低其成本；加入纤维，也是为提高膜的强度。
（三）、土工复合材料
土工织物、土工膜和某些特种土工合成材料，以其两种或两种以上的土工材料互相结合起来，成为土工复合材料。土工复合材料可将不同构成材料的性质结合起来，更好地满足具体工程的需要，能起到多种功能的作用。如复合土工膜，将土工膜和土工织物按要求制成土工膜―土工织物组合物，称复合土工膜。土工膜主要用来防渗，土工织物起加筋、排水和增加土工膜与土面之间的摩擦力的作用。又如土工复合排水材料，它是以无纺土工织物和土工网、土工膜或不同形状的合成材料芯材组成的排水材料，用于软基排水固结处理、路基纵向横向排水、建筑地下排水管道、集水井、支挡建筑物的墙后排水、隧道排水、堤坝排水设施等。不同的工程有不同的综合功能要求，故土工复合材料的品种繁多，可以说土工复合材料是当前和今后一段时期发展的大方向。这里主要介绍复合土工膜和土工复合排水材料两类。
1复合土工膜
复合土工膜是用土工织物或其他材料与土工膜结合而成的不透水材料。根据主要功能的不同，复合土工膜可划分为加筋型土工膜和横向排水型土工膜两种。
(1)加筋型土工膜
加筋型土工膜具有较高的强度和模量，以满足工程中防渗与受力的要求，如氯丁橡胶土工膜和经编土工膜。加筋土工膜的厚度：聚合物有涂料的三层压延加筋土工膜厚0.75～1.5mm；聚合物五层压延加筋土工膜厚1.0～1.5mm。
(2)横向排水型土工膜
横向排水型土工膜一般由无纺土工织物与土工膜复合而成，常见的有“一布一膜”、“两布一膜”。其中，无纺土工织物不仅具有横向排水作用，而且对土工膜起保护作用。
2土工复合排水材料
土工复合排水材料是薄型土工织物包裹不同材料制成的不同形状的芯材组合成的一种复合型排水产品。这种产品克服了土工织物沿织物平面方向排水能力小的缺点，可以沿产品芯材水平方向的排水通道通畅地排水，而外包的土工织物作为滤层以阻止土颗粒进入排水通道。复合排水带主要用于软土地基竖向排水固结处理等，我国生产及工程上普遍采用的产品主要是塑料排水带。复合排水板具有广泛的用途，如路基纵向横向排水、支挡建筑物的墙后过滤排水、隧道衬砌后防排水、建筑物地下排水通道、堤坝排水设施等。
(1)塑料排水带
塑料排水带是由不同截面形状的连续塑料芯板外面包裹非织造土工织物(滤膜)而成。芯板的原材料为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面有多种型式，常见的有城垛式、口琴式和式等。芯板起骨架作用，截面形成的纵向沟槽供通水之用，面滤膜多为涤纶无纺织物，作用是滤土、透水。
塑料排水带的施工是利用插带机将其埋设在土层中的预定位置。塑料带前端与锚靴相连，用插带机导杆顶住锚靴，插入土层中，达到预定深度后拔出导杆，但排水带仍留在预定位置，在高出地面一定高度(0.5m左右)剪断排水带，施工时可用静荷或动荷送杆，静荷送杆对土层扰动小，较为常用。我国插带机的插入深度可达约25m，入土速率可达6m/min。排水带的平面分布间距可借理论计算确定，一般为1～2m。排水带插入软基后，为排除土中的多余水量提供了捷径，多余水可水平向通过带的滤膜进入芯板沟槽，再向上由地表的透水料垫层排走。排水带在公路、码头、水闸等软基加固工程中应用广泛，以加速软土固结。
(2)软式排水管
软式排水管又称为渗水软管，是由高强钢丝圈作为支撑体，以及具有反滤、透水及保护作用的管壁包裹材料两部分构成的。高强钢丝由钢线经磷酸防锈处理，外包―层pVC材料，使其与空气及水隔绝，避免氧化生锈。包裹材料有三层，内层为透水层，由高强特多龙纱或尼龙纱作为经纱，特殊材料为纬纱制成；中层为非织造土工织物过滤层；外层为与内层材料相同的覆盖层。为确保软式排水管的复合整体性，支撑体和管壁外裹材料间，以及外裹各层之间都采用了强力粘结剂粘合牢固。软式排水管兼有硬水管的耐压与耐久性能，又有软水管的柔性和轻便特点，过滤性强，排水性好，可用于各种排水工程中。
(四)土工特种材料
土工特种材料是为工程特定需要而生产的产品，品种多，现选择几种主要产品说明如下。
1土工格栅
土工格栅是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先冲孔，然后进行拉伸而成的带长方形或方形孔的板材。加热拉伸是让材料中的高分子定向排列，以获得较高的抗拉强度和较低的延伸率。按拉伸方向不同，格栅分为单向拉伸(孔近矩形)和双向拉伸(孔近方形)两种。前者在拉伸方向上有较高强度，后者在两个拉伸方向上皆有较高强度。土工格栅的品种和规格很多，目前开发的新品种有用加筋带纵横相连而成的，也有用高强合成材料丝纵横连接而成的等等。
2土工网
土工网是以聚丙烯或聚乙烯为原料，应用热塑挤出法生产的具有较大孔径和较大刚度的平面结构材料。可因网孔尺寸、形状、厚度和制造方法的不同而造成性能上的很大差异。一般而言，土工网的抗拉强度都较低，延伸率较高。这类产品常用于坡面防护、植草、软基加固垫层，或用于制造复合排水材料。一般说来，它只有在受力水平不高的场合，才能用于加筋。
3、土工模袋
土工模袋是由上下两层土工织物制成的大面积连续状材料，袋内充填混凝土或水泥砂浆，凝固后形成整体混凝土板，可用作护坡。这种袋体代替了混凝土的浇注模板，故而得名。模袋上下两层之间用一定长度的尼龙绳来保持其间隔，可以控制填充时的厚度。浇注在现场用高压泵进行。混凝土或砂浆注入模袋后，多余水量可从织物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，使强度增高。按加工工艺的不同，可将模袋分为两类，即机织模袋和简易模袋。前者是由工厂生产的定型产品，而后者是用手工缝制而成的。
4、土工合成材料粘土垫层
土工合成材料粘土垫层是由两层或多层土工织物(或土工膜)中间夹一层膨润土粉末(或其他渗透性材料)以针刺(缝合或粘接)而成的―种复合材料。它与压实粘土垫层相比，具有体积小、质量轻、具柔性、密封性良好、抗剪强度较高、施工简便、适应不均匀沉降等优点，可以代替―般的粘土密封层，用于水利或土木工程中的防渗或密封设计。国外大量用于废料坑的底部防渗衬砌和顶部封盖。
四、土工合成材料的工程特性
（一）物理特性
1、厚度
土工合成材料厚度用mm表示，厚度变化对织物的孔隙率、透水性和过滤性等水力特性有很大的影响。常用的各种土工合成材料的厚度是：土工织物一般为0.1～5mm，最厚的可达十几毫米；土工膜一般为0.25～0.75mm，最厚的可达2～4mm；复合型材料有时采用较薄的土工膜，最薄可达0.1mm；土工格栅的厚度随部位的不同而异，其肋厚一般由0.5mm至几十毫米。有些材料在受压时厚度变化很大，需规定在某固定压力下测定厚度。一般规定此压力为2kpa。根据工程需要还应测试在20kpa、200kpa压力下的系列厚度。土工织物厚度可采用专门的厚度测试仪，土工膜厚度可直接用千分尺测定，―般要求加压面积为25cm2，试样面积应大于加压面积的2倍，加压时间30s，试样不少于10块。
2、单位面积质量
单位面积质量为单位面积土工合成材料具有的质量，它反映材料多方面的性能，如抗拉强度、顶破强度等力学性能以及孔隙率、渗透性等水力学性能。通常以g/m2表示，是土工合成材料的主要物理性能之一。土工织物和土工膜单位面积质量受原材料密度的影响，同时受厚度、外加剂和含水量的影响，常用的土工织物单位面积质量一般在50～1200g/m2的范围内。测定单位面积质量采用秤量法，试样面积为100cm2，数量不得少于10块，天平秤量读数应精确到0.01g(现场测试为0.1g)。测试前要求试样在标准大气压下恒温(20±2℃)，恒湿(65%±2%)24h。
（二）、力学特性
反映土工合成材料力学特性的指标主要有拉伸特性及抗拉强度、撕裂强度、顶破强度、刺破强度、穿透强度及握持强度等。
1、拉伸特性及抗拉强度
土工合成材料是柔性材料，大多通过其抗拉强度来承受荷载以发挥工程作用，因此抗拉强度及其应变是土工合成材料的主要特性指标。土工合成材料的抗拉强度与测定时的试样宽度、形状、约束条件有关，必须在标准规定的条件下测定。土工织物在受力过程中厚度是变化的，不易精确测定，故其受力大小一般以单位宽度所承受的力来表示，单位为kn/m或n/m，而不是习惯上所用的单位面积的应力来表示。
目前测定抗拉强度基本上是沿用纺织品条带拉伸试验方法，即把试样两端用夹具夹住，以一定的速率施加荷载进行拉伸直到破坏，测得试样自身断裂强度及变形，并绘出应力―应变曲线。目前条带拉伸试验的试样分宽条与窄条两种，宽条试样宽200mm、长100mm，宽长比B/L＝2；窄条试样宽50mm、长100mm，宽长比B/L=1/2。试验机具应选择具有等速拉伸性能、能测读拉伸过程中拉力和伸长量或直接记录拉力―伸长关系曲线的拉力机，同时要求试样的最大断裂力在满量程的10%～90%范围内。国内规定拉伸速率为50mm/min。
目前关于土工合成材料的拉伸力学特性一般采用室内无侧限拉伸试验进行测试。但现场埋设在填料中的土工筋材的力学特性因填料的约束作用而不同，人们曾通过对不同宽带的试件进行拉伸试验，以评价筋材受侧向约束的影响。但更科学的是应将筋材埋在填料中进行测试。此时的力学特性所受影响因素较多。有约束的拉伸试验表明，约束力将增加土工织物的抗拉强度和模量，对于土工格网和土工格栅，约束力的影响更为显著，因为除了界面的摩擦阻力外，筋材横肋所受拉伸方向的土压力还将约束其变形，从而增大了模量。
2、握持强度
土工织物承受集中力的现象普遍存在，握持强度是反映其分散集中力的能力。握持强度试验选用的仪器一般与条带拉伸试验相同，但试验方法不同。握持强度试验是握持试样两端部分宽度而进行的一种拉力试验。它的强度由两部分组成，一部分为试样被握持宽度的抗拉强度；一部分为相邻纤维提供的附加抗拉强度。它与条带拉伸强度之间没有简单的对比关系。由于各单位所采用的试样和夹具的尺寸不尽相同，试验的难度也较大，因此测得的成果相差很多。一般不宜作为设计依据。只可用作不同土工织物的抗拉强度的比较。土工织物握持力一般为0.3～6.0kn。
3、撕裂强度
土工织物和土工膜在铺设和使用过程中，常常会有不同程度的破损。撕裂强度反映了试样抵抗扩大破损裂口的能力，可评价不同土工织物和土工膜被扩大破损程度的难易，是土工合成材料应用中的重要力学指标。
目前撕裂强度试验仍沿用纺织品标准测试方法。常用的纺织品撕裂试验，按试样形状分为梯形法、翼形法以及舌形法，舌形法又分为单缝与双缝两种。目前多采用梯形法测定土工膜及土工织物的撕裂强度，这种试验从其加力方式看，近似于张拉试验。土工织物梯形撕裂强度值一般为0.15～30kn，不加筋土工膜的梯形撕裂强度值一般为0.03～0.4kn。
4、顶破强度刺破强度及穿透强度
在工程应用中，土工织物及土工膜常被置于两种不同粒径的材料之间，受到粒料的顶破作用，同样也将受到抛填粒料引起的法向荷载。根据粒径大小形状、土工织物及土工膜接触面的受力特征和破坏形式的不同，可分为顶破、刺破和穿透几种受力状态。
(1)顶破强度是反映土工织物及土工膜抵抗垂直织物平面的法向压力的能力。顶破试验与刺破强度试验相比，压力面积相对较大，材料呈双向受力状态。所用试验方法有液压胀破试验、圆球顶破试验和相CBR顶破试验。
(2)刺破强度是反映土工织物或土工膜抵抗小面积集中荷载(如有棱角的石子或树枝等)的能力。试验方法与圆球顶破试验相似，只是以金属杆代替圆球。
(3)穿透强度可通过穿透试验测得，这种试验是模拟工程施工中具有尖角的石块或其它锐利物落在土工织物或土工膜上的情况，用穿透试验所得孔眼的大小，评价土工织物或土工膜抵御穿透的能力。
（三）、水力学特性
由于土工织物、细孔土工网等土工合成材料可以使水及空气自由地通过，并能有效地截留和控制土颗粒的流失，因此被广泛他用作排水和过滤材料。为此必须研究其水力学特性，其主要包括两方面：―是透水与导水能力；二是阻止颗粒流失的能力。这些特性涉及到土工合成材料的孔隙率、孔径大小与分布情况、渗透特性等。土工织物的渗透特性是其重要水力学特性之一。在过滤标准及其它有关水力学中，是一项不可缺少的重要指标。根据工程的需要，通常要确定垂直于织物平面的渗透特性和平行于织物平面的渗透特性。垂直于织物平面的渗透特性，主要用垂直渗透系数表示。该系数是渗流的水力梯度等于1时的渗流速度，一般服从达西定律，土工织物的渗透系数约为～cm/s，其中无纺织物的渗透系数为～cm/s。使用土工膜的目的在于防渗，它可以阻挡水、水气、气体及有害物质(例如甲醇、丙酮和二甲苯等)的渗透。土工膜在水压力作用下产生渗流的原因是由于制造时的不均匀性和缺陷等因素所造成的，有些细微的通道，则是在一定的水压力下被水冲破而形成的，温度变化引起水体积变化，土工膜的渗透系数愈小，温度对试验结果的影响愈大。
（四）、耐久性
土工合成材料的耐久性包括许多方面，主要是指对紫外线辐射、温度变化、化学与生物侵蚀、干湿变化、冻融变化和机械磨损等外界因素变化的抵御能力，材料的耐久性主要与聚合物的类型及添加剂的性质有关。
土工合成材料的老化现象主要是因为高分子聚合物具有链节结构，受外界因素的影响发生降解反应或交联反应的结果。使材料老化的各种因素中，阳光辐射起着最重要的作用。紫外线具有很大的能量，能够切断许多聚合物的分子链，或者引发光氧化反应。其试验方法主要有自然老化和人工老化两大类，近几年采用了一系列措施以增加聚合物的抗老化能力，并取得了很好的效果。添加防老化剂、方法简便，效果显著，是当前防老化的主要途径。土工合成材料在有覆盖的情况下(或埋在土中)，老化速度缓慢。
聚合物对化学腐蚀一般具有较高的抵抗能力，但某些特殊的化学药剂或废品对聚合物有腐蚀作用。因而利用土工合成材料(土工膜)作污水或废物存储池的防渗材料时，对其化学稳定性要认真对待。土工合成材料在铺设过程中易受损伤，且不易被发现，国外试验研究发现，埋在土中的织物老化主要是由于机械伤引起的，铺设造成的孔洞是使材料强度降低的主要因素。孔洞数愈多，原始强度降低得愈多。在高温条件下，合成材料将发生熔融现象。有时温度虽未达到融点，聚合物分子结构也可能发生变化，影响材料的弹性模量和强度。有些聚合物在特别低的温度下，也使柔性降低、质地变脆，影响其力学特性，给施工及接缝造成困难。此外，干湿度和冻融变化可能使一部分空气或冰屑存在织物内部，影响其渗透特性。
五、土工合成材料的功能
土工合成材料具有多方面的功能，一种土工合成材料往往就兼有数种功能。随着土工复合材料的发展，所兼有的功能就更多。总的说来，土工合成材料的主要功能可归纳为六类，即过滤作用、排水作用、隔离作用、防渗作用、防护作用以及加筋作用。
1过滤作用
把土工织物置于土体表面或相邻土层之间，可以有效地阻止土颗粒通过。从而防止由于土颗粒的过量流失而造成土体的破坏。同时允许土中的水或气体通过织物自由排出，以免由于孔隙水压力的升高而造成土体的失稳等不利后果。
土工织物可适用于土石坝粘土心墙或粘土斜墙的滤层，土石坝或堤坝内的各种排水体的滤层，储灰坝或尾矿坝的初期坝上游坝面的滤层。堤、坝、河、渠及海岸块石或混凝土护坡的滤层，水闸下游护坡下部的滤层，挡土墙回填土中排水系统的滤层，排水暗道周边或碎石排水暗沟周边的滤层，水利工程中水井、减压井或测压管的滤层等。
2排水作用
有些土工合成材料可以在土体中形成排水通道，把土中的水分汇集起来，沿着材料的平面排出体外。较厚的针刺型无纺织物和某些具有较多孔隙的复合型土工合成材料都可以起排水作用。
它们可适用于土坝内垂直或水平排水，土坝或土堤中的防渗土工膜后面或混凝土护面下部的排水。埋入土体中消散孔隙水压力，软基处理中垂直排水，挡土墙后面的排水，各种建筑物后面的排水，排除隧洞周边渗水、减轻周边所承受的外水压力，人工填土地基或运动场地基的排水等。
3.隔离作用
隔离是指在两种物理力学性质不同的材料之间铺设土工合成材料，使它们不互相混杂。例如将碎石和细粒土隔离，软土和填土之间隔离等等。隔离可以为工程带来许多预期的良好效应，举例说明如下：
(1)通过隔离层，引起应力扩散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。
(2)隔离提供排水面，加速地基土固结，使承载力提高。
(3)隔离层起整体性作用，可使要求的地基粗粒料支持层的厚度减少，节约建筑材料。
(4)地基中有部分软弱区域，或有小范围洞穴，铺隔离层有架桥作用，以掩盖和减弱洞穴区或软弱区的影响。
(5)在地下水位较高的地基中，隔离层可以切断毛细水上升，防止盐碱化，或减弱冻胀。
(6)道路基床中，隔离是防治翻浆冒泥的有效措施。
(7)隔离层还起一定的保温作用。
用于隔离的土工合成材料应以它们在工程中的用途来确定。应用最多的是有纺和无纺土工织物。如果对材料的强度要求较高，有时还要求以土工网或土工格栅作为材料的垫层。当要求隔离防渗时，则需要土工膜或复合土工膜。
4防渗作用
土工膜和复合型土工合成材料，可以防止液体的渗漏、气体的挥发，保护环境或建筑物的安全。它们可用于土石坝和库区的防渗，渠道防渗，隧道和涵管周围防渗，防止各类大型液体容器或水池的渗漏和蒸发，屋顶防漏，用于修筑施工围堰等。
5防护作用
多种土工合成材料对土体或水面，可起防护作用。它们主要用于防止河岸或海岸被冲刷，防止垃圾、废料或废液污染地下水或散发臭味，防止水面蒸发或空气中灰尘污染水面，防止土体冻害等。
6加筋作用
很多土工合成材料埋在土体中，可以分布土体的应力，增加土体的模量，传递拉应力，限制土体侧向位移；还可以增加土体和其它材料之间的摩阻力，提高土体及有关建筑物的稳定性，土工织物、土工格栅、土工网及一些特种或复合型的土工合成材料，都具有加筋作用。它们可用于加强软弱地基，加强边坡稳定性，用作挡土墙回填土中的加筋或锚固挡土墙的面板，修筑包裹式挡土墙或桥台，加固柔性路面、防止反射裂缝的发展等。
六、结论
（一）土工合成材料应用中存在的问题
1、在工程实际应用中，设计对土工合成材料的技术指标、施工工艺和方法常有特定的要求，但个别工程实施后达不到预期效果。主要原因是施工技术问题，部分施工人员对这一新型材料还比较生疏，施工设备和方法比较落后，操作不规范，以致施工质量达不到设计要求。
2、土工合成材料本身制约着工程质量，有些产品工艺落后，成本较高，质量难以达到规定标准。
3、工程施工中，部分单位在购买材料时低价竟标，更有相当多的单位没有检测设备和检测人员，没有把好质量关。因此，土工合成材料在生产及施工应用上，还缺乏必要的、严格的行业管理。
（二）结论
《铁路路基土工合成材料应用技术规范》自实施以来，有力促进了铁路土工合成材料的应用，路基工程质量得到了质的提高。但由于设计理论的相对滞后，土工合成材料生产厂家众多，产品质量参差不齐，技术规范有关条款不易操作等诸多原因，限制了进一步的推广应用。我认为在规范修订时，如下方面予以考虑完善。
(1)增加土工合成材料生产原料的技术要求，分不同地区、不同的应用条件提出相应产品技术指标。对作为重要受力构件的材料(如加筋土挡土墙拉筋带)，要增加蠕变强度等指标。
(2)各类结构、构筑物的计算理论和方法要在规范中明确和进一步细化；随着工程实践的积累，宜增加高墙(如单级超过10m的加筋土挡土墙)、包裹式加筋土挡土墙、加陡边坡加筋路堤、土工格室加固软基等计算方法。
(3)补充新型土工合成材料，如经编土工格栅、立体植被网、双向拉伸土工格栅的应用条件和技术要求。
(4)吸收近年来土工合成材料应用的成功经验和教训，进一步完善设计和施工质量检验条款。
(5)参照国标和其它标准，统一材料名称，制定较详细的技术指标、检验(测)项目和标准。
土工合成材料在工程应用中有着极为突出的优势，在公路、铁路、水利、环保工程等方面，就地取材，原来不能利用的淤泥、沙土、碎石等采用土工合成材料后都能变成坚固的路基和挡墙，无需开山取石取土修建，有效地保护了自然生态环境，防止了水土流失和山体滑坡。随着科技的不断发展土工合成材料的用途将不断延伸，推广土工合成材料的首要目的和优势就是保护生态环境，有着其他材料不可替代的优点。
土工合成材料功能篇7
关键词：织造型土工布；非织造型土工布；生产工艺；应用现状；建议
中图分类号：tS176+.5文献标志码：a
DevelopmentStatus-quoandoutlookofGeotextiles
abstract：Basedonanalyzingdifferentproductionprocessesandtypesofrawmaterialsforgeotextiles，thepaperpointsoutthatnonwovengeotextileshavebroaderapplicationfields.italsointroducestwokindsofnonwovengeotextilesproductionprocesses，oneisbasedonfilamentspun-bondingandneedle-punchingtechnology，andtheotherisbasedonstapleneedle-punchingtechnology.then，byanalyzingthefunctionsofgeotextiles，itfurtherpointsoutthatcurrentapplications，suchasseepagepreventionprojects，theslidinglayerofballastlesstrackofhigh-speedrailway，flyashdumpyardprojects，tailingsdumpyardprojects，minedumpleachingprojectsandecologicalbagforslopeprotection，haveposedhigherrequirementsonthetenacity，alkali/acidresistance，corrosionresistanceandmildewresistance，etc.ofgeotextiles，therefore，high-tenacityandenvironment-resistantpolypropylenefilamentspun-bondedandneedle-punchedgeotextilesrepresentakeydevelopingtrendofthegeotextilesindustry.
Keywords：wovengeotextiles；nonwovengeotextiles；productionprocess；status-quoofapplication；suggestion
1土工布类型及生产工艺
土工合成材料作为一种新型的岩土工程材料，可以天然或人工合成聚合物（塑料、化纤、合成橡胶等）为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥加强（加固）或保护土体的作用。目前，土工布己经广泛应用于公路、铁路、水利、电力、建筑、海港、采矿、军工、环保等工程的各个领域。土工合成材料的主要品种有土工织物、土工格栅、土工网、土工膜、土工格室、土工复合材料、土工合成材料膨润土垫（GCL）、土工管、土工泡沫等。
1.1土工布类型
土工织物是以聚合物纤维为原料通过热压针刺、胶结、编织而成的透水性土工合成材料，又称土工布，包括织造、非织造等几种类型。织造型土工布包括编织（平织法、圆织法）、机织（平纹法、斜纹法）、针织（经编法、缝编法）等生产工艺生产的产品。非织造型土工布包括机械加固（针刺法、水刺法）、化学粘合（喷胶法、浸渍法）、热粘合（热轧法、热空气法）等生产工艺生产的产品。工程应用上可单独使用土工布，也可与土工格栅、土工膜、土工网等其他土工合成材料复合后使用。
织造型土工布出现于上世纪60年代，其特点是强度高、造价高，反滤、排水功能差，在工程应用中具有局限性。非织造型土工布开始于20世纪60年代末期，我国在80年代初期开始应用该材料于工程实体中。中国的非织造布工业虽然起步较晚，但是发展速度很快，高性能的原料赋予产品高的强力与耐用性，先进的生产工艺赋予产品良好的功能，使其应用范围不断扩大。特别是近30年来，随着针刺非织造、纺粘非织造工艺的推广，使非织造型土工布应用领域较织造型土工布更为广泛，得到快速发展，我国已发展成为世界非织造布生产大国，并逐步迈向生产强国。
1.2土工布原料
目前土工布原料主要以合成纤维为主。各种合成纤维的选用需结合工程实际情况，既要考虑所使用领域对其物理化学性能的要求，又要考虑产品成本，其中应用最普遍的是聚酯纤维和聚丙烯纤维，其次是聚酰胺纤维和聚乙烯醇缩醛纤维。聚酯纤维物理机械性能良好，具有优良的韧度和蠕变特性，熔点高、耐高温、耐老化，生产工艺成熟、市场占有率高。缺点是疏水性差、用于保温材料时容易积存冷凝水，低温下性能差、易玻璃化、强度降低，对酸、碱的耐抗性较差。聚丙烯纤维弹性好、瞬间弹性恢复优于聚酯纤维；耐酸碱性、耐磨性、耐霉变、耐低温性能优良；具有很好的疏水性和芯吸性能，能使水分沿纤维轴向传递到外层表面；密度小、仅为聚酯纤维的66%，经多次牵伸可以得到结构紧密、性能优越的细旦纤维，再配合加固过程可使其强度更加优越。缺点是不耐高温、软化点为130～160℃，耐光性差、在日光下易于老化分解，但可以通过添加紫外线吸收剂等助剂使其具备抗紫外线性能。
非织造土工布的原料除采用以上纤维外，还可采用黄麻纤维、聚乙烯纤维、聚乳酸（pLa）纤维等。天然纤维和特种纤维已逐步进入土工布各个应用领域，如天然纤维（黄麻、椰子壳纤维、竹浆纤维等）在路基、排水、护岸、控制土壤侵蚀等领域都有应用。随着新材料的不断开发，非织造土工布原料的选用范围不断扩展，加之生产技术的进步，越来越多的功能型土工布展露市场，显示出土工布发展的蓬勃生机。
1.3非织造型土工布生产工艺
相对于织造土工布，非织造土工布生产工序较少，生产效率较高、生产成本低，同时能制成较宽幅制品，因此近年来非织造土工布发展迅速。按成网方法的不同，常见的非织造型土工布生产工艺包括长丝纺粘针刺技术和短纤针刺技术。
长丝纺粘针刺技术是将聚合物加热熔融，纺成连续的长丝束，经气流牵伸，赋予纤维强力，不规则地铺放在传送带上形成纤网，当长丝束还未完全凝固时，用针刺法加固后一步法成形的非织造技术。这种技术工艺流程短、产量高，生产出的土工布在同等规格条件下抗拉强度、撕裂强度、断裂伸长以及纵横向比等性能均比短纤维针刺土工布优越得多，适用于增强和加固等工程应用。但纺粘针刺工艺设备投资大，成网均匀度、产品变换的灵活性差，不适合小批量、多品种的生产。
短纤针刺技术是通过聚合物加热熔融、纺丝、牵伸、卷曲定形、切断、打包制成短纤维材料，以及短纤维开清、梳理、铺网、针刺固结成布两步法成形的非织造技术，该产品厚度大、密度高、结构蓬松，吸水和透水性能好，抗形变能力强，尤其适合做反过滤材料。针刺法非织造布工艺流程短，运用原料品种多，设备结构简单，一次性投资少，因此以短纤针刺加工的土工布是我国目前用量最大的非织造土工布。
2土工布主要功能
土工布的用途多种多样，其主要功能包括过滤、排水、隔离、加筋、防护和防渗等。
2.1过滤作用
由于土工布具有良好的透水、透气性，将其置于土体结构中可允许土体内部的液体通过并排出，同时起到保土作用，能有效阻止上游土颗粒、细砂及小石料的流失，防止土体破坏，保持工程的安全稳定。如用土工布阻止土粒迁移渗入排水骨料或排水管，同时保持排水系统正常工作；在海岸和河岸的抛石防护层和其它护岸材料下面铺设土工布，能阻止土壤的冲蚀，防止河岸塌陷等。
2.2排水作用
土工布作为一种良好的导水材料，材料本身做为排水通道，可将土体结构内部的水分汇集在土工布内，沿着材料缓慢地排出土体。目前已广泛用于土石坝排水、地下排水、路基、挡土墙及软土地基排水等工程。如铺设于路堤底部垫层中的土工布可作为排水通道排除地下水，也可作为加筋材料提高路堤稳定性。
2.3隔离作用
隔离作用是指土工布能够把两种具有不同性质的材料隔离开来，以免相互混杂而失去各种材料的整体性和结构完整性。如铺设于普通铁路道砟与路基之间的土工布可有效隔离碎石道碴与土路基。
2.4加筋作用
土工布置于土体内部作为加筋材料，或土工布与土相结合形成一个复合体，加筋复合土体与未加筋土体相比，其强度及变形性能都得到明显的改善。如用土工布加筋可提高土体的抗拉强度，从而能够建造加筋土陡边坡或加筋土挡墙；加筋垫层中的土工布可提高路堤的稳定性等。
2.5防渗作用
将土工布和土工膜等复合后具有较低的透水（气）性，可阻止液体或气体流动和扩散，发挥防渗作用或包容作用。如水库防渗、土石坝防渗以及垃圾填埋场防渗等。
2.6防护作用
通过设置土工布防护措施，可减少由降雨冲击和地表水径流造成的土壤流失。如将土工布与土工网复合后铺在边坡土体的表面，可以有效地避免或减轻降水和地表径流的侵蚀；用土工布制成的泥沙栅栏能够滤掉浑浊径流中的悬浮泥土颗粒等。
2.7其他
除此以外，土工布还能发挥其它方面的作用。如土工布织袋包裹碎石桩可有效提高碎石桩的强度、减小桩体侧向位移。土工布也可用作混凝土模袋和沙袋。用土工布制成的圆柱形土工管袋可以采用水力充填方式构成海岸线堤防等。
3土工布应用现状分析
随着社会发展、应用范围的扩大和使用功能需要的提高，非织造土工布在应用过程中会遇到各种使用环境，进而对土工布的性能要求也越来越高。
3.1防渗工程
在垃圾填埋场、污染物储存池、污水处理厂、环保及水工结构防渗等领域，土工布与土工膜复合后可实现其防渗功能。但由于垃圾填埋场垃圾成分较为复杂，同一垃圾填埋场不同区域垃圾渗沥液的酸碱性也不尽相同，复杂的酸碱性条件对土工布的耐酸碱性能提出了严格要求。基于工程的长期性考虑，要求土工布具有耐环境温度、抗腐蚀、高强度、耐酸碱性能好、耐久性好等特点。
3.2高铁无砟轨道滑动层
为了阻断桥梁因温度变化而产生的伸缩变形对纵连轨道结构的影响、减小轨道系统与桥梁间的相互作用，确保轨道结构的稳定和平顺，我国铁路客运专线对桥上CRtSⅡ型板式无砟轨道系统的重要组成部分――“两布一膜”滑动层，即2层土工布中间夹1层土工膜（400g布+1.0HDpe膜+200g布）的下层土工布以及CRtSiii型板式无砟轨道隔离层土工布提出了严格要求。通过胶粘剂将该层土工布粘在梁面防水层或梁面上时，由于底座混凝土板呈碱性，土工布应具有优良的耐酸碱性、耐腐蚀、耐霉变性和耐磨性。
3.3粉煤灰堆龉こ
粉煤灰是电厂的废弃物，长期堆放时需要进行隔离处置。粉煤灰遇水后pH值会瞬时增加，且随着时间的延长pH值继续增长，最大可达12以上，呈强碱性，因此粉煤灰堆场对土工布的耐久性要求非常严格。
3.4尾矿库堆场工程
为了提高尾矿库坝体的稳定性并减少对周围环境的影响，需对尾矿库堆场进行防渗和加筋防护处理，而金、铅、铜、氧化铝、汞、镉、铬和钼等金属尾矿库的渗沥液基本呈碱性，甚至呈强碱性，土工布及复合土工布的耐酸碱性需满足耐久性要求。
3.5矿山堆浸场工程
中国矿产资源总量丰富，但具有品位低、矿石复杂难处理等特点，堆浸采矿技术是我国矿冶界应用最广泛的采矿技术，但选矿厂浸出液渗漏后会对地下水及土壤造成污染，破坏环境。为了有效地阻止呈酸碱性的浸出液渗漏，选用的土工布必须具有良好的耐酸碱性。
3.6生态袋边坡防护工程
生态袋是由以聚丙烯为原料制成的高强度、平面稳定的针刺非织造土工布加工而成的袋子。生态袋具有很强的耐腐蚀性、抗紫外线性能，不降解，可以抵抗虫害的侵蚀，且抗老化、抗酸碱盐侵蚀及微生物分解。其透水不透土的功能既能防止袋内填充物（土壤及营养材料混合物）流失，又能实现水分在土壤中的正常交流，植物生长所需的水分可得到有效的保持和及时的补充，植物能通过袋体自由生长，根系进入工程基础土壤中，形成袋体与土体坡面间的再次稳固作用，是公路铁路边坡绿化防护、荒山矿山修复、河岸护坡和内河整治中重要的施工方法之一。综上所述，生态袋也应具备良好的耐酸碱性能。
由于目前常见的聚酯土工布耐酸碱性能较差，在碱性环境中强度和延伸率会下降，影响其使用性能和耐久性。而高强聚丙烯长丝纺粘针刺土工布由于强度高、延伸率低、抗形变能力强，密度小、施工简便，耐腐蚀性优异、适用于各种酸碱环境，不吸水，透水、导水性能良好等特点，已成为土工布行业的重要发展方向。
4土工布行业发展建议
依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006―2020年）》，科技部启动了国家重点研发计划“重点基础材料技术提升与产业化”重点专项，提出进行土工材料在应用环境条件下的服役行为与失效机理研究以及高强度、耐老化土工材料研制等系列研究工作。
该专项的目的是以提升大宗基础材料产业科技创新能力和整体竞争力为出发点，以国家重大工程和战略性新兴产业发展需求为牵引，着力解决重点基础材料产业面临的产品同质化、低值化，环境负荷重等重大共性问题，推进基础性原材料重点产业的结构调整与产业升级。通过基础材料的设计开发、制造流程及工艺优化等关键技术和国产化装备的重点突破，实现重点基础材料产品的高性能和高附加值，提升我国基础材料产业整体竞争力，满足我国高端制造业、战略性新兴产业创新发展的急需，槲夜参与全球新一轮产业变革与竞争提供支撑，实现我国材料产业由大变强、材料技术由跟跑型为主向并行和领跑型转变。
土工合成材料功能篇8
关键词：土工合成材料；工程管道；市政工程
中图分类号：tU99文献标识码：a
目前，市政管道工程，尤其是流沙、软土地质地区进行市政管道工程的修建时，常常会发生盲沟管淤堵、路面塌陷、管口脱开漏水等现象，需要耗费大量的财力、人力和物力进行维修。追其原因可以发现，大多数流沙地质条件下发生管道问题是因为在施工期间采取了不恰当的降水措施从而使地基土受到扰动造成的；大多数软土地区出现管道问题都是因为在地基条件相对较差的情况下使用砂石基础的柔性接口管道，后期不均匀沉降致使管道接口破坏从而发生漏水。对于天津地区而言，为配合道路工程建设，很多管槽回填的都是碎石料，当级配不良时，地基会受到一定程度的扰动，甚至会导致路面出现严重的坍塌现象。土工合成材料的原料是人工合成的聚合物，例如合成橡胶、化纤、塑料等，将它们做成产品，放到各种土体间或者土体的表面或内部，可以起到保护土体、使土体防渗、排水、隔离、反滤功能增强的效果。土工合成材料的广泛应用和迅速发展，使市政管道工程难题的解决又多了一个新方法。
1、土工合成材料在盲沟排水设施建设中的应用
对于盲沟排水设施而言，其主要存在于明开槽施工降水工程、填埋场库区以及挡土墙和地道工程建设之中。在确保级配良好的条件下，砂石料在滤水管周围进行回填施工，并将其作为反滤层，这是最传统的盲沟排水方法之一。实践证明，因盲沟管的断面非常的小，所以整个施工过程中，反滤料级配很难受到有效的控制，而且当盲沟管发生堵塞问题时，会影响工程运行效率。
现如今，由于土工合成材料的发展极为迅速，出现了很多新的产品，在工程中已经使用土工织物和塑料盲沟管材进行盲沟排水，塑料排水盲沟管具有很强的适应不均匀变形的能力和抗压能力，孔隙率可以高达90%，将其与土工布的反滤功能有机的结合在一起，最常用的方法就是将土工合成材料沿侧壁、槽底铺设，将10厘米的级配砂石料铺设到它的上面，然后铺设塑料盲沟管材，在管顶以上15厘米处回填级配砂石料，在回填的级配砂石料顶面将土工合成材料搭接封闭，如图1所示，按照具体工程在其上进行回填。这里的土工合成材料起到了保土和反滤的功能，同时还排水能力也很强。如果工程有较高的要求，可以将一层土工织物包覆到排水管的外侧。现在也有塑料盲沟管和土工布的复合成品管材。
2、流砂土质区管道病害常见的原因
流砂是一种地质现象，它常常发生在地基被渗透破坏的不良工程中，是由于地下水渗流而使渗透力对土体发生作用而产生的。土体自身的渗流通道、水利条件、组织结构条件等因素与流砂现象的发展和发生有一定的关系。容易发生流砂现象的土层需要使如下条件得到满足：
土的不均匀系数小于5；
土的颗粒组成中，粉粒含量大于百分之七十五，粘粒含量小于百分之十；
地层中的粉细砂层或粉土层的厚度大于二十五厘米；
处于饱和的状态，含水量高于百分之三十。
通常情况下，流砂现象常出现在松散、饱和的粉砂地质、粉土、砂土地质中。在粉土层和粉砂中，因为其具有较小的渗透系数，所以常常出现塑性泥流或者流砂；而在砂性土层内，流砂常常是土体颗粒从少到多、从细到粗的渐进工程。
在流砂土质区，尤其是具有较高地下水位的情形下，明开槽铺设市政管道的时候，主要有以下两个病害：
第一，在施工开槽中，控制施工降排水和基坑支护是非常重要的。如果采用不当的降水和基坑支护措施，侧壁渗漏处和基槽底部就可能发生土体跑冒流失的现象，在存在降水井的位置，地下水可能将土中的细砂粒、粉砂以及粉粒等冲走。由于土体颗粒流失，扰动了管槽周围的土体，使地面的沉降存在了问题，更有甚者可能会造成边坡塌方，基坑工程施工的条件变得恶化，已建成的附近工程有下沉或开裂的现象产生。
第二，在进行管道施工过程中，大多沟槽都采用碎石料进行回填，假如孔隙率由于管道砂石基础和周围回填碎石料的级配不良而增大，在流砂地质的情况下，地下水位在施工结束后回升或者别的原因致使地下水位变动都可以让周围的土体颗粒随着渗透水流对管周碎石的孔隙进行充填，使原状的地基土受到扰动。如果管道发生局部破裂或者脱口的现象，土体颗粒将随着缝隙流入管道中，沿着管道的水流进行不断的流失，从而使得管周的土体被掏空，地面沉陷，更严重的可能会使周边建筑物受到影响。
3、应用土工合成材料解决沟槽回填病害的方法
一般情况下，粉砂土层和粉土容易产生流砂土质，它的地基承载力通常大于100千帕。如果场区具有较高的地下水位、管上地面进行碎石料回填时，能够采用此方法：将土工合成材料沿侧壁和槽底进行铺设，它的上面将砂石作为基础，用级配良好的碎石料对管顶及关侧以上不小于40厘米的地方进行回填，保证密实度不小于90%，在回填的碎石料顶面对土工合成材料就行搭接封闭，如图2所示，对其上进行回填时按照道路的要求进行。这里的土工合成材料起到了保土和反滤的功能，通过可以选用无纺或有纺土工织物，最好选择土工织物质量为每平方米300到500克。
软土地基主要分布在滨海地区，具有较低的地基承载力，后期承载量不均匀且量很大，持续沉降的世界比较长，尤其是市政基础设施建设在一些新进吹填的近海地区时这些问题更严重。现在将市政管道修建在软土地区时，如果地基承载力小于70千帕时常使用钢筋混凝土基础，如果地基承载力不小于70千帕，同时又小于100千帕，常使用砂石基础，在它的下边进行一定厚度的软土超挖，通过换填垫层的方法对其进行处理。对于开槽都很困难的滨海地区，超挖更是将难度增加，而且使用常规的换填垫层方法处理并没有对管道不均匀沉降的现象起到很好的效果。
加筋处理软土地基时使用土工合成材料，不仅能够将超挖换填的厚度减小，还能在将地基承载力提高的同时，很好的对管道不均匀沉降进行控制。它的主要方法是将200毫米厚的中粗砂铺设在软弱基土的顶面，将土工织物铺设到它的上边，如图3所示，然后再将砂石基础做好，对管道进行铺设。选择土工合成材料进行地基强化时可以选择高强土工布、土工筋带、土工网以及土工格栅等等。
结语：随着土工合成材料的快速发展，以及成功的在工程领域进行运用，对市政管道工程常见的一些问题的防治和处理起到了非常关键的作用。土工合成材料的主要功能是防护、防渗、隔离、排水、反滤和加筋，在进行土工合成材料的具体应用时，选择材料要按照具体的工程结构和应用目的进行合理选择。将土工合成材料完美的应用到市政管道工程中，为市政管道工程的发展增添一份力量。
参考文献:
[1]卢全轩.土工合成材料在水利工程中应用的寿命问题[J].广西水利水电.2009（03）.
[2]陈斌.土工合成材料在水利工程中的应用及其施工方法研究[J].价值工程.2013（07）.
[3]刘征.土工合成材料在市政道路工程中的应用[J].知识经济.2012（02）.
土工合成材料功能篇9
关键词聚合物改性水泥复合材料；高层建筑；应用；作用
中图分类号tU5文献标识码a文章编号1674-6708（2011）47-0134-02
聚合物改性水泥复合材料具备高粘性、高抗渗性、防腐、耐磨等性能，这些突出的特性引起了世界范围内对聚合物改性水泥材料的广泛研究和应用[1]。比如聚合物改性水泥混凝土路面。这种路面强度高、韧性好，透水性强，能让路面平整性和舒适度明显强于普通沥青路面，可以更好地解决路面积水和噪音问题。自20世纪90年代后，当前大量高层建筑中应用广泛使用聚合物改性水泥复合材料[2]。本文目的就是通过对聚合物改性水泥复合材料性能的深入研究，探讨聚合物改性水泥复合材料在高层建筑材料应用中的作用。
1聚合物改性水泥复合材料的分类与性能
1.1聚合物改性水泥复合材料的分类
聚合物改性水泥复合材料外加剂按其主要功能分为四类：一是调节聚合物改性水泥复合材料凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂、速凝剂等；二是聚合物改性水泥复合材料拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂、和泵送剂等；三是聚合物改性水泥复合材料其它性能的外加剂，包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等；四是聚合物改性水泥复合材料耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂等。
1.2聚合物改性水泥复合材料的性能
使用聚合物改性水泥复合材料，可以在不增加用水量的情况下提高和易性，改善新拌聚合物改性水泥复合材料的性能按照我们的意愿随意调节初凝时间、改善渗透性与可泵性、减少沉降或产生微小膨胀。改善硬化后聚合物改性水泥复合材料的性能，提高强度、加速早期强度增长率、提高耐久性或抵抗严酷的暴露条件、提高抗渗性能、改善抗冲击与抗磨损的能力等作用[3]。
2聚合物改性水泥复合材料在高层建筑中的应用
聚合物改性水泥复合材料随聚合物的种类以及掺量的不同，表现出不同的独特性能，从而能够开发出一系列的特种功能性材料。以下几种材料是聚合物改性水泥复合材料的典型应用。
2.1混凝土修补材料
由于混凝土的特性限制，以其为主体构建的建筑物在酸雨、盐雾等特殊天气的影响下，往往会出现开裂，剥落的现象，影响建筑物美观，也减少使用寿命，为此必须对其进行及时修补，聚合物改性水泥复合材料因具有较高的强度、粘接性能、抗渗防腐蚀和低收缩性能等特点而收到青睐。目前，聚合物改性水泥复合材料已在国外得到广泛应用，主要用于对道路、桥梁面层的修补和结构浇筑。
2.2粘接及界面处理材料
聚合物改性水泥复合材料因具有较高粘接强度和较好的耐久性，而可用作粘接及界面处理材料。如墙地砖粘结剂、外保温体系粘结剂、混凝土界面剂等。
2.3防水材料
建筑工程防水是聚合物改性水泥复合材料的一大应用领域。聚合物改性水泥防水材料又分为防水砂浆、防水涂料两大类型。由于其独特的性能而受到防水界欢迎。是21世纪初逐渐兴起的一种新型防水材料。
2.4混凝土防腐、防护材料
我国有些单位和建筑商对建筑不够重视，造成一些混凝土的建筑物因为墙体外露而出现裂痕，影响耐久性和美观性。我们可以采用聚合物改性水泥复合材料，它具有良好的抵抗化学腐蚀性，可以在混凝土防护领域广泛应用，在外墙外保温体系、地面、游泳池、储水池、隧道及管道的保护层中应用聚合物改性水泥复合材料，可以有效减轻风吹日晒对建筑物的影响，延长建筑物使用寿命，
2.5其它应用
此外，聚合物改性水泥复合材料还可广泛地用作耐磨工业地坪、耐冲刷水工材料、纤维增强混凝土和喷射混凝土等工程材料。
3聚合物改性水泥复合材料在高层建筑中的应用案例
3.1保温工程
聚合物改性水泥复合材料已成功用于epS薄抹灰外墙外保温工程粘结剂及保护层抹面砂浆。该砂浆先后在多个小区得到成功应用，外保温施工面积达二十多万平方米。比如梅江芳水园小区、华苑绮华里小区、龙滨园小区等，同时，像天津游泳跳水馆等一些场馆的保温改造工程中也使用了聚合物改性水泥复合材料及工艺。
3.2防护工程
目前，聚合物改性水泥复合材料凭借良好的质量，优惠的价格在我国很多地方广泛应用，在我国的天津八里台立交桥、王顶堤立交桥等其他城市的城建项目和市政桥梁混凝土防护工程中都有它的身影。
3.3厕浴间防水工程
聚合物改性水泥复合材料和施工技术的应用具有施工简单、造价低的优点，并且施工效果也很好，可以广泛应用于厕所、浴池、养鱼池等，比如凯悦饭店厕浴间和养鱼池，天津振兴水泥厂和桃香园小区淋浴室都采用了这种材料和技术，取得了较好的效果，另外，天津泰达大厦厕浴间也已成功应用。其基底为水泥石棉板，经比较采用防水砂浆在水泥石棉板上抹两遍约5mm的防水涂层，之后直接贴瓷砖，整个工程就完工了，工期减少，质量提高，效果比较明显。
3.4地下室防水工程
聚合物改性水泥复合材料用于地下室防水的成功例子也有很多。比如天津BBa集团厂房地下室采用了这种材料和技术，天津技术师范学院图书馆地下室等工程的防水也得到了成功应用。
总之，聚合物改性聚合物改性水泥复合材料水性环保、施工简便、性能可靠，是一种可广泛应用于各种高层建筑的性能可靠的新型功能性材料。
参考文献
[1]李应权，徐永模，韩立林.新一代聚合物水泥类防水涂料的性能与固化机理[J].化学建材，2006(6)：27-30．
[2]曲淑英.聚合物改性水泥砂浆[J].新型建筑材料，2008(5)：21-22．
[3]王春久.水泥改性与水泥基防水材料[J].中国建筑防水，2009(1)：26-28．
[4]杨永锋.也谈聚合物-水泥基复合防水材料的刚性-柔性突变[J].中国建筑防水，2010(4)：14-15．
[5]袁大伟.聚合物水泥若干问题探讨[J].中国建筑防水，2011(4)：22-24．
土工合成材料功能篇10
关键词：智能材料；土木工程；光导纤维；压电材料
引言
世界范围内，第一次智能材料的研发成功始于上世纪七十年代的美国，到八十年代，复合智能材料的应用风靡全球，美国首先提出了智能材料结构的概念。智能材料的智能主要体现在，其具备感知内外部环境变化的能力，并通过分析判断来调正自身以适度符合环境。目前，随着光钎、压磁、压电和形状记忆合金等材料的发展，智能材料已经被广泛应用于土木工程的各个领域。最基本的智能材料一般被称为感知材料，其可以感知内外部刺激的材料。通过感知内外部条件变化，并做出适应环境调整的材料被称作驱动材料[1]。现在的智能材料，一般需要多种材料复合组装来实现环境变化情况下材料结构的诊断、修复、调整[2]。
1智能材料在土木工程中的应用
1.1光导纤维在混泥土材料的监控
光导纤维材料，是一种光通信介质，其最大优点是传输速度快、信号衰减低和并行处理能力较强，经常被用于高要求的通信传输中。光导纤维和光纤传感器在土木工程中，主要用于对混泥土固化的监控。混泥土结构最大的缺点是抗拉强度弱、内部钢筋容易被腐蚀等，在大面积浇筑过程中由于混泥土结构内部和外部温度差异而导致混泥土块体出现裂缝。这种情况下，将光纤作为传感元件埋入混泥土结构中，对结构的强度、温度、变形、裂缝、振动等可能引起混泥土结构损伤的危险因素进行检测、诊断、预报。更进一步，如果控制元件能接入信息处理系统，并引入形状记忆类金属等智能材料，形成完整的控制系统，将能实现混泥土材料的自适应功能――这正是目前智能材料结构系统在土木工程中应用的前沿课题。
1.2压电材料
压电材料一般是指在收到压力后，材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知，利用传感器输出结果，从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上，采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量，从而实现对于结构震动的控制，这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步，压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。
1.3压磁材料
压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理，当磁场的强度高于临界强度时，磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质，控制流体特性实施时需要较低的能量，因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点，磁流变材料可用于高层建筑的结构中，实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔，使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应，这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换，这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。
1.4形状记忆合金
形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的智能材料。形状记忆合金的形状被改变后，在一定条件下能激发其形状记忆效应，这一过程中，材料产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变，同时具有较强的能量传输储存能力。基于这一特性，形状记忆合金在土木工程中最大的用处是用于各种结构中来实现结构的自我诊断、增加材料的韧性和强度等、增强材料的适应控制。形状记忆合金还可以被研制成智能驱动器，用于对结构变形、裂缝和振动方面的控制。形状记忆合金具有较高相变回复力，结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统，该系统可实现相变伪弹性性能，可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。目前的土木工程实践中，通常在结构层间或底部等受地震作用较大的位置安置形状记忆合金被动耗能控制系统，用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知，进而起到消耗地震能量的作用。
2智能材料的优点局限性
土木工程中应用的智能材料具有反馈信息、自我诊断、自我修复、自适应能能力，实践也表明，智能材料在实际土木工程中的应用使得工程结构具有高强度和耐久性等特点，同时能智能化地执行指令，能较好的适应外部环境的变化。但上述的光纤、形状记忆合金、压电和压磁等材料，本质上属于高智能复合材料，其最大的局限性在于使用成本很高，造价太贵。这一缺点，使得目前对于智能材料的应用智能局限于档次较高、标准较高的建筑工程，智能材料在普通民居建筑中的应用还遥遥无期。另外，智能材料的应用需要相应的技术和配套材料设备的配合支撑，在施工中对于施工技术和工艺的要求较高。因此，但就目前看，对智能材料的应用还不可能实现全方位的广泛普及，但是，智能材料可能是未来土木工程材料的研究和发展方向。
3结束语
综上所述，智能材料在土木工程中的应用弥补了传统建筑结构适应环境能力弱的缺点，将建筑结构需要人为检测转向建筑结构带自我检测、调整和适应功能。目前智能材料的应用还局限在少部分高要求和高标准的建筑项目，科学界对于智能材料以及相关技术和配套设备的研究，是未来智能材料能广泛应用与土木工程结构的前提和基础。
参考文献
[1]周剑霞，刘冬梅.智能材料在土木工程中的应用浅析[J].科技与企业，2014（7）：216.