隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，水利大壩、高速公路、高速鐵路、礦山、垃圾填埋場等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芡凉そㄖ牧系男枨蠹ぴ?。“十三五”期間，國家高度重視土木建筑行業(yè)，科技部也啟動了重點研發(fā)計劃專項項目，提出了土工建筑增強材料制備與應(yīng)用等研究工作。功能性耐候型土工布具有耐光照、耐溫度、耐老化、使用壽命長等特點，其開發(fā)及應(yīng)用將促進各行業(yè)的科技革新，對推動我國土工建筑材料制造技術(shù)的發(fā)展及我國建筑與工程領(lǐng)域應(yīng)用水平的提高具有重要意義。和生金公司為土工布生產(chǎn)企業(yè)，歡迎提供樣品、標(biāo)準(zhǔn)，來廠實地考察咨詢定制！
1.1 原料
土工布原料選擇要結(jié)合工程實際情況，在滿足所應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ湮锢怼⒒瘜W(xué)性能要求的同時，又要兼顧產(chǎn)品的成本。一般情況下，合成纖維與天然纖維相比，在強度、耐酸堿性、耐久性等方面要好，因此土工布原料多采用合成纖維。在合成纖維中，目前全球土工布中最常用的原料是聚丙烯纖維，其次是聚酯纖維，而聚酰胺纖維、聚乙烯醇纖維等在生產(chǎn)中使用較少。其中，聚丙烯纖維價格低廉，具有優(yōu)良的疏水性能，耐磨性僅次于聚酰胺纖維，在伸長3%時其彈性回復(fù)率可達96% ～100%，耐酸、耐霉變、耐低溫性能優(yōu)良，但其對光、熱穩(wěn)定性較差，可通過加入抗氧化劑、光穩(wěn)定劑及采取共聚、交聯(lián)等方法來解決，主要用于制備土工布、土工膜和雙向土工格柵。聚酯纖維具有優(yōu)良的彈性、耐沖擊性、耐熱性，且抗蟲蛀、抗霉菌性能良好，在150 ℃下加熱1 000 h后強度保持率大于50%，但其染色性能較差且僅耐一般的有機溶劑，不耐酸堿，對堿性溶液很敏感，主要用于制造土工布和土工膜。
土工布的原料除采用上述合成纖維外，還可采用黃麻、紅麻等天然纖維，特種纖維以及無機纖維等。隨著高科技纖維在紡織品中的不斷應(yīng)用，土工布原料的選用范圍不斷增大，再加上加固工藝和生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步，功能性耐候型土工布展現(xiàn)出蓬勃的市場生機。
1.2 分類
土工布按照加工和生產(chǎn)方式的不同可以分為織造型土工布、非織造型土工布和復(fù)合型土工布?？椩煨屯凉げ际侵竿ㄟ^編織、機織、針織等工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品；非織造型土工布是指由定向或隨機取向的纖維、長絲、條帶或其他成分，通過機械加固、化學(xué)黏合或熱黏合等方法制成的產(chǎn)品；復(fù)合型土工布與前兩種類型的土工布相比更具優(yōu)勢，它是由兩種或兩種以上土工布或土工布有關(guān)產(chǎn)品經(jīng)物理或化學(xué)黏合以及機械法復(fù)合而成，是一種極具開發(fā)和應(yīng)用前景的土工合成材料。
1.3 主要功能及性能要求
土工布的功能多種多樣，可以綜合歸納為過濾、排水、防滲、隔離、加筋、防護等 6 種基本功能。土工布在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，性能要求也有所不同，隨著技術(shù)的進步和應(yīng)用領(lǐng)域的日趨復(fù)雜，逐漸從單功能向多功能方向發(fā)展。
1.3.1 過濾功能
表面土層和相鄰?fù)翆又g放置土工布作為過濾材料，在水和氣體能夠自由排出的同時能有效阻止土顆粒通過，減少對土體環(huán)境造成破壞。如土石壩黏土心墻或斜墻的濾層、水閘下游護坦或護坡下部的濾層、水利工程中水井或測壓管的濾層等。作為過濾材料時，應(yīng)具有優(yōu)異的垂直滲透性、保土性、防堵性，同時應(yīng)具有耐水解、耐酸堿、耐老化等性能。
1.3.2 排水功能
土工布可以在土體中形成排水通道，使水流沿著材料平面排出體外。如土壩內(nèi)部垂直或水平排水、人工鎮(zhèn)土基或運動場地基的排水等。作為排水材料時，應(yīng)具有優(yōu)異的水平滲透性和一定的厚度，同時也應(yīng)有耐水解、耐酸堿、耐老化等性能。
1.3.3 防滲功能
土工布與土工膜復(fù)合后制備的土工復(fù)合材料，能有效防止液體大量滲透。如土石壩的防滲斜墻或心墻、水閘上游護坦及護坡防滲、渠道防滲等。要求防滲土工布具有較低的透水性，良好的物理機械性能、耐酸堿、耐氣候、耐霉變等性能。
1.3.4 隔離功能
將不同性能的材料進行有效分離，阻止土工布兩邊的材料混合、滲透，從而使得材料和結(jié)構(gòu)的完整性、系統(tǒng)性得到很好的保留。例如路基與地基的隔離層、鐵路路基與道砟的隔離層、堤身填料和軟土地基的隔離層等。作為隔離材料時，土工布需具有較好的物理機械性能、耐高溫性、耐酸堿性、耐久性、耐霉變性和耐磨性。
1.3.5 加筋功能
土工布埋在土體之中，依靠土工布與周圍土體之間的界面摩擦阻力限制土體側(cè)向移動，增加土體承載力，使得土體和建筑穩(wěn)定性得到改善，提高土體的抗剪強度。如用于加強軟弱地基、加固柔性路面、增加邊坡穩(wěn)定性等。作為加筋材料時，應(yīng)具有高抗拉強度和低伸長率，要求其抗拉強度不小于20 kN/m，伸長率應(yīng)小于10%，同時具有低蠕變性能、耐磨性好、耐久性佳和界面摩擦系數(shù)高等特點。
1.3.6 防護功能
土工布可以通過擴散、傳遞以及分解集中應(yīng)力等方式防止或減小外力作用帶來的損害，從而使土體得到保護。如用于防止水流沖刷堤岸、防止路面反射裂縫、土體防凍等。作為防護材料時，應(yīng)具有優(yōu)異的抗拉強度、刺破強度、撕裂強度、頂破強度，同時應(yīng)具有良好的均勻性、耐磨性、耐溫性、耐久性、耐水洗性和耐酸堿性能等。
2 功能性耐候型土工布重點應(yīng)用領(lǐng)域
“十三五”期間，隨著國家對土木工程領(lǐng)域的重視和“一帶一路”倡議的實施，土工布行業(yè)巨大的市場潛力被發(fā)掘出來。功能性耐候型土工布作為土工布中性能優(yōu)異的典型代表而得到廣泛應(yīng)用。
2.1 水利工程
水災(zāi)防治、水資源的充分開發(fā)利用成為當(dāng)代社會經(jīng)濟發(fā)展的重大課題，水利工程的安危關(guān)系到國計民生。2016年國家提出了《水利改革發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，規(guī)劃到2020年基本建成與經(jīng)濟社會發(fā)展要求相適應(yīng)的防洪抗旱減災(zāi)、水資源合理配置和高效利用等利于水利科學(xué)發(fā)展的制度體系，國家水安全保障綜合能力顯著增強。
為達到上述目標(biāo)，國家不斷加大對水利建設(shè)的投入，2016年全國水利建設(shè)完成投資額6 099.6億元，2017為7 132.46億元，2018年為7 934.8億元。隨著政策紅利持續(xù)釋放，資金將繼續(xù)涌入防洪救災(zāi)、黃河流域治理、長江堤防、長江口深水航道等水利工程中，這些工程需大量使用土工布為其提供過濾、排水、防護等作用，為土工布行業(yè)的市場帶來機遇。
2.2 公路與鐵路工程
我國公路與鐵路的建設(shè)與養(yǎng)護已步入高峰期。據(jù)統(tǒng)計，截止到2018年末，我國公路總里程已達484.65萬公里，其中高速公路達14.26萬公里，居世界第一，高速公路覆蓋97%的20萬以上人口城市及地級行政中心，全國鐵路營業(yè)里程達到13.1萬公里以上，其中高鐵超2.9萬公里?！秶夜肪W(wǎng)規(guī)劃（2013 — 2030年）》提出，未來我國公路總里程將達到580萬公里；《鐵路“十三五”發(fā)展規(guī)劃》提出，到2020年全國鐵路營業(yè)里程將達到15萬公里，其中高速鐵路 3 萬公里。而公路與鐵路的建設(shè)與養(yǎng)護均需使用土工布為其提供加筋、隔離、防護等作用，這將為土工布行業(yè)帶來巨大的市場空間。
2.3 機場與港口工程
作為連接世界的橋梁和紐帶，我國的機場和港口也迎來全新的發(fā)展階段。根據(jù)民航發(fā)布的《民航科技發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，未來我國大部分地區(qū)都將進行機場的建設(shè)，未來將有包括新建、續(xù)建以及改擴建等在內(nèi)的234個機場形成，預(yù)計到2020年我國機場數(shù)量將達到290余個。根據(jù)國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運輸
體系發(fā)展規(guī)劃》，“十三五”期間水運交通運輸投資規(guī)模將達5 000億元，沿海港口萬噸級及以上泊位數(shù)將由2015年的2 207個擴至2 527個。在這些機場和港口的建設(shè)中，均需土工布提供過濾、隔離、防護等重要作用。
2.4 海洋工程
健康的海島生態(tài)系統(tǒng)是國家生態(tài)安全的重要組成部分，是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。然而，從20世紀(jì)90年代至今，我國各省份海島數(shù)量已減少上千個?！笆濉逼陂g，國家高度重視海島保護工作，頒布了《全國海島保護工作“十三五”規(guī)劃》，而海灣以及海岸的護岸、修筑海堤、圍海造陸等工程需要使用大量土工布。
2.5 環(huán)保工程
目前，我國垃圾處理的主要方式仍是填埋法，雖然其在無害化處理中所占比例下降，但總處理規(guī)模和能力增加，餐廚、建筑、醫(yī)療、飼養(yǎng)等垃圾均要求填埋并除臭覆蓋，垃圾填埋場的新建、已建垃圾填埋場的維護等，均需大量使用復(fù)合土工布為其提供防滲、防護等作用。除此之外，國家亦加大了對景觀綠化、污水處理、
生態(tài)園林建設(shè)、生態(tài)邊坡防護等環(huán)保項目的投入，這些項目的增加也帶動了土工布行業(yè)的發(fā)展。
3 功能性耐候型土工布技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
3.1 技術(shù)現(xiàn)狀
織造型土工布成形技術(shù)主要研究高密度、寬幅、高速、高強機織和經(jīng)編技術(shù)。目前市場上的織造型土工布產(chǎn)品主要包括扁絲織造土工布、長絲機織土工布等。扁絲織造土工布在制造設(shè)備、加工技術(shù)和材料改性等方面均已很成熟。圓織機已經(jīng)可以生產(chǎn)出幅寬（即圓周長）為8 ～ 12m、克重為300 ～ 1 000 g/m2、抗拉強度為100 ～ 300 kN/m的扁絲針織土工布，實現(xiàn)了針織土工布的高產(chǎn)、寬幅、高強度。在原材料方面多采用納米材料改性，通常采用添加防老化母粒、色母粒等來提高產(chǎn)品的多功能性和耐候性。
目前我國短纖針刺非織造土工布生產(chǎn)線大多為國產(chǎn)線，少數(shù)為進口線。宏祥新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚丙烯短纖針刺非織造土工布產(chǎn)品，突破了客運專線鐵路板式無砟軌道（圖 8）用聚丙烯短纖針刺非織造土工布的產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，打破了高鐵滑動層材料長期依賴進口的局面，填補了國內(nèi)空白，產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)達到了國內(nèi)領(lǐng)先和國際先進水平。
長絲紡粘非織造技術(shù)生產(chǎn)流程短、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能優(yōu)良、應(yīng)用范圍廣，迎合了當(dāng)今世界非織造產(chǎn)品向高性能、薄型化發(fā)展的趨勢。我國長絲紡粘法土工布生產(chǎn)能力在全球名列前茅，但技術(shù)水平較國外有一定差距，這與國產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)水平有一定關(guān)系。聚丙烯長絲紡粘針刺土工布是長絲紡粘針刺非織造土工布的主要分
類產(chǎn)品之一，具有高模量、高延伸、抗撕破、耐刺穿、耐酸堿、耐低溫、耐霉變、成本低等優(yōu)點，尤其在地下酸、堿、高寒等惡劣環(huán)境中具有不可替代的地位。近年來突破了國外技術(shù)壟斷，產(chǎn)品斷裂強度和抗酸堿性斷裂強度遠高于國家標(biāo)準(zhǔn)要求。在抗老化方面，直接添加抗UV劑、光穩(wěn)定劑等方式往往會使原料和助劑混合不勻，且紡絲過程中易發(fā)生斷絲，目前主要通過在生產(chǎn)時加入耐候母粒的方式來提高產(chǎn)品的抗老化性能。
復(fù)合型土工布的生產(chǎn)和應(yīng)用相對于已發(fā)展五六十年的土工合成材料大家族來說是一個年輕成員，但卻是土工合成材料發(fā)展的重點，它兼有各類土工合成材料的優(yōu)點，可以更好地滿足工程的特殊要求，應(yīng)用范圍得到大幅拓寬。全球來看，復(fù)合土工織物以德國、日本等國家發(fā)展水平較高，而國內(nèi)復(fù)合土工布的生產(chǎn)和應(yīng)用起步較
晚，國產(chǎn)設(shè)備相對落后，目前高端生產(chǎn)設(shè)備大多采用進口，與國外相比，我國復(fù)合土工布的品種、質(zhì)量以及應(yīng)用范圍等還存在一定差距。國內(nèi)復(fù)合型土工材料的生產(chǎn)技術(shù)主要包括非織造布與土工網(wǎng)格復(fù)合技術(shù)、非織造布與席墊芯復(fù)合技術(shù)、非織造布與紗線縫編技術(shù)、機織物與非織造布復(fù)合技術(shù)、復(fù)合型經(jīng)編土工格柵加工技術(shù)、防滲復(fù)合土工膜加工技術(shù)、蜂窩狀塑板芯的復(fù)合技術(shù)、可降解復(fù)合排水板加工技術(shù)等。
3.2 發(fā)展趨勢
3.2.1 高強高密
織造型土工布未來將向高強高密發(fā)展，制造設(shè)備向智能化和大型化方向發(fā)展。對于扁絲編織土工布，特別是其成套的生產(chǎn)線已經(jīng)在國內(nèi)市場占主導(dǎo)地位，進一步向高效高產(chǎn)、超幅寬等方向發(fā)展。而長絲機織土工布生產(chǎn)所用的片梭織機設(shè)備方面，目前國外設(shè)備在國內(nèi)市場占主導(dǎo)地位，未來將往國產(chǎn)化方向發(fā)展。
3.2.2 高強度、短流程、低成本
非織造型土工布的發(fā)展與加固工藝的發(fā)展緊密相關(guān)，隨著針刺法、熱軋法、化學(xué)黏合法等加固工藝的不斷改善，該類型土工布不斷向高強度、短流程、低成本方向發(fā)展。而采用針刺法與熱軋法、針刺法與化學(xué)黏合法、針刺法與熱熔法等復(fù)合加固工藝來提高產(chǎn)品的特定性能將是加固技術(shù)發(fā)展的趨勢。未來，非織造型土工布
生產(chǎn)會朝著更加智能化、產(chǎn)品高端化及多樣化、人機交互更加緊密化發(fā)展，更多的高新技術(shù)會被引入非織造型土工布生產(chǎn)體系中來。而聚丙烯紡粘針刺土工布憑借在產(chǎn)品性能、經(jīng)濟性、耐久性、安全性等方面的優(yōu)勢，將成為我國土工布行業(yè)發(fā)展的方向之一。
3.2.3 高性能、多功能
隨著應(yīng)用范圍的不斷擴大，土工布在應(yīng)用過程中會遇到各種復(fù)雜環(huán)境，其對土工布的性能要求也越來越高，而復(fù)合型土工布既具有高強耐候、可設(shè)計性強等優(yōu)勢，又兼有排水、過濾、隔離、加筋等作用，完美契合了社會發(fā)展的需求。因此，復(fù)合型土工布將成為我國土工布行業(yè)發(fā)展的潮流方向之一，且未來將朝著高性能、
多功能方向發(fā)展，其制造設(shè)備將向智能化和大型化方向發(fā)展。
4 結(jié)語與展望
功能性耐候型土工布是土工合成材料中的重要一員。隨著國家對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的不斷加大，其在水利、交通、環(huán)境工程等領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷深入，面臨著巨大的市場機遇與性能挑戰(zhàn)。我國雖是土工布產(chǎn)量大國，但在高性能土工布產(chǎn)品、生產(chǎn)設(shè)備、成形技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域等方面與發(fā)達國家相比還有很多差距。未來，功
能性耐候型土工布應(yīng)朝著高強度、高密度、多功能、低成本等方向發(fā)展。
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