适用于公路工程中的几种新材料

适用于公路工程中的几种新材料适用于公路工程中的几种新材料 提要 本方介绍了适用于公路工程的三种新材料 工程塑料板 土工布 包括无纺和 有纺的 土工格栅 包括土工网 的制作材料 性质 特征 检验指标及方法等和适用于公路 工程方面的各种用途 作者并对以上材料的推广应用前景提出一些意见 可供使用者和生产者 参考 关键词 新材料 工程塑料板 土工布 土载格栅 一 引言 当今大千世界科学技术日新月异 新材料用于公路工程方面大大超过已往 过去修建公路 一类土建工程 多用一些外购材料 如钢材 水泥 木料 沥青之类以及当地自产的砂 石 土灰或者利用一些废料 废碴 如石碴 粉煤灰 钢碴 等等 而今已处于不可同日而语了 极富五彩缤纷的景象 如高标号水泥 高强钢筋 改性沥青 性参添加剂 用土焙的陶粒用粉 煤灰 石灰 水泥骨料制作成碾压混凝土 这些属于采用上述材料 进行革新 改革的产物 下面作者介绍几种利用化工原料制作产单项或几种产品组合的材料用于公路工程方面的新 材料 而且正在推广应用 且取得了良好的效果 毫无疑问的随着人类的进步 新材料新产品将会成倍增加 广泛用于土木工程之中 加上 技术改进 不仅性能好 成本也不贵 而且经久耐用 独具一些抵抗外界的特殊能力 持久使 用而不衰 给使用新材料 注入活力 这是可以预期的 二 工程塑料板 1 以往用于透光 挡风和保温三者功能均具有的建筑材料 沿用玻璃 包括浮法玻璃 夹 丝玻璃 夹胶玻璃 钢化玻璃 迄后又有有机玻璃和聚氯乙烯板 P C 板 的出现 近来自聚 碳酸脂板材即工程塑料板的出现 由于它具有比前两者既兼有它们的三大功能外 尚有更多的 优越性能 故已广泛用于建筑行业中 由于玻璃易碎 质量重 不隔热和未达到安全防护标准 钢化后的玻璃还难于切割 夹胶 玻璃在低温时防撞性能下降 夹层硬化 有机玻璃和 P C 板虽比玻璃有较好防撞性能和耐候或 化学 电性能 但有机玻璃易燃 P C 板在燃烧时产生强烈毒气 而毒气与水接触又会产生盐 酸 光学特性差 因此 限制了使用用途 而聚碳酸指板除兼有上述功能外 并克服了上述两种材料不足处 其优点有 1 在较大温度变化幅度内 40 135 不会破碎 2 较好的光学性能 3 防火性优和耐候性 4 容易切割与安装 2 工程塑料板材 是由一种透明并具有异常旨韧的无定形树脂 从石油和天然气中提炼出 来的苯氧二羟铋 A 聚合而成的 其主要成份为碳占 75 58 氧占 18 78 氢占 5 55 它是 一种热塑料的塑料 借热作用使其柔软而可模塑成不同形状 这种板材有单层实心板厚度为 2 0 3 0 和 4 5mm 双层板厚度为 6 0 8 0 10 0mm 和三层 以上多层组合板厚度为 12 7mm 最厚者可达 16mm 其颜色有多种 透明 茶色 灰色 乳白 蓝绿等通用标准色 还可根据用户要求而产生的非标准颜色 工程塑料性能 主要具有 1 耐冲击性 主要是与其分子组合有关 它被拉断时之延伸度为 110 因此可承受强 大冲击力 高达 270MN 以上 2 热成形可冷弯成一定弧度而有致出现裂纹 并可再加切割或钻孔 1 防盗及防枪击 2 可防超强紫外线 只有某些单层板表面在长时间阳光照晒下变黄或变朦 3 抗磨损强 比玻璃为大 4 耐热性能强 其热胀冷缩系数为 0 0000675mm mm 最高工作温度 在无负载的短期工作温度可达 121 在无负载的长期工作温度可达 82 7 防燃烧性能 经过 30 秒的燃烧样品 其燃烧长度未超过 25mm 在热空气高达 467 方可分解出易燃气体 故经过美国建筑手册的测定 对其消防性能认为是合格的 8 抗化学物质能力 对酸 酒精 果汁 饮料 无任何反应 对汽油 煤油也有一定 抵抗能力 在接触 48 小时内不会出现裂纹或失去透光能力 但对某些化学物如胺 酯 卤合碳氢化合物如丙酮 没漆冲淡剂的抗性差 9 比重小为 1 2 其重量最薄者 2mm 每平方米重 2 45 公斤 单层 多层空心板 6mm 者重 1 3 公斤 16mm 者重 2 7 3 00 公斤 不同规格 10 隔音性能 一般均比玻璃强 11 其他机械性能 如抗挠 透光 抗风力应根据要求选择不同厚度 颜色和安装工艺 亦可达到较理想水平 3 工程塑料板的用途 根据以上主要特性和与其他相似材料对比 它的用途已逐渐被人们 所认识 范围也逐渐在扩大 目前应用的领域有 1 工 商农业用的大棚 如工厂 含化工厂 发电厂 车间 安装用 的采光棚 商业用的采光天棚 饭店 购 物中心 火车站 汽车站 机场 农业用的温室大棚 以及体育场馆 文化娱乐中心 游泳池 健身房的房棚 公路交通方面用的有隔音墙 汽车站和行人天桥上的遮阳棚 目前我们正采用这种材料 在其上贴以反光薄膜 用于公路标志 站牌 通用电气公司已 与 3M 公司共同开发研制 希望代替铝合金标志 它可起防盗 耐用 美观 适用的作用 拟 先试点应用 再视效果如何 如获得成功 将有推广前景 虽然工程塑料板有许多优点 应用也广泛 但也有一些缺点如对划磨抗力弱 也不易擦除 涂面 尤其目前价格还较昂贵 推广应用受到一定限制 今后在性能上努力克服这些缺点外 主要的是如何降低成本 并力求再扩大些用途 这种产品由美国通用电气公司总经销 在我国北京 广州 上海及香港均设有办事处 在 深圳的技术发展中心 业务联系 技术咨询较为方便 三 土工布 土工布是用聚脂 涤纶 或聚丙烯 丙纶 或尼龙 维纶 等化工原料制作而成的聚合 物 重量一般变化在 100 800g m2 它又分为用针刺粘合成 摩擦和 或 抱合的非纺织而形成薄片状 纤网状或絮垫状的无 纺土工布 和用纺织而成的有纺土工布 这些土工布近年来在公路工程方面使用也在逐渐增多 1 无纺土工布的特性按其所用材料不同 性质也不尽相同 可参考表 1 土工布原料的特性 表 1 类别 指标 聚酯 聚丙烯 低密度 聚乙烯 聚丙烯晴 聚酰胺 抗腐性 1 抗紫外线性 2 抗自然界中化学物性 撕裂强度 2 CN tex 4 0 8 0 4 0 6 0 2 5 5 0 2 0 4 0 4 0 8 0 湿撕裂强度 不变 不变 不变 比干强 度稍低 比干强度低 10 但断裂伸长率高 10 恒定负荷下的蠕变 很低 高 十分高 存在 很低 软化点 230 240 150 160 105 120 烧焦的 溶点 255 260 160 165 125 135 烧焦的 密度 g m 1 38 0 9 0 95 1 17 1 14 可焊接性 不用 仅加热可以 仅加热可以 无 仅高频可以 关于这种土工布各种作用性能见表 2 项目 指标 1 断裂伸长率 2 弹性 3 透水性 4 过滤效果 5 排水性能 6 表面性能 7 保护功能 大于 50 对基质十分适应 很高 永久性 好 因为有开孔结果 粗糙 高磨擦力 容易用简单 由于无纺土工布具有过滤 隔离 渗透 吸水 保护 加强 保温等多种作用 目前用于 公路工程方面范围较广 70 年代已在国内推广使用 主要用于 1 岸坡与边坡防护 可铺于坡面也可装入石砂 起保护作用又可阻水流将细料冲走 2 用于竹笼 木笼 铁笼内 包裹其中块石 漂石还可防泥土填入 起着透水 排流持 久防护的作用 3 在排水沟槽内或盲沟外铺设 可起过滤泥土 保证其中水流通畅 近年又将土工布拓展到用于公路工程方面沥青路面中 它放置在介于沥青面层和下层路面 之间增强了面层整体强度 也具有防水作用 可以减少反射裂缝 达到延长沥青路面寿命目的 2 有纺土工布 是用土工纤维纺织而成 其原料为聚丙烯 聚乙烯 重量在 100 300g m2 颜色为黑色可抗老化 由于它强度高 延伸率低 特别适用于处理软土地基 起着以 下的作用 1 可以增强软基的稳定性 使沉降曲线平缓 能加快堆载预压加载时间 2 可以减少路基基底不均匀沉降 增加基底强度 分散土的集中应力作用 3 可以减少总沉降量和侧向变形 因而可减少填土用量 并可提前铺筑路面 提前通车 尽快发挥效益 4 还可以起隔离 过滤诸多作用 此外在防洪时可以做成砂袋 内装砂土 可以防护堤 坝 以保护堤坝 并耐久适用 土工布在国内外都有生产 无纺土工布有老版德国特雷维拉公 司出品 在深圳 上海都有办事处 在国内西安飞机公司 天津国棉三厂 核工业湖南无纺布 厂出品 有纺土工布在国内首推青岛麻纺厂产品 最近南京仪征化工厂 湘潭塑料九厂等均有产品 下面介绍土工布织物技术指标 青岛麻纺厂生产的 A2050 编织土工布 见表 3 要求使用土工布的质量检验项目及标准如下 见表 4 注 表示很好 表示好 表示不足 表示很差 1 土工布原材料的抗紫外线依聚酯聚酰胺 聚乙烯 聚丙烯顺序而逐渐递减 在欧洲中 部气候条件且不加任何稳定剂暴露在户我 其撕裂强度下降 50 所需时间 聚酯为 1 5 3 年 聚丙烯为 4 8 周 抗紫外线随纤维厚度的增加而增加 2 撕裂强度是依据长丝或短丝纤维而测定的 不是土工布的测定值 四 土工格栅 它是用热塑性树脂为原料 经挤出 拉伸等工序制作而成 具有各种形状有格子形 方形 六角形等栅体或多种网状 由于它整体性好 柔软且有韧性 强度高 稳定性 尺寸性 耐酸 碱 防腐蚀 离霉菌 并形成卷材和板材 具有重量轻 运输方便 施工快速简便 耐老化 寿命长 温度适应宽 60 120 过去在土建工程中用竹 荆条编成为栅笆 可加强地基 增加摩擦为避免汽车打滑或下陷 曾用这种植物栅笆 一层或多层铺在潮湿地面上 可行驶车辆 同时有些山区公路高路堤地段 也曾采用分层加铺栅笆 可以加陡边坡和增加路堤稳定性 而土工格栅 不仅具有加强防滑加固抗摩阻的功能 使用在露天达 15 年 在地下可达 50 年以上 除以上两种功能外 在公路工程方面还可用于 1 对公路路式边坡坡面防护 能防止风雨吹蚀 雨水的溃刷 当铺于路基边坡后 再 洒以草籽 在植物长出后 其要茎与格栅网纠合在一起 不仅形在永久防护 而且能绿化路容 增加美观 2 在北方地区积雪 吹雪严重 且雪融化渗入土中会对边坡产生不利影响 如在坡面 上铺以土工格栅 吹雪时勿损坡南 亦可抗融雪后之雪水的冲蚀 3 用在软土地基是其加强稳定作用 远远比土工布为优 因其整体强度高 不会因软 土的不沉降而断裂 加之它的空格中将填土压成一个个土柱 提高了抗剪能力 可阻止路堤土 体侧向滑移 如与上土布 无论何种 共同使用 形成土工复合物 各自发挥各其优势功能 互补其不足 如土工格栅无排水 渗透 隔离 过滤等功能 相得益彰 效果更好 在桥台路 基结合部 在挖方 填方交界 在旧路改建新 老路基衔接处 使用土工格栅 可以起着加筋 作用 并具有耐久性 安全性 4 环保绿化 土工格栅不可做拉伸网 它具有强度高 韧性好 其中适当种植 要以 起到绿化草坪广场 用于公路管理区 养护段 服务区绿化 它比草皮绿化具有种埴方便 易 于铺设和省时 省力等诸多特点 5 防护河堤加因基础作用 用土工格栅可做成矩形 方形或圆形 内装石块 形成 格栅石笼 直接安装于地面或水下 起着防护岸坡防止河浪 保护河岸或其他基础的冲刷 这种 格栅石笼 可用于导流堤以及顺坝 丁坝在山区公路可防止路基坡脚冲刷 土工格栅的宽度一般在 1 0 2 5m 为卷材 每卷长度 30 1000m 其格孔或网孔规格多 有 的厂生产达数十种规格 土工格栅生产首先是引进国外生产线 在国内生产 现有厂家主要有湖北力特公司厂址在 宜昌 在深圳有办事处 长沙交院等联合的开发公司 四川重庆庆兰塑料制品公司 北京燕化 公司树脂所等等 从以上土载布 土工格栅等地工合成材料来看 当前应该是在保证质量前提下 降低生产 成本 而且要开发新的用途