土工合成材料的性能十篇

土工合成材料的性能篇1

关键词：土工合成材料；加筋土；性能；应用

引言

在古代天然土工材料加筋土已得到应用，现代加筋土的概念被提出来后，人们设计了多种诸如强度较大的天然材料、钢筋、钢带、土工合成材料等加筋材料，加筋土技术从经验判断上升到理论设计阶段。随着合成纤维的飞速发展，土工合成材料加筋土技术已经与传统 的设计方法一样，被大众所接受认可，并逐步体现出它的优势。

1.土工合成材料的性能

1.1材料性能和类型

土工合成材料主要是以聚酯纤维、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、尼龙纤维等高分子化学材料作为原材料而制成的各种类型产品，它是土木工程中应用的一种新型工程材料，具有排水、反虑、隔离、加固补强、保护和防渗等六个方面的性能。

土工合成材料有以制造方法分类的，也有以结构和性能分类的，还没有合理、明确的统一定义和分类。一般将土工合成材料分为广义土工织物、土工膜和土工复合产品。广义土工织物有土工布、土工编物、土工格栅、土工网、土工垫和土工模袋等，土工复合产品有复合土工膜、复合土工织物和复合防（排）水材料等。在我国，规范推荐主要使用土工格栅、复合土工带、复合拉筋带和土工织物等加筋材料。

1.2土工合成材料的优点

与传统工程材料相比，土工合成材料具有4个方面的优势：纤维习性、与土兼容协调、节省运输、施工简单且质量有保证。其中纤维习性的优势表现在抗拉强度高，具有一定范围的变形模量，化学结构稳定和纤维孔径小等方面。

2.土工合成材料加筋土的性能

加筋土作为一种复合材料，不仅需要了解土工合成材料本身的性能，还要探究土和土工合成材料相互作用的特性，通过试验求得筋土界面相互作用的一些参数，以此来判断加筋土性能的优劣。

2.1加筋土的试验方法

为了测试筋土界面摩擦特性参数，国外有直剪试验和拉拔试验标准[1]，而我国水利部规范[2]和交通部规范[3]也推荐采用直剪试验和拉拔试验，另外，我国纺织工业局制定有直剪试验标准《土工布及其有关产品摩擦特性的测定第一部分》（GB/T17635.1-1998）[4]。

直剪试验和拉拔试验的试验组成部分相同，分别由试验剪切盒（试验拉拔箱）、加载装置和量测装置组成。试验拉拔箱在《公路土木合成材料试验规程》（JTJ/T060-98）[3]中要求长×宽×高不宜小于25cm×20cm×20cm，而剪切盒尺寸不小于15cm×15cm，垂直加载都最好采用空气袋方式加载，拉拔试验的拉拔速率以1mm/min为标准，而剪切试验的剪切速率以0.02-3mm/min为标准。两种试验按水平加载方式不同可分为应力控制式和应变控制式，应变控制式要求剪切速率相等、各级的垂直荷载保持不变，因而应变控制式较之应力控制式能更加准确地测定出剪应力和位移曲线上的特征值，且操作方便，因而国内外均推荐利用应变控制式方法。

另外，为了得出加筋材料与剪切面呈一定角度时的剪切摩擦特性，日本开发出了倾斜剪切摩擦实验装置[5]，该试验装置滑动面的角度，上覆压力和加筋材料水平拉力可以自由设定，拉力由电动传感器控制。

2.2筋土界面相互作用参数

各规范一致认为两种试验的界面抗剪强度与法向应力呈线性关系，按照摩尔库仑强度理论表示，即：

各国对筋土界面似摩擦系数定义不同，造成计算结果差距较大，我国规范[7]计算得到的是反映了筋土间摩擦效应的综合强度参数，不同于传统概念上的由一个内摩擦角所表述的摩擦系数，而美国规范提出的摩擦系数 即为我国常用的摩擦系数比K。

3.土工合成材料加筋土的应用

利用土工合成材料的加固补强、排水和保护等性能，加筋土已广泛用于堤、挡墙的设计和施工中，而利用加固补强、隔离、嵌锁咬合的约束性能，加筋土也被用于地基的设计与施工中。此外，加筋复合地基，连续纤维加筋土，轻量土等也逐渐得到关注和研究。

4.结语

土工合成材料可以弥补普通材料的不足，当作为筋材与土结合形成土工合成材料加筋土后，这种加筋土复合材料极大地提高了土的抗剪强度和结构物的稳定性，从而被广泛地应用于多种工程中，并值得我们不断地深入研究。

参考文献：

[1]王钊.国外土木合成材料的应用研究[M].香港：现代知识出版社，2002.

[2]SL/T235-1999，土木合成材料测试规程[S].

[3]JTJ/T060-98，公路土木合成材料试验规程[S].

[4]GB/T17635.1-1998，土工布及其有关产品摩擦特性的测定[S].

[5]徐光黎，刘丰收，唐辉明.现代加筋土技术理论与工程应用[M].武汉：中国地质大学出版社，2004：39-57.

土工合成材料的性能篇2

关键字：复合土工材料； 水利工程；应用

Abstract: The composite geotextile material is a general term for synthetic materials for civil engineering applications. As a civil engineering material, which is based on synthetic polymers (such as plastic, chemical fiber, synthetic rubber, etc.) as raw material, made ​​of various types of products, placed within the soil and surface, to strengthen or protect the soil. Because of its filtration, drainage, seepage, and scour protection and soil reinforced reinforcement, soil isolation effects are widely used in water conservancyKey words: composite geotextile material; water conservancy projects; application

中图分类号：F407.9 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）02-

土工合成材料是应用于岩土工程，以高分子聚合物合成材料制成的各种产品的统称。因其具有反滤，排水、防渗、防冲和土加筋加固、土层隔离等作用，而被广泛用于水利工程。

一、复合土工材料的含义

复合土工材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种土木工程材料，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。《土工合成材料应用技术规范》将土工合成材料分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等类型。土工特种材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格室、土工织物膨润土垫、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）等。土工复合材料是由上述各种材料复合而成，如复合土工膜、复合土工织物、复合土工布、复合防排水材料（排水带、排水管）等。

二、复合土工材料的分类

应用到水利工程中的土工合成材料主要有土工织物、土工膜，土工特种材料和土工复合材料4大类。

1、土工织物

土工织物是将合成纤维以不同方法制成透水性的土工合成材料，按制造方法不同，可分为织造型和非织造型土工织物。织造型土工织物又分编织、平织和针织，它们是由单丝或多丝织成的，或者由薄膜形成的扁丝编织成的布状卷材；非织造型土工织物由短纤维或喷丝长纤维按随机排列制成絮垫，经机械缠合(针刺)或热粘或化学粘合而成的布状卷材(即无纺布)。

2、土工膜

土工膜是20世纪70年代出现的，它是由聚合物或沥青制成的一种相对不透水卷材。取用聚合物需要在工厂采用吹塑，压延或涂敷法制造；用沥青则可在现场或厂内以喷涂或浸渍法形成。

3、土工特种材料 土工特种材料包括土工格栅、土工带、土工格室、土工网、土工石笼、土工管，土工模袋、三维网垫、EPS等，均由聚合物按需要分别以不同加工方法制成。

4、土工复合材料

土工复合材料包括复合土工膜和复合防排水材料，均由两种或两种以上土工合成制品复合或组合而成，如复合土工膜由土工膜与土工织物经加热滚压而成，主要是为了增加材料的强度。承受更大的荷载，复合防排水材料由排水带、排水管、排水防水材料等组成，

三、工程作用及其应用

1、加筋作用

加筋作用是指在土体中的一定部位埋设水平方向的土工合成材料，也称加筋材料，将土体压实后，土与加筋材料密切结合成一复合土体(加筋土)，当在复合土体表面施加荷载时，由于加筋材与周围土之间有较大的摩阻力(有时尚有咬合力)，限制了土的侧向变形，相当于在土体侧面上施加了约束力，从而提高了土体的承载能力，增加了土体的稳定性。这种作用在水利工程中能够稳定、限制各种结构中的岩土体在长时间使用过程中的位移发生，并能使作用在土壤的局部应力传递或分配到更大的面积上，增加土体和土工布之间的摩擦阻力。

一般地，土工织物，塑料拉伸土工格栅、经编土工格栅、玻纤土工格栅和土工网可以作为水利工程中的加筋材料。土工合成材料加筋效应主要有：筋材的抗拉作用、筋土界面相互作用和应力扩散作用等，而在多层加筋的情况下，应分别考虑筋土界面的摩擦作用(即各层筋土界面作用对填料产生侧向约束作用)和最下一层筋土界面作用产生整理的界面剪应力对其下面土体产生的附加水平约束作用(提高土体的稳定性和承载力)。

2、防渗作用

防渗是防止流体渗透流失的作用，也包括防止气体的挥发扩散。水利工程中要修建大量的挡水蓄水、引水和输水等建筑物，均有防渗、防漏的要求。利用土工合成材料中的弱透水材料可防止液体渗漏、气体挥发以保护环境或建筑物安全。用于防渗的土工合成材料主要有土工膜和复合土工膜，后者应用更为广泛，更能适应各种复杂工程的情况。

3、防护作用

防护是指为了消减自然现象、环境影响和人类活动对堤坡和岸坡造成的危害，而采取适当的防护措施，土工合成材料的发展，为岸坡防护提供了新的途径。在被保护的土面上覆一层有良好反滤性能的土工织物，压上一定盖重，即可有效地保护岸坡不受水流和波浪等的破坏，可代替传统的护坡材料。

4、隔离作用

土工布可将不同的土质结构进行分离，形成稳定的分界面，使各层结构分离，按照要求发挥各自的特性和整体作用，以避免相互混杂产生不良效果。在土石混合坝中，可作为隔离不同的筑坝材料。在裂隙发育的岩基或卵石地基修筑土石坝，可用作坝体与地基之间的隔离。

5、反滤作用

在水工建筑物中，当土中水从细粒土流向粗粒土，或水流从土内向外流出的逸出处，需要设置反滤层，否则土粒将受水流作用而被带出土体外，土粒过量流失会造成管涌和流土破坏。传统采用砂砾粒作为反滤材料，一般采用粒径不同的砂砾石分2-3层铺设，施工工艺较复杂。土工织物的过滤功能和传统的颗粒层完全相同，工程上可以取而代之。它可在地下水渗流作用下，既防止土颗粒过量流失而造成破坏，同时又使水流顺利排泄，以免由于孔隙水压力升高而造成土体失稳。

6、排水作用

土工合成材料的性能篇3

关键词：土木工程材料；教学内容；实验实践；教学方法；效果评价

中图分类号：TV375文献标志码：A文章编号：

10052909（2015）02006004

土木工程材料是材料科学在土木工程中应用的产物，是土木工程的物质基础。南昌大学建筑工程学院土木工程材料课程是土木工程、水利水电工程、工程管理、建筑环境与能源应用工程等多个专业的学科核心课或专业基础课，一般在大二上学期或下学期开设。土木工程材料课程内容繁杂，且大多是记忆的内容，而课程学时相对偏少，容易导致学生学习效果不佳，给土木工程材料课程教师带来困惑。正因如此，绝大多数院校的土木工程材料课程都在或多或少地进行教学改革探索，华南理工大学苏达根[1]和杨医博[2]、重庆大学吴芳[3]、北京交通大学安明喆[4]、大连理工大学艾红梅[5]、西安建筑科技大学伍勇华[6]、北京林业科技大学冀晓东[7]等对土木工程材料课程教学改革进行了思考和实践，而浙江大学金南国[8]、上海交通大学陈兵[9]、华中科技大学张长清[10]、深圳大学丁铸[11]等对土木工程材料课程实验教学改革进行了探索和实践。

为进一步提高土木工程材料课程的教学质量，笔者进行了大量的调查研究和文献分析，对南昌大学土木工程材料课程进行教学改革，并获得了省级和校级教改课题的支持。本文从教学内容、教学模式、教学方法三个方面阐述土木工程材料课程的教学改革情况，并进行了教学改革的效果评价。

一、教学内容的改革

土木工程材料种类繁多，各类自成体系，教学内容大多数是叙述性和分析性内容；同时，土工工程材料发展迅速，新材料层出不穷，以致学生在土木工程材料课程学习中难以抓住重点，出现什么都学、什么都学不好的情况。为了进一步提高土木工程材料课程的教学质量，增强学生课程学习效果，笔者从教材编写、授课内容编排、课时分配等三个方面对土木工程材料课程的教学内容进行改革。

（一）教材编写

2013年，南昌大学与其他兄弟院校编写出版了教材《土木工程材料》[12]。新编教材充分考虑到现有教材的不足，强化混凝土章节内容，增加了轻质混凝土、高性能混凝土、纤维混凝土、再生混凝土、大体积混凝土、喷射混凝土、活性粉末混凝土等新型混凝土的相关知识；根据实际教学情况，弱化部分章节，将石材、木材、合成高分子材料等章节内容进行相应删减；紧跟土木工程材料发展趋势，增加建筑节能材料章节；设置案例，在各章节中多设案例，引导学生用理论知识分析问题，与实践相结合。

（二）授课内容编排

根据土木工程材料课程特点，对授课内容进行重新编排，力求做到以下几点：突出重点内容，授课时以水泥、混凝土、沥青、沥青混合料为主要重点，以土木工程材料基本性质、气硬性胶凝材料、建筑钢材、新型墙体材料、建筑节能材料为次要重点，同时兼顾建筑功能材料、合成高分子材料、砂浆、石材、木材等；体现专业特点，注意授课内容与不同专业方向的有机融合，土木工程工民建方向专业重点突出水泥与混凝土的内容，土木工程道桥方向专业则要求掌握沥青混合料的配合比设计；水利水电工程专业则要求详细讲解大体积混凝土及其施工；紧跟土木工程材料发展趋势，更新教学内容，授课时将土木工程新材料（如新型混凝土、新型墙体材料）、新技术（如隧道盾构技术、大型混凝土构件预制技术）以及教师自身科研课题成果引入课堂教学中；结合工程应用，将国内外典型工程（如新型混凝土技术在三峡大坝、杭州湾跨海大桥应用）融入课堂教学中。

（三）课时分配

土木工程材料课程是一门理论性、实践性、实验性都非常强的课程，而土木工程材料课程的学时有限，在教学中合理分配课时是保证土木工程材料课程教学质量的关键。南昌大学的土木工程材料课程共48学时，其中课堂授课32学时，实践2学时，实验14学时，具体安排见表1。

二、 教学模式的构建

目前，土木工程材料课程的教学模式一般包括理论教学和实验教学两部分。笔者在重视理论教学的基础上，强调提高学生的实验实践能力。在土木工程材料课程中，除进行理论教学和实验教学改革外，还适当增加了实践教学环节。

（一）理论教学

土木工程材料课程需要让学生了解并掌握土木工程材料的组成、结构、生产、工艺、性能与应用的基本理论知识，为此，有必要将木工程材料课程的基本理论知识重组为土木工程材料的组成与结构、生产与工艺、性能与应用三大块进行统一讲授。同时可采用多媒体结合板书的方法进行理论教学，以达到缩减课时、增强教学效果的目的。

（二）实验教学

土木工程材料课程中现有的实验项目基本上是验证性实验，难以激发学生的学习兴趣和研究热情，因此在实验教学改革时，除了开展水泥实验、砂石实验、普通混凝土实验、沥青实验等验证性实验外，还设计了综合性实验和创新性实验。综合性实验是在设定原材料的基础上，进行不同强度等级、不同坍落度要求的高性能混凝土实验。创新性实验是让学生自选材料和自行设计实验。创新性实验前先将学生分为3～4个组并确定实验题目，要求小组同学查阅资料、集中讨论后完成创新性实验，比如减水剂与水泥相容性实验、缓凝剂对混凝土凝结时间影响实验、不同等级矿物掺合料对混凝土强度影响实验等。通过开展综合性实验和创新性实验，激发学生的研究热情，提高学生的自学能力。

（三）实践教学

在理论教学和实验教学的基础上，积极进行土木工程材料课程实践教学的探索与实践。组织学生到预拌混凝土搅拌站了解混凝土的生产运输过程，认知新拌混凝土的和易性，熟悉混凝土配合比设计，或组织学生到施工现场见识混凝土的浇注养护，了解建筑钢材的性能和加工，实现理性认识到感性认识的提升，从而大大提高了教学效果。

三、教学方法的改革

在教学方法上，土木工程材料课程教师在课堂上一般采用多媒体和板书相结合的授课方式进行教学，学生基本 上都是被动接受知识，很少对土木工程材料进行更深入的思考。鉴于这一缺陷，笔者在课堂教学中，增加视频播放与课堂讨论环节，提供了网络辅助教学，完善考核方法。

（一）视频播放与课堂讨论

为让学生对土木工程材料的研究和发展有更深入的了解，特别是引导学生对土木工程材料进行更深层次的思考，笔者充分利用多年从事教学和科研工作的优势，特别制作了一段50分钟左右关于材料在仿生、智能领域研究和发展的视频资料，要求

学生提前自行观看，同时在课堂上也组织学生利用1个学时观看视频资料，之后用1个学时让学生走上讲台发表观后感想。

（二）网络辅助教学

网络辅助教学是高校数字化建设的重要体现，也是教师授课质量评价的重要组成部分。网络辅助教学为学生与教师之间搭建了一个很好的交流平台。教师可将很多相关的文档、幻灯片、视频资料上传到网络辅助教学平台上，让学生自行下载。学生也可在网络辅助教学平台向教师提问，教师可定期查看和回答学生问题。在教学方法上，网络辅助教学是对课堂授课方式的一种补充。

（三）考核方法

土木工程材料课程考核方法采用课堂考勤与课堂讨论、实验实践（报告）、期中考试（开卷）、期末考试（闭卷）四种形式相结合的全程考核方法，其中四种形式占总成绩的比例分别为15%、15%、20%和50%。四种形式相结合的全程考核方法，注重培养学生的自主学习能力和独立思考能力，全面评价学生的学习水平和课程的教学效果，对改变传统的一考定成绩、加强教学过程管理、分阶段检验教学效果、改革考试方法具有积极的意义。

四、教学改革的效果评价

土木工程材料课程经过上述教学内容、教学模式、教学方法的改革，可以让学生更好地掌握土木工程材料的理论知识，强化学生的自学能力

，增强学生科研动手能力，提高学生创新能力，取得了良好的效果。

（1）授课内容：教师讲课内容有主次之分，学生学习理论知识不仅简单轻松，而且也更有针对性。对此教师可以适当减少理论课时，让学生有更多的时间进行实验实践。

（2）上课形式：在课堂上播放相关视频并进行课堂讨论，引导学生自主学习并积极发言，既能提高学

生的表达能力，也能帮助学生对土木工程材料发展进行更深层次的思考，激发学生的创新思维，有利于学生养成独立思考问题的习惯。

（3）实验实践环节：除了部分验证性实验项目之外，还增设了综合性实验和创新性实验。综合性实验可以让学生在最短的时间内见识到各种不同要求的混凝土，创新性实验可以激发学生的研究热情。

（4）考核方法：采用上述四种形式相结合的全程考核方法，提高了学生上课的积极性，也有利于全面评价学生的学习水平和课程学习效果。

五、 结语

土木工程材料课程是集理论、实验、实践于一体的课程，学好土木工程材料，对于后续课程的学习具有重要的作用。鉴于土木工程材料课程本身的特点和学时的限制，要提高教学效果，使学生掌握土木工程材料知识，学会合理运用土木工程材料，必须从教材编写、授课内容编排、课时分配等教学内容，理论教学、实验教学、实践教学等教学模式，以及视频播放与课堂讨论、网络辅助教学、考核方法等教学方法三个方面进行土木工程材料课程的教学改革。本文对土木工程材料课程教学改革的思考，在教学实践中已得到了实施，同时也需要在教学实践中不断充实和完善。参考文献：

[1] 苏达根，张志杰，张慧珍，等.《土木工程材料》课程改革刍议[J].理工高教研究，2004，23（3）：86-87.

[2] 杨医博，梁松.《土木工程材料》课程教学改革的设想与实践[J].北京大学学报：哲学社会科学版，2007（S2）：104-105.

[3] 吴芳，杨长辉.土木工程材料课程教学改革研究[J].高等建筑教育，2006，15（4）：79-81.

[4] 安明喆，吴萱， 潘雨.土木工程材料课程教学内容改革[J].高等建筑教育，2006，15（2）：89-92.

[5] 艾红梅，王立久. 建筑材料学课程教学模式及教与学评价体系研究[J].高等建筑教育，2010，19（2）：81-85.

[6] 伍勇华，何廷树，李国新，等.《土木工程材料》精品课程建设的探索与实践[J].中国校外教育，2009（S2）：449.

[7] 冀晓东.“土木工程材料”课程教学改革研究[J].中国林业教育，2009，27（6）：58-62.

[8] 金南国，钱匡亮，孟涛.高校土木工程材料实验教学单独设课的探讨[J].实验室研究与探索，2009，28（9）：111-113.

[9] 陈兵，吴雪萍，王菁.特色实验在建筑材料课程教学中的应用[J].实验室研究与探索，2012，31（6）：155-157.

土工合成材料的性能篇4

关键词：土工合成材料；性能检测；标准规范；影响因素

中图分类号：S220.4文献标识码：A文章编号：

1.产品技术规范

目前土工布的检测较为频繁，常用的土工布产品国家标准有《GB/T 17638-1998 土工合成材料 短纤针刺非织造土工布》、《GB/T 17639-2008土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》、《GB/T 17690-1999土工合成材料 塑料扁丝编织土工布》、《GB/T 17640-2008 土工合成材料 长丝机织土工布》；土工格栅的产品国家标准主要为《GB/T 17689-2008土工合成材料 塑料土工格栅》、《GB/T 21825-2008 玻璃纤维土工格栅》和公路标准《JT/T 480-2002交通工程土工合成材料 土工格栅》；土工膜主要送检聚乙烯土工膜和聚氯乙烯土工膜，其采用的产品国家标准分别为《GB/T 17643-2011土工合成材料 聚乙烯土工膜》和《GB/T 17688-1999土工合成材料 聚氯乙烯土工膜》；膨润土防水毯说采用的检测标准为《JG/T 193-2006钠基膨润土防水毯》。此外，土工合成材料检测还可采用《JT/T 513-521 公路工程土工合成材料》公路标准，其主要包括的产品有土工网、土工加筋带、土工布和塑料排水板等。

2.检测参数及方法

土工合成材料的主要检测参数是拉伸性能的项目，其中土工布拉伸性能的检测方法有三种，《GB/T 15788-2005土工布及其有关产品宽条拉伸试验》、《GB/T 3923.1-1997纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法》和《JTG E50-2006公路工程土工合成材料试验规程》。宽条法和条样法在试验准备的形状尺寸上有较大不不同，可依据相关的产品规范选择不同的拉伸试验方法，从而选择不同的样条进行拉伸；一般土工布拉伸性能的检测都采用GB/T 15788-2005标准中宽条法，试样的宽度要求为（200±1）mm,夹具间距为100mm;而编织土工布则采用GB/T 3923.1-1997标准中条样法，要求试验宽度为50mm，夹具间距为200mm。土工格栅主要检测项目是拉伸强度和伸长率，多数采用的是单肋试样，在公路标准《JT/T 480-2002交通工程土工合成材料 土工格栅》中拉伸性能的检测方法采用的是《JTG E50-2006公路工程土工合成材料试验规程》宽条法，即试样宽度至少为200mm宽，并有足够的长度。采用宽条试样和较慢的拉伸速率，可有效降低横向收缩，使得试验结果更加符合实际情况。土工合成材料的其他检测参数项目，如顶破强力、撕破强力等项目，对比国标试验方法和《JTG E50-2006公路工程土工合成材料试验规程》，主要在于拉伸速度不同，实验的原理和试样的尺寸是一致的。以梯形撕破强力为例，《GB/T 13763-2010土工布梯形法撕破强力试验方法》中设定的拉伸速率为50mm/min，而《JTG E50-2006公路工程土工合成材料试验规程》中设定的拉伸速率为100mm/min±5 mm/min。聚乙烯土工膜的撕裂强度检测方法则采用《QB/T 1130-1991塑料直角撕裂性能试验方法》中直角型试样。

3.评定方法及选择

通常送检的土工合成材料，如土工布和土工格栅，一般采用相对应产品的国家标准进行检测和评定，除非委托方在委托单上注明用其他标准进行评定。以钢塑土工格栅为例，目前并没有此土工格栅产品相关的标准，根据其施工工艺来划分，是属于粘焊土工格栅的一种，因此在选择检评标准上，采用了《JT/T 480-2002交通工程土工合成材料 土工格栅》中粘焊土工格栅的检测方法和指标进行评定。而塑料排水板和膨润土防水毯则采用相对应的产品标准《JT/T 521-2004公路工程土工合成材料 塑料排水板（带）》和《JG/T 193-2006钠基膨润土防水毯》。

表1 对比GB/T 17638-1998与JT/T 520-2004标准规格为200g/㎡性能指标

4.检测过程中影响因素

4.1 土工拉伸试验夹具

1、夹具内加衬垫；2、对夹在钳口内试样加以涂层；3、改进夹具钳口表面。目前使用的土工拉伸夹具已采用了带有齿型的夹口，以此增强摩擦，但在进行土工格栅200mm宽度试样的拉伸实验时，常会出现试样拉伸受力不均出现试样扭曲偏斜、滑移或是在钳口10mm以内断裂的情况。针对土工格栅的特殊性，曾尝试在两端夹口里的试样加了密封衬垫，并用胶加以固定和养护，但发现在拉伸过程中上述问题依旧存在，且出现试样脱离密封衬垫的情况；此外，在进行机织土工布拉伸实验时，容易出现在钳口5mm内断裂情况。

4.2 拉伸试验样条的最终宽度

由于机织土工布和塑料扁丝编织土工布的试样在裁切时，切口的边线易脱落，因此在制备机织土工布拉伸试样时，需切至220mm宽，然后再从试样两边拆去数目大致相等的边线以达到（200±1）mm的名义宽度，有助于保证试样的完整性；制备编织土工布试样需切大于50mm宽度，在装置拉力机前，再从试样两边拆去一定的边线以确保达到规定宽度；而针刺非织造土工布的完整性不受裁切的影响，可直接切成最终宽度（200±1）mm。

4.3取样制样的位置

用于每次试验样品，应从样品长度和宽度方向上均匀裁取，但距样品幅边至少10cm，且同一个项目试验，应避免两个以上的试样处在相同的纵向或横向位置上。因为，在相同位置上裁取多个试样，容易导致所得数据结果趋于一致，而不能代表整块试样的平均水平，即可使得原本符合标准规范要求的样品，最终检验结果评定为不合格情况，因此在取样的阶段需要试验人员加以注意。

4.4拉伸试验机运行状态

拉伸试验机一般具有等速拉伸功能，并以恒定速率进行拉伸或是压缩，能测度拉伸试样的拉力和伸长量。然而，在进行土工布撕裂强力项目实验时，由于两夹具间距比较小，夹具间距离为25mm，拉伸速度为50mm/min，试样在未拉伸前是褶皱不平弯曲的，因此在拉伸开始后，试样未被夹具完全拉直拉紧前，容易出现受力间断情况，拉力机将会停止运作，记录的力值是试样未完全受力情况下数据，因此此数据是不可取的。通常遇到这种情况，实验员需要在未开始拉伸试验时，将试样的弯曲反向调整为统一向前或向后，这样可以尽量避免出现受力间断不均的现象，同时在拉伸的过程中注意观察记录的曲线，对照规范中的曲线形状，发现有异常的需要停止试验机，查找原因并重新制样。

4.5 试样调湿和试验的环境

土工合成材料的环境要求是参照GB/T 6529-2008纺织品 调湿和试验用标准大气规范中标准大气，即温度20℃，湿度65%要求下调湿并进行实验。因此在裁切试样前，应将样品保存在洁净、干燥、阴凉避光处。若在试验前，样品已被水或其他液体浸蚀，则对单位面积质量的检测数据有较大的影响，也会对其他物理性能的检测造成一定的影响，使测得的数据不符合样品的实际情况。

土工合成材料的性能篇5

关键词：智能材料；土木工程；混凝土；应用前景

0引言

随着材料技术的快速发展，越来越多的高新技术被运用到工程材料的研发中，各种新型材料层出不穷，以复合材料为基础发展而来的智能材料，为解决相应材料的力学问题提供了科学牢靠的途径。作为有着多学科交叉背景的综合学科，智能材料为土木工程中日益复杂的结构提供了实现的可能性，因此这一学科的研究也日益受到重视。诸如大跨度桥梁、高层建筑、水利枢纽、海洋钻井平台以及油气管网系统之类的基建设施，在其较长的使用期中，外界各种不利作用会使得组成这些结构的材料发生不可逆的变化，从而导致结构出现不同程度地性能衰减、功能弱化，甚至会诱发重大工程事故。若是能将智能材料运用到对这些超规模的工程结构物中，能够时刻评定相应的安全性能、监控损伤，并智能修复，则将为未来工程建设提供新的发展思路。所谓智能材料，是指随时能够对环境条件及内部状态的变化做出精准、高效、合适的响应，同时还具备自主分析、自我调整、自动修复等功能的新材料。受仿生学科的启发，其目标是要开发出能运用到具体工程中、将无机材料变得有生命活力。二十世纪90年代初逐渐兴起的智能材料结构系统，吸引了包括物理、化学、电子、航空航天、土木工程等领域的研究者涉足其中，取得了丰硕的成果。

1智能材料的概念及特点

智能材料发源于“自适应材料”（AdaptiveMate-rial），在Rogers和Claus等人的努力下，智能材料系统逐渐受到全世界各国官方机构的认可与重视，发展迅速。智能材料（IntelligentMaterial，IM）当前没有一个明确的定义，不过大体上都是根据功能做出相应的定义，是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，具有不可限量的前景。智能材料产生的背景决定了其所具有的独特优势，决定了其终将会带来材料科学的重大革新。通常而言，智能材料主要以下七大功能：（1）传感：能够对内外部的作用进行监控与鉴别；（2）反馈：将监控获取的信息进行传输以及反馈；（3）信息识别与积累：识别并记忆反馈来的信息；（4）响应：对内外部的变化做出灵活有效的反应；（5）自诊断：对内外部信息实施自行诊断、分析、评判等；（6）自修复：依特定的方法修复系统的故障；（7）自适应：待外部作用消失后可恢复原状。在具体的工程中，若要实现这么多的功能，仅仅依靠单一材料是无法实现的，因此通常情况下都是通过多种智能材料的组合才能达到目的。

2智能材料在土木工程结构中的应用

2.1光导纤维

光纤维的主要化学成分为二氧化硅，作为信息传递的绝佳介质，有着其他任何材料无法比拟的传导能力。材料主要由内层圆柱形透明介质和外层圆环形透明介质组成，内层为纤芯，外层为包层。内外层折射率的差异能够保证携带信息的光在纤维里面能量损失少，传输距离大。将光纤维植入到混凝土结构中，制成光纤维混凝土结构。当混凝土结构因外部因素的变化而产生变形时，植入砼结构中的纤维也随之发生变化，进而导致纤维中的光发生改变，相应的传感器能够直接获取变化，从而间接确定混凝土结构的各种性能变化，实现对结构的全方位监测，为工程的可持续性提供技术指导。并且，分布监控的模式可保证混凝土结构任何部位的改变均能被监测到，相当于在混凝土结构中创造了一个全覆盖、光角度、无死角的监测网络，两者组合而成的光纤维混凝土可以认为是一种具有强大自我调节的智能材料。当前，光纤维混凝土结构主要的工程应用包括：混凝土的温度及温度应力监测、混凝土结构裂缝的监测与诊断、混凝土结构强度与变形监测、混凝土结构配合的钢索应力和变形监测等。

2.2形状记忆合金

何谓记忆合金，即材料具有形状记忆能力。当材料的形状被改变后，其内在的记忆效应可被激发出来，进而自动产生回复应力与应变，驱使材料恢复原状。同时，合金材料能够传输能量并实现能量储存。鉴于此，工程中可将记忆材料安置在结构中，当结构出现变形、裂缝、损伤以及外界动荷载影响时，大部分的能量可被记忆合金材料消耗掉，可极大提高结构的稳定性，若将材料运用到多震地区的建筑结构中，则会实现对地震能力的吸收与耗散，极大地提高建筑物的抗震性能，此举属于材料的智能被动控制。形状记忆合金材料所具有的相变超弹性，使其可用来制作耗能阻尼器，这种阻尼器实现了智能被动控制。同时，由于其相变会引起超弹性滞回环的产生，使得材料具有极高的抗疲劳性，以此为基础制作的阻尼器使用周期远胜于普通的阻尼器，可实现结构品质的大幅度提高。

2.3压磁材料

土木工程领域中常规的压磁材料主要包括磁流变材料和磁致伸缩智能材料等。在外部磁场作用下，磁流变液悬浮体系的黏弹塑性会发生明显的变化，并且这种变化是可逆的。当外部磁场超过一定强度后，磁流变也会在极短的时间内变成固态，微观上表现为材料的分散相颗粒沿着磁场方向结成了链状结构。磁流变液介于液体与固体之间的这种独特的可变属性，以及对这种特性实施控制时耗能低、变化范围广、成本低等特性，使得磁流变液成为工程结构中作动器件的重要材料。当前，磁流变液主要被应用到元器件的控制桥路以及电源的高速开关等多个领域。且磁流变液在土木工程领域的应用主要集中在高层建筑、塔形建筑物、大跨框架和大跨度结构等。同时，有着高磁致伸缩效应的磁致伸缩智能材料，可以保证材料在机械与电磁直接进行可逆转换，因此具有广阔的应用前景。

2.4碳纤维混凝土材料

工程中混凝土的作用范围很广泛，因此对混凝土材料的改善也日益得到科研人员和工程从业者的支持，碳纤维混凝土的产生正是这一领域发展的重要产物，在混凝土中掺加一定比例的碳纤维，可赋予混凝土材料以驱动功能和本征自感应。作为一种高强度、高弹性、大导电性的材料，碳纤维的加入能极大改善混凝土的强度与韧性，并且碳纤维之间会形成具有电阻的导电网络，在材料中起到阻隔导电的势垒，大大降低混凝土材料的电阻率，从而使得材料的导电能力得到数量级上的显著变化。不可忽视的是，这种混凝土的电导率与温度及应力的变化而表现出规律性的响应。同时，碳纤维混凝土在温度上表现为温度变化造成电阻的变化，并且材料内部的温差也会衍生出热电效应，在电场的作用下碳纤维混凝土会产生热变效应（热效应与变形）。碳纤维的含量和混凝土材料的结构共同影响材料的温敏性，当碳纤维的含量超过一定比例时，材料才有可能形成较为稳定的电动势。而碳纤维的掺入方式主要有两种：短切乱向分布和连续碳纤维束单向增强。采取不同的掺入方式能使得碳纤维混凝土的力学性能得到不同程度的强化与提高，工程实践表明：第一种方式更具有实用性。

2.5压电材料

具有压电效应的压电材料，经常被用作驱动元件和传感元件。当压电材料受到外部因素作用时会因为其自身发生变形而产生电势，而对材料再施加一定电压时又会改变材料的尺寸，压电效应由此而来。利用这一特点，压电材料可用作传感元件，通过压电元件的变化来判断元件所在位置处结构的变形量。与此同时，若能在压电元件外部形成电场，进而对压电元件内部的正负电子施加定向电场力，从而迫使元件发生变形，制成驱动元件。利用驱动元件，可改变材料的应力状态，甚至会影响材料的结构变形。压电材料的变化均在极短时间内完成，因此压电效应主要适用于对结构振动的控制上。

3智能材料的未来发展

3.1智能材料性能的发展

智能材料有着独特的优越性能、广阔的发展前景，但是由于这一领域处于多学科交叉的研究前沿，所存在问题也亟待深究：（1）形状记忆合金的发现，改变了很多传统理念，胡克定律在合金材料这里基本上不再适用了，其所具有的智能功能使得传统的力学研究方法难以合理地解释其内在的机理，因此需要研究者另辟蹊径，从宏观与微观的角度重新去探究这种新材料的原理，建立一些实用性较强的理论和模型，以对具体的工程实际进行规范化的指导。同时，当前形状记忆合金还不完善，耗能高、功能单一等缺点使得其实用性不强，能够开发出低能耗、出力大、多功能的控制器则是未来研究的重要方向。（2）可以预见，压电材料将会成为工程结构中力学测量的首选感测元件，但是其存在的主要问题就是驱动力小，虽然已经有一些技术来弥补这一缺陷，但是对于大规模的土木工程结构而言，压电材料并不能直接应用，复杂的理论分析、高难度的集成技术研发，以及压电驱动器的开发技术和设计方法难度较大，都是制约压电材料未来发展的瓶颈，是研究的难点、热点和重点。（3）压磁材料所面临的问题是在长期的放置之后，会产生固体颗粒沉降，这种沉降对材料的稳定性有着怎样的影响效应也需要更深入的研究。并且，其温度适应范围较小，若能够拓宽温度作用范围，将使得压磁材料有着更广的发展前景。

3.2智能材料研究难题

针对材料本身所面临的主要问题，未来在土木工程领域的应用研究主要有下列一些难题：（1）结构的健康监测与保养；（2）形状自适应材料与结构；（3）结构减振抗震抗风降噪的自适应控制。这些问题的进一步研究将有助于工程质量的提高，有助于降低工程灾害性事故的概率，有助于强化工程的安全可靠性，有助于推动土木工程领域的高技术发展，有助于为土木工程领域注入新的发展动力与机遇。

参考文献

[1]曹照平,王社良.光纤传感器在土木工程中的应用[J].南京建筑工程学院学报:自然科学版,2000(4):47-50.

[2]张亚东.智能材料在土木工程中的应用研究[J].科技资讯,2011(30):49-49.

[3]王社良,苏三庆,沈亚鹏.形状记忆合金拉索被动控制结构地震响应分析[J].土木工程学报,2000,33(1):56-62.

[4]王社良,苏三庆.形状记忆合金的超弹性恢复力模型及其结构抗震控制[J].工业建筑,1999,29(3):49-52.

[5]DykeSJ,SpencerBFJ,SainMK,etal.Mod-elingandcontrolofmagnetorheologicaldampersforseismicresponsereduction[J].SmartMaterials&Structures,1996,5(5):565.

[6]欧进萍,关新春.磁流变耗能器及其性能[J].地震工程与工程振动,1998,18(3):74-81.

[7]张其颖.碳纤维增强水泥混凝土复合材料的研究与应用[J].纤维复合材料,2001,18(2):49-50.

土工合成材料的性能篇6

关键词：土工织物；防汛；抢护

我国在利用天然纤维材料和织物进行防汛护堤、抢险、堵口方面已有很久的历史，但利用土工合成材料来防汛抢险还是一项新技术。土工合成材料是一种新型的岩土工程材料。它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、表面或各层土体之间，发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。土工合成材料不仅具有较高的强度。而且具有抗冲、耐磨、耐腐蚀和重量轻等特点。

一、概论

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。《土工合成材料应用技术规范》将土工合成材料分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等类型。

土工特种材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格室、土工织物膨润土垫、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）等。土工复合材料是由上述各种材料复合而成，如复合土工膜、复合土工织物、复合土工布、复合防排水材料（排水带、排水管）等。

二、防汛、抢险的传统材料和土工合成材料的特点

堤防、涵闸等各类建筑物的安全渡汛主要采取两个层次的措施：第一是防护，就是避免险情发生；第二是抢险，即一旦险情出现，要迅速采取有效措施消除险情。防汛、抢险最常用的传统材料主要为土料、砂料、石料以及草袋、麻包等，它们作为防汛用材已历史悠久，效果良好，仍然是当前防洪、抢险的主要材料。这些材料虽然有来源广、数量多能就地取材等许多优点，但也存在重量重、体积大、运输困难、施工劳动强度大、施工速度慢、工程质量不易保证等不足。

土工合成材料中的土工织物一般都具有较高的强度，单位质量轻、透水性强、防腐及耐磨性好的特点，同量它还具有以下几方面的功能和作用：

（一）排水功能：土工织物能截断与汇集土体中的渗水，并能将渗水沿垂直织物平面或平行织物平面排出土体；

（二）反滤功能：由于土工织物构造上的水力学特性，在它排出渗水的同时，能拦阻土体颗粒不被带出；

（三）隔离作用：土工织物可能把不同性质或不同级配的土石料隔开，以免互相掺杂，从而可以保证施工质量；

（四）对土体的加筋作用：土工织物有较高的抗拉强度，在土体中可以约束土体的应变，提高土体的综合变形模量，减小土体变形，改善土体的受力状况。

土工织物这些功能和特性，可以克服或改善传统材料的缺点或不足。此外，土工织物施工工艺简单，易保证工程质量，施工速度快，工程造价低（与传统反滤材料相比，可节约投资三分之一到二分之一）。因此对于防汛抢险这种时间性非常紧迫的工程，土工织物将成为一种十分理想的新材料，特别对一些缺土缺砂石料的地区更具有特殊的价值。

三、土工织物在防汛抢险中的应用

汛期江河水位高涨，常居高不下，有时还受到大风大浪侵袭，对于堤防薄弱环节，常容易酿成险情。堤坝工程的主要险情有：迎水坡发生大面积塌落，堤坝内出现贯通水流通道和裂缝，下游出现管涌、流土及成片泡泉，下游坡出现大面积散浸，洪水漫顶等。现针对最常见的险情提出抢护方案。

（一）堤坝坍塌险工的抢护

当堤坝上游有大面积塌落险情时，可采用覆盖软体排防护，这种险情大多要分秒必争地进行抢护。沉排抢险施工方法如下：

1.展排体。将排体运到险工段，放在对应的堤顶上，并展开。

2.横枕装载。指抢险队要把装满土的编织袋放在横枕中心线上，折转枕布将对于尼龙绳头捆在一起，就成装土横枕。

3.滚排成捆。抢险队站在横枕一侧，滚排成捆，后将捆搭到迎水坡堤肩处。

4.打桩挂排。在纵枕对应的堤顶上打桩4-6根，将纵向拉筋绳拴在桩上，松紧要适度，使排体沉好后，上端超出水面为准。

5.沉排护险。抢险队面向迎水坡，往下推滚排体，使排体沉到预定位置，并在上游侧拉紧横向拉筋绳，固定排置，避免移位和翻转。

6.纵向压载。抢险队分成四组，同时向指定竖袋内投入装土的编织袋，直到装出水面为止。

（二）管涌险情的抢护

由于渗流的作用，汛期堤坝及地基基础薄弱处往往发生渗透变形，产生管涌、流土、滑坡等险情，如不及时处理，就将危及堤坝安全。采用土工织物作为滤层，应对可能出现渗透破坏的堤段取土，进行试验计算，确定土工织物型号，然后选购所需土工织物。但在防汛抢险时，有时来不及试验，只能凭经验处理。

使用土工织物对管涌险情的抢护，其施工方法是：

1.将泉眼周围或严重散浸的地面整理平整，清除草皮杂物以及尖角石块。

2.如泉眼较小，可以用整块的土工织物盖住泉眼，如泉眼较大或连片泉眼，则应将土工织物互相搭接并用线缝起来，或采用化学粘合。搭接宽度一般为15-20cm。在松软的土基或水下施工时，搭接宽度应取40-60cm。

3.将土工织物盖在泉眼上面，即以重物将其固定，再由周围向中央压易透水的2-4cm粒径的小卵石或小石子，厚度30-50cm。石子上面再压块石或混凝土块，最后形成中心高，四周低的压重体。

4.铺放土工织物的面积取决于泉眼的大小和严重渗水段的范围，其面积应大于需要保护的渗水范围0.5m以上。施工时应注意以下两点：

土工合成材料的性能篇7

施工是工程建设的核心环节，施工期间出现的各种问题均会造成地下室混凝土裂缝产生。从勘测结果来看，施工人员在作业时对于地下室结构未能详细了解，导致所采用的工艺流程不符合图纸要求，这是引起混凝土结构裂缝出现的根本原因。为了控制施工阶段混凝土结构裂缝的形成，对施工阶段产生的裂缝详细分析是很有必要的。

1.1沉降裂缝

从建筑物构造形式可知，地下室处于建筑的最底层，特别是高层建筑的地下室承受的荷载更大。沉降裂缝形成的根本原因是由于荷载超标，引起地下室结构整体下沉而出现裂缝，施工期间钢筋混凝土强度性能不足，受到荷载力影响后会出现明显的沉降，且裂缝的外形较宽。

1.2收缩裂缝

收缩裂缝常出现于两个阶段，即凝固、硬化。凝固时由于混凝土材料的水分大多数被蒸发掉，混凝土材料收缩产生裂缝。硬化时受到地下室构建的限制，混凝土收缩效果不一致易造成裂缝。收缩裂缝不仅破坏了混凝土结构的稳定性，对钢筋材料也会造成锈蚀或损坏。

1.3龟裂裂缝

按照建筑施工的标准，钢筋混凝土浇注之后要及时养护处理，以保证地下室结构的稳定性。但由于施工单位在浇注混凝土后未采取表面处理、结构养护等措施，造成龟裂裂缝的形成。如：对于刚浇注的混凝土应注意洒水养护，若缺乏保养使得混凝土初凝时出现结构性裂缝。

1.4配筋裂缝

钢筋混凝土推广之后，配筋是混凝土材料配制的重点环节。施工人员在配筋时操作不当也会引起地下室多个位置开裂，破坏了地下室结构的稳定性。如：上层钢筋网间隙过大、数量过少、应力集中等，均会造成裂缝的出现。随着建筑物层数的增多，配筋裂缝的破坏力更大。

1.5温差裂缝

温度差异会造成“热胀冷缩”，这是混凝土结构裂缝产生的常见因素。当混凝土结构内部温度不一时，施工阶段的温差裂缝现象则更为严重。正常情况下，温差裂缝是水泥水化热或因环境温度造成。地下室混凝土结构温差过大会在表面形成条状裂缝，保持一段时间后混凝土会不断扩散开。

2.材料缺陷造成的裂缝

地下室混凝土结构裂缝与材料性质也有很大的关联，若混凝土材料配制不当会造成材料性能受损，无法承受过大的载荷而形成裂缝。施工阶段产生的收缩裂缝基本上都是由于混凝土材料性质不稳定引起。一般情况下，收缩裂缝在变形裂缝里占有的比例高达85％左右，对混凝土材料引起的裂缝深入分析有助于地下室结构的加固处理。从材料性质分析收缩裂缝成因表现为：

2.1干燥收缩

混凝土材料试验显示，水泥添加水分则变为水泥硬化体，并且体积明显减小。通常每l00g水泥水化后的化学减缩值为7～9ml，这种特点影响了混凝土抗拉强度，使得干燥收缩现象更为严重。此时，水泥砂浆的干缩值为0.1％～0.2％，混凝土的干缩值为0.04％-0.06％，对比标准干缩值0.01％-0.02％相差甚远，从而引起的干缩裂缝的形成。

2.2温差收缩

材料内部温度变化会造成水泥水化不均衡，温差收缩产生的裂缝宽度更大。若施工单位采用高性能混凝土，其水泥用量比常规混凝土多3倍以上，水泥水化的放热量更大，放热前后的温度相差50℃。但混凝土材料的标准为温差在10℃时会造成冷缩值εC=T/α=10/110-5＝0.01％，超出了混凝土的极限拉伸值。

2.3塑性收缩

塑性收缩是由于混凝土材料内的水分散失过多，对混合料的初凝、硬化效果造成不利影响。地下室混凝土结构塑性收缩现象会引起水分的快速蒸发，骨料、水泥之间的伸缩变形更多。塑性收缩造成的裂缝宽度在2-3mm，若是不及时处理会逐渐向周围扩散。此外，地下室混凝土材料的水灰比超标，水泥超量使用，粗骨料过少等也会引起塑性收缩裂缝。

3.从材料性能控制裂缝

地下室裂缝的形成受材料因素影响较多，混凝土材料是地下室构造的基本要素，鉴于材料性能异常对地下室造成的不利影响，工程单位在施工期间要注意混凝土材料的质量控制。材料性能的控制应从基本原料构成及钢筋材料配合等方面人手，配制混凝土之后应现场取样检测，合格之后才能运用于地下室施工。

3.1控制混凝土配合比

水泥是混凝土的重要原料，在配制混合料时要严格检测水泥原材料的质量、型号、性能。对于不同品种的水泥所采用的配制工艺是不一样的，如：采用低水化热水泥应确保混凝土强度符合标准要求，且尽量减少用量以防止低水化热造成的不利影响，避免收缩裂缝的形成。骨料大小的控制决定了混凝土材料的伸缩性能，为防止混凝土结构裂缝的产生需合理控制骨料的大小、级配等。如：对于高强度的混凝土材料，应适当增大其粗骨料的比例，通过改等级配效果减轻低水化热的不利影响，这种方法对改善地下室结构的整体性能大有帮助。另外，对水灰比综合控制可减低材料使用后裂缝的发生率，维待地下室结构性能处于正常状态，厂家在配制混合料时要控制好水分的添加量。

3.2材料性能检测

当配制好的混凝土运输至施工现场时，施工单位要安排专业检查人员抽样检查，待混凝土性能合格之后才能运用于地下室施工。对于材料性能检查应掌握多个方面的指标，特别是混凝土的原料搭配应满足地下室结构性能的需求。掺合料、外加剂是混凝土材料的重要参数，对掺合料、外加剂的控制可显著改善材料的性能。如：粉煤灰具有减水、作用，对混凝土的粘聚性、流动性有改善作用；选择具备减水、增强、缓凝功能的外加剂，也能增强混凝土抗裂、抗渗的性能。

3.3使用高性能材料

伴随着建筑行业技术的进步，许多新型的混凝土材料得到了广泛运用，给建筑施工创造了有利的条件。因混凝土材料性能对地下室裂缝形成有较大的影响，施工单位可通过引进高性能混凝土材料的方式控制裂缝的形成。高性能混凝土可以从和易性、强度、耐久性、变形等多个方面增强材料的抗裂性能，提高了地下室施工的质量。如：地下室施工可采用发泡混凝土，这种材料具备良好的特性。国内对于泡沫混凝土的运用集中于屋面泡沫混凝土保温层现浇、泡沫混凝土面块、泡沫混凝土轻质墙板、泡沫混凝土补偿地基。

3.4把握浇筑工艺

地下室混凝土结构裂缝的防治需把握好浇注环节，采用先进的施工工艺维持良好的结构质量。目前，地下室混凝土浇注工艺应重点控制浇注速度、浇筑量两大指标。首先，混凝土浇筑量的控制应根据地下室施工图纸而定，对混凝土结构详细掌握后选择施工工艺，以保证混凝土发挥最佳凝固效果；其次，浇注速度，地下室处于建筑物底层，其会受到潮湿环境的限制而影响凝固效果，在浇筑时要注意速度的把握，以免速度过快浇筑量过大影响了混凝土性能的发挥，使之出现裂缝现象。

4.其他常用的处理技术

先进的施工技术是避免裂缝的根本措施。施工单位不仅要从材料性能方面防范裂缝的形成，还应结合先进的裂缝处理技术减小其不利的影响。我国建筑行业经过几十年的发展已经形成了一套完整的裂缝处理方案，对低层或高层建筑物结构的裂缝处理发挥了理想的效果。当前，建筑行业常用的裂缝处理技术包括：修补技术、加固技术、开凿技术、温控技术等。

4.1修补技术

修补技术常用于微细裂缝的表面涂膜，以达到修补混凝土微细裂缝的目的。修补技术可采用表面覆盖法，其选择的修补材料要根据地下室混凝土裂缝的实际情况而定，普遍使用的材料为弹性涂膜防水材料，如：聚合物水泥膏、聚合物薄膜等。施工人员在修补之前要对混凝土表面进行清理，再用水冲洗表面杂质，待混凝土完全干燥之后用树脂充填混凝土表面的气孔即可。

4.2加固技术

加固技术需配合注浆工艺才能完成。处理地下室裂缝时先在裂缝位置上贴医用白胶布，再用窄毛刷沾浆沿裂缝来回涂刷封缝。当裂缝封闭时间超过10min把胶布条拿掉，露出小缝，粘贴注浆嘴用键包严。加固技术处理裂缝会造成周围产生新的裂口，此时需反复灌浆处理。正确的加固流程是由上往下注浆，灌浆结束后可进行1～2次的补浆加固处理。

4.3开凿技术

此处理方法是对原先的裂缝进行扩大处理，为裂缝修补操作提供方便。开凿技术适用于宽度超过0.5mm的裂缝，配合环氧树脂、聚硫橡胶、水泥、砂等完成修补。如：对砂、水泥按照标准的比例调配混合，再把环氧树脂、聚硫橡胶等均匀调配。通过抽样检测确定修补材料符合要求，再将其注入已开凿的裂缝里，对于宽度较大的裂缝也可结合开凿技术处理。

土工合成材料的性能篇8

关键词：水利工程；渠道；防渗

实践数据表明，渠道防渗工程技术不仅可以有效地提高渠道水利用率，可以大大地减少渠道渗水量，有助于地下水水位降低，防治土壤盐渍化这样的次生灾害的发生。

1.渠道防渗方法分类及适用条件

1.1土料类 此种方法多用于气候温和地区的中小型渠道，原材料以沙、石、素土以及石灰为主，可以就地取材，因此造价很低，施工也简单，使用年限可达到5～25a，但是，这种包含素土、三合土、四合土、灰土以及黏沙混合土的施工方法抗冻能力差，耐久性也差，比较费劳动力，更重要的是它的质量得不到保障。

1.2水泥土类 这种方法适用于气候温和地区同时附近有壤土和沙壤土的渠道，包含干硬性水泥土和塑性水泥土，原材料以壤土、沙壤土、水泥为主。同样可以就地取材且造价比较低，施工也很容易，使用年限可达到8～30a，但抗冻性同样十分差。

1.3石料类 这种包含浆砌料石、浆砌块石、浆砌卵石、浆砌石板的方法，原材料以水泥、卵石、料石、块石、石板以及石灰为主，多用于石料来源丰富、有抗冻与抗冲要求的渠道，可以使用25～40a，它的抗冻性和抗冲性好，施工简便且耐久性强，但是由于石料一般较重，需要的人工比较多，且由于石料缝隙大，因此此种方法的防渗性能很差。

1.4膜料类 这种方法防渗能力强且质轻，运输起来比较方便，是中小型低流速渠道首选，且十分耐用，可以达到20～30a的使用年限，其内部包含土料保护层、刚性保护层，原材料以石、沙、膜料、土料以及水泥为主。

1.5沥青混凝土类 一种防渗能力强且冻胀变形能力较好的方法，但是造价很高，料源也比较稀缺。可使用20～30a，工程包括现场浇筑、预制铺砌，材料以水泥、石以及沙为主，在有冻害地区且附近有沥青料源，这样的渠道可以考虑使用。

2.渠道防渗工程技术

2.1防渗工程中的材料选择 1）土料和石材。土料，目前已不常用的材料，主要是黏土、黏沙混合土、灰土等，成本很低，使用也很方便，但抗冻性不好，不适用于寒冷地区，而且需要较高的维护成本。石材，适合就地取材的材料，抗流水冲刷，高耐磨性能，抗冻性能出色，在石材丰富的地区施工简单、且成本低，但是缺乏石材的地方就很难采用了。2）水泥土、混凝土和沥青混凝土。土料加上水泥、水掺混制成的材料既是水泥土，土料低廉的价格决定了水泥土造价也并不高，而且使用方便，但是水泥土的抗冻性能并不好，因此不适用于寒冷地区。

2.2特殊渠道基土的处理 渠道基土对渠道的防渗效果影响很大，如果基土为冻胀土、膨胀土、盐渍土等土质时，需要加入其他材料进行改土。基土为膨胀土时，改土可添加沙石或土料等，目前，新型化学材料固化剂固化后的土壤可以满足渠道要求，但是在北方寒冷地区，土壤固化剂抗冻性不好，因此不合适使用。冻胀土采用的方法是回避或者换土、压实来符合施工的要求。盐渍土的话，可以置换土壤但成本很高，这时可以事先对土壤中的盐分离子种类、含量进行分析，不同盐分离子的土壤，可以予以分类处理。

土工合成材料的性能篇9

【关键词】道路桥梁；混凝土；质量控制；检验

在道路桥梁的建设过程中，混凝土原材料作为主体材料，应用最为广泛，所以其质量要求也最为严格，因此，加强混凝土原材料的质量控制和检验势在必行。

1 混凝土原材料的主要组成成分

混凝土主要是由水泥、水、集料、化学外加剂、矿物质混合材料，按比例配合，经过均匀拌制，振捣密实成型及养护硬化而成的人工石材。在拌合的过程中，水泥就会将砂石牢牢粘在一起待凝固，因此拌混凝土的工作性能、硬化混凝土的强度、耐久性能很大程度上取决于原材料质量。普通混凝土原材料的主要组成为水泥、水、集料及化学外加剂，加强路桥施工过程中混凝土原材料的质量控制非常重要。

2 混凝土原材料的质量控制

2.1 水泥的质量控制

水泥是混凝土重要的胶结材料，其质量对工程的影响也不言而喻。因此，在工程建设中必须保证水泥的质量，对其进行严格的控制。水泥有多种品种标号，在选择水泥的时候应根据设计图纸的要求和实际使用部位的具体条件，选择合适的水泥品种和标号。优质水泥很容易识别，包装完好、标识完全，从其颜色、触感也很容易判断他的质量。对水泥的选择应严格水泥进场时应有质量证明文件，并应对其品种、级别、包装或散装仓号、出厂日期等进行检查，保证进场质量。

水泥遇水时容易发生化学反应而容易受潮、结块，这就要求水泥的堆放管理要严格，为了避免施工过程中施工人员乱用、混用的情况，存放时要将不同品种的水泥分别堆放；水泥仓库应保持干燥，在使用后，对于还没有使用完的袋装水泥，如果要进行第二次使用，就要将水泥严格保管，以保证其有效性。水泥一般应入库存放，先到先用。袋装水泥堆放不宜过高，一般为10袋，以免下部水泥受压结块，如存放时间短库房紧张，也不宜超过15袋。如果露天临时储存的水泥，应选择地势高，排水条件好的场地，并认真做好上盖下垫工作，以防水泥受潮。在使用前应做好质量检查，检查产品的合格证、出厂检验报告和进场复验报告。

2.2 水的质量控制

水的质量会影响其他材料的使用效果，因此在施工过程中，要及时清洗集料和拌混凝土所需的水，严格把关。混凝土的制备用水要符合混凝土拌合水的标准，水中不能含有油、酸、碱盐、有机物等会影响混凝土质量的物质。饮用水一般不含这些杂质，一般都适合搅拌混凝土；对于非饮用水来说，要控制离子浓度和酸碱度等，以免影响混凝土的化学性能。要符合以下的要求：硫酸盐含量小于2.7毫克每立方厘米；含盐量不大于5毫克每立方厘米；ph值大于4。因此，对于非饮用水要对这些指标进行严格的检查，以免影响道路桥梁工程中混凝土的质量而造成严重的后果，对于成分不明的水更要在水质化验和抗腐蚀性检验合格后才能投入使用。水质量的控制在混凝土的质量控制中是一个非常重要的环节，所以应严格按照要求的指标进行检测。

2.3 集料的质量控制

集料在混凝土中的比重非常大，是主要组成材料之一，也是整个结构体的骨架，决定着道路桥梁的力学性能、安全性和耐久性。因此，要延长路面混凝土的使用寿命，关键是提高路面混凝土的抗折强度，改善路面混凝土的耐久性，集料的质量对其影响必须引起足够重视。为了保证道路桥梁的质量，对于集料的控制也是非常重要的，需要根据具体实际选择不同的集成原料。一般集料的渗透性要比水泥浆体的渗透性低，而实际上某些集料的渗透系数与水泥浆体的渗透系数相差不大。当集料的孔隙率达到10%时，其渗透性比水泥浆体还要高得多，而在道路桥梁的建设中，选用低渗透集料用于防水混凝土的施工很关键。

在道路桥梁的施工中还要选用质地坚硬、耐久性高的天然砂。在使用砂的过程中，要控制砂的细度模数和过筛量，对进入施工场地的砂要不定期的进行抽查，检测其含水量，以确保在混凝土的配置中把握好放水量，当达不到标准时，要及时进行处理。

集料的存放也很重要，在存放的时候应将统一规格的集料放在一起，防止各种集料混杂，同时还要注意不要让杂质进入，确保集料质量，以保证建成后道路桥梁的质量。

2.4 化学外加剂的质量控制

混凝土中掺用的外加剂也是不可或缺的，化学外加剂具有缓凝、引气、减水、早强、泵送、防水、防冻、喷射等作用，因此，选择外加剂的时候必须检查生产厂家的生产许可证，必须有生产厂家的质量证明书，使用前应以每次进广的数量进行性能的检测。在选择外加剂的时候要根据混凝土的用途及施工环境来选择合适的外加剂，例如对于高效减水剂，选用时应注意减水剂与水泥品种的适应性，应通过试验选择与水泥相适应的减水剂，并通过试验确定减水剂的减水率。还应注意某些减水剂会明显增大混凝土的坍落度损失，在配制预拌高强混凝土、泵送高强混凝土、大流动性高强混凝土等，应采取适当的措施。

在存放外加剂时也要注意，应该将各种不同品种的外加剂分开存放，并做好标注，避免在使用的过程中混用，做好上盖下垫，防雨防潮，而造成混凝土的质量问题。

3 混凝土原材料的质量检验要点

3.1 做好二次检测

对进入施工现场的混凝土原材料，在出厂合格证齐全，化验单符合相应标准的情况下，做好再次检验工作。要核验进场水泥是否与质保资料相符合，包装标志是否齐全，水泥是否错进或混进，是否有受潮结块现象。在认真检查合格后，督促施工单位按批抽样送检，检验项目全部合格后，方可准予拌制混凝土。对于甲方提供的混凝土原材料，监理工程师也不能放松检验工作，要做好水泥生产厂家的选择，优先采购合格混凝土原材料，如果检验不合格，混凝土原材料要停止使用。混凝土原材料的安定性是一项重要的指标，为保证质量，施工所用的混凝土原材料必须经过该地区有资质的试验室复验，合格后才能投入使用。

3.2 做好现场检验

在道路桥梁的施工现场，要检验混凝土试模和试件的选用是否符合设计和施工技术要求，混凝土构件的养护应在成型后立即用不透水的薄膜覆盖表面。对于混凝土养护阶段的检验，要重视温度、湿度和气温的变化，使其抗压强度符合施工标准。

4 结束语

在道路桥梁的施工过程中，质量对整个工程的影响非常大，因此提高对原材料的质量控制和检验成为了整个工程的重中之重。要使混凝土原材料的质量得到保证，相关工作人员必须抱有负责严谨的工作态度，做好各个细节的控制，使原材料的各个部分达到指标规定，只有这样，才能做出一个高质量的工程，也只有这样，人们才可以通过这个高质量的工程为社会谋福致富。

参考文献：

土工合成材料的性能篇10

关键词：碳纤维；混凝土；加固

中图分类号：TU599 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）08-0155-01

作为一种高性能的复合型材料，碳纤维一直用于体育、航空航天等产业的材料应用，随着经济和科研力度的不断提升，近年来，碳纤维的价格不断降低，这促使这种高性能的材料在房屋建筑、市政、道路桥梁等行业逐渐得到应用。由于该种复合型材具有耐久性强、耐腐蚀的特点，因此在建筑等行业中主要应用于改变构件受力性能以及结构补强。而混凝土作为目前使用最为广泛的建筑原材料，它的工程力学性能一直是人们关注的问题，随着科研技术地不断发展，混凝土逐渐向高强度、多功能以及智能化的方向发展，碳纤维混凝土的出现是无机材料和有机材料的高效融合，这是一种新型的智能材料，碳纤维的使用能够大大改良混凝土的特性。

1 碳纤维材料的物化性质

碳纤维是含碳量高达90%的复合型材料，其具有耐高温、高强度、抗蠕变、耐酸碱腐蚀、可传热以及可导电等优良性质，其密度比铝小，但强度比钢材的强度还要大，它的耐腐蚀性要比不锈钢的耐腐蚀性还要优越，其耐高温性比耐热钢的还强，因此它是集力学、电学以及热学性能为一身的化工新材料。将碳纤维运用在混凝土中，对混凝土的延展性、抗冲击性等显著改善，尤其是能够显著改善传统混凝土脆性大的缺点，增强其韧性。和抗疲劳性。

2 碳纤维复合材料对混凝土的加固原理

在混凝土中加入碳纤维对混凝土进行加固，这种方法从1996年就已经被引入到国内，并很快受到工程界的强烈关注。其加固原理是将碳纤维复合材料通过一定的技术粘贴在混凝土结构的表面，通过混凝土结构和碳纤维材料之间的协同作用，最终达到对混凝土结构构件加固补强，并有效改变混凝土结构性能的目的。

3 碳纤维复合材料在混凝土加固中的应用

加固混凝土构件中使用的碳纤维材料通常有两种，一种是碳纤维材料，一种是配套树脂。正如上文提到的，碳纤维材料有高强度、自重轻、高弹性模量等优良特点；配套树脂包括有粘结树脂、找平树脂以及底层树脂，其中粘结树脂的作用是使混凝土和碳纤维材料形成统一的复合材料，而后两种树脂的作用则是提高混凝土构件和碳纤维材料。混凝土通过和碳纤维复合型材料的共同作用，达到提高混凝土抗剪承载力和混凝土构件的抗弯能力，进而达到了结构补强和加固的目的。

按照碳纤维原丝的不同能够将碳纤维布分成黏胶基、PAN基以及沥青基等三种类型的碳纤维布。在对混凝土构件进行加固时需要对构件的结构施工设计、构件腐蚀以及其实测强度等材料，利用碳纤维布对构件或者混凝土结构进行加固设计。加固用的胶粘材料包括三种：第一，底涂胶。将其涂在混凝土构件或结构的表层，能够使表层的强度得到加强，这样就能够有效提高碳纤维和混凝土的粘结性；第二，浸渍树脂，其能够使碳纤维片材相互结合在一起，并使其呈现出硬化的板状物，并能够使混凝土和碳纤维强力粘结在一起，使两者构成一个统一的复合体；第三，修补胶。该胶粘材料可以对混凝土表面进行平整，得到平整后的构件能够和碳纤维材料更好结合在一起。

4 碳纤维复合材料加固设计计算

用于混凝土构件加固的碳纤维复合型材料主要是上文介绍的碳纤维布，其在实际工程中的应用技术已经比较成熟。其优点主要体现在提高混凝土结构的受剪承载力、受弯承载力、抗震力以及抗疲劳能力等。使用碳纤维布对混凝土结构进行加固时要坚持以下两个基本原则：

①对那些钢筋锈蚀程度比较小，并且外观相对完好，并且保护层没有开裂的混凝土结构或构件，对其计算承载力时，为了方便计算可以认为混凝土和钢筋间的粘结强度以及自身强度没有降低。针对这类构件进行加固处理时只需要对其进行防腐蚀预防加固就能够提高构件的抗腐蚀性能。即对这一类型的混凝土构件进行加固时只是结构性加固，并不需要计算使用碳纤维布的数量。

②对于那些表面防护层已经破裂，钢筋锈蚀程度比较深的混凝土构件，由于其钢筋严重锈蚀，所以钢筋截面减少严重，这导致钢筋的强度严重降低，并且其和混凝土之间的粘结强度降低。因此在针对这一类型的混凝土构件进行加强时要考虑实际的结构锈蚀程度，计算所需的碳纤维布的数量。通过计算横向和纵向使用的碳纤维布的数量，进而达到提高混凝土结构的抗剪承载力和抗弯承载力。这种类型的加固是对混凝土结构的强度的提高。

计算碳纤维布用量时，应按照受力相等的力学原理，通过等效转换的方法把碳纤维布的面积等效转化成钢筋面积，公式表达为：

其中，Ase是抵抗不足弯矩需要的钢筋截面积，Acfs是碳纤维布的横截面积，fcfs是碳纤维布容许拉应力，单位取MPa，fy是钢筋抗拉强度，令fcfs=φ×β×1800，φ在这里表示为碳纤维布利用系数，按照我国目前实际工程设计的情况，建议取其值为0.85，β是层数折减系数，取值时按照表1中的规定选择准确的值。

取碳纤维布的净面积，其计算公式为：

其中，tcfs表示的是碳纤维布的厚度，n是粘结层数，Bcfs表示的是碳纤维布的幅度。

5 工程实例

某实验大楼建成时间是1988年，在2009年对该实验大楼的质量检测报告中显示大楼结构中有部分框架梁端出现了明显的裂缝，这对大楼造成了严重的质量安全隐患，因此要对出现质量问题的梁进行加固处理。考虑到该实验大楼的正常使用功能，设计人员选用具有高强度的碳纤维复合型材料对这部分梁进行加固，这样不仅能够方便施工，还能够大大缩短工期。经过对工程实际情况进行探明并对碳纤维材料进行综合考量后，决定选用FTS-CI-20碳纤维布对梁结构进行粘贴。

该碳纤维布的性能指标是：纤维布厚度0.112 mm，重量为200 g/m，纤维为单方向，其弹性模量是2.33×105 MPa，抗拉强度是3 545 MPa。工程选用的胶粘性材料为FE胶、FP胶和FR胶，这几种树脂胶使用温度为6～34 ℃，粘贴强度是2 MPa，抗剪强度是10 MPa，使用时间在25～120 min。由于本次加固属于结构性加固，因此不需要计算碳纤维布的层数，直接加固。加固采用的U型粘贴的方案直接进行梁结构加固。经过加固以后，梁的抗剪承载力比未加固前提高了42%～61%，施工期间没有妨碍大楼的正常使用，工期为2 d。

通过该工程实例证明，采用碳纤维复合型材料不仅大大方便了施工，同时也显著提高了混凝土结构的强度。

6 结 语

总之，碳纤维复合材料的优越的物理、化学以及热学特性，在加上其价格上逐渐显现出来的优势，它在建筑领域中的应用必将逐渐广泛。尽管在目前建筑工程中的使用还有某些方面的不足，但是随着科研技术的不断发展，相信在不远的未来，这种新型的复合型材料在实际工程中的应用中必定会越来越广泛。