随着加筋技术的发展和土工合成材料加筋理论的不断完善,新型的土工加筋材料不断研制出来。20世纪70年代末,出现了塑料土工格栅,近几年又研制出经编土工格栅和玻纤土工格栅。
这三种土工格栅的出现,给土木工程等领域注入了新鲜的血液。在土工产品多样化、选择材料的余地更加广阔的今天,我们对材料的选择更应该慎重,因为不同材料的性能各异,一旦选择不当,将会给工程带来不可挽回的损失。
三种格栅的性能比较塑料土工格栅、经编土工格栅和玻纤土工格栅虽然都属于格栅类产品,但它们的生产工艺、制造原料及物理力学性质指标各不相同。
塑料土工格栅性能分析和种类塑料土工格栅是目前应用最广泛的一种格栅产品,分为单、双向格栅。在经挤压制出的聚合物板材上冲孔,然后纵向(沿板材方向)拉伸便制成单向格栅;在此基础上,再在其长度垂直方向拉伸便制成双向格栅。
塑料土工格栅的规格品种较丰富,其基本性质如下:
塑料土工格栅的性能力学性能:由于在制造过程中,经过了定向拉伸,使聚合物分子沿拉伸方向定向排列,加强了分子链间的联结力,大大提高了其抗拉强度,甚至比软钢强度还大,但延伸率却很小。土石料在网格内互锁力增高,它们之间的摩擦系数也显著增大。
抗温度性能:由于拉伸作用,提高了其抗高温性能。
耐久性能:由于土工格栅中加入炭黑等老化材料,使它具备较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀、抗老化等性能。
施工性能:土工格栅是一种重量轻并具有一定柔性的塑料平面网材,易于现场裁剪和连接(可用聚乙烯绳或连接棒连接),也可重叠搭接,并可在现场组装成所需的形状。由于土工格栅在施工过程中折曲影响小,所以施工简单,不需要特殊的施工机械和专业技术人员。
单向土工格栅单向土工格栅在拉伸方向具有很高的强度(>100kN/m)和拉伸模量,是一种较理想的加筋材料。由于单向格栅在成型时只能轴向被拉伸,故只能在轴向受力。其工程性能表现在以下方面:
增强路基,有效分配载荷,增强土体受力性能,提高路基稳定性和承载力及使用寿命。
约束路基侧向变形与路基材料流失造成的整体或局部变形,减少不均匀沉降,有效防止路体的断裂。
适用于加筋挡土墙,可提高墙体稳定性。
适用于各种土质,无需异地取材,省工省时。
双向土工格栅双向土工格栅在纵向和横向上都具有较大的拉伸强度(能达到30 kN/m),与单向格栅比,双向都能受力。用于加筋时,能将力均匀分布于各个方向,整体性更好。变形率适当,适应于填料土的变形要求。
经编土工格栅性能分析经编格栅是近十几年才发展起来的,它是以高强度纤维或涤纶为原料,经衬纬双轴向经编机织成双轴向经编网格,再经PVC浸渍涂层加工制成的一种土工格栅。双轴向经编网格是经编土工格栅的骨架,它的性能很大程度上影响着经编格栅的性能。经编土工格栅具有优良的工程性能:抗拉强度很高(>60 kN/m);延伸率较小(10 %左右);抗撕裂强度大;纵横向强度差异小、变形均匀;与土或碎石咬合力强;抗酸碱、耐腐蚀、耐老化;具有柔性、质轻和易施工的特性。
玻纤土工格栅性能分析玻璃纤维土工格栅是以玻璃纤维为原料、采用纤维长丝双面涂覆而制成的网状结构材料。严格来说,玻纤格栅是经编格栅的一种,但由于所采用纤维性质的独特性而把它单独归为一类。其优良工程性能包括:
抗拉强度极高,延伸率很低:抗拉强度能达到100 kN/m,断裂延伸率为3 %左右;没有长期蠕变性:玻纤格栅不发生蠕变,可保证产品能够长期使用;高温稳定性:玻纤格栅的熔点在1 000℃以上,对160℃热铺沥青混凝土不受任何影响。
三种格栅在工程中的不同应用决定一种筋材是否能用于加筋的关键性指标为筋材强度(短期和长期强度)和延伸率(短期延伸率和长期延伸率即蠕变)。强度为控制筋材能否满足工程所需增强要求的指标,延伸率为控制筋材能否满足工程变形要求的指标。各种格栅的应用范围如下:
经编格栅的应用经编土工格栅应用范围为:用于软土地基、堤坝加筋,以均化应力,提高基底稳定性,调整沉降,减少不均匀沉降,提高承载力;用于路堤边坡加筋,提高斜坡稳定性;用于加筋桥台,提高桥台的整体性和强度,防止桥头跳车;由于沥青路面反射裂缝,增强路面基层的强度。因此,以高强纤维为原料的经编土工格栅成为最具发展前途的产品。由于目前经编格栅的接点由纵横向肋条编织而成,在受力后常会发生滑动,实际控制筋材强度的是筋材的接点强度而不是肋条的强度,因此在设计中应特别注意筋材强度的取值问题。
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