土工合成材料的发展历史

土工合成材料的发展历史古代的原始土工材料据科学考证，数千年前人类就利用芦苇加筋黏土建造房屋，三千多年前，英国人曾在沼泽地带用木排修筑道路。在我国，远在新石器时代，我们的祖先就利用茅草作为土的加筋材料。在河南发现的仰韶遗址距今五六千年，有很多简陋住室的墙壁和屋顶就是利用草泥修筑的。公元前2000～公元前1000年，古巴比伦人曾把织物纤维掺在土中建造庙宇。实际上，在独立于人类文明的自然界，许多鸟类和昆虫都本能地利用非土材料(草与树枝等)加固泥土巢穴；树木依靠庞大的根系吸收养料水分，同时也加固了赖以立足的地基。这些都是以非土材料加固土体原理的自然体现。现代的土工合成材料在现代，1930年美国北卡罗来纳州首次使用棉纺织品加固路基土。在第二次世界大战中，英国曾在路基上铺放梢辊和帆布，供装甲车通行；荷兰曾大量利用柳枝、梢料加固堤坝，防止冲刷。合成纤维自1913年在欧洲问世以来，至今已有百年历史，但合成材料用于土木工程却开始于20世纪50年代末。当时，美国人R．J．Barrett在佛罗里达州首次将透水性合成纤维有纺织物铺设在护岸混凝土块下，作为防冲刷保护层，因而他被称为土工织物之父。1957年荷兰首先用尼龙纤维有纺织物制成充砂管袋，应用于护岸防冲和堵口工程。1958年在美国佛罗里达州大西洋海岸防护工程中，聚氯乙烯有纺织物被置于土与石块之间，作为海岸防冲刷。经过27年的观察，其状态仍然良好。1985年，前联邦德国采用合成纤维制成有纺织物砂袋，修筑防波堤。1959年在日本伊势湾海岸，海堤和围堤因台风遭到灾难性破坏。在海岸修复工程中，利用有纺织物砂袋和合成材料片成功地修建了堤防；在修复围堤沉排工程时，采用维纶编织布成功代替沉排。5年后检查，未发现腐蚀现象，强度几乎没有下降。1960年荷兰采用尼龙有纺织物充砂垫层，防止海岸淘刷。1962年美国杜邦公司开发纺粘法长纤维无纺布，以取代短纤维无纺布。从此，欧洲各国都以纺粘法生产长纤维无纺布，并用做道路、护岸等工程中的滤层和导水体。1963年土工织物正式应用于日本国营铁道的土建工程中。1967年在海岸保护工程中，丹麦采用透水或不透水砂袋，用水力充填法冲人海滩砂形成充砂长管袋，保护海岸。1968年法国将针刺无纺布应用于道路工程，英国将热粘无纺布应用于道路工程，前联邦德国将短纤维制成的针刺无纺布用于渠道岸边防护工程。一般认为，有纺织物于20世纪50年代首先在美国应用，无纺织物的应用在70年代始于欧洲。20世纪70年代以后，在国外，织物的应用从马路、铁路路基工程逐步扩展到挡土墙、土坝等大型永久性工程。土工织物(geotextile)和土工膜(geomembrane)是1977年J．P．Giroud与J．Perfetti首先提出来的。他们把透水的土工合成材料称为土工织物，不透水的称为土工膜。这两个名词被使用了许多年。近十几年来大量的以合成聚合物为原料的其他类型的土工合成材料的纷纷问世，已经超出了织物和膜的范畴。进入80年代，土工格栅、土工网和土工垫等新材料相继出现，进一步加快了土工合成材料应用技术的发展。1983年J．E．Fluet建议使用土工合成材料(geosynthetics)一词来概括各种类型的材料，现在这一名词已被人们所接受。与世界先进国家相比，土工合成材料在我国的应用大约晚了十几年。在20世纪60年代中期，我国才开始将塑料薄膜用于渠道防渗工程。在70年代，一种由扁丝纤维织成的编织物，即通常所称的化纤包装袋，开始应用于河道与涵闸工程，其原料多采用聚丙烯和聚乙烯，具有易于生产、成本低、强度较高和延伸率小等优点。20世纪80年代开始，从国外引进的许多生产设备和技术资料推动了我国土工织物的生产与应用。1981年，铁路部门采用美国、英国的无纺织物，首先用于路基层，解决了路基翻浆冒泥问题。1983年，江苏省引进日本化纤模袋，用于航道护坡工程；河北省采用法国罗纳普朗克公司生产的针刺无纺布，用于水库过滤层。20世纪90年代以来，土工织物由于所具有的功能和特性以及在实际工程中的应用效果，引起全国各行各业的极大兴趣。尤其是在水利水电建设部门应用范围广、应用量大，如三峡水电工程、秦山核电站、京杭大运河等工程。随着理论研究的深入，测试技术、设计水平、施工方法的不断提高，土工织物开始在一些大型工程、重点工程中得以应用，并获得了较好的经济效益和社会效益。我国土工织物的生产和应用发展速度很快，特别是针刺无纺织物的生产和使用量近年来大幅度增长，但尚缺少统一的测试方法和完善的设计理论。当前，除引进外资和国外先进技术外，更重要的是应密切结合我国的土质条件和工程特点，努力开发、研制我国急需的产品，不断提高质量性能和降低成本，总结设计、施工经验，大力推广应用，同时加强织物作用机理方面的研究，逐步统一技术标准，使这一新的建筑材料在工程建设中发挥更大的作用。