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智和土工布:经编技术在高强度、耐环境土工布添加时间:2018-07-2045
  
经编技术在高强度、耐环境土工布中的应用
 
目前,经编土工布主要有经编轴向织物土工布、双层经编土工布、经编和非织造复合土工布等3类。经编土工布的功能多种多样,由于结构中高性能纱线呈现平行顺直排列状态,纱线的潜能能够充分发挥出来,使其拥有非常高的强度。同时,由于高性能纱线具有防腐、抗老化等特殊的功能,从而使其具有抵抗恶劣环境的优势,具有高强度、耐环境等特性的经编土工布在排水、过滤、隔离和增强等方面的功能尤为突出。
 
通过具有衬经、衬纬功能的特殊经编机,织造的经编轴向织物是一种新型的定向结构织物,目前卡尔迈耶和利巴公司的多轴向经编机是世界上使用最多和最广的多轴向经编设备。
 
经编轴向织物衬纱纱线的方向多种多样,既可以按经纱方向和纬纱方向衬入,同时也能以几乎任意角度的斜向衬入。经编轴向织物包括单轴向、双轴向、多轴向、格栅等组织结构,具有高强度、抗撕裂、耐久性、耐环境等优势性能。
 
经编间隔织物一般是在双针床拉舍尔经编机上生产的,通过间隔纱系统将上下表层的织物连接起来形成具有三维结构的整体织物。间隔系统通常使用合成纤维贯穿于两个表层织物之间形成间隔层,使织物具有较大的空间,这也是间隔织物最大的结构特点。经编间隔织物特殊的空间结构同样赋予了其抗压、透气导湿、结构整体性与可成形性等,从而能够应用于诸多领域。尤其作为土工材料应用,在过滤和排水领域具有独特的优势。
 
目前,德国利巴公司生产的多轴向经编机综合了非织造纤维网的制造特点和双轴向或多轴向经编织物制造特点生产经编/非织造复合织物。非织造土工布虽然应用很广泛,但其强度、耐久性及尺寸稳定性相对较差。采用具有高强度、织物尺寸稳定性好的经编轴向织物与其复合,可以在很大程度上提高非织造布的强度和模量,同时复合后的织物能够充分发挥2种织物结构的优势。
 
以经编轴向织物为增强体的高性能水泥管道由于高性能增强材料的加入,管材质量明显减轻。在相同内径、相同承载能力的水泥混凝土管技术要求下,经编轴向织物增强高性能水泥管道的管壁明显变薄。相关研究发现,当碳纤维增强水泥的厚度仅为钢筋增强水泥厚底的1/4时,即可抵抗与钢筋增强水泥相同的外部载荷。
 
相同强度的钢筋增强水泥和碳纤维增强水泥厚度对比
 
经编轴向织物增强的水泥管同时具有良好的承载能力、抗裂性能,提升了管道的抗渗性和耐久性,为排水工程提供新型优质管材。据相关报道,该类型的管道2016年开始建设城市地下综合管廊2000km以上。因此,经编轴向织物增强高性能水泥管道在国家正在实施建设的“海绵城市”、“地下城”、“地下综合管廊”等建设中将起到至关重要的作用。
 
在道路建设中的应用
 
土工格栅作为经编轴向织物的一种结构形式,在织物的经向和纬向以空穿的形式同时衬入高性能纱线,衬经纱和衬纬纱之间没有交织,能够形成彼此相互平行的2个纱片层。
 
影响公路和铁路的使用寿命的关键因素包括如环境因素、路基条件、公路变宽和老化等,土工格栅作为一种常用的土工建筑材料,具有拉伸强度高、稳定性好、耐腐蚀抗老化等优势,可广泛应用于公路路基增强、铁路路基增强等路基加固领域,而且经编土工织物在新公路建设和旧公路修复上都起到了至关重要的作用。
 
在堤坝建设及防护中的应用
 
复合土工布具有优良的过滤和隔离功能,铺在防护堤的泥土层和碎石之间,可防止土层与碎石混杂,保持土层受到相对较小的压力,保护堤岸不被水流冲蚀。另外,还可利用土工材料制作形成土工袋,将泥沙装在土工袋中形成柔韧的、抗侵蚀的重量较大的整体放置在河堤或者河道内,起到固定河堤和防护的作用。
 
石墨烯复合导电土工布开启智能土工布新纪元
 
目前,智能技术纺织品在土木工程领域的应用已经变得越来越重要,除光纤传感器的应用外,作为新兴材料的石墨烯也已经被开发应用于土工布的渗漏检测。石墨烯材料自问世以来,就受到了广泛研究和关注,短短10年间,其在RFIDs、复合材料、传感器及其相关产品等领域的应用已经日趋成熟,同时新兴应用领域仍在飞速发展。
 
近期,石墨烯材料的应用已经扩展至工业领域大规模应用的土工合成材料领域,并被认为带来了土工合成材料的革新。
 
1、石墨烯复合导电土工布的性能与应用领域
 
石墨烯是目前世上最薄也是最坚硬的纳米材料,具有高电导率、导热性和高强度,同时具有疏水性,对所有气体分子具有不可渗透性,可以提供超过钢材的强度和自修复能力,以及优于铜的导电性。
 
将石墨烯应用在土工布中制成的纳米土工复合材料被认为是土工合成材料未来的发展趋势,石墨烯将赋予土工布优异的性能包括优良的导热性能(导热系数大)、良好的导电性、高强度(重量减轻)、稳定性、自修复、疏水性、抗菌性能(防止过滤堵塞)、温度/压力/湿度感应功能(温度、压力变化及泄漏定位检测)、大数据收集和解读等。
 
可预见的应用领域包括废弃物填埋、采矿、污水处理厂、水库、水坝和其他储液池的衬砌系统等,在替代传统EKG材料(电动土工合成材料)方面具有明显优势,尤其是在储液池漏液检测方面极具潜力。
 
2、石墨烯复合导电土工布在漏液检测上的应用
 
当储液池出现渗漏问题时,传统的依靠监测井等检测的方法往往无法及时发现渗漏和确定渗漏点的位置。采用石墨烯复合导电土工布,当导电土工布没有被渗出液所浸泡时,其电阻为一常值,漏液浸湿土工布后电阻会发生改变,连接于导电土工布的专用设备可以实时检测到电阻的变化,因此,可以及时有效地发现渗漏,并通过不同位置检测点的数据对比确定渗漏点的位置,从而及时对漏液点进行修复。
 
石墨烯导电土工布的漏液检测
 
3、石墨烯复合导电土工布的制造
 
澳大利亚石墨烯技术公司ImagineIM与土工织物制造商GeofabricsAustralasia合作,于2016年8月推出了石墨烯复合导电土工布产品(Bidim®),并宣布澳大利亚成为第一个在大规模工业产品中使用石墨烯的国家。据悉,ImagineIM专门设立的北吉隆工厂提供了石墨烯涂层技术解决方案(imgne®X3母粒),由GeofabricsAustralasia通过涂层的方法生产出导电土工布产品,目前主要用于垃圾填埋、采矿设施等的漏液检测领域,首个应用安装计划将于今年4月在昆士兰州的煤层气站进行。
 
根据ImagineIM的估计,相比于现有解决方案,该技术可以节省20%~40%的成本。经测试表明,利用石墨烯的导电性可检测土工织物中孔径低至1mm的泄漏,且在低至5kV的试验电压下也能显示出可靠的结果,试验没有产生任何误报。甚至在土工布存在变形的情况下,以15kV的试验在距接地线1~20m处均能确保测试灵敏度,成为一种极具成本效益的导电土工布解决方案。
 
另外,imgne®X3作为石墨烯涂层可以增强纺织品和其他材料的电导率,而不会影响材料本身的强度和其他特性。ImagineIM预计其将在今年1季度通过imgne®X3母粒的销售许可获得第一笔收入。
 
剑桥石墨烯中心(TheCambridgeGrapheneCentre,CGC)在此之前也已经开发了一种石墨烯土工膜材料生产技术,包括关键制造设备挤出系统。BanderaSpa是与CGC在生产石墨烯土工膜和片材方面合作的公司之一,据该公司介绍,其用于石墨烯土工合成材料的工业化挤出生产线产量可高达每小时几吨,可生产用于农业领域的宽度达22m、用于包装等领域的宽度达3m、以及用于防水系统的宽度达8.5m的产品,产品可根据应用领域具有多层(3~9层)结构。

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