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一、土工織物的發展簡況
自從上世紀七十年代末我國開始引用土工織物以來，這種新興的技術和材料即在水利、鐵道和交通等行業中，廣泛引起巖土工程師們的注視。美國杜邦公司是第一個以應用材料和技術進入我國的外國企業，一次即贈送我鐵道部科學研究院2萬平方米紡粘法土工織物，曾用于鐵道路基防治翻漿冒泥試驗。接著在華東紡織學院、上海紡織科學院等“無紡布”制造技術的誘導下，在江蘇開始萌發了針刺無紡織機的試制和生產，加上黨的十一屆三中全會改革開放的提出，因此在鐵道水利交通等行業的巖土工程師們吸收國外先進科學技術的同時，很快即由生產造紙毛毯和化纖地毯的技術轉移到針刺土工布上來，形成了我國短纖針刺土工織物的基礎。加之正值國家發展鄉鎮企業，國外企業也開始面向中國，他們以帶著應用技術而來開拓市場的舉措，確也促進了我國在這一領域的進步。然而當時雖然有美國的杜邦公司、奧地利的林茨公司、法國的羅納普朗克公司等相繼把目光投向中國市場，可惜的是他們強調了需要美元采購；對我國有無能力大規模使用還沒有信心；更不愿意冒來華投資的風險；所以在1～4年多的時間內，外國企業一直在徘徊著。而當時國內工程單位，特別是設計部門的一些決策者們，缺乏對這種新材料、新技術的認識，因此要在那樣的思想境界和國情下，很快大規模地得到應用是很困難的。這也就成了國外幾家公司不久從這一領域退出去的原因。當然事物總是在不斷變化，具有先進代表性和富有生命力的事物發展會很快，國外的退出就成了我國長期以來采用國產短纖針刺土工布的習慣成為我國以科研和高等院校帶頭推廣應用的由來。我們協會(原協作網)于86年召開了全國第一屆土工織物應用技術交流大會，出席這次會議的代表，超出了原計劃人數的3倍，這是空前的出乎意料的。回憶起當時會上幾位有名的外國專家(法、日)的報告；5家外企的展覽以及國內用短纖針刺土工布(1m寬雙幅)即吊起3噸多重的汽車時，都起到了轟動效應。所以會上無論是政府領導還是專家教授，都充分表現了對會議的高度重視和熱情支持；也充分表明改革開放后的舉國上下，是多么地盼望科技進步。我們的首席顧問、中科院院士、清華大學黃文熙教授在開幕詞中首肯了國際上早先的說法：土工合成材料是對巖土工程的一場革命這句話。并指出：應用土工織物將可節省很大的運輸量(指土、砂、石)。實際上這在上世紀80年代初，他老人家已經把應用聯系到經濟效益和社會效應上來了，聯系到保護生態和環境的關系上來了。因此第二年在一次會議上再見到我們時指示：要全面推廣多種土工合成材料的應用，不要局限在土工織物方面。可見他老人家的遠見卓識是多么吻合我國土工合成材料以后的發展進程。是的，據我們當時的了解，會后僅一年(87年)我國的年用量即近200萬m2，差不多是86年會前總用量的20倍。尤其是水利界用于病險庫的處理即達近百處之多。錦州市公路局用于無鋪砌路面防治路床翻漿冒泥，效果特別顯著，經現場鑒定評議后，很快即在東北、華北嚴寒地區得到推廣應用；并很快擴展到嚴寒地區的鐵道系統。所有這些均充分表明了土工合成材料的生命力。 當然主要是黨的改革開放政策和全國正處于科學的春天，由于一套2m～4m寬的短纖針刺設備僅20～50萬元左右，又無耗水排污等環境問題，所以在鄉鎮企業中發展很快，一轉眼之間全國竟有無紡布工廠上百家，單以針刺土工布為主并加入我們協作網的就達60多家。正如劉宗耀網長所說，全世界生產土工布的公司，合起來也沒有我們中國的土工布工廠多。然而投資較大且有一定高技術的長纖(紡粘)針刺設備，片梭織機等增加就不是那么快了。江蘇、山東、浙江、北京，編織土工布好多年都維持為5家國營企業，而沒有更多的競爭者。所以現在看來在那樣的體制下，也就各有其利弊，一方面是鄉鎮企業投資少、靈活，項目上得快，競爭意識強，在產品質量和價格上有較強的可比性，在與用戶的配合上也較容易協調。因此像塑料排水帶(板)以及一些土工模袋織物，就屬于這種類型，即上項目特快，工廠特多。但是太多了供就大于求，于是經營起來邪門歪道的事就容易出現了；這又是缺點。而幾家國營的編織物企業，在那個時期連同集裝袋出口和地毯用布，供貨比較緊張，生意興旺就荒疏了競爭而不思進取。等到走向市場經濟，鄉鎮企業積累了資金基礎，在全國紡織業下滑的情況下，有關鄉鎮企業借機如雨后春筍一般增多起來了，國營企業荒了，加上國營的飯吃慣了，顯著地缺乏競爭力。其實像無錫的國營土工模袋廠早就在向編織企業提供過教訓，只是他們沒有注意而已。 二、其它土工合成材料的生產與應用 我國的土工膜產品發展又是另一個過程，起初因為沒有熱焊接機，多以PVC為原材料，因為適合用膠粘接；并很快由加鉛穩定劑過渡到衛生級。但幅寬僅l～2m，且不宜生產薄型的，使用起來很不方便。后來有了國產熱焊接機，于是PE的吹塑寬幅土工膜可用了，因此就很快占領了市場，并使用戶對PVC土工膜淡化下去。盡管我們強調了兩者各有其優缺點，各有不同的適用領域，最后還是在不同的生產成本上而使PVC膜受到冷遇。近兩年多來地鐵等地下工程多起來了，一些企業又推出了EVA土工膜，其實仍然是PE中柔性比較大的一種，據說它對不平整的洞壁襯砌容易做到較貼合，所以盡管價格較高，也引起部分用戶的注視。我國PE土工膜的另一個特點是用一布一膜或二布一膜的復合制品較多，這主要是設計者認為膜上有了織物的復合，就有了保護，增加了安全感。有的甚至只注重復合而忽視了膜的厚度。我國現在針刺土工布用量之所以大增，其中就有土工膜的復合用量：其復合土工膜企業之所以很多，大部分就是針刺土工布廠的參與。因為針刺土工布的幅寬越來越寬(目前幅寬6m以上的已達10多條生產線，最寬的達7.5m)，所以復合土工膜的幅寬也越來越寬。這是市場積極的一面。但也忽視了另一面，即對于垃圾填埋、污水處理等一系列要求更厚的土工膜工程而言，這又是消極的。直到近兩年國內環保工程開始大上，仿照國外設計要用厚型寬幅土工膜時，又對國內產品感到失落；有的設計者似乎認為非進口貨不可。總的來說，國際上應用厚型光膜防滲的較多，而國內正相反，是以薄型復合膜為主。個人的看法不一定都要照抄照搬國外的，還是要在實事求是的基礎上來講國情。例如環保工程，特別是有毒性物質的儲存，恐怕不僅要厚，而且得用兩層到三層以上的防滲層；像金礦的尾礦防滲等，非如此不可。那么為什么國內生產寬幅厚型的土工膜企業相對較少呢，原因就在一次性投資過大，或者說風險大。相反，一些土工布廠利用自產土工布的優勢，花上幾十萬元買臺復合機，用別人的膜就投產了，又如過去的塑料排水板現在的軟式透水管、塑料盲溝、三維網墊以及目前的GCL等，一套設備的投資一般均在50萬元以下，所以類似這樣的產品項目上得多、投資快。然而最大的問題是上述這些產品大都是克隆品，屬于改進的產品卻很少。所以上得過多就容易“變質”了。且有些企業連產品的介紹或宣傳資料中的圖片及照片也都相互抄襲，這種欠嚴肅的態度就把土工合成材料太商品化了，喪失了發展新技術、新材料的意義。我們提醒各企業要引起這方面的注意，否則長期下去，于國于己都不利，應力求改制造為創造。 自從98年泰安華塑料廠有了第一條國產塑料拉伸土工格柵生產線以來，短短的4年時間全國即有20多家企業投資土工格柵生產，其中單雙向格柵都能生產的就有10家左右，絕大多數集中在山東。這是從不大講究原料配方開始，到現在精制機械設備、強調工藝技術、注重優選配方的過程；使我國塑料拉伸格柵的產品質量，著實有了一定的提高。其中有的與國外品牌可相媲美；有在應力應變關系上得到外商和用戶的贊賞；有的已不斷供貨銷往國外。所謂優選配方，就是要根據原材料的不同牌號的強度、變形、融熔指數等性能，作聚丙、聚乙不同用量的共聚選擇；或單獨作幾個聚乙或聚丙不同牌號不同用量的共混選擇；使其在經過充分拉伸工藝之后，既發揮出與其單位面積重量相適應的抗拉能力，又能控制住最大斷裂變形在較小的范圍之內(約10%)；從而達到較小的蠕變目的。這是一件細致和系列的科研性工作，是要花錢耗時的。好在目前塑料拉伸格柵企業多數是在不斷進步之中。國產格柵其所以不斷在求進步，就是因為1．該產品的生產設備(包括輔機等)投資一般均在160～200萬元以上，一筆較大的資金投入，也就普遍增強了企業對產品質量的責任感。2．用戶(設計)在國產品未出現之前在外商的驅動下，對格柵的性能指標有比較明確的認識和要求，企業知道必須努力去滿足才有出路。3．確有一些企業，從開始就力爭要使國產品達到或超過進口貨。今日，雖然不排除還有少數企業在那里迷戀低價銷售，而忽視產品包括蠕變在內的變形問題，但多數企業都在針對影響產品質量的原材料配方和設備技術等進行變革；其中少數企業正在為更上一層樓而努力拼搏，這種精神值得稱贊。我們相信粗制濫造的格柵產品必將遭到淘汰！化纖和玻纖經編格柵生產線在我國不僅有了一定數量的進口設備，也有一些國產設備；同時對于后加工的復合處理發展也較快。我們看到規模較大的企業，經過復合處理后的經編格柵，比從國際展覽會上拿回的樣品還要好。而且他們還從事有關生產線的配套件制作，出口到國外去，并受到美國等廠家的歡迎。同時也作了應用方面的配合努力，如為了路面防治裂縫的施工鋪設，生產了控制釘和自粘式格柵等，使工程應用感到得心應手。也正因為他們從應用技術上下了一些功夫，所以近兩年多來，我國公路的路面和部分路基上應用了不少經編格柵；這與燒毛瀝青土工布一起，為我國公路在防治反射裂縫方面走近了國際的前列。目前我國高等級公路的建設規模和速度仍在加大，預計不久將產生維修的高潮，屆時玻纖格柵等材料，可望有較大的供應量，而不會長期處于供大于求的狀態。希望抓緊時間努力做好應用技術和質量的配合與提高，而不能沉溺于價格戰之中。在格柵的產品中，還有一種以加筋帶焊接的形式制成的，這是利用我國故有的加筋帶(包括鋼塑復合帶)生產技術，組合而成的格柵狀材料，有其鋼度大、變形(包括蠕變小)小的特點，在其節點部位也有牢度和抗剪能力低的缺點：加之阻隔部位的厚度相對較薄、格子大，對土體的約束和抗拔性能可能差一些。所以要特別注意，單雙向的塑料拉伸格柵、經編纖維格柵、帶狀組合格柵、單向加筋帶和高強機織土工布五種加筋材料，都各有其不同的工程特性和各自適用的條件，其設計方法和用量也是各不相同的；所以不要混為一談或抽象地否定那一種。即便在都可用的情況下，還有經濟比較和施工是否方便等問題。 目前自稱能生產土工格室產品的企業也有6-7家之多，主要因為江蘇鹽城山東威海二家企業生產超聲波焊接機提供了方便，都以為板壁焊牢了萬事大吉。但關鍵性的格室壁材是否過關，應引起重視。特別是對高度大于15cm的格室(棱形)壁材，不僅要有一定的抗拉強度，還要有一定的壁厚剛度，這樣整個格室才能形成真正的三維結構受力體，不致因變形過大等原因而失去應用的價值。事實上土工格室在國內應用尚較少，除公路、鐵路的沙漠地區用了一部分之外，在對付軟基臨時用于提高承載力或用于海灘淺海石油開發等方面也用了一些，這主要是由企業與設計的主動配合所取得的成績。當然在解決了縱向接長，橫向加寬等問題之后，施工的方式方法還欠熟練，同時往往缺乏認真的經濟效益核算；只是受單價較高的思想支配，所以很難普遍推廣。土工格室也可用于支擋結構，例如將陡坡用格室建成臺階狀，這在國外還是用得較多的，它可以免除再護坡；尤其在丘陵起伏的城市中用之，還便于將陡坡以花草美化。關于格室用作邊坡防護，可能由于價格高的影響，國內尚未(或很少)用過，但國外的資料、圖片介紹，使用(四邊形、六角形有時并帶孔)格室作護坡的工程似乎很多，應引起我們進一步思考。具體到我國，需要對7～10cm高的格室與其它護坡材料作進一步的全面比較，其中不單純是經濟上的，還包括工程所處氣象環境、地質條件以及其它種種因素等，相信總有其優勢所在可以發揮。例如十分干燥的地區，無砂石的地區，無水澆筑砼棱體且護坡又很貴的地區，三維網植草很難養護、并無保證存活的情況，(盡管用三維網植草比不用網種草長得要好，但還是要澆水養護)那么用格室護坡，除去施工簡易之外，即使立降暴雨也不怕，有其長期的可靠性。 誠然，對于格室的應用，與我們協會和企業的進一步努力分不開，一是要盡快協助解決設計方法；二是要企業密切配合應用，開發系列品種，以宣傳和推廣應用技術來促銷自己的產品。千萬不能依樣畫葫蘆地仿造出格室產品而了之。 拉強小、變形大的土工網產品，曾經在我國走過一段旺銷，這是緣于國外對我國加筋材料生產技術的遏制所迫及誤導所致。一時間有8家左右企業花高價從國外引進土工網生產線10多條，產品用到了護坡、加筋及地基加固；雖然應用工程算是成功的，然而由于其性能所限，不僅用量相對過多、代價大，而且局限在較小的應用范圍。因此自土工格柵出現以來，它一直處于下滑趨勢；甚至少數企業已轉產或停產。與此同時，協會好幾位領導成員發現，國外是將土工網與土工織物等相配合，主要用于平面排水，即網是夾在兩層土工織物或織物與土工膜之間，起便于架空排水的作用；亦或對土工織物起到加強和保護的作用。這在地下工程和低于地下水位的明挖工程中大有用武之地。然而由于國內這種組合產品尚未批量生產，在設計應用上尚未得到認識，因此對其恰當的應用尚未實現。相反，受過去誤導的影響，土工網在公路界防止橋臺跳車和邊坡防護等方面仍在運用；當然從經濟角度來與土工格柵等相比，如對受力不大，且受變形影響較小的工程而言，若還是可取的話，自然也是合理的。不過土工網的每平米用料較多，一般并不比雙向格柵便宜，這是值得注意的另一方面。 這幾年我國的軟式透水管和各種排水盲溝發展很快，可惜大多為克隆制品，很少有所改進。尤其是塑料絲盲溝排水，還是十分粗糙，即使是回收塑料可用，其用量也太大，所以價格難能下降；且沒有把接長和加寬問題妥善解決，有待企業進一步與工程實際應用相結合，盡快加以提高。據口頭信息，塑料絲中加入納米成分可以大大增加產品的抗折、抗壓能力，看看這樣能否在產品的結構上、尺寸增大上和減小塑料絲的密度上得到改善。 今年來土工織物粘土襯墊(GCL)在我國發展很快，據初步了解已有5家左右企業投產，可以算得上跟上了時代。根據我們的接觸與觀察，GCL產品除去強調必須要有合格的膨潤土之外，在生產工藝技術上保持膨潤土層均勻穩定是無技術障礙的。但是企業必須做到與設計應用和施工鋪設密切相配合，這在我國當前對這種產品剛剛處于認識階段而言是非常重要的。否則盡管產量品種很多，會因設計、施工技術滯后，致使外國企業抓住了關鍵，進而冷落了國內企業。所以企業應當認清形勢，凡事開頭難，尤其是大家對GCL的應用意義和技術還不是很熟悉的時候，那就更難。我們認為企業和協會都很有責任，來首先幫助解決為什么要用GCL防滲？怎樣用？如何施工等疑難問題，只有由此打開局面，GCL產品才有前途。當然首先也要肯定國產GCL的產品質量，要顯示出國產品的優勢，千萬不能認為GCL可以生產了，就可順利銷售；而要做的工作還很艱難。因為GCL的應用(設計、施工)技術在國內還沒有經驗積累，尤其是當前人們還沒有充分認識和理解到應用GCL的優越性時，更需要企業配合去摸索前進。也只有在取得一定經驗之后，才能一面對應用領域進行開拓，一面對產品進行改進；同時包括對產品的系列化。盡管我們對土工合成材料的任何種類都是如此要求，但對GCL產品而言，這樣做卻更為需要、更為重要。也正因為國內目前是處于這種狀態，那么過多地投產GCL，不是太盲目了嗎？ 塑料排水帶(板)在我國的用量是位于土工織物之后的第二大品種，港灣碼頭、圍海造陸、公路、鐵路及水利、建筑等用于軟基處理的工程很多，年用量最多時超過7000萬延米，可能為世界之最。在產品的結構形式、原材料(回收)的采用及濾膜的國產化方面都有一些特點。盡管從外觀看其貌不詳，外國人見了直搖腦袋，但實踐證明應用效果是不錯的。多年來為國家節省了很多工程投資，發揮了知識經濟的巨大作用。當然這與整個應用技術力求先進也是分不開的，如近20年來，多數軟基特別是超軟基處理，采用了真空預壓法，這是我國以天津港灣工程研究所、天津大學等共同努力的成果，其真空度高達0.8個大氣壓，較國外的高水平還要勝一籌。如今一些老的塑料排水帶企業，仍在為國家的經濟建設不斷作貢獻。其中也有為了開拓國外市場，從外觀和原材料方面進行改進，并立馬得到一些外商的歡迎。當然價格也上去了；既然外國人歡迎，也是一大好事。但這說明我們的產品要能在國外長久立足，非不斷力求改進不可。為了出口要迎合外國人的味口，濾膜是一關，別看國內薄型非織造布廠家、設備很多，可能還是要用杜邦或科德寶的產品。而附測深裝置的產品就不一定需要，因為國外在施工體制上使打設深度不能造假、自己騙自己。至于濾膜的質量和性能，這些年來研究得很少，這是因規范中要求滲透系數≥10-4cm/s比較容易達到。而等效孔徑定為≤0.075mm尚有些爭議；原因是理論與實際運行之間的差別所致。據了解，多年來應用濾膜的等效孔徑多數大(略)于0.075mm，但預壓加固工程幾乎全部是成功的。所以從經驗上說，濾膜等效孔徑略大于0.075mm還是適用的。盡管有人過后挖取排水帶來看，帶芯中夾有少許粘土粒，但從理論上講應屬正常的。況且也未證明≤0.075mm時就一定沒有粘土出現，特別是在真空度較高的情況下，有一點反而更符合理論。不過，千萬要注意到濾膜的縱橫向強度和變形，不能輕意發生斷(開)裂或嵌入凹槽，從而影響到應用效果，外國人之所以看不慣我們的國產濾膜，關鍵就是對這些不放心。 三、產品生產與應用需要相互開拓 總之我國土工合成材料品種的發展與國際趨勢是相吻合的，例如第7屆國際土工合成材料學術會議論文集中，就專門分出微加筋的文章，而我國用于微加筋的裂膜絲纖維生產企業就有2～3家之多，在國內已逐漸被用于防止砼開裂。纖維土加筋的研究也在清華、天津大學等先后開展：這對有所為、有所不為的科研方針創造了基礎。膜結構的生產企業也有落戶上海的，這不僅標志著擴大了土工合成材料的應用范圍，還表明不透水不透氣的高強管袋在我國也有了著落。其它像大體積的泡沫塑料(EPS)、保溫被、膨脹膠條、襯條，構件墊層、結構縫襯墊、接縫粘劑和注漿管等一些用量不大，卻又比較特殊的材料，也都有了生產企業。且他們表示完全可以與用戶合作，共同研制不同規格要求的工程用品。所以作為新技術也罷、新材料也罷，“土工合成材料”在國內外上早已突破了原始較狹隘的定義。如東南亞的黃麻、椰子纖維護坡網，西歐的高分子與金屬的配合制品，我國市政工程用于砼養護(可改為黑色)以及用于非巖土(純)工程等方面，都充分表明合成材料的生命力和可持續發展性。最近海南吉宏太公司與印度有關方的接觸交流后認為：用超高分子形成的膜片(超厚)材，在土木工程中可廣泛用作砼澆注模板，特別是在復雜的結構形式中，以充氣的方式可以大大方便圓形和弧形建筑的施工，而放氣拆模也十分容易方便；甚至可以做到大跨度。雙方共認超高分子膜片材用于熱電廠除灰、送灰，用于車船襯墊，用于特殊隔離等方面，都有其鋼板、木板不易(宜)做到的好效果。其中就包括了它的高度平滑性、遇水不能相互凍結性和較強的不易熱脹冷縮性。無疑這為我們在巖土工程應用中也開闊了思路。為此，我們大力提倡生產企業要對本部門的產品和原材料有哪些特性應有深入的了解，這樣才能開拓前進。 四、幾點看法 土工合成材料的應用有些需要有專業化的施工隊伍和專門的施工工具，協會中專業化施工企業(會員)有4家，他們對土工合成材料的應用是專業性承包或一包到底的。而可配合施工的企業有若干家，但多數是針對土工膜鋪設和焊接的，所謂配合并無真正的專業隊伍，只可在施工時以自帶的焊接機幫助焊接而已。可喜的是少數生產土工格室的企業，可以按照設計或臨時工程要求幫助籌劃、施工、指導施工。然而在公路和市政工程中能夠專門承擔對格柵施加預應力的還沒有，這就表明對此施工技術和設備還缺乏必要的考慮，自然也影響到應用效果的提高。河北省廊坊市公路部門早先應用剪刀差原理對土工織物施加預張力：去年中南大學土木系楊有林教授也發表過預加格柵應力的文章可見設施跟不上也是無進展的原因之一。應當軟件硬件齊頭并進。浙江溫州開發了國產自動爬行焊接機和室內土工合成材料測試儀；但缺乏現場焊接質量檢測儀；工程原位測試儀和其它必要的施工配套工具，希望通過此次會議，能夠有所改變。 我國生產企業很多，目前會員企業已達200多家，主要集中在江蘇、山東兩省，而江蘇的常州、無錫、宜興三角地帶和山東的泰安周圍，彼此相類似的產品甚為重復。全國目前的形勢是競爭的機制雖有，但依靠的手段并不十分高明，如果真是以質量、水平取勝的話，那就必須依靠科技，花精力、時間和資本來提高之，那樣你還能任意地低價銷售嗎？成本一經核算總是有限度的。至于少數企業(包括非會員)的產品粗制濫造，一味麻木從事，甚至業務人員連本廠產品的性能、特點很少了解，……那么遲早遭淘汰也不足惜。 土工合成材料及技術，是先進生產力的體現，屬知識經濟的范疇，也是時代的產物；國際上顯示，綜合國力越強，科技越先進，經濟越發達，用量就越大。但首先要靠的是我們工程師們去實踐。1998年以后，我國的材料品種增多了，設計、施工規范大部分也有了，用量增大了許多；有關材料的老化及耐久性問題，大部分通過實踐也已得到逐步認識和解決；這完全符合事物發展的規律。盡管我們已取得很大成績，但是與社會蓬勃發展的經濟建設，與自然生態和環境保護的要求還相距較遠，這就必須繼續努力、與時俱進、開拓創新。具體說來我們需要再次解放思想，尊重科學的力量，學習一點高分子原材料的知識，進一步提高巖土工程的學識水平。相信這門新技術、新材料的應用空間和前景還很廣。只要我們不斷地實踐—改進—創新—再實踐，我們土工合成材料事業將在整個國民經濟建設中發揮出更加巨大的作用 |
我國土工合成材料的生產和應用