土木工程用不对称固液分离膜的结构与性能

  1.1  土木工程用非对称固液分离膜概述·

  土木工程用非对称固液分离膜是一种应用于土木工程的纺织品，是产业用纺织品的重要组成部分，通常为合成纤维类非织造产品。目前主要是以聚丙烯短纤维针刺非织造布为基布经后整理工艺得到土木工程用非对称固液分离膜，其具有透水、透气和保湿等优良性能。其主要应用场合是：公路、铁路、河湖护堤、跨海大桥建设等。其结构由表面过滤层（光滑面）和内部排水层（粗糙面）两部分组成，在实际使用中，过滤层与混凝土构件接触，其本身的特殊结构允许混凝土内富余水分和空气通过，降低水灰比，使水泥颗粒及胶凝物聚集于混凝土浅表层，促使混凝土表面形成致密硬化层，有效避免常规浇筑方式在混凝土构件表面形成的蜂窝、砂眼等缺陷；排水层贴附于混凝土浇筑模板内壁，可以及时将富余的水分和空气导出，与过滤层形成连续作用，同时排水层的特殊多孔结构可以保持大量的水分，这样有利于提高混凝土构件的湿养护质量。总的来说，在土木工程中使用非对称固液分离膜有助于提高混凝土构件的质量，延长混凝土构件的使用寿命。产业用纺织品与传统纺织品一样应用十分广泛，几乎渗透到了生产生活的所有领域，但是产业用纺织品是生产资料，与作为消费使用的传统服装用纺织品及装饰用纺织品有很大不同。产业用纺织品在制造商和最终用户（通常为非纺织行业）之间存在一个行业界限，他们之间一般不能进行直接交流。土木工程用纺织品是产业用纺织品的重要组成门类，作为土木工程用纺织品的土木工程用非对称固液分离膜也具有产业用纺织品作为生产资料的各项特征。土木工程用纺织品是一种新型的土木工程用材料，起步较晚，但发展很快，其应用已经渗透到土木工程的方方面面。土木工程用纺织品的发展对我国蓬勃发展的基础设施建设有着重要的现实意义和深远的战略意义，目前作为土木工程用纺织品重要组成部分的土木工程用非对称固液分离膜主要应用于跨海大桥、地铁等大型基础建设。土木工程用纺织品大致可以分为织造型、非织造型和复合型。非织造型与织造型相比，具有产量高、增长速度快的特点；而被称为“第代土工织物”的复合型土木工程用纺织品具有高强低伸，可设计性强的特征，兼具排水、过滤、隔离、加筋等作用，具有很强的生命力。从世纪年代开始，土木工程用纺织品开始采用锦纶、涤纶、丙纶、维纶等合成纤维制造，合成纤维的各种优良性能使土木工程用纺织品的强度、耐用、耐热、耐药品、耐水、防蛀等性能显著提高，土木工程建筑的使用寿命大大延长。利用纺织品的特性将纺织品和土壤、岩石、泥土或其他建筑材料一起使用，主要起加固、保护、排水、隔离、过滤、容装成形等作用，提高了工程质量，延长了工程寿命，缩短了施工时间，降低工程造价‐，节约了原材料，简化了工程的维护和保养工作。土木工程用纺织品已经同水泥、钢材、木材一起并称为“四大建筑材料。近年来，随着非织造技术的不断发展非织造布以其优良的性能在产业用纺织品领域所占的比重越来越大。以我国为例，年我国非织造布的产量为万吨，用于产业用纺织品的仅为万吨，用于土木工程用纺织品的非织造布则更少；年我国非织造布的产量为万吨，用于产业用纺织品的为万吨，其中土木工程用非织造布的使用量占产业用非织造布总量的比例由增长到，可以预测未来非织造布在产业用纺织品领域特别是土木工程用纺织品领域所占的比重会越来越大。在世界范围内，欧美国家率先将非织造布成功的应用于土工领域，到年代这一技术在世界范围内得到认可和推广，到了年代进入飞速发展的阶段。到了年代初，以短纤维针刺非织造布为主的非织造土工材料占了世界亿土工纺织品的；进入世纪，世界土工纺织品更是逾亿，在这个庞大的数字里，非织造布所占的比例高达了。土木工程用非对称固液分离膜是由聚丙烯短纤维针刺非织造布作为基布经过热轧后整理得到的一种土木工程用纺织品，它的出现将产业用纺织品引入到了一个新的领域，纺织材料不再是仅仅以纤维加强的身份用于土木工程，而是以过滤分离膜的角色融入到了蓬勃发展的现代化建设进程中。总的来讲，土木工程用纺织品主要用于土木工程和水利工程，其中的土木工程用纺织品用于稳定土层，用于防止海岸侵蚀，用于排灌，用于铺沥青及防湿，用于其它特殊需要，土木工程用固液分离膜的主要应用领域是跨海大桥、立交桥、高速公路、隧道工程等。目前，土木工程用非对称固液分离膜被广泛的用于大型的基础建设项目，如著名的杭州湾大桥等。

  1.2  论文研究的目的和意义

  在实际生产实践中已经较为广泛地使用了土木工程用非对称固液分离膜，但是目前对分离膜的理论研究主要是针对其使用效果，对生产工艺的研究也没有很大的突破，在实际生产中对质量的控制多停留在依赖生产经验的层面上，没有完整统一的质量评价体系，在生产厂家之间，生产批量之间的差异较大，产品质量不稳定。本论文利用平板热压机制备土木工程用非对称固液分离膜，通过大量的实验数据分析了不同热压条件对分离膜的结构和性能的影响，研究了影响热压法土木工程用非对称固液分离膜产品性能的因素和原因，并归纳总结出最佳的加工工艺；同时，也探索了一种新的试制分离膜的方法：层压法——胶水粘结法和粉末烧结法，并通过大量的实验数据讨论了这两种方法所试制的性能的优劣，与热压法制备的分离膜进行对比研究。本论文的目的在于通过对在不同热压条件下所制备的土木工程用非对称固液分离膜结构和性能的分析研究，得出相应的理论成果，使之对实际的生产发挥指导作用，并在改善现有的生产工艺、提高生产效率和降低生产成本方面做出贡献，在探索新的生产方法的道路上作出大胆尝试。本论文主要是采用平板热压法和层压法对聚丙烯针刺非织造基布进行后整理，得到土木工程用非对称固液分离膜，并对得到的试样进行各项性能地测试，采集大量实验数据，分析制备条件对分离膜各项性能的影响。具体说来本论文主要包含如下几方面的内容：通过控制热压温度和时间对基布进行热压处理得到土木工程用非对称固液分离膜，并针对相关性能进行测试，分析热压温度和时间与土木工程用非对称固液分离膜各项性能之间的关系。通过层压方法将具有一定孔径尺寸的聚丙烯微孔膜层压到聚丙烯针刺非织造基布上，并对相关性能进行测试，分析层压过程中热压条件与分离膜各项性能的关系。对平板热压法和层压法进行对比，探讨最适合实际生产的加工方法和加工工艺。

  第三章  平板热压法土木工程用非对称固液分离膜的结构与性能

  第四章  胶水粘合法土木工程用非对称固液分离膜的结构与性能