土工合成材料作业指导书
13.1土工合成材料概述
土工合成材料的开发和使用已有几十年的历史。1926年，美国最早用棉织物加固公路路面；20世纪30年代末40年代初，聚氯乙烯薄膜应用于土工的防渗；50年代末期，在美国佛罗里达洲利用聚氯乙烯织物作为海岸块石护坡的垫层；1956~1957年，著名的荷兰三角洲工程用机织土工织物加固防海潮大坝；20世纪60年代，合成纤维土工织物在美国、欧洲和日本逐渐推广。但是其生产技术主要是机织型的，主要用于护岸防冲等工程，机织土工织物的强度高，但价格也较高，反滤、排水功能差，限制了它的发展。非织造布的应用给土工积物带来了新的生命，它的特点是把纤维做成多方向的或任意排列使得其性能上各向同性，非织造型土工积物在20世纪60年代末期开始应用于欧洲，70年代从欧洲传到了世界各地。到70年代土工合成材料的应用及其产品的发展达到一个鼎盛时期。高性能的原料赋予产品高的强力与耐用性，先进的生产工艺赋予产品良好的功能，使其应用范围不断扩大，特别是近20年来，由于非织造针刺法、纺粘法工艺的推广，产品成本低，而且具有良好的化学物理性能和水工性能，使非织造土工织物的应用飞速地发展起来。目前世界上已有100多个国家和地区（包括发达国家和部分发展中国家和地区）在10万多个工程中采用了土工布。据统计，全世界目前合成纤维土工布年耗量约40万吨，其中美国最多，达10万吨。土工合成材料已经成为继钢材、水泥、木材之后的第4种新型建筑材料。
目前全球土工合成材料的发展与应用材料是，发达国家在产品种类、质量、应用范围的广度与深度等方面的发展都比发展中国家快，尤以北美发展最快，欧洲则以德国、法国、荷兰、意大利等西欧国家发展较快，亚洲主要是日本、马来西亚、韩国发展较快，国外产品类型、品种较多，规格齐全，以非织造型、合成型、复合型所占比例较大。
在我国，土工合成材料在岩土工程等领域的应用历史较短。最早应用的是土工膜，大约在20世纪60年代初期，用于
渠道防渗；70年代中期，在长江护岸和长江堤防中首次用织造型土工织物；80年代初期，非织造型土工织物开始应用于工程中；80年代末，土工模袋首次引入工程应用。纵观土工合成材料30多年的发展史，可将其应用历程大致分为三个阶段：80年代中期以前的初创阶段；80年代中期至90年代中期的发展阶段和90年代后期开始的逐渐成熟阶段。
我国早期的土工织物主要是机织和编织型的。国内生产和使用的非织造土工织物以涤纶短纤维针刺非织造织物为主，产品幅宽可达6m，生产厂家200家左右（而国外的非织造土工织物多为纺粘法长丝针刺非织造布）；以聚乙烯材料为主的土工网格，生产厂有200多家，复合土工膜生产厂已有数十家。据不完全统计，目前我国生产各类土工合成材料的厂家约有400 多家，产量超过1亿米，是亚洲最大的土工合成材料生产和应用大国。
目前土工合成材料原料大多采用高分子聚合物，主要有聚丙烯，聚酯，聚乙烯，聚氯乙烯,），聚酰胺。其中用的最多的是聚丙烯原料，占土工合成材料总用量的%\以上，美国已占80%.以上；其次是聚酯原料，占15~30%日本用得较多。
聚合物高分子的应用形式与生产土工合成材料的工艺直接相关，其中以纤维形态占绝对比重，各种聚合物纤维利用不同的加工工艺可以开发出不同性能的土工合成材料，如用量最大的聚丙烯，它可以使用纤维形态，采用机织、针织等织造方式或者采用针刺、纺粘等非织造方式生产土工织物，而聚乙烯主要生产土工薄膜，用于土木工程的防渗。此外还有少量采用维纶、麻纤维及其它特种纤维的。
近年来，为满足实际应用场合的需求。各种高性能、功能化的原料相继出现以迎合市场的需求，如：采用断裂伸长率较小、断裂强度较高的玻璃纤维加固非织造复合土工布，制成的玻纤增强复合土工布在性能上将会比由机织布或编织布加固的非织造复合土工布好得多东洋纺织株式会社开发的高吸湿纤维可用于制作农用水土保持材料；一种来自于粮食作物称为“天然杰作”乳酸聚合物，具有可控的降解性、输水性强、可控的热粘合和高湿强等特点，使其成为一种增值的多层材料的理想替代品。乳酸聚合物的生产与传统的聚
丙烯相比使用的矿物燃料减少30~50%\，有助于减少废物和燃料用量。日本钟纺从玉米中提取并复合成了聚乳酸纤维，纤维的强度、伸长和纺丝方法与锦纶、涤纶相同，可生产机织物、针织物、非织造布等，用于农业、水利等各种领域。
①土工合成材料总的发展趋势是不管在产品的种类、数量、还是在产品的质量上都有大幅度的提高。以土工织物为例，土工织物是土工合成材料中数量最大、发展最快、品种最全的，可分织造型、非织造型、复合型等，发展趋势可以从以下几方面来说：
类土工合成材料都有所增长，其中土工织物增长的数量与幅度最大，是主要的土工合成材料，而在土工织物中，非织造型土工织物比织造型土工织物产量高、增长快。95年，世界织造型土工织物年产量为8万吨，非织造型土工织物年产量为13.1万>，非织造型土工织物占全部土工织物70%.；到2000年，世界织造型土工织物年产量为10.8万吨，非织造型土工织物年产量为，非织造型土工织物29.3万吨，占全部土工织物的比例已达73%.，非织造型土工织物的年均增长率为11.3%.，而织造型土工织物的增长率仅为6.2%。
②复合型土工织物是土工合成材料发展的重点，它兼有各类土工合成材料的优点，具有高性能、多功能的特点，使其在应用范围上大大拓宽，是科技含量高、高附加值的产品，反映了当前岩土工程材料发展的技术性及与其它相关产业关联的渗透性，是国内外大力推广的土工合成材料，如机织与针刺非织造工艺的结合生产的复合土工织物，使土工织物既有强力高、尺寸稳定等机织物特点，又有增强其防渗性、排水性、过滤等性能。
③经编土工织物，分为网眼结构、轴向结构、双层结构和复合结构，其中复合结构即经编复合土工织物被称为新型的“第三代土工织物”，它的主要特点是高强低伸，可设计性强，同时兼具排水、过滤、隔离、加筋等作用。尽管目前用量不大，但近年来发展很快，具有很强的生命力。另外，热粘合非织造物、化学粘合非织造土工织物在国外也有一定数量，我们也应充分予以关注。 13.2土工合成材料的类别和性能