玄武巖連續(xù)長絲在土工格柵方面的應用研究

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通運輸量得到了迅速提高，尤其是高速公路運輸，但是隨著車輛運輸載重的增加，原來設計基礎上的公路已經(jīng)不能滿足使用性能的要求，路面出現(xiàn)裂痕，凹陷，甚至出現(xiàn)斷裂，大大影響了交通安全運行，同時對人們的生命安全構成了威脅，面對這種狀況，土工格柵的成功設計和實際應用，改變了這種現(xiàn)狀，提高路面的結構穩(wěn)定性的同時，降低了公路修補的成本。

玄武巖連續(xù)長絲是將玄武巖纖維熔融后經(jīng)過紡絲制的，玄武巖連續(xù)長絲具有優(yōu)良的機械性能抗拉強度優(yōu)于E玻纖，溫度適應性強，可使用范圍在-267～700℃，耐酸、堿和水，與復合材料間具有優(yōu)良的親和性，可以適用各種的復雜的環(huán)境中，是一種新型的高性能纖維。

一、土工格柵

土工格柵還沒有確切的定義，一般認為將高分子聚合物經(jīng)熱塑、模壓或者將處理過的纖維束采用一定間隔捆綁起來而形成的網(wǎng)格結構，用于鋪設在公路底層的增強材料。土工格柵要具有較強的抗拉強度和模量，保證受到應力的均勻擴散，同時起到防止路面變形和盡可能大的防止路面的破壞，有實驗測得加入土工格柵的里面，可以增加提高路層抗彎拉強度1/3左右，同時臨界應力也能增加一半以上。

二、 土工格柵的種類及存在的問題

（一）塑料土工格柵

塑料土工格柵目前是最普遍使用的土工格柵，它在制造過程中的定向拉伸使得聚合物分子沿拉伸方向排列，加強了分子鏈間的力，從而使其抗拉強度大大提高，在加入炭黑的情況下，其也具有一定的抗老化性。但是價格相對比較貴，同時對于塑料而言，對于環(huán)境的酸堿適應性相對差點，同時由于其在使用一段時間后，性能方面的下降使得產(chǎn)品報廢，但塑料的不易降解，對環(huán)境也有一定的污然。同時塑料是由石油產(chǎn)品煉制而成，石油資源的有限，最終會限制塑料土工格柵的發(fā)展。

（二）鋼塑土工格柵

鋼塑土工柵就是在樹脂中加入鋼絲或者其他纖維作為筋材，鋼絲具有強度高，韌性較好的特點，但是重量相對重，運輸不太方便，同時鋼絲會受氧化腐蝕生銹，降低其使用效用，還有一方面就是與樹脂的粘合的親和力相對差點，從而會有可能使筋材與樹脂分離，達不到好的增強作用，影響格柵的實際效用。

（三）經(jīng)編土工格柵

玻纖、滌綸經(jīng)編土工格柵，有其獨特的優(yōu)勢，組織間相互編結，更大限制的阻止了紗線間的滑移，保證了結構的穩(wěn)定性，但是玻璃纖維脆性大，既不耐磨，更不耐折，在制造使用過程中會很容易由于各種原因使得玻纖受損，導致格柵性能的下降。滌綸作為化纖有其很大的優(yōu)勢，拉伸強度和回彈性都較好，是一種較理想的土工格柵材料，但是雖然滌綸有一定的耐腐蝕性，但是其在復雜酸堿環(huán)境下很容易變性、破壞、分解、這大大降低了其使用的范圍，同時滌綸是石油冶煉產(chǎn)品的一種，有限的石油資源，會很大的制約其發(fā)展。

通過對以上四種土工格柵的不足的分析和玄武巖連續(xù)纖維具有的優(yōu)異力學性能和化學穩(wěn)定性，以及良好的環(huán)境適應性的了解，將玄武巖連續(xù)長絲應用到土工格柵的生產(chǎn)中 一定能很好的彌補現(xiàn)市場上幾種土工格柵的不足，特別是在酸堿性條件下和濕度較大的環(huán)境下，目前常用的四種土工格柵，都出現(xiàn)這這方面的不足，解決這一問題，尤為重要，文章主要測試了玄武巖纖維的酸堿性。

三、玄武巖纖維的酸堿性測試

土工格柵主要是鋪設與路面下層，起到嵌鎖和固定填料的作用，因為與土壤、填料直接接觸，所以不同的土壤PH，會對格柵的使用耐久性產(chǎn)生影響，一方面土工格柵適應環(huán)境的PH值變化，保持自身力學力學性能穩(wěn)定，另一方面還要盡可能的不污染環(huán)境。材料的耐酸、堿性是衡量環(huán)境適應性的一個重要指標。

（一）實驗步驟

使用FA2104電子天平稱取事先準備好的烘干玄武巖連續(xù)長絲，然后配制2mol/L HCL 250ml，將配制好的溶液倒入250ml四口燒瓶中，使用智能恒溫磁力攪拌器對溶液加熱至沸騰，將稱取好的試樣放入四口燒瓶中，用玻璃棒適當攪拌，使玄武巖連續(xù)長絲充分浸沒在沸騰的溶液中，并使其處于較為松散的狀態(tài)，以保證纖維與溶液充分反應。將智能恒溫磁力攪拌器的溫度設定為145攝氏度，溶液保持沸騰狀態(tài)。試驗在2N HCL煮沸的溶液中反應分別反應0.5、1.0 和1.5h后取出后分別用自來水、去離子水充分沖洗。后置于DZF-6050型真空干燥箱中烘干，烘干溫度為60℃，烘干時間為1.5h。最后取出烘干后試樣，在FA2104電子天平上稱取其重量。記下讀數(shù)，計算質量損失。

（二） 實驗數(shù)據(jù)

材料在酸堿條件下的失重率是衡量材料耐酸堿性能的重要指標，文章分別使用蒸餾水、2mol/L的HCl和NaOH分別測試了0.5、1.0、1.5h后材料的失重率，如下表所示

3.3 數(shù)據(jù)分析

從實驗數(shù)據(jù)可以得出，玄武巖連續(xù)長絲在濕熱條件下，仍能保持良好的化學穩(wěn)定性，尤其是在堿性條件下，在酸性條件下，也比同類的格柵材料的失重率低，特別是與玻璃纖維相比，有人測試在2mol/L HCl溶液和NaOH中，E玻纖的的失重率分別達到了38.9%、6%，數(shù)據(jù)顯示失重率是玄武巖連續(xù)長絲的3倍左右。在同等條件下公路施工，玄武巖連續(xù)長絲土工格柵的性能穩(wěn)定性更加明顯，同時環(huán)境的適應范圍也比較大。

玄武巖纖維的主要的成分是SiO2、Al2O3 和Fe2O3 、TiO2 等氧化物，SiO2 占到50%左右，玄武巖的內部結構主要是以氧原子為連接樞紐，構成四面體和八面體的結構單位，相鄰四面體之間以共頂方式構成鏈狀骨架結構，它與八面體之間以共棱的方式連接，八面體之間也是共頂方式連接。正是這種穩(wěn)定的結構，賦予了玄武巖連續(xù)長絲優(yōu)良的化學穩(wěn)定性。

四、結論

通過目前市場上土工格柵的特點對比和存在的缺陷分析，尤其是化學穩(wěn)定性方面的不足，大大限制了土工格柵的應用和使用有效性，為公路的安全留下了安全隱患。玄武巖連續(xù)長絲具有優(yōu)于前四種土工格柵的力學性能外，在耐酸堿性方面也優(yōu)于前幾種，因此，將玄武巖連續(xù)長絲引入到土工格柵的織造中去，必將有廣闊的市場前景和經(jīng)濟效益。