土工合成材料的应用现状与发展

在中国，以天然植物纤维或将它与土、石等材料混合用于土木建筑工程的历史，可以追溯到五六千年之前。在国外，3000多年前巴比伦人就曾用土中加筋技术修建过庙塔。因此，人们关于用植物加筋方法改善土的性能的观念早已有之，而且已积累了许多成功的经验。但是植物纤维存在易腐烂不耐久和资源有限的缺点，而且它也满足不了现代建筑物的种种要求。同时，从今天的保护环境的观点来看，使用植物纤维于土木建筑工程中，也是不可取的。合成材料的发明和应用为人们建设大型、高级和特殊结构物开辟了广阔的空间，从目前应用合成材料产品的广度和深度来看，它们已成为各类土木工程不可或缺的工程材料。

合成纤维在土木工程中的正式应用始于20世纪50年代，如美国应用聚氯乙烯织物作护岸块石的垫层，在欧洲和日本，则用合成纤维织物作为砂袋用于土建工程等。在20世纪60年代，有纺织物就已在护岸防冲工程中应用，60年代末期，无纺织物的出现大大拓宽了合成材料在土木工程中的应用范围。由于无纺织物具有强度各向同性、渗透性好、可以作为过滤及排水材料等优点，因此更适合于土木建筑工程，尤其是岩土工程的使用。

合成材料在我国的应用始于20世纪60年代中期，当时少数技术人员尝试将合成材料产品用于某些土建工程，主要采用土工薄膜用于渠道、水库和大坝的防渗防漏场合，但这种进程由于文化大革命而中断。70年代后期，随着改革开放的深入，无纺织物、塑料排水带、化纤模袋等新型产品相继引入我国，加速了这项新技术和新材料在我国的推广。土工织物是从1976年开始用于护岸、防汛抢险及堤防等工程中的；铁路部门成功地利用无纺织物整治铁路基床的翻浆冒泥；公路部门利用无纺织物提高路基的强度；同时在港口码头和海岸护岸等多种类型的工程中也逐渐使用。除了这些常见的有纺织物、无纺织物和土工膜等产品的使用外，比较专门的如塑料排水带、塑料输水管道，以及土工网、土工格栅等产品也蓬勃发展、迅速推广。事情往往是这样，一种合成材料产品，一经运用成功，就立即如墨迹一般四周扩散，群相仿效，形成热潮。如上面提到的编织袋、排水带等都无不如此。因此，土工合成材料虽然在我国起步较晚，但发展和应用很快，规模很大，用量很多。这里值得提出的是，我国水利、铁路、建筑等部门的工程技术人员和一些高等学校的教师，他们以对新鲜事物的敏锐视觉，将多种合成材料产品引入国内，并率先应用。同时还组织了多次大型学术交流，成立全国性的“协作网”、“学会”和“协会”，编写有关技术资料，有效地推动了土工合成材料应用在我国的发展。1995年正式成立的“中国土工合成材料工程协会”对于这项技术的普及化、规范化和深入研究起到了重要的组织和引领作用，在国内产生很大的影响，而且还被国外同行所认可，并因此在2002年在法国尼斯（Nice）召开的“第7届国际土工合成材料会议”上，我国土工合成材料应用工作者获得了国际土工合成材料学会（IGS）颁发的专门奖项。

在我国土工合成材料应用的历史中，1998年是一个重大的转折。这一年，长江、松花江和嫩江流域发生了历史大洪水。土工合成材料在防汛中发挥了独特的作用，初步显露了它的快捷、简便和有效的功能优势，引起了中央领导的高度重视和社会的广泛关注。汛后，国务院领导在短短的几个月内，作了4次书面批示，要求“首先在今年（即1998年）开始的大修堤防工程中采用”，并指出“土工布一定要符合规范，保证质量”。为了落实中央批示的精神，在国家经济和贸易委员会的具体组织和指导下，国家9个部委成立了专门的领导小组，筹划和部署这项工作，在很短的时间内，动员了大量的人力和财力，制订了应用技术规范和产品规格质量的国家标准，并立即颁布实施，使这项技术更加正规化和普及化。同时，为了探索经验树立典范，又组织了10项国家级和50项水利部的应用土工合成材料示范工程，并组织编写有关技术专著，介绍相关知识和做法，所有这些措施力度大、效率高、成效好、范围广，使土工合成材料在我国的发展和应用进入了一新的时期。

纵观近40年我国土工合成材料应用的历史，有以下几个特点是值得提出来的。

（1）起步虽晚，发展很快，使用量大。

（2）应用的范围几乎遍及土木建筑工程所有领域的各个角落，目前更扩展到环保这个新领域。

（3）应用的技术由有关科技人员引领，迅速向广大工程技术人员渗透，并由此形成一个热潮。(www.xing528.com)

（4）合成材料产品的种类不断扩展，产品制造技术与工程应用同步发展。目前几乎所有的产品国内都可生产，而且质量正在提高。

（5）行政部门有力的推动和组织，为土工合成材料的应用发展提供了良好的条件，并形成了一个学习和交流的氛围。

但是，在这个发展的进程中，也有一些情况和问题是值得土工合成材料工作者思考和关注的。对目前的现状不加审视和评述，或者无视这些问题的存在，都不利于土工合成材料事业的进一步深化和发展。这些问题大致有如下几个方面。

（1）土工合成材料的工程应用虽然规模较大，但大都是一般性的技术，而且多数是参照国外的实践套用，自主创新的极少。在工程应用中，仍然存在如何“用对、用好、用精”的问题，这就是：如何对不同的场合针对性地使用合适的材料，不要用错地方；如何在使用时，针对工程的要求选用最有效、最可靠和最经济的材料和方法，达到优化的目的；如何在使用中有发展、有改进、有创新，建立我国具有自主知识产权的技术和新产品，提高应用的水平。

（2）有必要提高广大相关科技人员的水平，使他们不仅知道用法，而且知道为什么这样用。也就是说，不仅会套规范、模仿别人的做法，而且要掌握土工合成材料的应用原理，了解应用中可能存在的问题，以及掌握如何应对这些问题的办法。工程中的情况五花八门，千变万化，不懂应用原理，就不会举一反三、随机应变，在工程问题面前，陷入被动，而且不掌握应用原理，即使工程应用实践是成功的，也往往无法从理性的高度进行总结，写不出有水平的科技成果。因此，提高广大相关科技人员的理论水平，是当前提高土工合成材料应用水平的一项极为重要而紧迫的任务。

（3）理论研究落后于工程实践的现状长期存在，与国际上先进技术水平的差距未见缩小。就目前情况看来，国内相关的研究队伍仍然比较薄弱，人数不多，论文的质量也亟待提高，有分量的创新成果比较稀少，新的应用领域的开拓还有待努力，有目的有系统地在一些重要课题方面进行协同攻关的做法还有待倡导。已有的土工合成材料方面的著作和其他出版物，多是普及型或手册型的，它们在前一阶段起了很大的作用，但是目前更需要一些深入讨论应用原理和测试技术等方面的论著。同时，创办一个具有一定学术水平的专门刊物，也是当前之急需。

（4）在合成材料的产品方面，一般性的“大路货”比较多，“高、大、重、特”的精品比较少，创新的产品似乎尚未问世。应该大力提倡具有自主知识产权、适应国民经济发展和环境保护要求的新型土工合成材料产品的开发。例如，防止垃圾填埋场有害液体或气体泄漏或扩散的防护产品，新型的加筋材料，有效的过滤材料等，都还有待研究和开发。