我国复合材料模具设计

我国复合材料模具设计（精选9篇）

我国复合材料模具设计 篇1

目前能源问题已经成为全球关注的问题, 而在全世界能源总消耗中, 建筑能耗占据了一定的比例, 据统计已达到25%至40%。同样, 我国建筑能耗也成为我们所面临的严峻问题。建筑的节能成为我国实现“可持续发展”目标的根本。

1 在建筑设计中, 彻底贯彻实施节能理念的重要性

相对于发达国家来看, 我国具有人口众多, 资源相对匮乏的特点。当前, 我国能源存在以下问题: (1) 我国能源资源分布不均, 这主要体现在经济发达地区的能源相对短缺, 以及农村商业能源的供应不足, 由此造成西电东送, 北煤南调和西气东送情况。 (2) 我国能源结构中煤炭约占75%, 依然占据重要比例, 目前全国年耗煤量已超过13亿。并且我国人口众多, 人均拥有资源数量以及储备数量均较低。 (3) 相对其他发达国家, 我国的能源利用率偏低, 而且许多本应循环利用的能源被作为一次性能源来利用, 这造成了严重的资源浪费。 (4) 伴随着快速的城镇化建设, 我国建筑能耗呈现出大幅度增长的趋势, 已达到全社会能源消耗了的32%, 以及13%的房屋建筑材料生产能耗, 合计目前我国建筑总能耗已高达全国总能耗的45%。就中国能源现状来看, 煤、石油、天然气这三种储备量较低的传统能源正在日趋枯竭, 因此, 我们必须寻求高成本的太阳能, 水利, 风力以及生物能等, 必须在当前的建筑设计中贯彻节能理念, 建筑行业进行全面节能将势在必行。

2 在建筑设计中广泛推广并应用节能材料所具有的社会意义及经济意义

2.1 在建筑设计中应用节能材料, 能使人们的生活环境更加舒适, 从而使我国国民的生活品质得以提高

随着我国现代化建设的前进步伐, 我国国民的生活品质也在逐渐提升, 人们对于夏季的制冷效果和冬季采暖效果的要求提高, 追求相对来说更加舒适的建筑生活环境。然而在当前全球性能源严重匮乏状况下, 如何节约建筑能耗就成了一个重要研究项目。怎样通过建筑技术来降低建筑能耗, 并有效提高能源的使用效率, 以及怎样在建筑节能设计中既能满足用户的合理建筑舒适要求, 又能达到建筑节能要求, 则成为重要研究方向。

2.2 节能建筑不仅是经济发展的需要, 也是对当今环境保护的需要

能源发展是经济发展的重要基础, 制约经济发展的因素中能源匮乏已成为重中之重。建筑由生产建材, 到施工, 以及到建筑物形成的整个过程都在消耗着能源。据资料统计, 我国建筑能源占到了25%以上, 由此可见, 在建筑设计过程中大力推广应用节能材料及节能技术迫在眉睫。

与此同时, 由于我国所使用传统能源主要是以石油、天然气和煤为主, 这均是不可再生能源, 并且这些能源也是造成大气污染的重要原因。如2013年中国遭遇史上最严重的雾霾天气, 其发生频率之高, 涉及面之广, 污染严重程度是前所未有的。据有关部门统计, 我国2013雾霾天数已达52年来之最, 平均雾霾天数达29.9天。这是自然环境向我们发出的警告, 大气污染和生态环境破坏将为我们的后代带来难以预计的灾难。由此可见, 通过推广建筑节能来降低排放污染物及污染气体, 将是对我们目前的生存环境进行改善、提高我们生活质量的有效途径。

3 在建筑设计中, 我国对节能材料应用的现状

目前我国建筑节能工作及节能标准在不断地提高, 我国在引进学习国外先进技术的同时, 研究开发并推广应用了众多节能材料及节能技术。

3.1 建筑设计中选取新型优质墙体材料, 逐步实现节能墙体材料的广泛应用。

在建筑设计中选取新型优质的墙体材料, 不仅能有效改善建筑功能, 更能提高建筑质量及居住舒适度, 同时还将各类工业固体再次利用, 提高了资源利用率。新型墙体材料在我国的发展是十分迅速的, 其种类以掺废料的粘土砖、建筑砌块、轻质板材、加气混凝土、复合板材等砖、块、板形式为主。我国较为成熟的外墙保温技术包括现浇混凝土模板内置保温板体系、聚苯乙烯泡沫塑料板薄抹灰外保温技术、胶粉聚苯颗粒保温浆料外墙保温技术体系以及干挂外墙保温技术四种技术。有数据显示这前三种体系的工程量约占我国建筑墙体外保温工程的80%以上。尽管这几种体系保温效果相对内墙保温来说具备一定优势, 但随着建筑节能设计标准的提升, 我们还需要不断的开发新型的墙体保温材料。

3.2 建筑设计中对节能幕墙、节能门窗以及节能玻璃的应用。

门窗是建筑物的外围开口部位, 其对室内外能量传递的阻隔作用十分薄弱, 由此可见在建筑设计中引用节能门窗是十分必要的, 节能门窗不仅对空气净化有重要作用, 对保护生态平衡也具有重要意义。就目前应用情况来看, 使用较为广泛的包括Low-E玻璃和真空玻璃、人造幕墙板材及具有保温隔热性能的铝合金型材等, 这些都具备了节能环保和防火等技术特性的新型材料, 这些新材料的应用对传统幕墙产业起到了极大的推动作用。最近几年新兴的建筑玻璃贴膜节能方式在住宅建筑设计者及消费者中受到了一致追捧与好评, 而在北京、深圳等地出现的太阳能光伏玻璃幕墙一体化建筑, 也体现了新型节能建筑材料的新方向。

3.3 建筑设计中对太阳能资源的应用。

具有可再生特点的太阳能作为一种新型洁净能源, 其在建筑利用上具有很大潜力。就目前民用建筑而言, 太阳能热水器的应用是较为广泛的, 但这对太阳能的利用程度还是相对狭窄的, 因此必须加强太阳能与建筑一体化的设计研发, 将太阳能充分利用到建筑的供热、制冷及发电等方面。

3.4 建筑设计中对节能外围护材料的应用。

建筑围护系统在建筑节能中所起作用已达到70%以上, 建筑外围护材料主要包括墙和屋顶等结构部位的外围材料。在我国, 一些大型公共建筑中的外维护结构依然是以建筑幕墙为主导方式。未来建筑发展预测中专家则指出, 建筑玻璃结构设计以及幕墙索结构设计等前沿关键技术还会取得更大成就。在2010年, 我国建筑幕墙行业的主要技术已达到国际先进水平, 例如新保利大厦这栋建筑, 其所采用就是索结构玻璃幕墙, 在设计与施工技术上均有很大的突破创新, 本建筑所采用的建筑材料大多在世界范围内也是首次应用, 并且是超强度、超规范标准的。当前, 建筑保温材料的研制与应用越来越受到普遍重视, 轻质保温复合材料成为居民住宅节能外围护材料的发展方向, 新型的屋面保温材料也在研发与推广中。

3.5 建筑设计中对具有节能功能材料的应用。

选用合理的建筑节能材料在全面建筑节能中也尤为重要, 选取建筑材料时要遵循高效、经济、节能、无害的原则。节能功能材料涵盖了所有具有节能性能的保温管材、保温板材及保温装饰装修材料等。例如节能建筑涂料、节能化学建材、节能木地板、节能石膏板等都是兼具装饰性与功能性双重性能的节能新型材料。这些具备节能功能材料的使用, 极大提高建筑节能指标建筑的同时也增加了建筑的内涵与外延, 使建筑改变原有单一墙体而演变为既能满足建筑外现又能满足建筑节能要求, 并且结构新颖、饰面材料亮丽。

4 我国建筑设计中应加强节能技术与节能材料应用, 从而共同为节约资源、实现可持续发展目标做出贡献

4.1 根据地区的不同气候, 设计与之下相适应的建筑。

所谓气候适应性, 指建筑的建造和使用都是以适应当地的气候特征为原则的建筑方式。这不仅能减少建筑能耗, 同时也是提高建筑内部环境品质的有效途径。在总体规划与单体设计中要求设计者根据建筑功能要求以及当地的气候参数对建筑物的朝向、平面形状、空间布局、外观体型、间距、层高等进行科学确定并采用相适应的节能型建筑材料, 以保证建筑外维护结构的保温隔热等特性, 从而通过最大限度减少建筑物能耗量来获取理想的节能效果。

4.2 在节能建筑中推行自然通风技术。

在进行建筑整体设计时要确定气候与地块的自然通风潜力, 并对自然通风驱动力进行科学预测与详细计算, 以此来确定最优化的建筑自然通风设计方案。节能建筑的选址过程中需要考虑基地风资源因素中地区冬夏主导风向、强度以外, 还需要考虑由特定地形引起的地形风以及由周围构筑物引起的风场变化, 总体设计多依照基地上太阳辐射和自然通风情况来规划建筑布局。

4.3 对已有建筑进行节能改造, 提高供热与制冷效率。

针对已有建筑的不同建筑构造与使用条件, 对其墙体、门窗以及屋面、采暖制冷等系统进行节能改造, 这已经有多种成熟技术继续发展并完善, 多以城镇供热采暖系统为主, 对供热力站、锅炉房、供热厂和供热管网进行节能技术改造。在现阶段的供热体制改革下, 开发和应用采暧温度控制与热量计量技术已经初见成效, 其中包括温控阀、热量表、热量分配计的双管或单管采暖系统技术等不同规模的集中式供冷热系统改革。

5 总结

设计中在建筑设计中要从规划构思、概念设计, 确定方案、到完成扩初及选择适合的材料设备等每一个环节中, 通过全面充分的考虑, 来采用与建筑功能相适应的节能材料, 以此来满足相关标准要求, 实现建筑节能目标, 贯彻生态节能和可持续利用理念。与此同时要重视对建筑节能技术的研究、开发以及推广, 从而为完成我国建筑节能目标做出积极贡献。

参考文献

[1]杨旗.我国建筑节能材料的应用与发展综述[J].攀枝花学院学报, 2007 (03) .

[2]张翼.解读建筑新型节能材料的应用与发展前景[J].中华民居 (下旬刊) , 2013 (12) .

[3]谭海军, 张家祯, 潘春跃.建筑节能材料综述[J].建筑节能, 2009 (05) .

我国复合材料模具设计 篇2

下一页 1 2 周履（１９１７—），结构力学和固体力学家。长期从事复合材料结构力学和弹塑性理论的教学与研究工作。在复合材料叠层板的弯曲和屈曲分析的研究工作中作出了贡献。

周履，１９１７年４月３０日出生于浙江省湖州县的一个书香之家。祖父是清朝举人，担任过地方官员和驻奥地利外交官员，做官时重视兴修水利，所筑堤坝被称为“周公堤”。父亲周宗清早年留学德国，攻读医学，是个反帝爱国、进步的无党派知识分子。母亲王宗浈，支持并参与周宗琦的爱国进步活动，曾经亲自给新四军送过药品。受家庭的熏陶，周履青少年时就喜爱读书，养成了勤奋好学、刻苦钻研的习惯。１９３４年，他以全校第一名的成绩考入上海交通大学土木系。毕业后留校担任助教。１９４２年上海沦陷，日本侵略军进驻租界，周履不愿过亡国奴的生活，遂只身离家转赴内地，到重庆綦江铁路工程处任帮工程师，在农村工地的艰苦条件下为抗日战争效力。后来，他抱着“科学救国”的幻想，于１９４４年底赴美国康奈尔大学进修。他选修的课程之多，使他的导师都无法理解地惊问道：“你不要命啦！”１９４６年，他仅用一年时间获得工学硕士学位。当时正值抗战胜利，他以为国家富强有望，毅然放弃了攻读博士学位的奖学金机会，怀着满腔的爱国热忱，返回祖国，在上海市工务局技术室担任技士。但是当时社会政治腐败，经济崩溃，民不聊生，使周履痛感知识分子仍然报国无门。１９４７年，他再度赴美国康奈尔大学深造。１９５０年，他获得工学博士学位，并在麻省波士顿市杰克逊·摩兰德工程咨询公司任工程师。

中华人民共和国成立后，祖国人民生活安定、经济建设突飞猛进的消息使他十分激动，加上父母及其他亲友的宣传动员，重新燃起了周履的报国心、爱国情，他于１９５１年重返祖国，历任岭南大学和华南理工大学（原华南工学院）教授至今。

回国后，周履亲身体验到祖国建设迫切需要人才，因而将其全部精力都投入到祖国的高等教育事业和科学研究工作中去。１９５４年，他组建了结构力学教研组，并着力抓教学法建设，编写讲义、指导青年教师、健全试讲制度等，使教学工作日益走上正轨。他十分重视师资队伍的建设，亲自为中、青年教师举办多期学术讲座。１９５６年，他率先招收副博士研究生，促进了土木系学术水平的提高。在教学工作中，周履以其一丝不苟、诲人不倦的精神赢得了广大学生和中青年教师的爱戴，因此于１９５６和１９５８年两度被评选为广东省教育先进工作者。１９６０年，华南工学院成立数学力学系，周履调任该系结构力学教研组主任，后任系副主任。他根据土木系的成功经验，为应用力学专业师资队伍的建设作出了新的贡献。

周履一贯主张大学教师既要担任教学，也要从事科学研究，并以自己的实际行动作出了表率。５０年代，他在担任繁重的教学任务之余，积极研究结构设计，并以其思想活跃、见解独到，深受同行们的赞誉。例如，针对当时结构力学界对“力矩分配法”的过份崇拜，周履正确地评价了该方法在学术上的地位，指出它实质上是数学中的迭代逼近法，而在运算时赋予了直观的物理概念，使工程人员易于掌握。他认为，对古人和洋人的好的东西是应该学习的，但不要盲目崇拜，以至迷信。５０年代后期，为适应我国大规模经济建设的需要，寻求更合理的设计理论，周履把科研方向转移到塑性理论方面，是我国最早从事塑性力学研究的学者之一。７０年代末，他根据国家科技发展规划，承担了复合材料力学这个新课题。他主持建立研究室，组织培养研究梯队，筹建中国力学学会复合材料专业组，多次参与筹备国际和全国性学术会议，在宣传和推动我国复合材料的研究方面起了带头作用。１９６３年１月，周履遭歹徒袭击，大脑受重伤，留下后遗症，且体质孱弱，慢性疾病不断。几十年来，他在与病魔的顽强抗争中坚持带病工作，依然为寻求更合理的设计理论和推进我国复合材料力学的研究做了大量工作。

寻求更合理的设计理论

早在美国学习时期，周履对土木工程和结构力学就有很深的造诣。４０年代末，随着厚壁结构在工业建筑中的使用增多和大型块件的兴起，作为结构单元之一的深梁引起了工程界巨大的兴趣，正在攻读博士学位的周履也注意到了这一研究动向。

深梁一般可分三类：受周期荷重作用的无限长梁、受非周期荷重作用的无限长梁和有限长深梁。前两类问题可用傅立叶级数和傅立叶积分求解，第三类问题的求解比较困难，当时还甚少研究，原因是不易满足所有边界条件。周履在《深梁的分析》一文中采用了应变能方法，用两个应力函数相叠加求得了有限长深梁的应力公式，画出了曲线，并和有限差分法以及经典梁理论进行了对比，这在当时条件下，是属于首创性的工作，有较大的理论和使用价值。

后来，他又在美国《土木工程》学报上发表了《深梁中的应力》一文，按弹性平面应力问题给出了各类荷载作用下分布的数值解。这对当时结构工程界深入了解深梁的特征和指导设计起了很大的作用。美国土木工程协会于１９５３年２月对这篇论文进行了讨论，还出版了讨论文选。当时有些著名教授如Ｍ．古兹曼（Ｇｕｚｍａｎ）和Ｊ．路易塞尼（Ｌｕｉｓｏｎｉ）亦参加了讨论，并给予了它很高的评价，认为单跨深梁的分析是一个困难问题，作者的差分解是相当成功的，与光弹性实验比较，当高跨比为１时，跨中截面最大弯曲应力的误差不超过２０％。周履在这篇论文中列出的数据和图表，已为后人引为设计依据。

为了适应我国大规模经济建设的需要，寻求更合理的设计理论，从１９５４年开始，周履把研究的主攻方向移到塑性理论方面。当时，我国全面学习苏联，在钢筋混凝土和钢结构设计等方面都部分采用了按极限状态计算的方法。为了适应工程实际的需要，周履努力学习塑性力学，研究了大量的资料。他通过举办讲座，积极宣传和推行极限设计理论，向中青年教师介绍了这一领域中重要作者的工作。

１９５６年，周履在校庆报告会上作了“塑性理论中的极限定理及其应用”的报告。这是一篇很有意义的综述报告，引起工程界极大的关注，被国家建委主编的《经验报导》杂志所刊用。后来，他又参加了《土木工程》学报关于《杆件系统中极限荷重的计算》一文的讨论。他在讨论文章中阐明的观点得到作者李立和同行们的好评。

１９５６年，周履出席了全国第一届力学大会。这一年，他首次招收了副博士研究生。根据高等教育部规划的分工，他与清华大学一道率先研究薄壳理论和推广薄壳结构设计。为了给研究生和年轻教师打基础，他主讲了В．З．符拉索夫（Власов）专著《薄壳理论及其在工程中的应用》一书。他对该书许多公式都认真推导，发现了不少错误或刊误之处。有人评论说：“国内还很少有人像周先生这样仔细地钻研这本巨著。”

率先研究复合材料力学

１９７８年，周履应教育部科技局的邀请，参加了教育部理论与应用力学规划会议，接着又参加了全国的力学规划会议。国家宏伟的发展规划给周履以巨大的鼓舞。他放弃了原已准备申报的研究项目，承担了新兴学科复合材料力学的研究。当时，我国虽在玻璃钢方面的研究已有相当的基础，但在复合材料力学领域几乎还是未开垦的“生荒地”，既缺乏资料、设备，也缺乏受过这方面训练的人才。周履认识到这一学科的研究对我国四个现代化建设的重要意义，立志组织队伍攻克这一科学难关。在学院领导的关心和支持下，他主持筹建研究室。通过国外亲友，他个人订阅了几种国外期刊和书籍，提供并指导研究室的同志们学习。他不顾自己身体多病，亲自为大家讲授“张量分析”和“复合材料细观力学”，为以后的研究打下了较好的基础。

１９８０年３月，根据中美文化交流协定，他受教育部委托，聘请美国南方大学Ｒ．Ｍ．琼斯（Ｊｏｎｅｓ）教授来华讲学和交流，组织了我国复合材料力学第一次大规模的学术活动。５月，他又邀请美国复合材料首席科学家、美国复合材料杂志主编蔡伟伦教授访华，进行了更进一步的学术座谈，同时邀集了国内部分单位代表进行商讨，组织与协调我国复合材料力学的研究工作。在王震鸣的建议下，周履与中国科学院力学研究所、上海交通大学、大连工学院等单位磋商并发起筹建中国力学学会固体力学委员会复合材料力学专业组，经批准，周履担任了专业组第一任组长。

周履认识到，复合材料的发展必须与有关学科相互渗透、相互促进，因此，他积极推动各种联合形式的国内、国际学术交流。为了联合活动，他担任了中国航空学会复合材料专业委员会的副主任委员。通过中国航空学会、中国力学学会、中国宇航学会的共同努力，从１９８０年起，我国定期举行全国复合材料学术会议，迄今已举行了６届全国性的和２次国际大型学术交流会。近年，他又参与筹建了中国复合材料学会，并当选为副理事长。

身为教育工作者的周履，深知培养人才对发展科研事业的重要性。他在研究室内建立并坚持定期进行学术讨论的制度，精心指导和培养研究梯队。他在我国率先招收了复合材料力学方面的硕士研究生。１９８０年７月，他接受教育部干部局的聘请，委托范赋群为全国力学讲习班首次开设复合材料力学课程，并出版了《复合材料力学通讯》内部交流资料，达到了宣传、普及的效果。为满足本科生和研究生教学需要，他应高等教育出版社之约，与范赋群合作撰著了《复合材料力学》教材。该书较系统地反映了周履等人对复合材料力学中一些基本问题的看法，其中并包含有作者们的研究成果。

鉴于复合材料力学是一门新兴学科，许多基本理论问题有待继续发展。譬如，现有的复合材料细观统计断裂理论，实质上是套用了最弱环统计链式模型。它无法描述真实复合材料的非自相似随机扩展的破坏方式。周履及其同事们创立了随机扩大临界核、亚临界核理论，用统计断裂力学的方法定量地描述了复合材料的多种形式的就位强度。这一工作被同行们认为是突破了现有的理论构架，可望获得更进一步的发展。又如，现有的结构临界力的线性理论，用于求解具有几何和或物理耦合变形的复合材料结构，有时会得出不真实的结果。这一问题已为国内外学者所注意。周履及合作者们在指出问题的同时，提出了“非线性－耦合前屈曲二级线性－一级线性”的临界力理论，将后屈曲理论转移到了前屈曲，并可给出满意的结果。

周履在注重复合材料力学基本理论研究的同时，还十分重视对求解方法的研究。１９８０年，在全国第一届计算力学学术讨论会上，周履应大会主席钱令希之邀，作了《复合材料力学分析的有限元法及计算机化简介》的综述报告。在这篇报告中，他强调了复合材料的特点，介绍了复合材料细观和叠层分析的有限元方法，以及叠层破坏的宏观分析，他强调指出了计算机在复合材料力学分析与计算中的重要性。这是我国计算力学领域中涉及复合材料最早的一篇综述报告。

我国复合材料模具设计 篇3

1 设计参数的规定及存在的问题

土基回弹模量可以表征土基的承载能力,能反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质,是路面结构设计中的一个重要参数。规范推荐取值是土基在原来轻型击实标准下得到的,而现在道路土基施工大都是应用重型击实标准,所以规范推荐值范围比实际情况偏低;规范推荐值是在全国代表性地区实测、调查后汇总得到的,并不能完全代表全国各个地区,且调查过程中含有过多的主观人为因素。

目前,JTJ 014-97公路沥青路面设计规范对土基回弹模量的推荐范围不能合理地反映实际土基回弹模量的取值。在调查中发现,我国公路设计部门在设计过程中往往忽视对土基回弹模量值的现场实测,而是机械的照搬规范推荐值,造成设计取用的土基回弹模量值或大或小。

我国JTJ 014-97公路沥青路面设计规范对路面材料设计参数也给出了推荐范围。由规范可以看到,沥青混合料没有给出具体的配比、原材料情况,与实际情况很难相符,只能起到参考作用。规范推荐的基层材料设计参数代表性不强;通过具体试验和大量调查,还发现不同地区,由于原材料和配比不同,路面材料参数相差较大,而且相当一部分参数实测值较规范推荐值偏大。

JTJ 014-97公路沥青路面设计规范规定,水泥稳定类粒料设计参数的龄期为90 d,石灰粉煤灰稳定粒料类和石灰稳定类设计参数龄期为180 d。由于龄期较长,为设计、施工及试验造成困难。

综上所述,有必要进行实测,针对某一地区,结合当地材料等具体情况,得出符合该地区实际情况的路面设计参数推荐值以及参数随龄期发展规律及参数间相互关系,为设计和施工控制提供依据。

2 改进建议

如何结合当地实际,使其设计参数准确、可靠。可通过广泛深入的考察和调研,采用基本性能试验和专门试验相结合、理论分析与试验测试相结合、宏观观测和细观分析相结合的方法进行研究。

2.1 研究当地土基回弹模量

要想合理地确定出一种土质的土基回弹模量计算值是非常困难的,大量的实际土基回弹模量试验表明,其变异系数平均为30%,大者可达40%。因此,在确定土基某种状态下的回弹模量取值时,应该考虑以下两个因素:

1)地区因素。不同地区的土质和土的含水量差异很大,土基回弹模量的差异也很大,也就是说试验路得出的大量试验数据和结果是确定当地土基回弹模量的基础。

2)经济因素。土基回弹模量定得过低,任何土质的路基强度都能达到要求,就失去了意义;如果定得过高,则某些地区路基强度都无法达到要求,需进行换土或处理,就会造成浪费。从经济方面考虑,确定土基回弹模量推荐取值的原则应是在某一地区筑路时,除过湿土和规范规定不允许使用的土外,路基不需要进行特殊的处理。

众所周知,影响土基模量的主要因素有:土质、压实度、含水量、试验方法、加荷方式等。对重型压实标准下的土基进行室外承载力试验得到其土基回弹模量实测值。由实测值确定土基回弹模量考虑95%的保证率确定其代表值,在此基础上,主要考虑不利年份、不利季节、地带类型和路基填土高度等因素,进行折减后推荐出符合当地实际情况的每个区划的土基回弹模量推荐取值。

2.2 研究当地基层材料设计参数

JTJ 014-97公路沥青路面设计规范中提出了不同路面材料的回弹模量的取值范围。由同济大学等18个单位大力协作开展了交通部科研项目“沥青路面设计指标与参数的研究”,其专题之一“材料设计参数的研究”开展了多种半刚性基层材料的抗压和劈裂设计参数的室内外试验对比与统计分析,以及设计参数推荐值的确定,其成果纳入现行JTJ 014-97公路沥青路面设计规范,虽然提出的设计参数推荐值可供工程可行性研究或二、三级公路的初步设计阶段参考,但并不能代表全国各地的材料情况。

对于基层材料设计参数之间的相关关系,其他地区也有类似的研究,地域不同,材料不同,结果也有所不同。江苏规划设计院孙鹤在“半刚性基层材料设计参数有关对应关系的分析”[5]和长沙交通学院熊云霞在“水泥稳定砂砾二灰碎石基层试验研究”[6]两篇文章中对水泥稳定碎石、二灰稳定碎石、水泥稳定砂砾和二灰稳定砂砾四种半刚性基层的抗压回弹模量、劈裂强度和抗压强度三者随龄期增长问题进行了研究,并得出相关关系公式。河南公路局和长安大学首次论证地提出了河南省典型基层材料设计参数推荐取值(见表1)[4]。

2.3研究当地面层材料设计参数

沥青混合料的设计参数与沥青种类、标号、粘度、沥青用量及混合料的级配、空隙率、试验温度、加载方式和加载速度等有关。JTJ 014-97公路沥青路面设计规范规定设计中以路面弯沉值计算路面结构厚度时,采用20℃的抗压回弹模量。验算层底弯拉应力使用15℃的抗压回弹模量和劈裂强度。这三个设计参数在沥青路面设计中非常重要。试验要力求体现当地沥青面层材料设计参数使用实际情况,首先对于原材料和配合比严格符合实际工程试验要求,试验方法和养生条件按照JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料材料试验规程要求进行。在此基础上确定试验方案测定材料的设计参数值,经过对试验结果进行分析处理,研究不同参数在不同条件下的相关关系,最终论证提出设计参数推荐值。河南公路局和长安大学利用MTS试验仪对河南省三种典型沥青面层材料进行试验测试研究,首次推荐出河南省典型沥青混凝土面层材料设计参数取值(见表2)[4]。

3结语

目前,由于公路设计中的某些不合理性,而导致公路建设费用过高或早期严重破损。因此,有必要根据地区实际情况,推荐出适合当地的公路设计参数取值。

参考文献

[1]JTJ 014-97,公路沥青路面设计规范[S].

[2]齐从军,陈华鑫,吴艳玲.对我国公路设计中几个问题的分析与建议[J].徐州建筑职业技术学院学报,2002(3):30-32.

[3]黄仰贤.路面分析与设计[M].北京:人民交通出版社,1994.

[4]河南省公路局,长安大学.河南路基路面设计参数研究报告[R],2004.

[5]孙鹤.半刚性基层材料设计参数有关对应关系的分析[J].江苏交通工程,1997(2):25-31.

土工合成材料在我国的发展 篇4

数]

现对我国土工合成材料技术的应用与发展，进行一次较全面的回顾。回顾过去是展望未来的必备条件，所以仅凭着编者个人的回忆，难免不会出现差错，希鉴谅。现以条文形式，大体分为初始阶段、发展历程和与时俱进三个部分来表达。

1．上世纪70年代末80年代初

杜邦公司赠送铁科院土工织物被引用于铁道基床防治翻浆冒泥，试点达30多个。

黑龙江省将土工织物用于分散性土地区的水利工程； 吉林省、河北省将土工织物用于病险库土坝处理(反滤)；

辽宁省除将土工织物用于病险库处理之外，还应用土工膜在季节性河流上进行截潜灌溉。

这些都是我国农田水利工程中应用土工合成材料的先驱。

2．上世纪80年代初，江苏泰州地区南官河上，第一次引用土工膜袋护坡和无锡市第一毛纺织染厂研制模袋成功，是我国推广应用土工膜袋的基础。由于其整体性强、有利于水下施工，且施工速度快、工程质量便于掌控等特点，在水利、水运工程中，在缺少石料和运输条件下，有许多适用之处。但由于膜袋的成本较高，成了推广应用中的主要障碍。1998年三江特大洪水之后，人们对于膜袋使用的优点有所认识，与传统的护坡护底相比，知道了它们之间的真正贵贱，加之国外(澳大利亚)趁机的宣传，所以此后几年土工膜袋在我国的应用形成了一个高潮，生产厂家也迅速猛增，并出现辽宁大洼平原水库用量最多的护坡工程。然而企业间只顾价格上的竞争，忽视了质量和对产品应用优势的发展，反而造成了工程使用中的负面影响，也是导至不能持续大规模应用的教训。

3．天津新港北疆东突堤扩建工程最早大量使用塑料排水带，对软基进行真空预压处理并获得成功，对以后的软基处理中推广应用起到了关键作用；尤其是在国家沿海最先宣布的14个开放城市建设中，几乎都发挥了软基处理非常主要的作用。

4．上世纪80年代中期，我国公路建设速度比较慢，尤其是三北地区的无铺砌路面或经过一冬春尚未正式修建路面的公路，很多地段均发生翻浆冒泥现象，严重影响交通。针对这一弊病，辽宁省锦州市公路局，首次采用针刺土工织物，铺设在路面下50-60cm处，有效地阻止了冰冻期毛细水地向上转移，使路面下50-60cm厚的路基(压实)土的含水率保持基本稳定，不会在顶层形成大量冰结晶体，从而也不会在春暖时融化翻浆。这是一种不以保温方式来解决工程冻害的措施，效果出奇地好，随后在东北、华北几个省区都有所推广。严寒地区的新建铁道也有所效仿。

5．广西田村水库和甘肃夹山子水库是我国高坝大规模应用土工膜防渗的范例，前者主要解决了当地缺乏合适填料问题，后者包括坝体和砂石库区都需要防渗，实践证明是非常成功的，也同时取得了施工方面的经验与教训。为以后的防渗工程，特别是水头较大的防渗工程打下了应用基础。土工膜防渗的效果关键在工程全面的施工质量，国内外的实践都说明这一点。

6．河北省涿州市的人工湖和北京市的团结湖是我国应用土工膜防渗比较早的休闲水景设施；山西太原晋祠内的养鱼池也是应用土工膜防渗比较早的人工设施。此后又在山西榆次、河南的郑州、河北的廊坊、辽宁的沈阳等很多城市修建了人工湖和社区间的水上景观。其中用量最大的是近期济南市郊新建的人工湖，土工膜用量达150万m2。

7．我国第一条高速公路京津塘的天津至塘沽45km的全部，几乎都采用了塑料排水带加堆载(路堤)预压和土工织物的技术，获得了肯定效果；为以后的众多高速公路建设中，特别是东部及沿海地区道路的软基处理打下了基础；它与粉喷桩、砼搅拌桩等方案方案相比，多种情况下具有一定的优势。

8．上海市宝山陈行水库是我国首次采用大管袋充灌技术筑坝，并取得了多、快、好、省的突出效益。此后又在上海的船坞工程和金山湾化工基地用作围海筑堰(埝)的同时，积累了十分宝贵的经验；这些实践为管袋充灌技术的推广起到了非常积极的作用。

9．陕西公路界应用加筋带修建挡土墙和重庆市沿江的加筋土路堤，是我国加筋土工程的先锋，虽然都是从应用加筋带开始，但墙体填土和高度都是不一般的。表明了我们的工程师勇于实践的精神是很可贵的。对以后逐渐使用单向拉伸格栅筑挡土墙打下了很好的基础。

10．上世纪90年代土工网的陆续出现和协会1993年宜昌第一次加筋土会议之后，我国在扩坡工程方面有了较大的发展；同时由于土工网的结构形式与双向土工格栅相似，曾有一个阶段以土工网代替了双向土工格栅用以地基加固；而在较短时间内，土工网进口设备竟达8条生产线之多，有一定促进性，但对国外主要用于平面排水这一功能没有认真领会；同时由于三维网的出现和双向格栅的国产化，很快土工网的应用即日落西山，也暴露了引进项目的盲目性与重复性。

11．新疆石油开发第一次应用土工织物在沙漠地区多、快、好、省地修建了250多公里通向塔克拉莫干(死海)的公路，至今已正常运行近10年，为我国沙漠地区的交通工程树立了典范。目前正在快速修建第二条大沙漠公路，将为西部开发作出更大贡献。

12．秦(皇岛)沈(阳)客车专用铁道，是我国第一条全面采用土工合成材料技术修建铁路的实例，很多有关院校和科研院所都参与其子课题的研究，并且自始至终参与观测、分析和总结，获得了实实在在的、系统的经验和教训，为以后的客车专用线建设作出了示范。铁道的高速与路基的变形很有关系，但与机车性能乃至钢轨也不无重大关系，对我们而言要解决的是通过土工合成材料技术保证地基变形稳定。这在今后200km/时以上行车速度的铁道建设中会逐步得到体现。

13．长江在湖南和湖北境内的航道整治，是水运工程应用土工合成材料技术的首例；较早之前长江航道局科研所和湖北长江航道管理处的工程人员就十分致力于应用土工织物软体排和充填丁坝、顺坝技术来防冲、清淤，改变水流态势的探索；为长江航道工程建设所广泛重用，并在较短时间内取得了突出效应。

14．吉林省水科所针对化纤土工膜袋的许多优点和比较贵的缺点，刨造性采用编织物缝制成简易膜袋，在嫩江护岸和土坝护坡上应用，既凸显出它的经济性，又反映出它的优势。但是它不宜利用机械充灌和水下施工，所以用起来有一定局限性。

15．上世纪80年代，在“土工布”的名字响彻全国市场的时候，在岩土工程界注视到其反滤排水功能的时候，国内的机场、尾矿坝、粉煤灰库、自来水厂、隧道、地铁、球场等一些相关的工程，也纷纷开创试用，一般都获得较好的效果。其中尤以蓄水池及地下工程底板下的抗浮(拨)措施最为凸显，用土工布包裹砂石排水，可顺畅降低扬压力，比采用抗拨桩等方案要快、要省得多。

16．南京工程兵学院与舟桥部队曾为克服黄河滩地道路泥泞合作过课题研究，以土工织物复合排体攻克过辎重车快速抢过滩地渡河的难点，取得了成功。但毕竟限于粉土性的黄河滩地，且是相当临时性；而华北油田橡塑技术研究所，为配合浅海石油开发，在潮汐带滩地上主要依靠土工织物和土工格室的技术，经过潮汐的考验，完全满足了一定范围内多井开发的运输要求。

17．江苏省江都市，是我国在水闸前设置土工织物软体排防治闸前海漫受冲蚀的典范，他们曾多年观测，对其效果和耐久性都给予充分肯定。以后在江苏境内的长江边沿，也有用于防治冲蚀的。河北省张家口地区除用作软体排之外，还应用常州产防老化编织土工布，筑砂石丁坝、顺坝，虽然裸露在外，但经10年的汛期考验，其织物强度尚保持在60％以上。后来在河北唐山滦河下游等地，也有应用。

18．河北张家口地区应用编织土工布，挂在河槽断面的短桩上(高约1m)，用于汛期抬高水头，自动引水上岸进入灌溉渠道。虽受地形限制，但适用的地方非常受欢迎。

19．自从福建省水利部门针对汛期闽江大堤背后发生管涌、流土、潮泽化的问题，创造性地采用了在迎水面坡脚处，垂直开槽铺土工膜防渗的办法，取得很好的效果。以后在山东、江苏、辽宁等省陆续采用，并纷纷对开槽设施进行改进创新，使铺膜深度最大达到16m左右。1998年三江特大洪水之后，在江堤工程中为防止管涌而有所发展。

20．软式透水管和方便面式排水块的出现，是岩土工程中条带状集中排水的好方法、好设施，但由于初期都比较贵，难以推广；随着我国市场经济的不断发展，生产企业增多，竞争机制一形成，应用起来就没有“过贵”的顾忌。它们在高速公路的隔离带及一些地下工程等建设中发挥了很大的作用。软式透水管有全方位排水、无须再加滤层，以及运输、接头、三通等安装优势，目前应用较广。

21．上世纪80年代中期，国外公司与协作网合译了分层加筋法的资料给大家；我国第一次采用编织土工布，于北京亚运村安慧立交桥，修筑分层加筋式桥台(16座)，高度的达4m以上，垂直立面；预制桥面板操直接搭在加筋土体的砼枕上。后在海南岛的海口市，又有用分层加筋法修建世界首座加筋土桥墩。这两个首创工程至今运行情况良好。在江浙一带高校中，开展了与此有关的摩擦和拉拔试验仪的研制。

22．随着我国成立初期，对东北的丰满和桓仁水库混凝土坝裂缝，以表面防渗处理取得成功后；上世纪九十年代河北省的秦皇岛温泉堡水库碾压砼薄壳拱坝，又第一个应用复合土工膜作表面防渗设施；并且很快即验证了用与不用的区别。后经全面补设(增高)，至今效果良好。淮南煤矿为了减少巷道排水量，将相关河道采取土工膜防渗，也受到很好的效果。核四院对于高碱性尾矿的填埋，对土工膜的材质进行过应用研究，试验证明对PU值小于12的尾矿，用PE膜是可行的。

23．在不少防渗工程中，排水应是同时分不开的。特别是地下水位较高的地区和地下工程等都必须加以认真考虑。山东引黄济青工程是用得比较早的工程，京广铁路复线大瑶山隧道也是其中之一；各地垃圾填埋场、北京市地铁等也都在应用防渗设施之时应用了排水设置。近期在南水北调和济南人工湖湖底防渗中，也应用了新型排水阀设置；它们基本反应了我国在这方面的进步过程。

24．成都到达县的铁道，是大部分穿越山区的新线，铁道设计二院的工程师们，考虑到雨水及地下水对路基土的软化及翻浆冒泥问题，除加强各种排水设施外，还第一次在路床上下，铺设防渗复合土工膜，实践证明效果非常凸显。经过铁道部门的观测总结，现已大面积推广应用；近期又有所发展，用膜与排水网相复合，来增强膜上排水能力，进一步保证基床稳定。公路、市政工程以及其环境和条件相类似的工程也已在推广之。

25．在南(宁)昆(明)铁路上，有不少膨胀土分布，设计人员考虑到雨后膨胀土路堤的稳定性，而用土工网分层水平铺设，进行边坡加固；经过几年的运行证明，在连续降雨后，反映出(例如百色地区)用与不用而获得稳定与发生滑塌(坡)的不同；而这两个地段是紧相连的。

26．万泉河在汇入博鳌河时，应用三维网植草护坡防止冲刷获得成功；先后两次经受过较大洪峰及上游水库同时泄洪的考验，没有再发生未设防前的冲刷破坏。此后这种技术措施，在博鳌国际会议中心附近的海边及宜昌长江岸边，又发挥了同样的作用。总结其经验是，网与草的密切配合和草比较高(50cm左右)，形成了以柔克冲、以网保土、而不受淘刷的威胁。

27．哈尔滨市郊用袋装砂被(厚10cm左右)，治理哈尔滨市的“龙须沟”，他们认为既减少了淤泥的清理量，治理了污染，又保护了河坡的稳定及整个河槽的生态问题。编注：土工织物夹薄层中细砂做成类似GCL型式的垫子，在国际上也是早有的；它是针对缺砂和砂体易流失的情况而制作的一种材料；有其适用的地方与一定的条件限制。所以至今尚未发现有更多的实例。

28．80年代末，海河水利委员会以织造和针刺土工织物，预制成双抗洪抢险的各种排体，用在堤防或岸坡的迎水、背水面，可以迅速地防止冲刷、塌岸，散漫和管涌等险情；为国家防汛办所公认，并编入《土工合成材料工程应用手册》。实际这比织物袋替代草袋还要早；1998年我国三江连续发生特大洪水时，土工合成材料在抗洪抢险过程中再次发挥了很大作用，一些场景是国人有目共睹的。过后朱熔基总理也在外界建议的同时，就土工布作出了批示；并引起经贸委及有关职能部门的高度重视。当总理作出第二次批示后，我们协会向总理直接做了我国土工合成材料发展的书面汇报，具体告之国内产品和应用已具有一定规模(以后又有一次)。当然这也是土工合成材料进—步快速发展的大好机遇；各行业在宣传推广应用中的热情也空前高涨，建设部、水利部、交通部、铁道部在协会会员的参与下，用较短时间制订了全国及行业的应用技术标准和规范(共七本)；质量技术监督局、轻工、纺织等部门也统一制订国家产品标准。与此同时，水利、交通、铁道部门都组织了应用土工合成材料的示范工程，组织了宣贯标准学习班，并组织了检查、验收和鉴定。而这些都是在经贸委统一领导和部分拨款下进行的，最后以国家经贸委为主拿出了整个总结。这是有关我们事业发展过程中的一件大事！

29．自国产塑料拉伸格栅问世之后，单向格栅曾因材质的不同而引起“蠕变”问题的争论，但是都忽视了无论哪种材质，都必须重视其强度、变形和融熔指数的配方问题；只有这样，才能在一定的机械和工艺条件下，做到蠕变性最小。然而人为地扩大了PP与HDPE两材质的区别，起初有人提出PP的蠕变折减系数过分偏大，后来又因忽略了配方和工艺的改进，实际HDPE的强度与蠕变之间也不匹配，致使单向格栅的设计强度标准越做越大。一个不高的挡墙，竟要求格栅的强度达120KN／m，有的甚至要达到180KN／m以上。却忘记了分层布设筋材，本身的应力状况和允许的变形是多少，造成不切实际的浪费；也形成了片面追求单肋强度，而忽视结构效应和格栅与土之间的相互作用问题。于是各式各样的格栅应运而生，给工程设计人员眼花暸乱。目前这种现象仍在蔓延，有的不论软基性质，想以超高强双向格栅处理之，完全忽视了排水固结的基本要素，这是欠科学的。应当承认企业的积极性和对加筋材料发展的贡献；但是各种格栅都有其不同的特点和特征；也都有其相应的应用条件和环境(如不同填料。具体说塑料拉伸格栅、经编格栅、玻纤格栅、钢塑格栅，都有它们各自的优缺点，也就是有各自适宜的使用条件，不能随意相互替代。

30．1998年大洪水之后，模袋的应用曾形成高潮，其中澳式模袋因结构(连接)的不同，适宜充灌厚度在15cm以下的水泥砂浆，从而具有做铰链型、框格型、滤点型模袋的特点。特别是宜于水下大面积充灌及大面积连续铺设、连续浇筑、经过缝合而无接缝，并具有表面平整、凝固后无裂缝、充灌率高等优势。广东的东江、西江等都有用于防止江堤、江岸和江底冲刷的。但售价较高，不实行国产化恐很难推广。

31．土工合成材料的出现，也使屋面防渗引起了一场变革，起初是针刺织物加改性沥青，替代纸质沥青油毡；后又进一步发展到高密度聚乙烯复合土工膜防渗，不仅结构简单、省钱、更利于检查保养，而且经久耐用；已从黑龙江等省向全国各地扩展。现在房屋建筑的节能、保温又提到议事日程，已有工厂在配合建筑业进行这方面的试验研究，预计屋面(顶)保温与屋面防水将对合成材料的应用起到进一步的促进作用。

福州大学采用土工织物碎石桩作为房屋建筑地基的处理，开创了桩基工程应用土工合成材料的先例，实践证明对于不太高的楼层而言，其承载能力与沉降变形是能满足要求的。上海等地在桩位间或建筑物之间插入袋装砂井或排水带，能有效减小打桩发生的孔压和拥土现象，避免对周围建筑物的影响。深基坑开挖中及时对围桩之间垂直铺设土工布既利于排水，又能防止砂性土体坍塌。

32．扬州市古运河上的垂直加筋土岸坡是我国水利工程中比较早的加筋土挡墙，也是国内比较早的应用预制弧形模块和插屑(玻纤合成)结构的工程。它与对岸的堆石、砌石岸坡相比，在经济上和施工速度上有很强的优势，并在保护环境、少开山取石等方面形成了显明的对照。

33．自河北廊坊应用编织土工布预加应力铺设于公路加固路面后，经编格栅在江苏、浙江问世，起初并不引起广大工程师们的认同，经过节点结构的改革和外包层的处理，方才引起应用者的注意。特别是玻纤和涤纶经编格栅，在耐高温、抗低温和铺设服贴等方面的优势，在沪宁高速镇江段首次试用后，多数用于公路路面防治反射裂缝；也有取材于材料的高强和易于平整性，而作为复合制品或替代双向塑料拉伸格栅使用。今后在大规模公路建设中仍有较大的用量。

还有以化纤编制成立体形的植被网，在江苏常州、南通问世之后，在多雨的丘陵或缓坡地区使用，也显示出一定的优势；它比东南亚国家所用的黄麻绳网护坡植被，更具优越性。

34．我们的环保工程是由边坡的防护结合绿化开始的，接着是垃圾填埋，以经济发达比较早的深圳、北京、上海开始，应用土工膜作为填埋场防护，后逐步在全国普通应用：并进一步发展到土工织物膨润土垫(GCL)和用土工膜两层来防渗；这可以说是我国环保工程发展的里程碑。目前GCL在北京市等地已扩大应用到河流湖泊及地下工程中。

35．冰上沉排在我国东北三省都有过使用和尝试，都获得了成效；其中尤以第二松花江的冰上沉排次数多、规模大。水利部东北院考虑到冬天枯水季节，江上冰厚水浅、农闲有劳动力等特点，对易冲刷的位置在冰上布设缝制好的土工织物排体，然后在预设部位压载适当块石，并同时沿择体的三边线(上、下游与辽内侧)破冰沉排。这是一项技术与经验并重的工程，排体下的冰块绝大部分可在沉排的同时窜出水面，而使整个排体准确地服贴到江底设计位置。从而比汛前的水上沉排或水下施工，做得更快、更好，更省。

36．随着大规模工程建设中的软基处理，塑料排水带的用量日益俱增，排水带的产品设计和施工也不断改进。针对打设速度慢，改进了打设机械，可以做到一次插入多根，效率提高几倍；针对打设深度弄虚作假，最终改进了自主测深；针对国外羡慕我们的带芯，而改进了外包滤膜，促进了出口创汇。目前质量过次的排水带已逐步遭到淘汰。

37．在潮汐海滩中利用大管袋充灌围堰，常遇到合拢和必须抢速度，或对堰身进行防冲和产生负压倒吸的问题。天津港在管袋充灌围堰中，采用模袋沿堰身成马鞍形布设，并迅速浇筑，这会在做到及时防冲的同时，又能使模袋充灌后做到与软基、堰身整体变形的相对适宜性。此外对管袋就地充灌填料颗粒偏细的问题，采用人为掺砂促固结，或加水泥促凝固的办法，也是成功的尝试。

昆明滇池为解决环保清淤的堆场问题，由合力通公司用国外特种织物缝制的大直径充灌袋，经多次试验研究，能够使粒径小于0．075mm、含量大于80％的淤泥充进去，只排水、不漏土；从而形成由1．3m高的围埝清淤堆场。不仅完全免除了远处开山取土、取石(护坡)和运输、破坏自然环境，而且还减少了充灌围堰后的清淤量，围埝更适应地基变形。这可以算是解决应用条件十分苛刻的精典之作。

38．引额济乌(包括至克拉玛依及沙漠地区)工程创下了输水渠道土工合成材料用量之最以后，又迎来了南水北调中线方案设计的大用量。前者虽然整个处于西北严寒地区，但由于渠道主要用于季节性引水，第四季度输水即已停止；所以后者的华北段，保温问题反比前者更为重视。除去设保温层之外，还对外表保护层的建筑缝加以周密的防水设计，使其为脱离因水的冻胀破坏提供了双保险。

39．长江口深水航道的整治是我国水运工程应用土工合成材料的一个里程碑，在设计方案上，施工机具及方法上及所有材料制备上，都有所创新的记录。也可以说是我国应用土工合成材料技术以来节省造价、缩短工期最多的工程。参与的专家、工程师，边研究、边改进、边实践的科学作风和实干精神是值得学习的。

40．在高原严寒地区修建青藏铁路，对于冻土问题基本分两种，一种是多年冻土部分，所要应对的是，如何保护基土土温不上升，保持冻土层处于长期(冻结)稳定状态；另一种是海拔相对比较低，最低气温相对比较高，地层有随季节变化而发生较大差异的部分，所要应对的是如何使路基、路堤，在季节温差发生较大变化时，减轻冻融病害，保持稳定。其中相当多的措施是，采用各种土工合成材料技术所发挥的综合作用。实践证明，其成效在国际上也是少有的。

41．新疆建设兵团所开创的滴灌机具和设施，是农田水利工程中一项节水灌溉的上好佳作，这种合成材料制品还完全符合了经济实用和易操作的原则，在雨水稀少的干旱地区容易得到推广。浙江省的吕伟元先生是纺织行业的专家，却十分热爱土工合成材料事业，他在推动西北缺水地区的水窖工程贡献了力量。

42．自上世纪90年代天津一家(军工)企业参与研制膜结构材料之后，开启了协会内关于高强合成膜应用的序幕。辽宁省水科院依据橡胶坝的原理，在中小型水库的溢洪道上，以高强膜结构可以自由立闭、倒放的灵活性，无形中多拦蓄了几万方以上的水，大大提高了灌溉效益。后来纺织和轻工部门又引进国际先进经验，以玻纤织物与四氟乙烯塑料相复合，制成具有各种优点的膜结构材料，广泛用于大跨度的建筑物或街道、旅游区的挡风避雨点；在北京奥运会的体育场馆也有应用之处，是一种颇有前途的结构材料。

43．圆明园湖底采用土工膜防渗，这本来是一件很正常的工程设计，在施工过程中，却被一些高人和媒体炒得沸沸扬扬；借清理现场，砍伐了灌木，借土工膜下透水会影响地下水及自然环境，借高分子塑料的成分有污染水质之嫌等罪名，大有一杠子打死在世界上已发展40年左右的新生事物。加之当时国家的环保部门也参与其中，给我国的土工合成材料事业造成很大的压力，给一些正在或将要应用的工程带来负面影响；使土工膜的应用受到较大的挫折。但是科学的东西是不怕随意攻击的，实践才是检验真理的唯一标准，在协会广大会员的积极反应下，在许多业内老专家、老教授的参与下，写文章、讲道理、驳斥反击，先后达10多篇；并举出既改善了环境又获得成效的人工湖应用例证达几十处之多。相反他们在大小多次的听证会上，拿不出一个负罪(面)的人工湖名称，都是在哪里猜想、推论、空谈。尽管我们协会的内部《通讯》影响范围很小，但阅读者除平常会员外，还有我们的顾问院士们，各有关部的部长、司长们和相关社团及刊物出版社；他们不仅对土工合成材料有认识，而且接触、参与、领导或研究过工程与材料，对土工膜的应用是认知的、赞同的。连圆明园管理处也在网站上闻讯来电求知；最后所谓委托某高校再次论证的实情是什么?虽然不太清楚，但后来吉林省一次真正的环境污染大事，有人被免职，则是人人皆知的。

44．关于防止蒸发、净化水源在我国也有尝试和进展，利用合成材料的整体轻质的特点，设计成条块结构形式，一种是水平漂浮在水面上，起防止蒸发的作用。一种是垂直半潜半浮在水中，但入水深度要靠排架来控制，并做到基本不阻水流，只吸附水中杂物；特别在无一定流向的人工湖泊、池塘中使用，有很好的净化作用。

45．防渗与排水已用于屋顶绿化，西方国家在发展，我国上海等城市也有在尝试。这是在屋顶上首先铺设2-5cm厚的防渗、扩面(保护)及平面排水结构物，然后铺有一层4-12cm厚的培养基(主要为透气而松软的沃土及少量肥料)；最后种植绿化植物或花卉。对我们来说是提供防渗和排水，但对绿化而言，要依据当地的气候及屋顶结构条件而定。颇有前途。

46．我国是一个煤炭资源大国，广泛用于发电和生活及工业燃煤，为了保护环境，现在要求燃煤脱硫，摆脱硫的污染，但经脱硫工艺所排出的烟气湿度大，在雾状的烟气排出过程中，仍含有一定的腐蚀性，对砼或砖质烟囱易产生较强的腐蚀。这在河北、四川已有用特种合成材料，内衬烟囱壁进行防腐的策划；并已制订出必要的施工程序和规定，使广大电厂的已建烟囱得以按筹划实施和改进。此外在电厂的吹灰管道内，防结垢、保耐用；在石油管道和输水管道的防腐、保温等方面，也都有大量应用合成材料的地方。

发展中一些标志性的工程和典型还有许多，一时不易全部回顾周全，例如上世纪80年代中期云南曲靖与南科院合作，在麦子河水库应用土工布替代砂砾石反滤料，是很典型的带头工程。后来他们又以桩膜围堰的方式，于库区准确地探测出喀斯特溶洞，并以土工膜加以处理。

土工合成材料，又称“土工布”、“土工织物”，它是以合成纤维、塑料、合成橡胶等 为原料制成的不同种类产品，使用过程中具有分离、加固、排水、过滤、防护、防渗六大基 本功能。国外在三十年代就开始了使用，迄今其产品从单一纺织品发展到其它合成材料及其 复合材料。现在土工合成材料已被称作与钢材、水泥、木材齐名的“第四种工程材料”，并 广泛的应用于岩土、水利及土木工程等领域中。1 土工合成材料的种类及应用

土工合成材料种类很多，一般按功能及生产方法分为四大类，即土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料。下面概述几种土工合成材料的特点及应用。

1.1 机织土工布

是我国使用最早的一种土工布。现我国使用较多的机织布材料有长丝机织布和扁丝机织 布两种，材料以聚丙烯为主，单位重量一般为100～300克/平方米。它的应用以制作反滤布的 土工模袋为多。机织土工布具有强度高、延伸率低的特点，广泛使用在水利工程中，用做防 汛抢险、土坡地基加固、坝体加筋、各种防冲工程及堤坝的软基处理等。其缺点是过滤性和 水平渗透性差，孔隙易变形，孔隙率低，最小孔径在0.05～0.08 mm，难以阻隔＜0.05mm 以下的微细土壤颗粒；当机织布局部破损或纤维断裂时，易造成纱线绽开或脱落，出现的孔 洞难以补救，因而应用受到一定的限制。

1.2 经编土工布

用经编机生产经编土工布的方法较少单独采用，经常与其他方法联合使用，如将经编布 与非织造布交织形成纤网型缝编土工布，也可与纸带一起编织成可降解的经编土工布。经编 土工布主要应用于排水沟、水坝或烟筒过滤，无中间层的海岸保护，阻截自流水压，加固垂 直地面、倾斜面和堤岸基层等。

1.3 非织造土工布

非织造土工布的出现比织造土工布晚，其生产方法主要有纺粘法和针刺法两种，其中针 刺法在我国所占比例较大。采用的原料以涤纶为主，其次是丙纶和维纶，单位重量为100～800克/平方米。非织造土工布具有较大的延伸率，能适应较大的变形，可以根据需要制成适当 大小的孔隙，并在水平与垂直方向均具有较好渗透力。因此，非织造土工布的发展速度很快，并已成为土工布的主要组成部分。现已广泛应用于解决路基沉陷及翻浆冒泥问题，用于土 石坝的排水系统、地下排水管道、软弱地基加固，各种堤岸的护坡垫肩等工程的滤层。此外，还可用于土加筋材料，使软基加固或修筑轻型挡土墙，同时，还能降低路堤下的孔隙水压。

1.4 土工格栅

我国以聚乙烯材料为主的塑料土工格栅居多，它是将高聚物薄膜经有规律的刺孔、加热，然后在一个方向拉伸，使高聚物中大分子链沿拉伸方向取向，并获得单轴向格栅。也可继 续在另一方向拉伸，得到双轴向土工格栅，使两个方向都有较高强度，土工格栅主要应用于 软土基础加固及护坡、护堤等工程中。

1.5 复合土工布

复合土工布是由两种或两种以上不同功能、不同种类的土工布及其他材料复合而成，复 合材料可以是纺粘或针刺型非织造布、机织布、聚乙烯薄膜、塑料网、塑料管等。其生产方 法主要有以下两种：(1)机械方法：采用针刺复合和缝编工艺技术；(2)热熔粘合法：采用超 声波粘合及热轧粘合技术。复合土工布在我国应用较多的是复合土工膜和塑料排水管，可应 用于软地基和地基下具有坑洼的路基，堤岸的增强，路边排水，桥座和挡土墙下排水，蓄水 池、废物处理池的密封层，传统沙石层排水系统的替代等。复合土工布在原有单层材料基础 上使其性能得到很大改善，如层压后的土工布力学性能得到很大提高，机织布与非织造布经 针刺复合后的过滤性能得到改善等。国内土工合成材料应用现状及存在问题

2.1 应用现状

土工合成材料在我国的发展较晚，大约在60年代中期开始，机织土工布应用于河道及涵 闸工程。80年代初，非织造布始在铁路工程和水利工程上试用，截止到1986年，我国累计土 工布总产量约100万平方米。进入90年代，土工布应用发展更快，1992年机织土工布耗用量 达9000多万平方米。1998年发生特大洪水，编织布用量已超过1亿平方米/年。非织造土工布1995 年耗用量达到6500万平方米，至今其使用量也已超过1亿平方米/年。目前，土工布在我国应用 规模较大、效果较好的有以下几方面：

(1)水利工程建设方面。江苏省采用土工布对沿江沿海堤坝进行加固，这些航道、河道 护坡成功地经受了1998年的特大洪水侵袭的考验；河北省黄壁庄水库下游减压进井冒浑水，采用土工布封堵后，在1998年特大洪水冲击下没有出现险情；天津北塘水库使用土工布后，工程质量明显提高；我国最大的水运工程长江深水航道疏浚工程，在工程设计中决定试用土 工布构筑导堤，经试验段测试，取得了其他材料难以达到的良好效果。另外，上海陈行水库 工程、江苏太仓中远国际城等工程也均采用了土工布。

(2)公路建设方面。我国公路建设使用土工布现还局限于高速和等级公路，使用规模较 大的工程有东北锦大公路、浙江杭甬高速公路、广州环城高深汕高速西段、上海沪宁高速公 路等。

(3)铁路建设方面。我国铁道部门从1981年开始采用土工布处理路基损坏及其他问题，如用在京九铁路建设中的地基处理与边坡加固、京广铁路翻浆冒泥的整治、上海地铁二号线 龙东路西段工程等。

(4)环境保护方面。土工布在环境工程方面的应用比例还不很大，但在垃圾场及废水排 放治理等工程中的应用会越来越多。至今，我国土工布在环保方面应用较多的是在贮尾矿和 灰坝的处理，如上海外高桥电厂、嘉兴电厂、上海石洞口电厂的灰坝、铜山尾库矿等工程中。

2.2 存在问题

土工合成材料在我国从试验、生产、试用到大工程应用，已有近20年历史，虽然在应用 上已有一定的广度，但和我国基础设施的巨大规模相比应用比例较低。(1)工艺与技术装备方面。我国现有非织造布生产设备除部分为国产针刺加工设备外，多为引进。在这些引进设备中，仍以针刺短纤土工布的生产为主，纺粘、化学粘合、热粘合 设备工艺仅占很少部分，而在这部分中还有一些是为生产地毯、服装、装饰布、人造革、化 肥袋等设计的，与专门生产土工布的设备存在着一定程度的区别。

机织编织土工布的生产能力完全可以满足我国“九五”期间各项工程的要求，但缺少抢 险抗滑用材料的编织设备和多轴向编织机。

复合土工布生产设备国内现已具备4 m宽以下的生产能力，6 m宽以上的生产设备在国内 尚属空白，无法满足工程的需要。

(2)产品结构方面。主要表现在原料单一，产品品种单一。我国土工布所选用的原料主 要是涤纶、丙纶、维纶及少量的锦纶。同时由于生产设备的限制造成了以短纤非织造土工 布及丙纶编织布为主导的单一产品结构。国际上原料的选用除涤纶、丙纶外，还有锦纶、黄 麻、特种纤维，有的甚至织入钢丝等，产品品种除短纤针刺产品外，高强度土工格栅、土工 片、纺粘法长丝针刺产品品种及复合土工布的品种也很多。由于实际工程中对土工布的功能 及品种有着不同的要求，因而单一的产品结构阻碍了土工布应用的扩大及工程质量的提高。

(3)产品检测体系方面。最近，我国已相继发布了土工布产品国际标准及土工布产品的 使用规范，但在产品质量的实验方法、考核指标内容以及土工布与土相互作用性能实验等方 面还缺乏统一的标准，而国外则成立有土工布专业委员会，来对此进行规范化处理，因其具 有相当的权威性而得到各自国家的认可。因此，在我国加快一系列检测体系标准制定的步伐，将更有助于土工布在我国的生产和推广应用。

(4)应用与设计方面。由于土工布涉及到岩土、水利、土木、纺织、塑料等诸多领域，而一种行业的设计人员缺乏其他行业的专业知识和实际经验，一些工程单位对土工布的特性 不是真正了解，不清楚这一能够部分取代传统沙石料的新型材料，再加上在施工过程中偏重 于一次性投资的降低等因素，造成了我国土工产品低水平重复严重及各种工程应用量偏低的 局面。发展趋势

国内土工布的发展将由以纺织技术生产为主的形式转向以适应各种实际工程需要为目的 进行生产，产品总的发展趋势向系列型、复合型、综合型发展。复合土工布是这几年国外大 公司竞相开发的产品，其产品包括排水管与土工布复合，机织布与非织造布复合，大流量排 水板与土工布复合等许多新型复合材料。我国在这方面则处于起步阶段，现有的复合产品为 复合土工膜、针刺机织布和非织造布复合土工布、非织造布复合结构的排水管，并且，还都 处于试制和试用阶段。因此，复合土工布在我国的生产和应用极具开发前景。据统计，在“ 九五”期间，我国将新建公路30万km，其中高等级公路1.45万km；在铁路建设中，每年预计 要修复1000 km翻浆路段。1998年长江、松花江的一场特大洪灾后，国家又增加了资金投入 基础设施建设，这其中包括长江堤防的修复和加固、三峡工程、黄河治理、小浪底工程、南 水北调、长江口深水航道等巨型工程，这些工程建设都需要大量土工布。现在，我国土工布 已经有5项产品标准和20项试验方法标准，土工布的使用规范也已正式颁布，这对生产、推 广和使用土工布提供了条件和机遇。4 几点建议

4.1 由于土工合成材料是一种新型岩土工程材料，且应用时一次投入成本较大，应用 部门在不了解这种材料的条件下偏重于使用成本较低、后期维护费用大的砂石、沥青等材料。因此，建议水利、交通、建筑、纺织等方面联合成立土工合成材料协会，大力宣传土工合 成材料在工程建设中的使用方法、效果及经济合理性，并制定土工合成材料应用的强制性国 家标准与技术规范，使工程部门从不得不用到自愿采用。

4.2 加大土工合成产品协作开发的力度。土工合成材料涉及到建筑、水利、纺织等多 领域，各行业之间应保持经常性的信息沟通，使产品的设计与开发为不同的行业、不同的工 程条件服务。因此，建议科研部门、企业及工程单位组成科研、生产、应用体系，形成工程 部门需要什么科研部门研制什么，再由企业投入生产，形成全新的产品开发系统。

4.3 做好引进设备的消化、吸收及开发创新工作。我国现有引进设备中有一些不适合 土工产品的生产。因此，对这部分设备在进行改善的基础上，应再填平补齐，建议政府部门 应在这方面给予一定的技改及技术创新倾斜政策，以充分发挥现有设备的潜力及企业的积极性。

复合材料在我国的发展和应用 篇5

早在远古时期, 我国祖先就以麻、稻草及木料等材料制做兵器, 这些早期兵器的制作材料即为我国早期的复合材料。复合材料在新中国的发展历程以十一届三中全会为界可分为以下两个阶段:在十一届三中全会之前, 致力以国防军工;之后, 我国生产社会化。因复合材料比重小、比强度大、加工成型较方便, 比模量较大, 在我国各行业领域中得到广泛的应用, 主要应用于汽车、航空航天、电子电气、建筑等领域, 在近几年更是得到了迅猛发展。

随着我国科技的发展, 复合材料相关技术不断进步, 各生产厂家的制造能力也都有很大的提高, 使复合材料的价格大大降低, 但其强度仍无法和金属的强度相比。因此, 在此基础上又研发出碳纤维、硼纤维等增强复合材料, 使的高分子复合材料家族更加齐备, 已作为众多产业的必备材料。

1 复合材料的主要应用领域

1.1 航空航天领域

因复合材料热稳定性好, 比强度与比刚度较高等特点, 可用其制造飞机的机翼和前机身的卫星天线以及这些部件的支撑结构;另外, 很多其他的航空用零部件结构都用复合材料制造。

1.2 汽车工业

复合材料特殊的振动阻尼特性, 可以减振和降低噪音, 另外, 复合材料具有优良的抗疲劳特性, 且损伤后极易修复修理, 生产时便于整体成形, 因此常用其制造汽车车身及其受力构件与传动轴、汽车发动机架及其内部结构件。由于汽车制造满足力学要求的前提下越轻越好, 使得新型复合材料将被广泛应用到汽车制造业中。

1.3 医学领域

复合材料家族中的碳纤维, 具有不吸收X射线的特性以及优良的力学性能, 通常用碳纤维制造医用X光机及矫形支架等。同时, 碳纤维还具有血液与生物组织相容性, 因此, 碳纤维在生物环境下稳定性较好, 可用于生物医学材料及制造体育运动器件等。

1.4 化工、纺织和机械制造领域

因碳纤维具有良好的耐腐蚀性, 由碳纤维与树脂基体复合而成的复合材料可用于制造纺织机、复印机、造纸机、精密仪器及各类化工设备等。

2 复合材料的发展和应用

2.1 树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料用增强材料通常包括以下几种。

2.1.1 玻璃纤维

高性能复合材料的玻璃纤维目前主要有高强度、高硅氧及石英玻璃纤维等。高强度玻璃纤维因具有较高的性价比, 近几年得到较快的增长速度。其不仅在军用方面得到较好的应用, 而且在民用产品如防弹服与头盔、高压压力容器及各类耐高温制品与体育用品等也有较广泛的应用。高硅氧和石英玻璃纤维具有耐高温特性, 是较理想的耐火材料, 主要应用为火箭与导弹的防热材料。

2.1.2 碳纤维

碳纤维具有上述一系列优点, 在航空航天领域及运动器具和体育用品领域得到广泛的应用。我国生产的碳纤维因其性能不太稳定, 性价比较低, 与世界先进水平还存在差距。

2.1.3 超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的抗蚀性与抗老化性较高, 并具有良好的耐海水腐蚀性和高频声纳透过性。在军事领域及汽车、医疗器械、船舶、体育器材等领域具有较好的应用前景。

2.1.4 芳纶纤维

芳纶纤维发热比强度及比模量都很高, 已被广泛应用在汽车及航空航天领域的复合材料零部件、耐热运输带及体育器材等领域。

2.1.5 热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂与增强材料制成的复合材料。乙烯基酯树脂为一种新型热固性树脂, 其具有耐腐蚀与耐溶剂性的特点, 机械强度高且延伸率较大, 乙烯基酯树脂与塑料、金属及混凝土等材料的粘结性很好, 且耐老化, 耐疲劳, 且固化收缩率低。广泛应用于容器、贮罐及管道等制作中。

2.2 热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料常用的主要有以下三种:玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料、长纤维增强粒料与连续纤维增强预浸带。该类复合材料因可回收利用具有较好的应用前景。我国生产的热塑性树脂基复合材料基体材料主要采用PP、PA, 而增强材料则以玻璃纤维为主, 也有少量采用碳纤维做增强材料。

高性能热塑性树脂基复合材料基体以PP、PA为主。以其生产的产品主要有管件、阀门、电器、轴承与汽车零件、模压制品、座椅及汽车踏板等。

云母复合材料因具有高刚性, 低收缩率、低密度、低挠曲性及较低的价格。广泛应用于制作各类仪表盘, 护栏护罩等零部件, 同时, 云母复合材料具备阻尼性与屏蔽性, 用其可制作音响零件与蓄电池箱等。

3 复合材料在我国发展的特点

复合材料在我国发展潜力很大, 有以下特点。

3.1 复合材料有待创新

随着我国对复合材料的重视, 近几年复合材料在我国各行业的应用有较大的发展, 但与发达国家相比仍然差距较大。在技术、工艺及产品发展与应用方面仍需大力创新, 具体应在以下几个方面做进一步的发展与创新, 如树脂基体、增强材料、生产工艺与产品应用方面。

3.2 玻璃纤维的结构需调整

玻璃纤维在我国主要是用做增强基材, 成本在全球市场上具有优势, 但品种规格和质量方面却与先进国家差距较大, 须不断改进与发展。

3.3 聚丙烯腈基纤维的发展

虽然我国碳纤维工业发展缓慢, 但聚丙烯腈基纤维仍有发展的必要和空间。

3.4 需要进一步开发能源与交通用复合材料市场

能源相关方面, 要大力开发清洁与可再生能源用复合材料;同时要着眼开发应用于汽车、城市轨道交通、民航客机及船艇等行业的复合材料。

3.5 加大纤维复合材料基础设施应用

复合材料因具有其它材料无法比拟的优点, 近年来其在房屋、道路与桥梁的基础应用发展迅速, 尤其在隧道工程、桥梁、房屋等基础设施的修补与加固中应用前景良好。

3.6 复合材料综合处理与再生技术需大力发展

我国应着重发展物理回收、化学回收和能量回收技术。在大飞机开发领域, 扩大飞机用复合材料的使用比例;加大复合材料在民用方面的应用;大力发展特殊环境用复合材料, 如需经受温度变化、海水腐蚀、压力和冲击的材料;同时要引入纳米材料与多功能材料及结构。

4 复合材料在我国的发展瓶颈

复合材料与金属材料、陶瓷材料及聚合物材料并称四大材料体系, 目前中国复合新材料发展主要有以下三大瓶颈。

(1) 因我国复合材料复合化成本太高, 使得复合材料的扩大应用受到严重的制约。

(2) 我国复合材料用原材料基础较差。

(3) 我国复合材料的设计理论落后。复合材料的基础原材料及复合材料的增强材料所用的碳纤维工业化进展都很慢。这大大制约了复合材料的发展。复合材料的工艺比较复杂, 发展高效的设计理论是提高复合材料应用前景的重要手段。

参考文献

[1]李成功.新材料研究发展与产业化趋势[M].机械工艺师, 2001.

[2]谭毅, 李敬峰.新材料概论[M].冶金工业出版社, 2004.

我国攻关竹基高分子复合材料 篇6

日前从福建省科技厅获悉, 福建农林大学主持的可降解竹基高分子复合材料制造关键技术研究与示范课题列入“十一五”国家科技支撑计划。该项目将以竹纤维为原料, 研发用于包装材料的超轻质竹纤维发泡材料, 并实现关键技术的产业化示范。

该课题是“十一五”国家科技支撑计划重点项目———竹类资源环境友好经营与循环利用关键技术研究与示范的子课题。近年来, 福建农林大学在竹产业的研发上收获颇丰, 曾参与了国内首创的新溶剂法竹纤维纺丝工艺技术研发。据此次承担可降解超轻质竹纤维发泡材料专题任务的福建农林大学材料工程学院谢拥群教授介绍, 项目组拟以竹纤维与生物可降解塑料为原料, 通过对竹纤维表面改性技术、生物可降解高分子材料表面活化技术、竹纤维/可生物降解高分子复合技术、竹纤维高分子复合材料降解特性及其控制技术的全方位攻关, 制备出2~3种生物可降解竹纤维增强高分子复合材料, 材料的使用周期2年, 降解率达70%以上, 并为其产业化提供技术储备。同时, 研制出1~2种用于包装材料的超轻质竹纤维发泡材料, 并实现产业化推广。

我国素有“竹子王国”之称, 福建又是重点产竹省份, 竹林面积约占全国的1/4。自2004年起, 福建省即与相关高校和科研机构联合开发竹纤维技术并加强其应用研究。经过4年多的发展, 目前已在竹浆粕制备、新溶剂法再生竹纤维生产、竹原纤维高效分离及提取、竹碳纤维母粒研发、竹纤维纺纱及织物染整等竹纤维技术与应用领域取得了一批具有自主知识产权的成果, 竹产业已经起步并正在快速发展。

我国复合材料模具设计 篇7

1958年, 我国玻璃钢块研制成功, 改革开放之后, 我国玻璃钢与复合材料产业得到了系统的发展, 形成了完善的工艺体系, 标准化生产体系越来越完善, 相关产品的领域也得到了显著的扩展, 玻璃钢与复合材料已经在建筑、能源、船舶、航空、航天、石油、电子电器、体育器械、节能环保、化工、医疗等产业中得到了广泛的应用。玻璃钢与复合材料已经成为国民经济发展必不可少的重要物质基础。

1 行业发展情况

我国玻璃钢与复合材料产业, 经历70余年的发展历程, 生产产量得到大幅提升, 截止到2014年年底, 相关产值已经超过900亿欧元, 目前, 亚洲、北美以及欧洲是我国玻璃钢和复合材料产业的主要应用区域。从全球范围来说, 玻璃钢与复合材料增长以我国最为显著, 从1978~2013年, 相关产业增长倍数高达683倍, 纵观多年的发展历程, 在每个阶段, 都有代表产品出现, 进入21世纪后, 我国相关设备的自动化水平越来越高, 大型结构件技术有了巨大的突破, 有效促进了这一行业的发展, 这不仅源自于国内经济发展的带动, 也源于全球化分工产业调整的促进。

2 玻璃钢与复合材料原辅材料发展现状

2.1 玻璃纤维的发展

玻璃钢与复合材料产业的发展与原辅材料的发展有着密切的关系, 其中最为重要的原辅材料就是玻璃纤维。调查数据显示, 2012年, 全球范围内无捻粗砂产量为433万t, 其中亚洲地区占比59.8%, 在用量上, 全球范围内玻璃纤维的用量为416万t, 其中亚洲是168万t。我国玻璃纤维产业的发展时间可以追溯到1958年, 到了1978年, 我国已经形成初步的玻璃纤维产业, 满足了当时工业生产的需求, 在80年代, 玻璃纤维池窑技术走在了世界发展首列, 产量得到有效的提升。目前, 我国玻璃纤维的产量已经位居全球首列, 其中超过60%的产品用于出口。在池窑拉丝技术的发展下, 各类新型技术相继出现, 耐热、高强度、耐碱性的玻璃纤维都开始实现规模化生产, 生产能耗也逐年降低, 清洁生产已经实现。

2.2 不饱和聚酯树脂的发展

上世纪80年代后, 我国不饱和聚酯树脂产量越来越高, 到2013年年底, 年产量达到178万t, 不饱和聚酯树脂有着强度高、耐疲劳、放热峰低的优势, 在风电开发、城镇建设、高速铁路、绿色建筑等领域中得到推广。为了满足环保要求, 水溶性不饱和聚酯树脂技术也开始成熟。

2.3 酚醛树脂的发展

目前, 我国酚醛树脂的年产量已经超过400万t, 这一产业集中发展时期是上世纪80~90年代, 步入2000年后, 在经济的发展下, 酚醛树脂产业无论在生产模式、原材料以及应用领域上, 都得到了显著的进步。酚醛树脂在力学性能与脆性上, 都有着显著的优势, 目前, 高纯度的酚醛树脂在印制电路板基材料、半导体封装材料与光刻胶领域中都有重要的应用。在现代酚醛技术的创新下, 这一材料也开始应用到了采矿与建筑领域。

3 玻璃钢与复合材料通用工艺装备和成型技术

近年来, 玻璃钢与复合材料生产技术朝着技术密集型以及自动化方向发展, 常见的有目前的模压、缠绕、液体模塑成型、片状模塑料复合材料, 经过多年的发展, 我国复合材料装备水平得到了显著提升, 已经有国际先进水平生产线, 生产技术也接近国际水平。纤维预加张力技术、预浸料拉挤技术、反应注射拉挤技术以及弯曲型材生产技术开始得到了推广, 无论是附加值还是技术含量, 都得到了有效的提升。此外, SMC/BMC设备的控制水平也从简单控制发展成为闭环控制, 在2012年, 具有知识产权的LFT-D模压生产线开始投放, 其最大产能达到了600 kg/h, 通用工艺装备水平的进步为我国玻璃钢与复合材料的发展奠定了坚实的基础。我国玻璃钢/复合材料工业经过50多年的发展, 已得到高度认同, 发展成为新材料领域的重要主导材料, 也是国家战略性新兴产业之一, 产量已跃居全球第一, 工艺技术水平和工业装备也有很大提升, 相关专利数量逐年快速增加, 标准体系不断完善。但与国际先进水平相比, 还存在一些差距。

4 结语

随着我国玻璃钢复合材料工业应用范围的深入和发展, 摆在我们面前的任务也越来越艰巨, 需要研究和解决的问题也愈来愈复杂。但是, 时代在呼唤我们, 要求我们要用新的思维方式和新的理念去认识复合材料, 要求我们要更好地去履行复合材料持续发展的职责和使命, 要努力去改变我国复合材料科学技术的现状。

参考文献

[1]范学忠, 张蓓.环氧树脂产业发展现状及趋势[J].中国石油和化工经济分析, 2014 (5) .

[2]栾桂卿, 苗会文, 谭军波, 等.中国复合材料船艇工业的发展现状和展望[J].玻璃钢/复合材料, 2012 (2) .

[3]梁栋, 邓蜀平, 蒋云峰, 等.碳纤维复合芯电缆国内外技术研发现状及工程应用进展[J].化工新型材料, 2011 (S1) .

我国复合材料模具设计 篇8

未来载人登月、深空探测用的重型运载火箭直径约为目前我国在用运载火箭的2～3倍, 为满足超大型树脂基复合材料结构的高刚度、轻量化、高可靠的要求, 未来材料性能和大尺寸构件成型工艺水平必须较现有体系有明显提高。据悉, 国防基础科研重大项目“结构复合材料关键材料体系的工程化应用技术研究”已成功立项, 相关负责人介绍, 研究成果将满足未来航天型号发展需求。

据了解, 该项目是在国防科工局的大力支持下, 由航天材料及工艺研究所牵头, 联合北京宇航系统工程研究所、中国运载火箭技术研究院研发中心和中科院化学所等单位实施。项目将集中研究相关的材料及超大型轻质结构件制备工艺技术、复合材料结构设计技术等, 形成第二代复合材料及构件制造技术规范、方法、标准及数据库, 提高材料技术成熟度, 满足未来航天型号发展需求, 同时牵引国内高性能碳纤维、高性能树脂等相关基础材料技术领域的发展, 推动第二代复合材料在其他行业的推广和应用。

与目前广泛使用的第一代材料相比, 新研制的第二代结构复合材料将促进航天用树脂基结构复合材料的升级换代, 性能大幅度提高, 且工艺适应性更好, 质量稳定性更高, 将对我国航天及相关领域技术的发展带来深远影响。

浅析我国建筑节能材料现状 篇9

1 建筑节能材料的产生意义

随着各国工业化进程的发展, 地球上可供人类利用的化石燃料已日渐枯竭, 世界性能源危机的出路只有两条, 即在开发新能源的同时注意节约能源。而建筑能源在人类整个的能源消耗中所占的比例甚高, 一般在30%-50%, 故建筑节能意义重大。在建筑物使用的全过程中合理有效地使用能源, 为达到建筑节能目标的建筑材料, 即为建筑节能材料。

建筑节能材料的应用的重要性可归纳为以下三点:

(1) 提高能源利用率, 减少建筑使用能源, 解决经济发展、大规模城乡建设与能源短缺的矛盾。

(2) 降低粉尘、烟尘和二氧化碳等温室气体的排放, 减少大气污染和对生态环境的危害。

(3) 提高住宅的保温隔热性能, 改善居住舒适度。

2 建筑节能材料发展的新形势

“十二五”时期, 是我国加快转变经济发展方式的攻坚时期。中共中央关于“十二五”规划建议提出:“把大幅降低能源消耗强度和二氧化碳排放强度作为约束性指标, 有效控制温室气体排放。合理控制能源消费总量, 抑制高耗能产业过快增长, 提高能源利用效率。强化节能目标责任考核, 完善节能法规和标准, 健全节能市场化机制和企业的激励与约束, 实施重点节能工程, 推广先进节能技术和产品, 加快推行合同能源管理, 抓好工业、建筑、交通运输等重点领域节能。”

住房和城乡建设领域“十二五”科技发展规划战略研究的整体发展思路是:“自主创新、重点突破、整合资源、引领未来。”全面贯彻落实科学发展观和构建社会主义和谐社会的指导思想, 以实施《国家中长期科学和技术发展规划》为主线, 明确目标、突出重点, 强化科技创新和技术集成应用, 充分发挥科技的先导和支撑保证作用, 提高住房和城乡建设领域的整体技术水平。

最后, 我国建筑节能材料工业发展定的基调为:依靠技术进步, 加强对现有企业的技术改造, 不断开发新产品, 完善生产工艺和技术装备, 提高产品质量和品种;立足于已有能力的发挥, 提高矿棉、玻璃棉等产品的产量, 积极调整产品结构, 提高工业化生产程度;根据需要, 可适当建些新厂, 同时淘汰一批工艺设备落后、布局不合理的工厂;以节能为中心, 结合《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》 (JGJ26-2010) 的实施, 努力开拓建筑应用市场, 提高节能材料在建筑上的应用比例, 保证节能材料工作的健康发展。

3 建筑节能材料的分类与应用

建筑节能材料可以分为保温材料和绝热材料两大类。

保温绝热材料的显著特点是轻质、多孔、保温和绝热。按保温绝热材料的应用目的与使用方式等因素, 可再加工成各种功能型保温绝热材料的产品, 具有更广泛的使用性。

保温绝热材料按材质可分为无机绝热材料、有机绝热材料和复合型绝热材料三大类;按形态可分为纤维状、微孔状、气泡状、膏 (浆) 状、复合增强型、层 (片) 状与块状等。

建筑节能材料具体包括以下几种:石棉及其制品、蛭石及其制品、珍珠岩及其制品、岩棉及岩棉制品、玻璃棉及其制品、有机保温隔热材料 (泡沫塑料) 、硅酸盐保温隔热材料、ASA保温板、隔墙板和屋面保温块、稀土复合保温材料、无机复合保温材料、复合保温吸声板、建筑轻质板、建筑节能门窗、铝合金节能门窗、塑料节能门窗、玻璃钢节能门窗、铝塑节能门窗、复合型门窗、建筑节能玻璃、绝热涂料等。

4 我国建筑节能材料应用存在不足

(1) 到处采用大面积玻璃幕墙, 几乎成为国内建筑界流行的立面设计方法, 由此加大的空调负荷和环境光污染。

(2) 我国建筑的保温状况很差。发达国家普遍采用高效保温材料复合的墙体和屋面, 以及密封性能很好的多层窗, 而我国建筑的外围护结构的保温隔热性能很差, 外墙、外窗漏风严重是, 因此从我国建筑的单位能耗来看, 外墙为发达国家的4-5倍, 屋顶为2.5-5.5倍, 外窗为1.5-2.2倍, 门窗气密性为3-6倍。

(3) 为迁就业主求快的心理, 设计人员习惯于套用负荷指标进行估算, 从而导致设备选配过于何守, 例如某些大楼的空调装机容量即使在最热天也只用到1/2左右。

(4) 某些房地产开发商出于短期行为, 认为建筑节能受益的是购房户, 以后的建筑能耗费用终究要分摊给住户, 故不愿为不能立即见效的节能措施多花一分钱, 也不愿采用国外成熟的节能技术。

5 建筑节能材料发展的措施

(1) 加强行业管理、提高企业素质。有关部门要对生产建筑节能材料的企业逐步实现宏观管理, 解决生产技术、设备条件、新产品开发与新技术推广等方面的总是;制定技术经济政策与产品质量标准, 以提高企业素质。

(2) 依靠技术进步来提高产品质量, 尽快使用引进的设备投入应用。组织科研部门与企业共同研制和开发新工艺、新设备及系列配套产品。加强应用技术研究, 开发深加工产品, 使节能材料的应用规范化。

(3) 加强立法工作。一是加强对现有企业的整顿, 限制工艺落后, 能耗高、质量差的小企业生产, 以促进大中型企业的效益;二是建筑节能作为一项基本国策, 要以法律的形式固定下发。对建筑节能法规的执法要严格, 奖惩要分明。

(4) 培育建筑节能材料市场。一方面, 在产业政策上, 国家要对节能材料的发展给予支持和鼓励;另一方面, 应在行业中大力发挥集团优势, 在设计、施工、生产、应用、价格、服务等方面形成一体化, 规范市场, 反对不正当竞争。

(5) 注重信息开发与利用。建筑节能材料行业的信息交流非常重要, 在这个平台上可大力推广优良节能材料。

(6) 做好技术服务与人才培训工作。应经常举办各类经验交流推广活动, 进行新产品应用技术的宣传推广工作, 帮助企业和用户解决技术难题, 组织科技攻关。举办各类培训班, 为企业培训技术管理人才。

总之, 我们要将建筑节能材料看成是继煤炭、石油、天然气、核能之后的第五大“能源”, 使其发挥在人类社会中的重要作用, 为全面建设和谐社会提供强有力的技术支持。

摘要：随着世界能源危机的出现, 建筑节能材料成为了大家关注的重点。本文列析了建筑节能材料的产生意义、形势、应用, 及今后发展措施。

关键词：建筑节能材料,应用,发展,措施

参考文献

[1]李继业.建筑节能工程检测[M].北京:化学工业出版社, 2011, 11.