CN102261063A - 一种三向网络土工格栅及其专用设备和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土工地栅技术领域，具体地讲公开了一种三向网络土工格栅及其专用设备和制造方法。其主要技术方案：利用聚丙烯、滑石粉和碳黑构成的塑料板卷材通过打孔、拉伸后即可制备出由三组拉筋构成第一组拉筋的间距与第二组拉筋的间距相等并相互交叉、第三组拉筋穿过所述第一、二组拉筋的结合处并沿第二方向延伸定向的三向网络土工格栅。该三向网络土工格栅在使用时第三组拉筋沿所构成的路基的（宽度）纵向放置，这相对于具有方向特性的地栅来讲，使用时能够发挥其应有的“固锁”土粒粒料、防止路基向纵向扩展变形、延长基础建设工程的使用寿命的功能。

Description

一种三向网络土工格栅及其专用设备和制造方法

技术领域

本发明属于大量使用于基础工程上的土工地栅技术领域，尤其涉及一种三向网络土工格栅及其制造方法。

背景技术

目前，我国高速公路、机场、铁路、水利水电、市政工程等基础建设空前发展，为了巩固其工程土工基础，则在土工工程中大量使用单项格栅或双向格栅，其目的是格栅像混凝土中的钢筋一样“固锁”土粒粒料，使粒料聚合在一起，防止土粒粒料流失，造成工程基础沉降。中国专利申请号分别为92104081.4、92114796.1，公开号对应为CN1069225A、CN1089208A的发明专利申请分别塑料网格结构和土壤加固用聚合物加筋网格的制备方法。上述专利申请所公开的无论是塑料网格结构还是土壤加固用聚合物加筋网格的结构，其网格的形状均为长方形或正方形的形状。而这种结构的网格在使用中存在着易拉伸、易变形、摩擦力小、纵横向受力分配不合理、对土壤粒料的网罗强度不均等重大缺陷，使得所建设的基础建设工程的使用寿命大打折扣。

中国专利号为03154700.1、授权公告号为CN100361806C的发明专利则公开了一种地栅和制造地栅的方法。该专利所公开的双向地栅的结构如图1所示包括由相互平行的若干三组大致呈60度角交合并定向的拉筋1、2和3构成，形成其网格4为等边三角状的地栅结构。而该结构的地栅正如其说明书所述，通过将“其具有在形状和大小基本相同的呈六边形阵列的孔5，这样基本上每一孔位于每三个六边形的角部，在六边形内没有尺寸大于或等于第一次所述孔的尺寸的孔”的如图2所示的塑料薄片起始材料，通过相互垂直的DI和DE两个方向拉伸而形成。显然通过上述方法制备出的地栅其三组拉筋1、2和3的粗细大致相同，这相对于具有方向特性（即DI方向是路基延伸方向，DE方向是路基的纵向）的地栅来讲，埋有地栅的道路，由于载重车辆的碾压，使得路基向纵向扩展变形，因此在其纵向受力大大高于其延伸方向的受力，所以埋有三组拉筋1、2和3的粗细大致相同的地栅并不能够有效发挥其应有的“固锁”土粒粒料、有效降低路基在纵向上的变形、延长基础建设工程的使用寿命的功能。

 同时无论专利申请号为92104081.4、92114796.1的发明专利申请，还是专利号为03154700.1的发明专利分别所公开的土壤加固用聚合物加筋网格或塑料网格等地栅结构，均是采用聚丙烯添加抗氧化剂、抗老剂、抗紫外线、光稳定剂等材料构成，但所制备出塑料网格等地栅结构在经过长途运输、等待工程施工的野外存放日光暴晒4周后，会出现严重老化；特别是在高原紫外线和强光的共同作用下，1-2周后其韧性、强度迅速下降，严重者开始粉化。

发明内容

本发明的目的就是提供一种结构合理、耐老化的并且能够充分发挥其固锁功能的三向网络土工格栅。

本发明的第二目的就是提供制备上述三向网络土工格栅的专用设备。

本发明的第三目的就是提供制备上述三向网络土工格栅的方法。

实现本发明所提出的第一目的的技术方案为：

一种三向网络土工格栅，包括：

由若干条间距相等、相互平行呈直线定向的第一组拉筋，

由若干条间距相等、相互平行呈直线定向的第二组拉筋和

由若干条间距相等、相互平行呈直线定向的第三组拉筋构成；其中

所述的第一组拉筋的间距与第二组拉筋的间距相等并相互交叉，该两组拉筋与第一方向呈对称状；所述的第三组拉筋穿过所述第一、二组拉筋的结合处并沿第二方向延伸定向。

并且，构成所述拉筋的组成材料由100重量份的聚丙烯、5—9重量份粒度为0.95—1.19微米的滑石粉和0.2—0.5重量份的碳黑组成；所述第一组拉筋的间距与所述第二组拉筋的间距及与所述第三组拉筋的间距相等；所述的第二方向与所述的第一方向呈垂直状。所述的第三组拉筋的线宽大于所述的第一和第二组拉筋的线宽。

实现本发明所提出的第二目的的技术方案为：

制备上述一种三向网络土工格栅的专用设备，包括塑料板材放卷机构、塑料板材打孔机构、侧向牵引机构、加热箱机构、主牵引机构和收卷机构构成；其中，

所述的塑料板卷材放卷机构由动力机构带动的卷辊构成；

所述的塑料板材打孔机构由打孔模板和动力机构带动的打孔机构成；

所述的侧向牵引机构由设置于梯形两腰上的旋转的若干机械抓手构成，并且设置在所述的加热箱机构中；

所述的主牵引机构和收卷机构构成由第二动力机构带动的卷辊构成。

实现本发明所提出的第三目的的技术方案为：

利用上述专用设备制备权利要求1所述的三向网络土工格栅的方法包括下列步骤：

（1）板材制备：按比例取聚丙烯粒料、滑石粉和碳黑混合加热并制备出厚度为1.0——2.5毫米的塑料板卷材并卷轴在放卷机构上；

（2）打孔：将所述的塑料板卷材牵出至打孔机构中打出呈排排列的、形状和大小基本相同的、呈等腰三角形的孔；其中，每一排中的所述的三角形孔为交叉排列，各排间对应的所述的三角形的底边和底边对应、顶角和顶角对应； 

（3）拉伸：将打孔后的塑料板卷材的前端与主牵引机构连接，同时将塑料板卷材的两侧同时与侧牵引机构连接，同时启动加热箱加热，使得打孔后的板材在主牵引机构的牵引方向和侧牵引机构的牵引方向拉伸；其中主牵引机构的牵引速度高于所述的放卷机构的放卷速度，即可得到三向网络土工格栅。

并且，所述塑料板卷材上的三角形孔的底边和底边的间距大于其斜边腰和腰间的间距。

本发明所提供的一种三向网络土工格栅及其专用设备和制造方法与现有技术相比具有以下优点：其一，由于构成该三向网络土工格栅的第三组拉筋的宽度大于第一、二组拉筋的宽度（也即截面），且该格栅在使用时第三组拉筋沿所构成的路基的（宽度）纵向放置，这相对于具有方向特性的地栅来讲，使用时能够发挥其应有的“固锁”土粒粒料、防止路基向纵向扩展变形、延长基础建设工程的使用寿命的功能；其二，由于构成该三向网络土工格栅的聚丙烯材料中加入了滑石粉和碳黑，不仅提高了其柔性、延展性和强度，使得对塑料板卷材的拉伸更加容易，有利于设备体积的缩小，并且大大提高了格栅的抗老化性能，经检测该结构的三向网络土工格栅在野外存放日光暴晒8周后其机械强度仅仅下降5%；其三，由于在制备三向网络土工格栅的的过程中，塑料板卷材上所模刻的孔为三角形状，因此在塑料板卷材上更容易刻制，因此经过第一方向和第二方向同时拉伸后即可形成三向网络土工格栅。

附图说明

图1：为现有技术的地栅结构示意图；

图2：制备上述图1地栅的塑料薄片起始材料结构示意图；

图3：为本发明提供的三向网络土工格栅的结构示意图；

图4：为制备上述图3地栅的塑料板卷材的结构示意图；

图5：为制备上述三向网络土工格栅专用设备的结构示意图；

图6：为构成上述专用设备中侧向牵引机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明所提出的三向网络土工格栅和专用设备的机构及其利用该专用设备制造三向网络土工格栅的方法作进一步详细说明：

如图3所示为本发明提供的三向网络土工格栅的结构示意图。即该三向网络土工格栅包括由若干条间距相等、相互平行呈直线定向的第一组拉筋6，由若干条间距相等、相互平行呈直线定向的第二组拉筋7和由若干条间距相等、相互平行呈直线定向的第三组拉筋8构成；上述第一组拉筋6的间距与第二组拉筋7的间距相等并相互交叉，该两组拉筋6、7与第一方向DI（也即路基的延伸方向）呈锐角对称；第三组拉筋8穿过上述第一、二组拉筋的结合点构成结合处9并沿与第一方向向垂直的第二方向（路基的纵向）延伸定向；其中，第三组拉筋8的线宽大于第一和第二组拉筋6和7的线宽（线宽也即拉筋的截面）。

构成上述三向网络土工格栅的第一组拉筋6的间距与第二组拉筋7的间距以及第三组拉筋8的间距相等，使得构成的格栅的栅格呈等边三角状；当然构成格栅的第一组拉筋6的间距与第二组拉筋7的间距相等，而第三组拉筋8的间距小于或大于第一组拉筋6或第二组拉筋7的间距，形成等腰三角形的栅格。

如图5所示为制备上述三向网络土工格栅专用设备的结构示意图。构成该设备的结构包括有：由动力机构10带动的能够控制其转速的卷辊11构成塑料板材放卷机构，即该放卷机构能够设定放卷速度；由打孔模板（简称“孔模”）12和动力机构带动的打孔机构13构成的塑料板卷材打孔机构；如图6所示的侧向牵引机构，该牵引机构包括四个竖直向（或水平向）设置的转轴14、15、16和17，该四个转轴每两个为一组呈放射状设置、即设置于梯形的两个腰上，每组转轴上设置有闭合的转带18，转带上设置有若干的机械抓手19，其中，构成上述侧向牵引机构的梯形的短边20相当于塑料板卷材的宽度，长边21相当于成型的三向网络土工格栅的纵向宽度；该侧向牵引机构设置在包括温控机构和加温机构的加热箱机构22中；动力机构构成的对三向网络土工格栅在第一方向DY进行拉伸的主牵引机构23以及由第二动力机构24带动的卷辊25构成的三向网络土工格栅成品卷制机构。

利用图5和图6所示的专用设备制备三向网络土工格栅的方法包括下列步骤：

首先是塑料板卷材制备：按比例取聚丙烯粒料、滑石粉和碳黑混合加热并制备出厚度为1.0——2.5毫米的塑料板卷材并卷轴在放卷机构上；

第二步  打孔：将上述制备的塑料板卷材牵出至打孔机构中，由打孔机构带动的孔模12打出如图4所示的呈排排列的、形状和大小基本相同的、呈等腰或等边三角形的孔；其中，每一排中的相邻的的三角形孔27和28之间为交叉排列——即相邻的三角形的腰边29、30呈平行状，各排间对应的如31、32、33和34的三角形孔对应的的底边35和36间对应平行、其对应的顶角37和38之间相对排列。 

第三步  拉伸：将打孔后的塑料板卷材的前端与主牵引机构连接，然后将塑料板卷材的两侧由设置于加热箱中的侧牵引机构中的机械手牵引连接，同时启动加热箱加热，启动主牵引机构、侧牵引机构、放卷机构和成品卷制机构，使打孔后的板材在主牵引机构的牵引方向DY上和侧牵引机构的牵引方向DE上拉伸；其中主牵引机构的牵引速度高于所述的放卷机构的放卷速度，使得加热后的塑料板卷材上的孔在牵引方向DY上被拉伸，在牵引方向DE上被纵拉伸，使得如图4所示的每一排排列的三角形孔的腰和腰之间的塑料板条39和40分别对应形成如图3所示的三向网络土工格栅的第一和第二两组拉筋6、7，各排之间的三角形孔（如三角形50、43）的底边间对应的塑料板条41（虚线块）通过向两侧拉伸对应形成如图3所示的三向网络土工格栅中结合处之间的第三组拉筋8，各排之间的三角形孔（如三角形孔23、24）的顶角37、38间及相邻三角形孔的底角（如三角形孔46、45、31、33对应的底角47、44、48、49）对应的塑料板块42（虚线块）对应形成如图3所示的构成三向网络土工格栅的结合处9。

在上述塑料板卷材上的三角形孔的底边和底边的间距大于其斜边腰和腰间的间距，因此可以制备出第三组拉筋8的宽度大于第一和第二组拉筋6、7的宽度。 

构成上述三向网络土工格栅塑料板卷材的材料实施例：

实施例1 

由100重量份的聚丙烯、6重量份的滑石粉和0.4重量份的碳黑组成。

实施例2 

由100重量份的聚丙烯、8重量份的滑石粉和0.2重量份的碳黑组成。

实施例3

由100重量份的聚丙烯、5重量份的滑石粉和0.5重量份的碳黑组成。

实施例4

由100重量份的聚丙烯、9重量份的滑石粉和0.3重量份的碳黑组成。

实施例5

由100重量份的聚丙烯、7重量份的滑石粉和0.25重量份的碳黑组成。

构成三向网络土工格栅塑料板卷材的材料并不局限于上述五个实施例，只要在100重量份的聚丙烯中加入5到9之间重量份的滑石粉和0.2—0.5之间重量份的碳黑均可制备出符合条件的塑料板卷材，并利用该卷材制备出本专利申请所提供的三向网络土工格。

上述实施例在聚丙烯中加入粒度为0.95—1.19微米的滑石粉能够有效使得制备土工格栅的塑料板卷材具有良好的延展性、便于片材拉伸成型、有利于提高土工格栅产成品的韧性、柔性、延展性和屈服性能；加入碳黑可以有效提高土工格栅的抗老化性能，并且比现有技术中加入多种抗老化剂、抗氧化剂、抗老剂、抗紫外线、光稳定剂等材料，以提高抗老化性能大大降低了抗老化成本。

Claims (8)

1.一种三向网络土工格栅，其特征在于包括：

 由若干条间距相等、相互平行呈直线定向的第一组拉筋，

由若干条间距相等、相互平行呈直线定向的第二组拉筋和

由若干条间距相等、相互平行呈直线定向的第三组拉筋构成；其中

所述的第一组拉筋的间距与第二组拉筋的间距相等并相互交叉，该两组拉筋与第一方向呈对称状；所述的第三组拉筋穿过所述第一、二组拉筋的结合处并沿第二方向延伸定向。

2.如权利要求1所述的一种三向网络土工格栅，其特征在于：构成所述拉筋的组成材料由100重量份的聚丙烯、5—9重量份粒度为0.95—1.19微米的滑石粉和0.2—0.5重量份的碳黑组成。

3.如权利要求1所述的一种三向网络土工格栅，其特征在于：所述第一组拉筋的间距与所述第二组拉筋的间距及与所述第三组拉筋的间距相等。

4.如权利要求2或3所述的一种三向网络土工格栅，其特征在于：所述的第二方向与所述的第一方向呈垂直状。

5.如权利要求2至4任意一项权利要求所述的一种三向网络土工格栅，其特征在于：所述的第三组拉筋的线宽大于所述的第一和第二组拉筋的线宽。

6.制备上述一种三向网络土工格栅的专用设备，其特征在于，包括塑料板材放卷机构、塑料板材打孔机构、侧向牵引机构、加热箱机构、主牵引机构和收卷机构构成；其中，

所述的塑料板卷材放卷机构由动力机构带动的卷辊构成；

所述的塑料板材打孔机构由打孔模板和动力机构带动的打孔机构成；

所述的侧向牵引机构由设置于梯形两腰上的旋转的若干机械抓手构成，并且设置在所述的加热箱机构中；

所述的主牵引机构和收卷机构构成由第二动力机构带动的卷辊构成。

7.利用上述专用设备制备权利要求1所述的三向网络土工格栅的方法包括下列步骤：

（1）板材制备：按比例取聚丙烯粒料、滑石粉和碳黑混合加热并制备出厚度为1.0——2.5毫米的塑料板卷材并卷轴在放卷机构上；

（2）打孔：将所述的塑料板卷材牵出至打孔机构中打出呈排排列的、形状和大小基本相同的、呈等腰三角形的孔；其中，每一排中的所述的三角形孔为交叉排列，各排间对应的所述的三角形的底边和底边对应、顶角和顶角对应； 

（3）拉伸：将打孔后的塑料板卷材的前端与主牵引机构连接，同时将塑料板卷材的两侧同时与侧牵引机构连接，同时启动加热箱加热，使得打孔后的板材在主牵引机构的牵引方向和侧牵引机构的牵引方向拉伸；其中主牵引机构的牵引速度高于所述的放卷机构的放卷速度，即可得到三向网络土工格栅。

8.如权利要求7所述的一种三向网络土工格栅的制备方法，其特征在于：所述塑料板卷材上的三角形孔的底边和底边的间距大于其斜边腰和腰间的间距。

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