CN111501720A

CN111501720A - 一种碳化复合竹编新型土工材料及其制备方法和应用

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Publication number: CN111501720A
Application number: CN202010259760.XA
Authority: CN
Inventors: 戴武军; 谢奕辉; 谭益民; 陈飞; 王文志; 梁自禄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-08-07

Abstract

本发明公开了一种碳化复合竹编新型土工材料，以竹片、脂肪酸甘油三酯、清油和催干剂为原材料制备而成。制备方法包括以下步骤：S1.选取3~5年生竹干制作竹片；S2.将竹片进行碳化处理，向碳化后的竹片中加入脂肪酸甘油三酯、清油和催干剂；S3.将步骤S2处理后的竹片编织成型，所述编织过程以正方形为基本单元，所述正方形基本单元的一组对角之间通过竹片连接，所述竹片之间的连接处采用竹钉固定，得碳化复合竹编新型土工材料。本发明以可再生，资源丰富的天然竹材为原料，绿色环保，利用竹子与土的天然亲和作用制备碳化复合竹编新型土工材料，可用于制作土工格栅和土工网，使用寿命长，对环境无不良影响。

Description

一种碳化复合竹编新型土工材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及土工材料技术领域，更具体地，涉及一种碳化复合新型竹编土工材料及其制备方法和应用。

背景技术

路基、护坡施工中所用的塑料土工格栅及土工布网，每年全球用量约600亿平方米，产值6000亿元，约消耗7000万吨塑料，这些塑料制品长期残留在土壤、水源中，经几十年上百年逐渐降解、释放聚乙烯等化学微颗粒，对土质和水体造成极大污染，严重危害城市和农村的水、土安全，对地球生态造成不可逆转的破坏；而且上述塑料制品的原料主要为天然气、石油等不可再生资源，这些能源的贮藏量是有一定限度的，随着经济社会的发展，天然化石资源日益枯竭。因此，研发生产具有稳定性、速生可再生资源、可降解生物质无害的高分子碳化复合竹编土工格栅及土工布网等新型材料迫在眉睫。

公开号为CN101302756A的中国专利公开了一种新型土工格栅，采用竹片纵横交错形成网格状编织体。由于原竹材易腐、易蛀、易裂，一般一个月左右就开始起霉变麻点，如将其运用到土工格栅布网施工项目中，竹编材料的性能会因霉腐而改变，稳定性差，影响使用寿命。现有技术的防腐处理，一般采用化学药水等，危害环境。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种碳化竹编土工材料，具有很好防腐、防蛀、防裂功能，不含有害物质，又提高了土工材料的物理强度和稳定性。

本发明的另一目的在于提供上述碳化竹编土工材料的制备方法，通过碳化处理破坏了竹的营养成分，重组官能团半纤维素，大幅增强其耐久性、耐候性和稳定性。

本发明还有一目的在于提供上述碳化竹编材料在制作土工格栅或土工网方面的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种碳化复合竹编新型土工材料，以竹片、脂肪酸甘油三酯、清油和催干剂为原材料，所述制备方法包括以下步骤：

S1.选取3～5年生竹干制作竹片；

S2.将竹片进行碳化处理，向碳化后的竹片中加入脂肪酸甘油三酯、清油和催干剂；

S3.将步骤S2处理后的竹片编织成型，所述编织过程以正方形为基本单元，所述正方形基本单元的一组对角之间通过竹片连接，所述竹片之间的连接处采用竹钉固定，得碳化复合竹编新型土工材料。

进一步地，所述原材料各组分的质量百分比如下：竹片：90～95％、脂肪酸甘油三酯：2.8～6.8％、清油：2～3％和催干剂0.2％。

优选地，所述原材料各组分的质量百分比如下：竹片：95％、脂肪酸甘油三酯：2.8％、清油：2％和催干剂0.2％。

本发明以脂肪酸甘油三酯、清油和催干剂为添加剂，科学合理设计组分配比，聚合成凝胶固化对碳化后的竹片进行粘合，增加了竹片连接处的紧固性，同时还能起增效的作用，显著提高竹编土工材料的力学性能。

进一步地，步骤S2中所述碳化处理的温度为120～180℃。

本发明中，经过碳化处理后在竹片表面形成了许多坚硬的小颗粒，增大了竹片的表面粗糙度和摩擦力，有效提高了竹编土工材料的承载力。

进一步地，所述碳化复合竹编新型土工材料由上下两层竹片组成，所述上下两层竹片的接触面为阴阳榫合面。

进一步地，所述竹片的长度为2～4.5m，宽为1～4.5cm，厚度为1～2cm；所述正方形基本单元的边长为5cm。

一种上述碳化复合竹编新型土工材料在制备土工格栅方面的应用。

进一步地，所述土工格栅长2～4.5m，宽1.5～2.5m。

进一步地，所述竹片的长度为1～2.5m，宽为0.6～9.5mm，厚度为0.8～8.5mm；所述正方形基本单元格的边长为2cm。

一种上述碳化复合竹编新型土工材料在制备土工网方面的应用。

进一步地，所述土工网长2～4.5m，宽1.5～2.5m。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明在编织成型过程中以正方形为基本单元，通过在正方形基本单元的对角之间连接竹片形成两个稳定的三角形，从各个应力方向增加了竹编土工材料的整体稳定性和承载力。

本发明采用上下两层竹片的碳化复合竹编新型土工材料制备土工格栅，经榫合工艺、竹钉和添加剂连接上下层竹片。通过形成阴阳榫合缝,显著增加了竹片之间的的摩擦力和紧固性，将土工格栅铺设于填土层中，可承受较大的拉伸力、抗应力，以及与填土之间的摩擦力,整体上限制了地基土的剪切,侧面挤出及隆起,。由于高强度竹编格栅土垫层的刚度较大,有利于上部基础荷载的扩散并较均匀地传递；使用了碳化复合竹编土工格栅而形成的加筋土复合垫层，属于柔性结构物，其抗震性能好。

本发明提供的碳化复合竹编材料可用于制备土工网，具有抗老化、耐腐蚀、间格或空隙透气性好、无害环保等有点，可用于边坡绿化、固土护坡，提高地基的承载能力，有效地约束土体的侧向位移，增强地基稳固性能。

本发明以可再生，资源丰富的天然竹材为原料，绿色环保，利用竹子与土的天然亲和作用制备碳化复合竹编新型土工材料，使用寿命长，对环境无不良影响。

附图说明

图1为碳化竹编土工材料编织方式的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1

本实施例的目的在于提供一种土工格栅的制备方法，包括以下步骤：

S1.选取3～5年生竹干制作竹片，竹片的长度为4.5m，宽为1cm，厚度为1cm；

S2.将竹片进行碳化处理，碳化处理的温度为180℃，向碳化后的竹片中加入脂肪酸甘油三酯、清油和催干剂，各组分的质量百分比如下：竹片：95％、脂肪酸甘油三酯：2.8％、清油：2％和催干剂0.2％；

S3.将步骤S2处理后的竹片编织成型，所述编织过程以边长为5cm的正方形为基本单元，所述正方形基本单元的一组对角之间通过竹片连接，所述竹片之间的连接处采用碳化后的竹钉进行固定，得碳化复合竹编新型土工材料，将碳化复合竹编新型土工材料制作成长4.5m，宽1.5m的土工格栅。

实施例2

S1.选取3～5年生竹干制作竹片，竹片的长度为3m，宽为2.5cm，厚度为1cm；

S2.将竹片进行碳化处理，碳化处理的温度为150℃，向碳化后的竹片中加入脂肪酸甘油三酯、清油和催干剂，各组分的质量百分比如下：竹片：92％、脂肪酸甘油三酯：4.8％、清油：3％和催干剂0.8％；

S3.将步骤S2处理后的竹片编织成型，所述编织过程以边长为5cm的正方形为基本单元，所述正方形基本单元的一组对角之间通过竹片连接，所述竹片之间的连接处采用碳化后的竹钉进行固定，得碳化复合竹编新型土工材料，将碳化复合竹编新型土工材料制作成长3m，宽2m的土工格栅。

实施例3

S1.选取3～5年生竹干制作竹片，竹片的长度为2m，宽为4.5cm，厚度为2cm；

S2.将竹片进行碳化处理，碳化处理的温度为120℃，向碳化后的竹片中加入脂肪酸甘油三酯、清油和催干剂，各组分的质量百分比如下：竹片：90％、脂肪酸甘油三酯：6.8％、清油：3％和催干剂0.2％；

S3.将步骤S2处理后的竹片编织成型，所述编织过程以边长为5cm的正方形为基本单元，所述正方形基本单元的一组对角之间通过竹片连接，所述竹片之间的连接处采用碳化后的竹钉进行固定，得碳化复合竹编新型土工材料，将碳化复合竹编新型土工材料制作成长2m，宽2.5m的土工格栅。

实施例4

本实施例参照实施例1，提供一种土工格栅的制备方法，与实施例1不同之处在于：步骤S2中各组分的质量百分比如下：竹片：93％、脂肪酸甘油三酯：3.8％、清油：3％和催干剂0.2％。

实施例5

本实施例的目的在于提供一种土工网的制备方法，包括以下步骤：

S1.选取3～5年生竹干制作竹片，竹片的长度为1m，宽为0.6mm，厚度为0.8mm；

S3.将步骤S2处理后的竹片编织成型，所述编织过程以边长为2cm的正方形为基本单元，所述正方形基本单元的一组对角之间通过竹片连接，所述竹片之间的连接处采用碳化后的竹钉进行固定，得碳化复合竹编新型土工材料，将碳化复合竹编新型土工材料制作成长2m，宽2.5m的土工网。

实施例6

本实施例参照实施例5，提供一种土工网的制备方法，与实施例5不同之处在于，步骤S1中竹片的长度为2m，宽为5mm，厚度为5mm。

实施例7

本实施例参照实施例5，提供一种土工网的制备方法，与实施例5不同之处在于，步骤S2中各组分的质量百分比如下：竹片：92％、脂肪酸甘油三酯：4.8％、清油：3％和催干剂0.2％。

对比例1

本对比例参照实施例1，提供一种土工格栅的制备方法，与实施例1不同之处在于：步骤S3中正方形基本单元的对角之间无竹片连接。

对比例2

本对比例参照实施例1，提供一种土工格栅的制备方法，与实施例1不同之处在于：步骤S2中各组分的质量百分比如下：竹片：97％、脂肪酸甘油三酯：1％、清油：1％和催干剂1％。

对实施例1～4和对比例1～2制备的土工格栅进行相关性能检测，检测结果见表1。

表1

对实施例5～7制备的土工网进行相关性能检测，检测结果见表2。

表2

	实施例5	实施例6	实施例7
				拉伸强度kN/m	249	217	231
2％伸长率时强度kN/m	72	64	69
				5％伸长率时强度kN/m	158	136	121
屈服伸长率％	6.8	7.3	9.6

本发明制备的碳化复合竹编新型土工材料与塑料土工材料相比。具有较好伸长率、拉伸强度和拉伸模量，可用于制作土工格栅和土工网。对比文件1中未在正方形基本单元内设置连接竹片，整体稳定性和承载力不佳。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种碳化复合竹编新型土工材料，其特征在于，以竹片、脂肪酸甘油三酯、清油和催干剂为原材料，所述碳化复合竹编新型土工材料的制备方法包括以下步骤：

S1.选取3～5年生竹干制作竹片；

2.根据权利要求1所述的碳化复合竹编新型土工材料，其特征在于，所述原材料各组分的质量百分比如下：竹片：90～95％、脂肪酸甘油三酯：2.8～6.8％、清油：2～3％和催干剂0.2％。

3.根据权利要求2所述的碳化复合竹编新型土工材料，其特征在于，所述原材料各组分的质量百分比如下：竹片：95％、脂肪酸甘油三酯：2.8％、清油：2％和催干剂0.2％。

4.根据权利要求1所述的碳化复合竹编新型土工材料，其特征在于，步骤S2中所述碳化处理的温度为120～180℃。

5.根据权利要求1所述的碳化复合竹编新型土工材料，其特征在于，所述碳化复合竹编新型土工材料由上下两层竹片组成，所述上下两层竹片的接触面为阴阳榫合面。

6.根据权利要求5所述的碳化复合竹编新型土工材料，其特征在于，所述竹片的长度为2～4.5m，宽为1～4.5cm，厚度为1～2cm；所述正方形基本单元的边长为5cm。

7.根据权利要求1～6任一项所述的碳化复合竹编新型土工材料在制备土工格栅方面的应用。

8.根据权利要求1所述的碳化复合竹编新型土工材料，其特征在于，所述竹片的长度为1～2.5m，宽为0.6～9.5mm，厚度为0.8～8.5mm；所述正方形基本单元格的边长为2cm。

9.根据权利要求1～4、8任一项所述的碳化复合竹编新型土工材料在制备土工网方面的应用。