玄武岩【玄武岩连续长丝在土工格栅方面的应用研究】

　　随着经济的快速发展，交通运输量得到了迅速提高，尤其是高速公路运输，但是随着车辆运输载重的增加，原来设计基础上的公路已经不能满足使用性能的要求，路面出现裂痕，凹陷，甚至出现断裂，大大影响了交通安全运行，同时对人们的生命安全构成了威胁，面对这种状况，土工格栅的成功设计和实际应用，改变了这种现状，提高路面的结构稳定性的同时，降低了公路修补的成本。
　　玄武岩连续长丝是将玄武岩纤维熔融后经过纺丝制的，玄武岩连续长丝具有优良的机械性能抗拉强度优于E玻纤，温度适应性强，可使用范围在-267～700℃，耐酸、碱和水，与复合材料间具有优良的亲和性，可以适用各种的复杂的环境中，是一种新型的高性能纤维。
　　一、土工格栅
　　土工格栅还没有确切的定义，一般认为将高分子聚合物经热塑、模压或者将处理过的纤维束采用一定间隔捆绑起来而形成的网格结构，用于铺设在公路底层的增强材料。土工格栅要具有较强的抗拉强度和模量，保证受到应力的均匀扩散，同时起到防止路面变形和尽可能大的防止路面的破坏，有实验测得加入土工格栅的里面，可以增加提高路层抗弯拉强度1/3左右，同时临界应力也能增加一半以上。
　　二、 土工格栅的种类及存在的问题
　　（一）塑料土工格栅
　　塑料土工格栅目前是最普遍使用的土工格栅，它在制造过程中的定向拉伸使得聚合物分子沿拉伸方向排列，加强了分子链间的力，从而使其抗拉强度大大提高，在加入炭黑的情况下，其也具有一定的抗老化性。但是价格相对比较贵，同时对于塑料而言，对于环境的酸碱适应性相对差点，同时由于其在使用一段时间后，性能方面的下降使得产品报废，但塑料的不易降解，对环境也有一定的污然。同时塑料是由石油产品炼制而成，石油资源的有限，最终会限制塑料土工格栅的发展。
　　（二）钢塑土工格栅
　　钢塑土工栅就是在树脂中加入钢丝或者其他纤维作为筋材，钢丝具有强度高，韧性较好的特点，但是重量相对重，运输不太方便，同时钢丝会受氧化腐蚀生锈，降低其使用效用，还有一方面就是与树脂的粘合的亲和力相对差点，从而会有可能使筋材与树脂分离，达不到好的增强作用，影响格栅的实际效用。
　　（三）经编土工格栅
　　玻纤、涤纶经编土工格栅，有其独特的优势，组织间相互编结，更大限制的阻止了纱线间的滑移，保证了结构的稳定性，但是玻璃纤维脆性大，既不耐磨，更不耐折，在制造使用过程中会很容易由于各种原因使得玻纤受损，导致格栅性能的下降。涤纶作为化纤有其很大的优势，拉伸强度和回弹性都较好，是一种较理想的土工格栅材料，但是虽然涤纶有一定的耐腐蚀性，但是其在复杂酸碱环境下很容易变性、破坏、分解、这大大降低了其使用的范围，同时涤纶是石油冶炼产品的一种，有限的石油资源，会很大的制约其发展。
　　通过对以上四种土工格栅的不足的分析和玄武岩连续纤维具有的优异力学性能和化学稳定性，以及良好的环境适应性的了解，将玄武岩连续长丝应用到土工格栅的生产中 一定能很好的弥补现市场上几种土工格栅的不足，特别是在酸碱性条件下和湿度较大的环境下，目前常用的四种土工格栅，都出现这这方面的不足，解决这一问题，尤为重要，文章主要测试了玄武岩纤维的酸碱性。
　　三、玄武岩纤维的酸碱性测试
　　土工格栅主要是铺设与路面下层，起到嵌锁和固定填料的作用，因为与土壤、填料直接接触，所以不同的土壤PH，会对格栅的使用耐久性产生影响，一方面土工格栅适应环境的PH值变化，保持自身力学力学性能稳定，另一方面还要尽可能的不污染环境。材料的耐酸、碱性是衡量环境适应性的一个重要指标。
　　（一）实验步骤
　　使用FA2104电子天平称取事先准备好的烘干玄武岩连续长丝，然后配制2mol/L HCL 250ml，将配制好的溶液倒入250ml四口烧瓶中，使用智能恒温磁力搅拌器对溶液加热至沸腾，将称取好的试样放入四口烧瓶中，用玻璃棒适当搅拌，使玄武岩连续长丝充分浸没在沸腾的溶液中，并使其处于较为松散的状态，以保证纤维与溶液充分反应。将智能恒温磁力搅拌器的温度设定为145摄氏度，溶液保持沸腾状态。试验在2N HCL煮沸的溶液中反应分别反应0.5、1.0 和1.5h后取出后分别用自来水、去离子水充分冲洗。后置于DZF-6050型真空干燥箱中烘干，烘干温度为60℃，烘干时间为1.5h。最后取出烘干后试样，在FA2104电子天平上称取其重量。记下读数，计算质量损失。
　　（二） 实验数据
　　材料在酸碱条件下的失重率是衡量材料耐酸碱性能的重要指标，文章分别使用蒸馏水、2mol/L的HCl和NaOH分别测试了0.5、1.0、1.5h后材料的失重率，如下表所示
　　3.3 数据分析
　　从实验数据可以得出，玄武岩连续长丝在湿热条件下，仍能保持良好的化学稳定性，尤其是在碱性条件下，在酸性条件下，也比同类的格栅材料的失重率低，特别是与玻璃纤维相比，有人测试在2mol/L HCl溶液和NaOH中，E玻纤的的失重率分别达到了38.9%、6%，数据显示失重率是玄武岩连续长丝的3倍左右。在同等条件下公路施工，玄武岩连续长丝土工格栅的性能稳定性更加明显，同时环境的适应范围也比较大。
　　玄武岩纤维的主要的成分是SiO2、Al2O3 和Fe2O3 、TiO2 等氧化物，SiO2 占到50%左右，玄武岩的内部结构主要是以氧原子为连接枢纽，构成四面体和八面体的结构单位，相邻四面体之间以共顶方式构成链状骨架结构，它与八面体之间以共棱的方式连接，八面体之间也是共顶方式连接。正是这种稳定的结构，赋予了玄武岩连续长丝优良的化学稳定性。
　　四、结论
　　通过目前市场上土工格栅的特点对比和存在的缺陷分析，尤其是化学稳定性方面的不足，大大限制了土工格栅的应用和使用有效性，为公路的安全留下了安全隐患。玄武岩连续长丝具有优于前四种土工格栅的力学性能外，在耐酸碱性方面也优于前几种，因此，将玄武岩连续长丝引入到土工格栅的织造中去，必将有广阔的市场前景和经济效益。