建筑與土木工程領域新型經編針織物設計探討*

嚴 瑛，姚海偉，羅 棟

(陜西工業職業技術學院，陜西咸陽 712000)

建筑與土木工程領域新型經編針織物設計探討*

嚴 瑛，姚海偉，羅 棟

(陜西工業職業技術學院，陜西咸陽 712000)

近十幾年建筑與土木工程領域使用紡織材料進入高速發展時期，應用領域不斷拓寬，經編織物及其增強復合材料逐漸成了建筑與土木工程領域紡織品的主力軍。該文在雙針床拉舍爾經編機上設計生產了建筑物外墻增強的三維經編織物、三維經編間隔織物以及經編軸向織物作為基布、經涂層的膜結構材料，以期幫助我國建筑與土木工程領域，經編材料產業向著健康、高效的方向發展。

建筑，土木工程，三維經編，針織物

經編織物及其增強復合材料，近十幾年經編織物進入高速發展時期，逐漸成為建筑用紡織品的主力軍。

圖1 經編軸向織物Fig.1 Multi axial warp knitted fabric

其應用領域不斷拓寬，目前，經編織物有經編軸向織物(如圖1所示)和經編雙針床間隔織物(如圖2所示)，增強柔性和剛性復合材料已經被廣泛應用于墻體加固、 土工格柵、建筑頂棚和建筑隔熱保溫等多個領域。

圖2 經編雙針床間隔織物Fig.2 Double needle warp knitting spacer fabric

1 建筑物外墻增強的三維經編間隔織物

我們采用一種用于建筑物外墻增強的三維經編間隔織物。該織物以細度為2400tex的耐堿玻纖作為增強材料、細度為110dtex的丙綸作為編織紗、直徑為0.28mm的低收縮滌綸單絲作為間隔絲來織造纖維增強體[1]。該織物具有一定的厚度，間隔絲使織物上下表面連結成一個整體，并且在上下表面的面內襯入玻纖紗，在面內經緯交錯，形成大的網格。這樣的產品兼具了間隔織物(如圖3所示)與軸向織物的特性(如圖4所示)，并且與水泥復合后，在網格處可以通過鉆孔或鑿孔來制成異型混凝土構件，既有突出的增強耐用性，又有優良的實用性。

圖3 間隔織物Fig.3 Spacer fabric

圖4 軸向織物Fig.4 Axial fabric

2 雙針床拉舍爾經編機上生產的三維經編間隔織物

建筑物和建筑物組件必須滿足一系列功能需求，其中包括隔熱保溫和吸聲隔音。在雙針床拉舍爾經編機上生產的三維經編間隔織物可以兼具隔熱和吸聲性能，是紡織建筑材料中的首選。該類織物在設計和編織時易于變換門幅、疏密、間隔高度等，并且可以通過與樹脂浸漬結合、涂層、層合等工藝拓寬其應用，提升其性能。

經編間隔織物的成型原理是通過連接紗將兩片織物結構連接在一起，也就是說它由上下兩個單獨層和中間連接層組成，其結構近似于三明治，并且表層和中間層相互垂直，中間層為具有不同剛性的分隔紗線。

(1)隔熱保溫：建筑物的能源消耗量是巨大的，對于建筑外殼即墻壁和屋頂，采用合適的材料進行保溫隔熱非常重要，可顯著降低取暖和降溫成本，在節能減排方面更具前瞻性，使建筑物功能得到進一步的開發和完善。經編間隔織物由于其中間層的存在，可以儲存大量空氣，形成類似雙層玻璃窗的夾層隔熱保溫效果。由于該類織物有一定的厚度，所以其透氣量較小，保溫率也就相應提高。

(2)吸聲隔音：經編間隔織物表面可通過相應的編織工藝形成網孔結構，聲波從這些細小的敞開孔道進入織物內部，聲波產生的振動引起材料內部孔隙中的空氣運動以衰減高頻聲波。同時間隔織物中間層中的連接紗呈交叉網狀分布，聲波進入到間隔層中，通過聲波震動使空氣運動造成紗線與紗線之間、纖維與纖維之間的摩擦，產生能量轉換，從而使聲波在數根連接紗之間不斷反射、膜材形成衰減。這種既存在多孔結構，又具有纖維狀聚集組織的材料是吸聲隔音的理想材料。如果將該織物與樹脂復合，制成板材，則可大量用于建筑領域，其織物生產成本低、產量大、板材制作工藝簡單，且使用壽命長，具有很強的競爭力。

3 經編軸向織物作為基布、經涂層的膜結構材料

經編頂棚材料通常是以經編軸向織物作為基布、經涂層的膜結構材料。這種材料在制成建筑物頂棚時，可以采取凈跨度結構或牽拉結構等方式，結構穩固、可以承載較大的負荷，形態設計靈活輕巧，便于拆裝、搬遷，也利于修補，同時還可大大延長建筑物構件的使用壽命[2]。

3.1 原料

經編建筑用頂棚膜材料所用的原料主要為高強低收縮的滌綸或玻璃纖維。多用長絲，而不用短纖維，以保證強度和伸長特性，以避免短纖維間產生滑移造成紗線斷裂。

3.2 基布

經編建筑用頂棚膜材料所用基布為雙軸向經編織物，這種織物可滿足較高的織物牢度，穩定性好，其鋪層角度可根據建筑物設計的實際需要而定，實用性更強。必要時可以通過兩層或三層織物進行復合。

3.3 涂層

常用的膜結構材料主要有聚氯乙烯的聚酯膜材、聚四氟乙烯膜材、四氯乙烯膜材等。其中聚四氟乙烯涂層膜材各項性能優異，2008年北京奧運會主體育場“鳥巢”使用的就是這種膜材。其表面易于維護，可以在牽拉設計和凈跨度設計的建筑設施上表現出經久可靠的耐用性能。經編建筑用頂棚材料在世界很多大型建筑上均有廣泛使用。如許多國際機場客運通道使用涂層經編材料作為頂蓋；體育館用聚酯涂層經編布代替舊頂棚，其膜結構具有3.5萬m2的面積，一共有10萬個單元器材，該設施是同類建筑中最大的；美國加利福尼亞州圣地亞哥會議中心大量采用類似膜結構作為建筑頂棚，既減輕了建筑的整體質量，又具有較好的裝飾性。

4 雙軸向經編織物和經編間隔織物

經編織物增強的混凝土構件，其增強體以0°/90°雙軸向經編織物和經編間隔織物為主。增強混凝土構件常用的纖維主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸和高強滌綸等[3]。選用最多的為耐堿玻璃纖維，其強度較高同時成本較低，紗線細度通常在1200tex～5000tex之間。

圖5 抗扭轉應力Fig.5 Torsional stress

在使混凝土立柱在修復后承載能力能夠得到提高。其方法是在混凝土立柱的整個長度方向上包覆一層多軸向經編增強結構來增固混凝土，這樣可以恢復其穩定性，還能夠抗扭轉應力(如圖5所示)和彎曲應力(如圖6所示)。利用玻璃纖維雙軸向經編織物對在大地震中嚴重損毀的伊朗巴姆城堡進行了墻體加固和重建，并使城堡具有抗震性。該建筑內部的土石結構經多次破壞后結構松散、復雜，施工人員通過在墻體內部加入由2400tex耐堿玻纖加工而成的針跡長度為21.8mm的雙軸向經編織物增強體，然后用新的灰漿將織物完全包覆，從而使這些磚石有高度的內在結合度。同時，雙軸向經編織物作為橫向加強材料可以很好地適應拱形門的角度，有力地提高了拱形區域的磚石結合度，使之能夠承受地震力的破壞。

圖6 彎曲應力Fig.6 Bending stress

經編間隔織物在增強水泥構件中應用也具有特殊的優勢，其形狀設計空間較大，從而能與最終產品的外形相配。

經編織物生產效率高、生產成本低、易于產業化。中小型經編企業要有更強的跨領域合作意識，這樣才能幫助我國建筑與土木工程領域，經編材料產業向著健康、高效的方向發展。

[1] 魏光群，等.多軸向經編針織物的應用現狀與發展展望[J].紡織導報，2014(03)：31-33.

[2] 叢洪蓮，等.經編產業用紡織品的生產與開發[J].紡織導報，2011(07)：8-11.

[3] 蔣高明，等.經編織物在建筑與土木工程領域的應用現狀[J].紡織導報，2013(06)：18-20.

Study on New Type of Warp Knitted Fabric in the Field of Architecture and Civil Engineering

YAN Ying，YAO Hai-wei，LUO Dong

(Shaanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，Shaanxi，China)

In recent years，textile materials used in the field of architecture and civil engineering entered a period of rapid development. Warp knitted fabric and reinforced composite material has gradually become the main material in the field of architecture and civil engineering. Three dimensional warp knitted fabric，warp knitted spacer fabric and multi axial warp knitted fabric as base cloth，the membrane structure of coating materials is designed and produced for building exterior wall enhancement to help warp knitting materials industry towards a healthy，efficient way.

architecture，civil engineering，three dimensional warp，knitted fabric

陜西工業職業技術學院2016科研項目建筑與土木工程領域新型三維滌綸經編織物設計與開發(項目編號：ZK16-22)

TS 156