本發(fā)明涉及土工布的，尤其涉及一種基于micp技術的自修復高強復合土工布及制備方法，可用于對海堤、河堤、湖堤等處于水環(huán)境中的邊坡工程進行加固防護，同時利用生物固化技術對邊坡的填土或灌砌塊石等工程構筑物進行生物加固。

背景技術：

1、隨著我國工程技術的不斷發(fā)展和基礎設施的持續(xù)建設，繼木材、鋼材、混凝土之后的又一種新型工程材料——土工布，被廣泛應用于基坑工程、道路工程、海岸工程、污水處理場、垃圾填埋場等多種工程中，并發(fā)揮著至關重要的作用。在海堤、河堤、湖堤等處于水環(huán)境中的邊坡工程中，土工布的工程作用在于：首先，加筋作用，對堤壩、邊坡等起到加固防護的作用；其次，反濾作用，使液體(如海水、地下水等)透過的同時，保持受滲透壓力作用的土顆粒不流失。

2、事實上，隨著建設工程不斷發(fā)展，處于水環(huán)境中的邊坡工程需要強度更高、使用壽命更長且具有自修復能力的土工布，用以對工程構筑物進行更好地防護，同時能夠利用生物固化過程實現(xiàn)構筑物的自加固強化和長期使用，減少后期維護成本。但現(xiàn)有的一般土工布無法滿足上述要求，具有以下不足：1、機械強度較差，特別是抗拉強度和抗撕裂強度較差，在多種使用環(huán)境中容易出現(xiàn)破洞、開裂等不良現(xiàn)象；2、使用壽命不足，結構組成簡單，缺少高壽命和環(huán)境耐受性良好的纖維成分；3、無自修復能力，無法在使用過程中自行加固和修復工程構筑物，從而無法減少后期的維護或重建成本。

3、因此，為滿足日益增長的施工要求，針對一般土工布強度不足、使用壽命不足、無自修復能力等問題，急需一種高強度、高壽命并且具有一定自修復能力的復合土工布。

技術實現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術問題

2、本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于micp技術的自修復高強復合土工布及制備方法，一方面，提高了自修復高強復合土工布的抗拉強度，并使其強度保持均一性，能夠有效抵抗環(huán)境中荷載的破壞，防止其應用環(huán)境中的大部分的邊坡滑動；另一方面，保證了自修復高強復合土工布良好的透水、反濾功能，能夠抵抗其應用環(huán)境中的大部分的滲透侵蝕。

3、(二)技術方案

4、本發(fā)明解決上述技術問題所采用的方案是一種基于micp技術的自修復高強復合土工布，一種基于micp技術的自修復高強復合土工布，包括自修復高強復合土工布；所述自修復高強復合土工布由自下而上依次布置的第一生物纖維土工布、高強復合土工布、以及第二生物纖維土工布組成；

5、所述第一生物纖維土工布由動物毛皮纖維、植物莖葉纖維以及合成纖維組成，經(jīng)針刺工藝加工成型；

6、所述高強復合土工布由高強經(jīng)紗纖維、高強緯紗纖維和丙綸纖維組成；且，所述高強經(jīng)紗纖維、所述高強緯紗纖維和所述丙綸纖維以經(jīng)緯穿越、上下交疊的方式，相互交織形成井字形結構；并且，所述高強復合土工布的高強經(jīng)紗纖維、高強緯紗纖維和丙綸纖維形成的各個井字形結構的中心孔隙均勻且尺寸大小一致；

7、所述第二生物纖維土工布由動物毛皮纖維、植物莖葉纖維以及合成纖維經(jīng)針刺，穿過高強復合土工布的井字形結構的中心孔隙，與所述第一生物纖維土工布的纖維連接成型。

8、在一些實施例中，所述第一生物纖維土工布和所述第二生物纖維土工布中的合成纖維均采用滌綸纖維，動物毛皮纖維主要由禽類動物羽毛和家畜(豬、牛、羊等)毛皮加工而成，植物莖葉纖維主要由禾本科農(nóng)作物的莖稈纖維加工而成；上述生物纖維土工布的所有纖維混合后經(jīng)針刺工藝加工成型，每層生物纖維土工布成型厚度約3-4mm，使其具有一般針刺土工布的透水、反濾功能，而生物纖維逐漸分解又可長期為微生物的固化作用提供氮肥和碳源。

9、在一些實施例中，所述高強經(jīng)紗纖維、所述高強緯紗纖維和所述丙綸纖維的比例為1:1:6；所述高強經(jīng)紗纖維和所述高強緯紗纖維均采用超高分子量聚乙烯(uhmwpe)長絲纖維，所述丙綸纖維采用聚丙烯長絲纖維；所采用的超高分子量聚乙烯(uhmwpe)長絲纖維的抗拉強度約為3000-3500mpa，所采用的聚丙烯長絲纖維的抗拉強度約為1000-1500mpa，并且二者在岸堤邊坡等應用環(huán)境中的使用壽命至少50年，而大多數(shù)土工布所采用的聚酯纖維、聚酰胺纖維和聚丙烯短絲纖維等的抗拉強度通常在500-800mpa之間，使用壽命小于30年，因此，基于micp技術的自修復高強復合土工布的抗拉強度和使用壽命顯著高于一般土工布。

10、在一些實施例中，所有的井字形結構的中心孔隙的邊長為4mm。

11、采用上述方案，在自修復高強復合土工布中，所述高強復合土工布提高了機械強度和使用壽命；所述第一生物纖維土工布和所述第二生物纖維土工布攜帶微生物固化所需物質，起到對土工布兩側的邊坡填土、灌砌塊石等土工構筑物進行生物加固的作用。

12、在一些實施例中，所述自修復高強復合土工布的外表面覆蓋有一層pva水溶性緩釋薄膜。

13、在一些實施例中，所述自修復高強復合土工布的位于其上下的兩個外表面均覆蓋有一層pva水溶性緩釋薄膜。

14、采用上述方案，基于micp技術的自修復高強復合土工布應用于海堤、河堤、湖堤等處于水環(huán)境中的邊坡工程，要求在施工期內避免水流沖刷導致土工布上的生物固化物質流失；故所述pva水溶性緩釋薄膜的設置，可以防止施工期間水流沖刷導致微生物固化物質流失。

15、在一些實施例中，所述第一生物纖維土工布和所述第二生物纖維土工布中的合成纖維所占比例均不小于40％。

16、在一些實施例中，所述第一生物纖維土工布和所述第二生物纖維土工布中的合成纖維的含量約占40％，其余為動物毛皮纖維和植物莖葉纖維的任意混合，含量約60％。

17、采用上述方案，可以保證所述第一生物纖維土工布和所述第二生物纖維土工布的機械強度。

18、在一些實施例中，所述高強復合土工布的高強經(jīng)紗纖維、高強緯紗纖維和丙綸纖維通過經(jīng)編機編織在一起，以形成整體結構；其中，所述丙綸纖維為基體，且所占比例不小于60％。

19、采用上述方案，所述丙綸纖維為基體，且所占比例不小于60％，以保證所述高強復合土工布的強度；而高強經(jīng)紗纖維和高強緯紗纖維可以起到強化作用，且可根據(jù)加筋強化需求具體確定高強經(jīng)紗纖維和高強緯紗纖維的密度。

20、在一些實施例中，所述高強復合土工布通過第二生物纖維土工布的纖維經(jīng)針刺與第一生物纖維土工布連接后限位固定；并且，所述高強復合土工布在編織完成后可采用熱粘合工藝處理，以使高強經(jīng)紗纖維、高強緯紗纖維和丙綸纖維這三種纖維在交叉節(jié)點處粘結在一起。

21、采用上述方案，高強經(jīng)紗纖維、高強緯紗纖維和丙綸纖維這三種纖維在交叉節(jié)點處通過熱粘合工藝處理粘結在一起，可以使得三者固定在一起不會發(fā)生滑移，以保持中心孔隙尺寸的穩(wěn)定。

22、在一些實施例中，所述第二生物纖維土工布的纖維經(jīng)針刺，穿過高強復合土工布井字形結構的中心孔隙時，避開高強復合土工布的纖維，可通過網(wǎng)格定位方法實現(xiàn)；

23、所述網(wǎng)格定位方法是以針刺機鋪網(wǎng)面為二維坐標系，將第一生物纖維土工布和高強復合土工布依次限位鋪設在針刺機上之后，經(jīng)計算機測量高強復合土工布的井字形結構的中心孔隙邊長和纖維直徑的參數(shù)，并測量位于高強復合土工布緊貼限位邊的角點上的第一個孔隙的形心坐標，并作為起始參考坐標，再將上述參數(shù)輸入計算機程序，輸出其他孔隙的相對坐標，從而實現(xiàn)對整張高強復合土工布的孔隙精確定位；

24、所述限位鋪設是以針刺機鋪網(wǎng)面上兩條正交的圍沿為限位邊，將第一生物纖維土工布和高強復合土工布的直角形邊界與限位邊對齊鋪放至針刺機鋪網(wǎng)面上，并用壓邊器對第一生物纖維土工布和高強復合土工布加以固定。

25、采用上述方案，通過網(wǎng)格定位方法定位出高強復合土工布的中心孔隙后，所述第二生物纖維土工布的纖維經(jīng)針刺，穿越高強復合土工布的井字形結構的中心孔隙，避開高強復合土工布的纖維，與第一生物纖維土工布的纖維連接，成型的同時限位固定住了高強復合土工布。

26、本發(fā)明解決上述技術問題所采用的方案是一種基于micp技術的自修復高強復合土工布的制備方法，包括以下步驟：

27、(ⅰ)制備第一生物纖維土工布；以動物毛皮纖維、植物莖葉纖維和合成纖維為原材料，經(jīng)針刺工藝加工形成第一生物纖維土工布；

28、(ⅱ)制備高強復合土工布；利用經(jīng)編機將高強經(jīng)紗纖維、高強緯紗纖維和丙綸纖維以經(jīng)緯穿越、上下交疊的方式編織在一起，再經(jīng)過交叉節(jié)點處熱粘合處理，制成高強復合土工布；

29、(ⅲ)將第一生物纖維土工布的直角邊界與針刺機限位邊對齊，鋪設在針刺機鋪網(wǎng)面上，再將高強復合土工布的直角邊界與針刺機限位邊對齊，鋪設在第一生物纖維土工布上面，用壓邊器固定兩層土工布；利用網(wǎng)格定位方法獲得高強復合土工布的所有孔隙區(qū)域的坐標，作為針刺區(qū)域；

30、(ⅳ)將第二生物纖維土工布的原材料，動物毛皮纖維、植物莖葉纖維和合成纖維擺絲成網(wǎng)后鋪放在高強復合土工布上面，經(jīng)針刺使第二生物纖維土工布成型；

31、(ⅴ)配制巴氏芽孢桿菌、尿素和氯化鈣的混合溶液，均勻噴淋在縫制完成的自修復高強復合土工布的表面并晾干。

32、在一些實施例中，所述步驟(ⅱ)形成的高強復合土工布；相鄰的高強經(jīng)紗纖維和相鄰的高強緯紗纖維之間均編織有丙綸纖維；所述高強經(jīng)紗纖維、高強緯紗纖維和丙綸纖維彼此之間留有孔隙，且縱向的高強經(jīng)紗纖維和丙綸纖維均勻布置，橫向的高強緯紗纖維和丙綸纖維均勻布置，以使得自修復高強復合土工布的各個井字形結構的中心孔隙的大小相同，且中心孔隙的大小滿足其應用環(huán)境中能夠防止大部分泥砂透過。

33、在一些實施例中，所述步驟(ⅳ)在針刺時，針頭穿越高強復合土工布的井字形結構的中心孔隙，將針頭附近的第二生物纖維土工布的纖維與第一生物纖維土工布的纖維纏結在一起，在制成第二生物纖維土工布的同時，限制了高強復合土工布的位置，并使三層土工布結構形成整體結構。

34、在一些實施例中，還包括步驟(ⅵ)，將聚乙烯醇(pva)涂布液使用涂布機涂鍍在自修復高強復合土工布的表面，以形成一層pva水溶性緩釋薄膜。

35、在一些實施例中，所述pva水溶性緩釋薄膜以聚乙烯醇(pva)涂布液為原料，使用涂布機涂鍍在自修復高強復合土工布的表面，且形成的pva水溶性緩釋薄膜的厚度約1mm。

36、(三)有益效果

37、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明設計一種基于micp技術的自修復高強復合土工布及制備方法，

38、(1)本發(fā)明具有科學合理的組成結構和編織工藝，一方面，提高了自修復高強復合土工布的抗拉強度，并使其強度保持均一性，能夠有效抵抗環(huán)境中荷載的破壞，防止其應用環(huán)境中的大部分的邊坡滑動；另一方面，保證了自修復高強復合土工布良好的透水、反濾功能，能夠抵抗其應用環(huán)境中的大部分的滲透侵蝕；

39、(2)本發(fā)明所選用的高強度、高壽命材料能夠能夠適應海堤、河堤、湖堤等工程所處的水環(huán)境，有良好的環(huán)境耐受性，具有比一般土工布更長的使用壽命，減少了后期維護成本，更具經(jīng)濟性；

40、(3)本發(fā)明采用常見的經(jīng)編技術以及針刺技術縫制，易實現(xiàn)自修復高強復合土工布的批量生產(chǎn)；在復合三層土工布結構時無需使用捆綁纖維，節(jié)省了生產(chǎn)成本；并且采用定位孔隙針刺，實現(xiàn)了在復合連接三層結構時不破壞原有高強復合土工布的強度和使用壽命；

41、(4)本發(fā)明具有生物自修復能力，鋪設完成后，生物固化反應啟動，可對土工布兩側的填土、灌砌塊石等土工構筑物逐漸加固；本發(fā)明所使用的生物纖維土工布既具有一般針刺土工布的透水、反濾功能，且纖維逐漸分解又可長期為微生物的固化作用提供氮肥和碳源；

42、(5)本發(fā)明應用于海堤、河堤、湖堤等處于水環(huán)境中的邊坡工程，并施作了pva水溶性緩釋薄膜時，本發(fā)明可控制生物固化作用啟動時間，pva水溶性緩釋薄膜在鋪設時能夠有效防止海水侵染土工布造成生物固化的細菌和物質流失，具備了科學合理的功能；

43、(6)本發(fā)明中使用的pva水溶性緩釋薄膜的溶解、降解產(chǎn)物清潔無污染，不會對環(huán)境造成破壞，符合了綠色發(fā)展的理念；另外，本發(fā)明使用的動物毛皮纖維、植物莖葉纖維主要來源于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)生產(chǎn)的廢棄物，實現(xiàn)了對廢棄物的資源再利用，符合節(jié)能減排的理念。