建筑与土木工程领域新型经编针织物设计探讨*

严 瑛，姚海伟，罗 栋

(陕西工业职业技术学院，陕西咸阳 712000)

建筑与土木工程领域新型经编针织物设计探讨*

严 瑛，姚海伟，罗 栋

(陕西工业职业技术学院，陕西咸阳 712000)

近十几年建筑与土木工程领域使用纺织材料进入高速发展时期，应用领域不断拓宽，经编织物及其增强复合材料逐渐成了建筑与土木工程领域纺织品的主力军。该文在双针床拉舍尔经编机上设计生产了建筑物外墙增强的三维经编织物、三维经编间隔织物以及经编轴向织物作为基布、经涂层的膜结构材料，以期帮助我国建筑与土木工程领域，经编材料产业向着健康、高效的方向发展。

建筑，土木工程，三维经编，针织物

经编织物及其增强复合材料，近十几年经编织物进入高速发展时期，逐渐成为建筑用纺织品的主力军。

图1 经编轴向织物Fig.1 Multi axial warp knitted fabric

其应用领域不断拓宽，目前，经编织物有经编轴向织物(如图1所示)和经编双针床间隔织物(如图2所示)，增强柔性和刚性复合材料已经被广泛应用于墙体加固、 土工格栅、建筑顶棚和建筑隔热保温等多个领域。

图2 经编双针床间隔织物Fig.2 Double needle warp knitting spacer fabric

1 建筑物外墙增强的三维经编间隔织物

我们采用一种用于建筑物外墙增强的三维经编间隔织物。该织物以细度为2400tex的耐碱玻纤作为增强材料、细度为110dtex的丙纶作为编织纱、直径为0.28mm的低收缩涤纶单丝作为间隔丝来织造纤维增强体[1]。该织物具有一定的厚度，间隔丝使织物上下表面连结成一个整体，并且在上下表面的面内衬入玻纤纱，在面内经纬交错，形成大的网格。这样的产品兼具了间隔织物(如图3所示)与轴向织物的特性(如图4所示)，并且与水泥复合后，在网格处可以通过钻孔或凿孔来制成异型混凝土构件，既有突出的增强耐用性，又有优良的实用性。

图3 间隔织物Fig.3 Spacer fabric

图4 轴向织物Fig.4 Axial fabric

2 双针床拉舍尔经编机上生产的三维经编间隔织物

建筑物和建筑物组件必须满足一系列功能需求，其中包括隔热保温和吸声隔音。在双针床拉舍尔经编机上生产的三维经编间隔织物可以兼具隔热和吸声性能，是纺织建筑材料中的首选。该类织物在设计和编织时易于变换门幅、疏密、间隔高度等，并且可以通过与树脂浸渍结合、涂层、层合等工艺拓宽其应用，提升其性能。

经编间隔织物的成型原理是通过连接纱将两片织物结构连接在一起，也就是说它由上下两个单独层和中间连接层组成，其结构近似于三明治，并且表层和中间层相互垂直，中间层为具有不同刚性的分隔纱线。

(1)隔热保温：建筑物的能源消耗量是巨大的，对于建筑外壳即墙壁和屋顶，采用合适的材料进行保温隔热非常重要，可显著降低取暖和降温成本，在节能减排方面更具前瞻性，使建筑物功能得到进一步的开发和完善。经编间隔织物由于其中间层的存在，可以储存大量空气，形成类似双层玻璃窗的夹层隔热保温效果。由于该类织物有一定的厚度，所以其透气量较小，保温率也就相应提高。

(2)吸声隔音：经编间隔织物表面可通过相应的编织工艺形成网孔结构，声波从这些细小的敞开孔道进入织物内部，声波产生的振动引起材料内部孔隙中的空气运动以衰减高频声波。同时间隔织物中间层中的连接纱呈交叉网状分布，声波进入到间隔层中，通过声波震动使空气运动造成纱线与纱线之间、纤维与纤维之间的摩擦，产生能量转换，从而使声波在数根连接纱之间不断反射、膜材形成衰减。这种既存在多孔结构，又具有纤维状聚集组织的材料是吸声隔音的理想材料。如果将该织物与树脂复合，制成板材，则可大量用于建筑领域，其织物生产成本低、产量大、板材制作工艺简单，且使用寿命长，具有很强的竞争力。

3 经编轴向织物作为基布、经涂层的膜结构材料

经编顶棚材料通常是以经编轴向织物作为基布、经涂层的膜结构材料。这种材料在制成建筑物顶棚时，可以采取净跨度结构或牵拉结构等方式，结构稳固、可以承载较大的负荷，形态设计灵活轻巧，便于拆装、搬迁，也利于修补，同时还可大大延长建筑物构件的使用寿命[2]。

3.1 原料

经编建筑用顶棚膜材料所用的原料主要为高强低收缩的涤纶或玻璃纤维。多用长丝，而不用短纤维，以保证强度和伸长特性，以避免短纤维间产生滑移造成纱线断裂。

3.2 基布

经编建筑用顶棚膜材料所用基布为双轴向经编织物，这种织物可满足较高的织物牢度，稳定性好，其铺层角度可根据建筑物设计的实际需要而定，实用性更强。必要时可以通过两层或三层织物进行复合。

3.3 涂层

常用的膜结构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。其中聚四氟乙烯涂层膜材各项性能优异，2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”使用的就是这种膜材。其表面易于维护，可以在牵拉设计和净跨度设计的建筑设施上表现出经久可靠的耐用性能。经编建筑用顶棚材料在世界很多大型建筑上均有广泛使用。如许多国际机场客运通道使用涂层经编材料作为顶盖；体育馆用聚酯涂层经编布代替旧顶棚，其膜结构具有3.5万m2的面积，一共有10万个单元器材，该设施是同类建筑中最大的；美国加利福尼亚州圣地亚哥会议中心大量采用类似膜结构作为建筑顶棚，既减轻了建筑的整体质量，又具有较好的装饰性。

4 双轴向经编织物和经编间隔织物

经编织物增强的混凝土构件，其增强体以0°/90°双轴向经编织物和经编间隔织物为主。增强混凝土构件常用的纤维主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶和高强涤纶等[3]。选用最多的为耐碱玻璃纤维，其强度较高同时成本较低，纱线细度通常在1200tex～5000tex之间。

图5 抗扭转应力Fig.5 Torsional stress

在使混凝土立柱在修复后承载能力能够得到提高。其方法是在混凝土立柱的整个长度方向上包覆一层多轴向经编增强结构来增固混凝土，这样可以恢复其稳定性，还能够抗扭转应力(如图5所示)和弯曲应力(如图6所示)。利用玻璃纤维双轴向经编织物对在大地震中严重损毁的伊朗巴姆城堡进行了墙体加固和重建，并使城堡具有抗震性。该建筑内部的土石结构经多次破坏后结构松散、复杂，施工人员通过在墙体内部加入由2400tex耐碱玻纤加工而成的针迹长度为21.8mm的双轴向经编织物增强体，然后用新的灰浆将织物完全包覆，从而使这些砖石有高度的内在结合度。同时，双轴向经编织物作为横向加强材料可以很好地适应拱形门的角度，有力地提高了拱形区域的砖石结合度，使之能够承受地震力的破坏。

图6 弯曲应力Fig.6 Bending stress

经编间隔织物在增强水泥构件中应用也具有特殊的优势，其形状设计空间较大，从而能与最终产品的外形相配。

经编织物生产效率高、生产成本低、易于产业化。中小型经编企业要有更强的跨领域合作意识，这样才能帮助我国建筑与土木工程领域，经编材料产业向着健康、高效的方向发展。

[1] 魏光群，等.多轴向经编针织物的应用现状与发展展望[J].纺织导报，2014(03)：31-33.

[2] 丛洪莲，等.经编产业用纺织品的生产与开发[J].纺织导报，2011(07)：8-11.

[3] 蒋高明，等.经编织物在建筑与土木工程领域的应用现状[J].纺织导报，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

陕西工业职业技术学院2016科研项目建筑与土木工程领域新型三维涤纶经编织物设计与开发(项目编号：ZK16-22)

TS 156