(57)【要約】  本発明は、ジオシンセティック構造物及びジオシンテープで使用されるセンサ使用可能なジオシンセティック材料と、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料及び前記ジオシンテープの製造方法及び前記センサ使用可能なジオシンセティック材料から製造されるジオシンセティック製品のジオメトリック歪を測定する方法に関する。前記センサ使用可能なジオシンセティック材料は、ポリマ材料と導電性フィラーを含む。前記ポリマ材料及び導電性フィラーは組み合わされてセンサ使用可能なジオシンセティック材料を提供する。前記センサ使用可能なジオシンセティック材料は既定の濃度の導電性フィラーを有し、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料に前記パーコレーション領域又は少しそれ以上の領域内に導電性及び歪感受性を有する。
2014519596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジオシンセティック構造のジオメトリック歪を測定する方法であり：
センサ使用可能なジオシンセティック材料から製造されるジオシンセティック構造を準備し、前記ジオシンセティック構造は、ジオグリッド、ジオメンブレン、ジオテキスタイル、ジオネット、ジオシンセティック粘土ライナー、ジオフォーム及びジオ複合体を含む群から選択され；
前記ジオメトリック歪を測定するための前記ジオシンセティック構造の測定位置を選択し；及び
前記位置での前記ジオシンセティック構造の前記ジオメトリック歪を決定する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であり、さらに：
導電性データを提供するために前記ジオシンセティック構造に導電性リードを付設し；及び
前記導電性データを処理して、前記ジオシンセティック構造に供される前記ジオメトリック歪を提供することを含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が：
ポリマ材料；及び
前記ポリマ材料と組み合わせる導電性フィラーを含み、
前記センサ使用可能なジオシンセティック材料を提供し、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料にパーコレーション領域に導電性及び歪感受性を持つように既定の濃度の前記導電性フィラーを含み、前記導電性フィラーが、金属粉末、導電性カーボンブラック、カーボンファイバ、カーボンナノチューブ及びそれらの組み合わせ物を含む群から選択される、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であり、前記ポリマ材料がポリオレフィンであり、前記ポリオレフィンが、ポリプロピレン、ポリエチレン及びこれらの組み合わせ物を含む群から選択される、方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が前記パーコレーション領域に維持される最大濃度である、方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、約０．０１重量％から約３０重量％の範囲である、方法。
【請求項７】
請求項３に記載の方法であり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、前記パーコレーション領域の約５重量％の範囲である、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であり、前記ジオシンセティック製品の複数の測定位置がそれらのジオメトリック歪を測定するために選択され、前記複数の測定位置での前記ジオメトリック歪が同時に測定される、方法。
【請求項９】
センサ使用可能なジオシンセティック材料から形成されたジオシンセティック構造であり、前記ジオシンセティック構造が：
ポリマ材料から成形されたジオシンセティック構造を含み、前記ジオシンセティック構造が、ジオグリッド、ジオメンブレン、ジオテキスタイル、ジオネット、ジオシンセティック粘土ライナー、ジオフォーム及びジオ複合体を含む群から選択され；及び
前記ポリマ材料と組み合わせる導電性フィラーを含み、センサ使用可能なジオシンセティック材料を提供し、前記ジオシンセティック構造全体が前記センサ使用可能なジオシンセティック材料から構成され、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料に該パーコレーション領域内に導電性及び歪感受性を提供するように前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が既定の濃度の前記導電性フィラーを含む、ジオシンセティック構造。
【請求項１０】
請求項９に記載のジオシンセティック構造であり、前記ポリマ材料がポリオレフィンであり、前記ポリオレフィンが、ポリプロピレン、ポリエチレン及びこれらの組み合わせ物を含む群から選択される、ジオシンセティック構造。
【請求項１１】
請求項９に記載のジオシンセティック構造であり、前記導電性フィラーが、金属粉末、導電性カーボンブラック、カーボンファイバ、カーボンナノチューブ及びそれらの組み合わせ物を含む群から選択される、ジオシンセティック構造。
【請求項１２】
請求項９に記載のジオシンセティック構造であり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が前記パーコレーション領域に維持される最大濃度である、ジオシンセティック構造。
【請求項１３】
請求項９に記載のジオシンセティック構造であり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、約０．０１重量%から約３０重量％の範囲である、ジオシンセティック構造。
【請求項１４】
請求項９に記載のジオシンセティック構造であり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、前記パーコレーション領域の約５重量％の範囲である、ジオシンセティック構造。
【請求項１５】
センサ使用可能なジオシンテープであり、前記ジオシンテープが：
ポリマ材料から形成される薄フィルムストリップを含み、前記薄フィルムストリップが既定の長さ、既定の幅及び既定の高さを持ち；及び
前記ポリマ材料と組み合わせる導電性フィラーを含み、センサ使用可能なジオシンセティック材料を提供し、前記薄フィルムストリップが前記センサ使用可能なジオシンセティック材料から構成されてセンサ使用可能なジオシンテープを提供し、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料に、該パーコレーション領域内に導電性及び歪感受性を提供するように前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が既定の濃度の前記導電性フィラーを含む、ジオシンテープ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のジオシンテープであり、前記ポリマ材料がポリオレフィンであり、前記ポリオレフィンが、ポリプロピレン、ポリエチレン及びこれらの組み合わせ物を含む群から選択される、ジオシンテープ。
【請求項１７】
請求項１５に記載のジオシンテープであり、前記導電性フィラーが、金属粉末、導電性カーボンブラック、カーボンファイバ、カーボンナノチューブ及びそれらの組み合わせ物を含む群から選択される、ジオシンテープ。
【請求項１８】
請求項１５に記載のジオシンテープであり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が前記パーコレーション領域に維持される最大濃度である、ジオシンテープ。
【請求項１９】
請求項１５に記載のジオシンテープであり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、約０．０１重量%から約３０重量％の範囲である、ジオシンテープ。
【請求項２０】
請求項１５に記載のジオシンテープであり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、前記パーコレーション領域の約５重量%の範囲である、ジオシンテープ。
【請求項２１】
ジオシンセティック構造のジオメトリック歪を測定する方法であり、前記方法が次のステップ：
センサ使用可能なジオシンセティック材料から製造されるジオシンテープを準備し、前記ジオシンテープが既定の長さ、既定の幅及び既定の高さを持ち；
前記ジオメトリック歪を測定するための前記ジオシンセティック構造の測定位置を選択し；
前記ジオシンテープを前記ジオシンセティック構造の前記測定位置に付設し；及び
前記ジオシンセティック構造の前記ジオメトリック歪を、前記測定位置に付設された前記ジオシンテープの前記ジオメトリック歪を決定することで決定する、ことを含む方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であり、さらに次のステップ：
前記ジオシンテープに導電性リードを付設して導電性データを提供し；及び
前記導電性データを処理して、前記ジオシンセティック構造に供される前記ジオメトリック歪を提供する、ことを含む方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法であり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が：
ポリマ材料；及び
前記ポリマ材料と組み合わせて前記センサ使用可能なジオシンセティック材料を提供する導電性フィラーを含み、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が、パーコレーション領域内に導電性及び歪感受性を提供するように前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が既定の濃度の前記導電性フィラーを含み、前記導電性フィラーが金属粉末、導電性カーボンブラック、カーボンファイバ、カーボンナノチューブ及びそれらの組み合わせ物を含む群から選択される、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であり、前記ポリマ材料がポリオレフィンであり、前記ポリオレフィンが、ポリプロピレン、ポリエチレン及びこれらの組み合わせ物を含む群から選択される、方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法であり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が前記パーコレーション領域に維持される最大濃度である、方法。
【請求項２６】
請求項２３に記載の方法であり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、約０．０１重量%から約３０重量％の範囲である、方法。
【請求項２７】
請求項２３に記載の方法であり、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの前記既定の濃度が、前記パーコレーション領域の約５重量%の範囲である、方法。
【請求項２８】
請求項２１に記載の方法であり、前記ジオシンセティック製品の複数の測定位置がそれらのジオメトリック歪を測定するために選択され、前記複数の測定位置の前記ジオメトリック歪が同時に測定される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジオシンセティック構造（即ち、ジオシンセティックスを含むジオテクニカル構造）を構成するために使用するセンサ使用可能なジオシンセティック材料及び前記センサ使用可能なジオシンセティック材料の製造方法に関する。さらに、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料の機械的歪が、従来装置を用いることなく測定又はモニタされ得る。
【背景技術】
【０００２】
ジオシンセティックスはポリマ系製品であり、特に、土壌安定及び強化、分離及びろ過、排水及び格納などの都市及び環境技術への広い範囲に亘り使われるために製造されている。ジオシンセティックス技術の出現及び開発は、都市技術設計及び建造の可能性及び経済性に大きな影響を与えてきた。増加する数のジオテクニカルプロジェクトには、ジオシンセティックスを、従来問題となっていたインフラストラクチャの建造及び改築において確実な利点を持つ現代的解決として適用することを含む。該利点には例えば、容易かつ迅速な建造、アクセスの困難な場所での建造、静的及び地震性条件の下での優れた性能、低コスト、構造サイズの低減とそれによるより広い使用可能空間の提供、見かけ上好ましい外観及び環境との一体性などである。いくつかの場合（例えば、危険物及び医療廃棄物の格納ジオメンブレン）、ジオシンセティックスの使用は法律で指定されている。
【０００３】
ジオシンセティック技術及び関連する製造及び建造産業はこれまで数十年の間に極めて大きな成長をなし、今やＵＳ国内及び世界中で数十億ドルのプロジェクトを含む技術として確立している。同時に、ジオシンセティック関連構造及び施設が普遍的になるにつれ、この構造が安全であるだけでなく、以下のような満足する有用性のレベルを提供することを保証することが要求されるようになってきた。即ち、状況をモニタし、時期に適した測定を通じて、設置場所の状態、材料特性及び挙動、建造実績、環境効果及び荷重条件についての不明確さによる、突然の欠陥及びコストのかかる修理を避けることである。これは、特に、これらの建造物が郊外エリアでの重要なインフラストラクチュアを支持していたり、移動通路に沿っていたり、又は危険廃棄物、漏れ出た燃料又は他の汚染物から環境を保護するものである場合、真実である。インフラストラクチュアの装置及び様子をモニタすることの重要性はますます認識され、該プロジェクトがコスト及び安全性の面から成功するかどうかを実証するため、これらの問題及び不確かさについて取り組みがなされている。ジオシンセティック構造の状況モニタのひとつの重要な側面は、使用寿命の間及び／又は極端な事象（例えば地震）でのジオシンセティックスの歪をモニタすることである。
【０００４】
ジオシンセティックスは、インフラストラクチュア開発及び再開発企業の必要欠くべからざる一部となっている。残念なことに、適切な開発の重要な側面、即ちそれらの装置及び状態モニタは、比較的コストのかかる結果としてほとんど注目されてこなかった。ジオシンセティックス構造のモニタを実施における重要な苦境として、装置に設置（例えば歪ゲージ）が通常めんどうであり、予期できない出来事についてコストがかかるということであった。異なるジオシンセティック構造についての現行の設計ガイドラインは、経験的かつ従来技術（例えば限定平衡）による方法に大きく依存し、例えばジオシンセティックスのピーク歪及び土中のジオシンセティックスの性質などのついての重要な因子の影響につき適切に評価し、又は深く理解することはなかった。その結果、全体に保守的な設計手法及び因子低減によって、通常、それらの頑丈性及びクリープ性に関する懸念に対してはジオシンセティックス材料の強さにより対応してきた。この結果、多くの例においてこれらの構造の費用は必要以上のものとなり、本来のコスト効果的ということと反する結果となっていた。信頼性のある状態モニタシステムから受け得る他の重要な応用は、埋め立てでのトレンチアンカ、カバー又は他の位置（例えば数百フィートの廃棄物の下に埋められるジオメンブレン内）でのジオメンブレンの過大ストレスの、使用条件又は例えば地震の後でリークが生じるよりもずっと前での検出である。現行の技術はで、リーク検出システムについては、リークが進行した段階でようやくその問題を検出し得るものに過ぎない。同様な利点がまた、ジオパイプ、シンクホール上の又は他の土壌安定化の上のジオシンセティックプラットホーム、格納及び貯蔵応用において達成され得る。
【０００５】
加えるに、ジオシンセティックスでの歪測定に適用される現行技術は、複雑で高価なデータ取得システムを必要とする。ジオシンセティックスの装置のための既存の技術は基本的に、歪ゲージ及び伸縮計をジオシンセティックス材料に設けることを必要とし、それらの値は、個別（ｉｎ−ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）試験されるクロスヘッド交換からの平均歪に対して計算される。しかし、これらの計算因子は土中に埋め込まれるジオシンセティック層へは現実には適用できない。というのは、１）ジオシンセティックスの土中での機械的性質（例えば張力係数）が、圧力限定及びインターロック効果によりそれらの別試験値に比べて異なること、２）歪ゲージの機械的干渉及び相互作用および及びそれらの局所的土壌との結合アセンブリ（例えば接着性及び保護スリーブなど）による土壌のアーチ作用などの複雑性、３）結合アセンブリの未知の局所的硬化作用などによるからである。これらの因子は、ジオシンセティックスの応用分野での測定された歪に優位なエラーを導入する恐れがある。前記個別計算因子を土中読み出しデータに適用すると、安定性及び性能に関してあり得る結果として強化歪及び軸荷重について有意に過小評価する恐れがある。最近の研究は、例えば歪ゲージ計算、局所歪対全体歪、接続技術及び全体歪をジオシンセティックスで評価する修正因子などにつき議論されている。
【０００６】
さらに、ジオシンセティックス歪は、現場では普通常時モニタされていない。というのは、コストの点と、装置の正しい設置について熟練したレベルが必要とされるからである。例えばの阻害要因は、十分信頼のおける引張りゲージ技術と管理者の適切な訓練がないこと、装置の頑丈性及び信頼性が欠けること、及び時間の掛かる装置及び保護手段が要求されるからである。これらの理由で、現場でのジオシンセティック装置は、アメリカ合衆国内で建造された非常に多くのジオシンセティックス関連構造を考慮してそれらの主流では比較的重要でないプロジェクトの研究及びデモンストレーション用に基本的に限られている。現場構造物が設置された場合に、ジオシンセティックス歪データに関する装置の範囲は非常に限定されている。その結果これらの構造物内の歪及び応力の程度及び分布についての重要な情報は通常利用可能ではない。
【０００７】
最近の土壌歪及び土中強化歪の測定の試みには、小スケールの試験的試料でのデジタルイメージング、Ｘ線及びトモグラフ技術が含まれる。しかし、これらの技術の限定的な土中通過範囲によって、これらの結果を現場スケールの構造物について適用することは非実用的なものとしている。他の最近の開発に、ジオテキスタイル又はジオメンブレンへの光ファイバ適用が挙げられる。しかし、この技術はジオシンセティック材料内のセンサ可能性が設けられておらず、該光ファイバ材料に関する追加の製造及び設置コストについてはさらなる分析が必要である。
【０００８】
従って、ジオシンセティックス内に埋め込まれたセンサ機能を、従来の装置を必要としないでその機械的歪を測定するために持つ、新世代のジオシンセティックスの要求がいまだ存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ジオシンセティック構造及びジオシンテープに使用されるためのセンサ使用可能なジオシンセティック材料を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記センサ使用可能なジオシンセティック材料は、ポリマ材料及び前記ポリマ材料と結合される導電性フィラーから製造される。製造された前記センサ使用可能なジオシンセティック材料は、既定量の前記導電性フィラーを含み、前記導電性を持つ前記センサ使用可能ジオシンセティック材料を提供し、同様に、歪で変化する導電性を持つ。
【００１１】
本発明の他の実施態様において、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料及び前記ジオシンテープの製造方法が提供される。前記センサ使用可能なジオシンセティック材料は、ポリマ材料と導電性フィラーを準備することで製造される。前記ポリマ材料及び前記導電性フィラーが準備されると前記ポリマ材料及び前記導電性フィラーは混合されて前記センサ使用可能なジオシンセティック材料を得る。既定量の導電性フィラーを含む前記センサ使用可能なジオシンセティック材料は、導電性を持ち、同様に歪で変化する導電性を持つ、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料を提供する。
【００１２】
本発明の他の実施態様においては、ジオシンセティック製品のジオメトリック歪を測定する方法が提供される。ジオシンセティック製品のジオメトリック歪を測定するために、ジオシンセティック製品はセンサ使用可能なジオシンセティック材料の製造から提供される。ジオシンセティック製品が提供されると、ジオシンセティック製品の測定位置がジオメトリック歪を測定するために選択される。その後ジオシンセティック製品のジオメトリック歪が前記測定位置で決定される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、センサ使用可能なジオシンセティック材料のパーコレーション閾値及びパーコレーション領域を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明により構成されたジオシンセティック構造の模式図である。
【図３ａ】図３（ａ）は、ＡＳＴＭＤ１７０８による試験試料を示す。
【図３ｂ】図３（ｂ）は、歪−抵抗試験に使用される通常の試験試料を示す。
【図４ａ】図４（ａ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の試験試料の、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を示す。
【図４ｂ】図４（ｂ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の試験試料の、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を示す。
【図４ｃ】図４（ｃ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の試験試料の、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を示す。
【図４ｄ】図４（ｄ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の試験試料の、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を示す。
【図５ａ】図５（ａ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の歪−感受性試験のための荷重についての力対時間を示すグラフである。
【図５ｂ】図５（ｂ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の歪−感受性試験のための荷重についての力対時間を示すグラフである。
【図５ｃ】図５（ｃ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の歪−感受性試験のための荷重についての力対歪を示すグラフである。
【図６ａ】図６（ａ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の体積導電率を示すグラフである。
【図６ｂ】図６（ｂ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の表面導電率を示すグラフである。
【図７ａ】図７（ａ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の試験試料の引張強度を示す。
【図７ｂ】図７（ｂ）は、本発明により構成された他の実施態様のセンサ使用可能なジオシンセティック材料の試験試料の引張強度を示す。
【図７ｃ】図７（ｃ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の試験試料の破壊歪を示す。
【図７ｄ】図７（ｄ）は、本発明により構成された他の実施態様のセンサ使用可能なジオシンセティック材料の試験試料の破壊歪を示す。
【図８ａ】図８（ａ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の歪−抵抗を示すグラフである。
【図８ｂ】図８（ｂ）は、本発明により構成された他の実施態様のセンサ使用可能なジオシンセティック材料の試験試料の歪−抵抗を示すグラフである。
【図８ｃ】図８（ｃ）は、本発明により構成された他の実施態様のセンサ使用可能なジオシンセティック材料の試験試料の歪−抵抗を示すグラフである。
【図８ｄ】図８（ｄ）は、本発明により構成されたさらなる他の実施態様のセンサ使用可能なジオシンセティック材料の試験試料の歪−抵抗を示すグラフである。
【図９ａ】図９（ａ）は、本発明により構成されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料の張力応答を示すグラフである。
【図９ｂ】図９（ｂ）は、本発明により構成された他の実施態様のセンサ使用可能なジオシンセティック材料の張力応答を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明により構成されたジオシンテープの試料の透視図である。
【図１１ａ】図１１（ａ）は、ジオグリッドへ付されたジオシンテープの試料を示す図である。
【図１１ｂ】図１１（ｂ）は、ジオグリッドへ付されたジオシンテープの試料を示す他の図である。
【図１２】図１２は、ＣＢ−充填ＬＤＰＥ試料についての歪−抵抗結果を示す。
【図１３】図１３は、ＣＢ−充填ＰＰ試料についての歪−抵抗結果を示す。
【図１４】図１４は、ＣＢ−充填ＬＤＰＥ試料についての２％歪までの歪−抵抗結果を示す。
【図１５】図１５は、ＣＢ−充填ＰＰ試料についての２％歪までの歪−抵抗結果を示す。
【図１６】図１６は、ＣＢ−充填ＬＤＰＥ試料についての２つの異なるゲージ長さを用いる歪−抵抗結果を示す。
【図１７】図１７は、シングルリブジオシンテープ試料の、歪−抵抗測定結果を示す。
【図１８】図１８は、シングルリブジオシンテープのための計算ゲージ因子の歪−抵抗評価結果を示す。
【図１９】図１９は、歪−抵抗を示す。
【図２０】図２０は、歪−抵抗結果を示す。
【図２１】図２１は、歪−抵抗を示す。
【図２２】図２２は、歪−抵抗結果を示す。
【図２３】図２３は、異なるゲージ長さを用いて、押し出しＨＤＰＥグリッド／ジオシンテープ試料の歪−抵抗を示す。
【図２４】図２４は、歪−抵抗結果を示す。
【図２５】図２５は、歪−抵抗結果を示す。
【図２６】図２６は、歪−抵抗結果を示す。
【図２７】図２７は、歪−抵抗結果を示す。
【図２８】図２８は、歪−抵抗評価結果を示す。
【図２９】図２９は、歪−感受性評価結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、センサ使用可能なジオシンセティック（ＳＥＧ）材料に関し、ジオシンテープ及びジオシンセティック構造を構成するために用いる。該構造には例えば、ジオグリッド、ジオメンブレン、ジオテキスタイル、ジオネット、ジオシンセティック粘土ライナー、ジオフォーム及びジオコンポジットが挙げられ、これらは、強化及び格納応用に使用される。これらのジオシンセティック構造は広い範囲の応用を持ち、現在では多くの都市、ジオテクニカル、輸送、ジオ環境、水力学及び個人開発応用、例えば道路、飛行場、鉄道、乗降場、土止構造、貯水場、運河、ダム、腐食制御、沈殿制御、埋め立てライナー、埋め立てカバー、鉱山、漁業及び農業などの分野である。ジオシンテープは薄いテープ（又はフィルムストリップ）でありセンサ使用可能なジオシンセティック材料から製造される。どのような構造物にも付すことができ、該構造物に与えられる機械的歪を測定する。より具体的に、前記ジオシンテープは、ジオシンセティック構造の機械的歪を測定するために使用される。前記センサ使用可能なジオシンセティック材料はセンサ可能性が埋め込まれており、前記ジオシンセティック構造のあらゆる位置でのジオシンセティック構造に与えられている機械的歪を測定することができる。前記ジオシンセティック構造の機械的歪が変化すると、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料の導電性が影響を受ける。
【００１５】
一般的に、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料はポリマ系材料（又はジオシンセティック材料）及び導電性フィラーを含む。ジオシンセティック構造で使用される前記ポリマ材料は通常は電気的に絶縁性材料である。導電性フィラーが、十分量ポリマ材料に添加されて、前記ポリマ材料を絶縁性材料から導電性材料へと変化させる。前記ポリマ材料に前記導電性フィラーを加えることは、前記ポリマ材料を前記センサ使用可能なジオシンセティック材料へ変化させ、前記ジオシンセティック材料自体が自己装置化又は「センサ使用可能」となり、前記ジオシンセティック材料内の実際的にあらゆる位置での歪をモニタすることを可能とする。前記ポリマ材料に前記導電性フィラーを加えることは、前記ポリマ材料の導電性を非常に増加させる（例えば数桁増加する）。
【００１６】
前記ポリマ材料はあらゆるポリマ又はポリマの組み合わせであってよい。これはジオシンセティック構造の所与の使用のために必要とされる必要な構造上の要求を提供する。ポリマ材料として使用できるポリマの例は、限定されるものではないが、ポリオレフィンポリマが挙げられる。ポリオレフィンポリマの例としては、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などが挙げられる。ある場合には、前記ポリマ材料はすでに導電性フィラーが含まれて製造された市販品から提供される。
【００１７】
前記導電性フィラーは全ての材料であってよく、前記ポリマ材料と混合されて導電性であるセンサ使用可能なジオシンセティック材料を提供できるものである。前記導電性フィラーの例は、限定されるものではないが、金属粉末、導電性カーボンブラック（ＣＢ）、グラファイトファイバ、カーボンナノチューブ（ＮＴ）などが挙げられる。さらに、カーボンナノチューブの具体例として、限定されるものではないが、単層ナノチューブ及び多層ナノチューブが挙げられる。前記導電性フィラーはすべての形状で提供されてよく、前記ポリマ材料を通じて導電性ネットワークを形成するものであればよい。例えば、導電性フィラーは、粒子、粒塊、ファイバなどが挙げられる。
【００１８】
前記導電性フィラーの前記ポリマ材料中の分散濃度は、ゼロ（即ち未添加のポリマ材料中への導電性フィラーの量）から増加され、前記ポリマ材料中の導電性フィラーに沿う絶縁性ギャップが消失するか、又はある極限値以下となる（例えば１０ｎｍ）。前記導電性フィラーの前記ポリマ材料中での極限濃度で、前記導電性フィラーは導電性結合のネットワークを形成し、電子が前記センサ使用可能なジオシンセティック材料を通じることが可能となる。
【００１９】
図面を参照し、特に図１を参照する。図１は、前記ポリマ材料中の前記導電性フィラー濃度と、得られるセンサ使用可能なジオシンセティック材料の導電率との関係を示す。前記ポリマ材料中の導電性フィラーの最小濃度であって前記センサ使用可能なジオシンセティック材料内に導電性パスの連続ネットワークの確立を可能とする濃度が、パーコレーション閾値と呼ばれている。前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの濃度が当該パーコレーション閾値を越えると、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料はパーコレーション領域に入る。前記パーコレーション領域（導電性フィラー濃度範囲）での前記センサ使用可能なジオシンセティック材料の導電性は、例えば前記導電性フィラーの配置の変化又は機械的歪などの因子に高い感受性となる。前記パーコレーション領域では、前記導電性フィラーのネットワーク構造の小さな変化（例えば、張力又は機械的歪）が、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性パスに劇的な変化をもたらす可能性があり、これにより、導電性に大きな変化をもたらす可能性がある。前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラー濃度が前記パーコレーション領域を超える濃度に到達すると、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラー濃度の増加は、最終的に相対的に緩慢に導電性を改良することとなるが、前記導電性フィラー間のより多くの３次元ネットワークを形成することにより歪に対する感受性は劇的に減少する。
【００２０】
フィラー濃度の前記範囲は前記パーコレーション領域を定義するが、該濃度は、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料を構成するために使用される導電性フィラーの具体的な種類により変動する。さらに依存の程度は低いがポリマ材料の種類により変動する。前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの目標濃度は、前記パーコレーション領域内に前記センサ使用可能なジオシンセティック材料を位置させる前記導電性フィラーの最大濃度である。前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が前記パーコレーション領域の上限濃度部分で提供されると、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料の前記導電性及び歪感受性が共に最大となる。
【００２１】
前記導電性フィラーは、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料に、ここで記載される前記センサ使用可能なジオシンセティック材料の機能を十分に達成できる量で提供される。本発明のひとつの実施態様において、前記導電性フィラーは前記センサ使用可能なジオシンセティック材料に、約０．０１重量％から約３０重量％の濃度の範囲で提供される。本発明の他の実施態様では、前記導電性フィラーは、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中に、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料の圧電抵抗性が前記パーコレーション領域に位置するような濃度で提供される。さらなる本発明の実施態様では、前記導電性フィラーは前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中に、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料の圧電抵抗性が前記パーコレーション領域の上限部、又は前記パーコレーション領域を５重量％超えるまで、に位置するような濃度で提供される。
【００２２】
本発明の他の実施態様は、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料の製造に向けられる。さらに、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料からジオシンセティック製品の製造の方法がここで提供される。前記センサ使用可能なジオシンセティック材料製造方法は、前記ポリマ材料及び前記導電性フィラーを準備することで開始する。前記ポリマ材料及び前記導電性フィラーはいかなる量で提供されてよく、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の前記導電性フィラーの量が、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料の前記圧電抵抗性が前記パーコレーション領域内か僅かに上回る程度に位置するように提供される。前記導電性フィラーの前記センサ使用可能なジオシンセティック材料中の分散（又は混合）は、知られたいかなる方法でも実施され得る。例えば該混合は、いかなる溶融ブレンド方法（例えば押出し混合）又は圧縮成型で実施され得る。前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が前記ポリマ材料及び前記導電性フィラーから製造されると、前記センサ使用可能なジオシンセティック材料はジオシンセティック製品、例えばジオグリッド又はジオメンブレンを成型するために処理される。
【００２３】
他の本発明の実施態様では、ジオシンセティック製品中のジオメトリック（又は機械的）歪を測定及び／又はモニタする方法が提供される。ジオシンセティック製品中のジオメトリック（又は機械的）歪を測定及び／又はモニタする方法において、ジオシンセティック製品は、ここで記載されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料を用いて構成される。ジオシンセティック構成、例えば機械的に安定化土壌壁（ＭＳＥ）の建造の際に、前記センサ使用可能なジオシンセティック補強材で構成される補強ゾーン内の選択された位置（測定位置）が、機械的歪を測定しモニタするために結合される。歪測定のための位置は、ジオシンセティック製品の層のいかなる部分でもよい。さらに、前記ジオシンセティック製品のジオメトリック歪の測定及び／又はモニタの方法は、前記ジオシンセティック構造が構成されるいかなる段階であってもよい。さらに、この方法はジオシンセティック製品を提供し、該製品は、その機械的歪を、前記ジオシンセティック製品の複数の位置で測定及び／又はモニタされてよい。
【００２４】
理解されるべきことは、前記ジオメトリック歪は当該分野の知られた方法を用いることで決定され得ることである。本発明の実施態様において、導電性リードが、導電性データを提供するために測定位置で前記ジオシンセティック層に接続される。前記リードは前記ジオシンセティック層に、種々の既定のゲージ距離で前記導電性データを提供するために接続されてよい。前記導電性データが提供されると、前記導電性データは処理され、前記ジオシンセティック構造の前記測定値でのジオメトリック歪を提供する。ジオメトリック歪の応答を測定し及び／又はモニタする当該方法は、構造の状態をモニタするデータ群を拡張する可能性を増強して以下の利点が得られる：（１）建造中のジオメトリック構造の機械的挙動についての、適用荷重レベルで及び地震及び爆発などの極端な事象下で、より正確な理解が得られること、（２）性能のデータベースが構築でき、これは分析又はコンピュータモデルを評価するために利用され得ること、及び（３）ジオシンセティック構造の建造及び改築の現在の設計方法論を、性能を基本とした設計方法論を開発することで改良し、これによってより合理的なかつ経済的なものとなり得る、ということである。
【００２５】
本発明のさらなる実施態様において、前記ジオシンセティック構成の測定位置から得られる導電性データ及びジオメトリック歪データは集められ記憶され得る。前記導電性データ及びジオメトリック歪データは、当該分野で知られる全ての目的、例えば上で説明した、のために集められ保存され得る。
【００２６】
図２を参照する。図２はジオグリッド１０（ジオシンセティック製品）のジオメトリック歪測定のための設定を示す。ジオグリッド１０は、複数の長軸リブ１２及び複数のクロスリブ１４を含む。図２には、明確にするために、３つの長軸リブ１２とクロスリブ１４のみを、それぞれ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１４ａ、１４ｂ、１４ｃと符号が付されて示されるジオグリッド交差１６は、前記長軸リブ１２及び前記クロスリブ１４の交差から生成され、図２では明確にすたるために、３つの交差１６のみが、１６ａ、１６ｂ、１６ｃと符号が付されて示される。前記ジオグリッド１０のジオメトリック歪を測定するために、前記ジオグリッド１０はワイヤ結合１８で提供され、複数の電気端末２０及び２２の組が、前記導電性リードと接続されている。図２では明確にするために、端末２０及び２２の３つの組のみが、２２ａと２０ａ、２２ｂと２０ｂ、２２ｃと２２ｂと符号が付されて示される。電気端末２０及び２２はゲージ長２４で分離される。前記ゲージ長２４を横切って、ジオグリッド１０（又はジオシンセティック製品）のジオメトリック歪が測定され及び／又はモニタされる。理解されるべきは、図２は、測定及び／又はモニタされるジオシンセティック製品の設定の特定の例を示すものであり、前記ジオシンセティック製品は、前記ジオメトリック構造の所与のゲージ長を横切るジオメトリック歪を測定するために当該技術分野で知られるすべての方法で、測定及び／モニタするために設定され得る、ということである。
【００２７】
センサ使用可能なジオシンセティックスを開発するために用いる手順
概要
以下の４つの連続する試験が以下で説明されるように、センサ使用可能なジオシンセティック（ＳＥＧ）材料（又は試験試料）を開発し及びそれらの導電性及び張力特性を決定した。１）試験Ｉ：導電性試験を開発して、それぞれのポリマ−フィラー複合体の前記パーコレーション閾値を決定し、対応するＳＥＧプロトタイプ（即ち、最適フィラー濃度を持つ複合体）を開発すること、２）試験ＩＩ：前記ポリマ−フィラー適合性を試験するためのＡＳＴＭＤ１７０８試験手順による張力試験、３）試験ＩＩＩ：ＳＥＧ試料の歪−導電性試験を行い、従来の装置（例えば歪ゲージ及び伸張計）を用いることなく、ジオメトリック歪を張力荷重に適用することで測定するという考え方を実証すること、及び４試験ＩＶ：選択されたＳＥＧジオグリッドをＡＳＴＭＤ６６３７試験手順により測定し、それらの機械的応答を試験すること、である。
【００２８】
材料
ここで開示されるＳＥＧの２つの主な分類は、ナノのチューブ（ＮＴ）を含むポリマと、カーボンブラック（ＣＢ）を含むポリマである。ＳＥＧ試料を開発のための原料ポリマ材料は、多層カーボンナノチューブ（ＮＴ）が２５重量％含まれるエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ＮＴが２０重量％含まれるポリプロピレン（ＰＰ）、カーボンブラック（ＣＢ）が含まれる高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）及びＣＢが含まれるポリプロピレンであった。これらの材料は市販品から入手され、対応する未処理のポリマ材料（即ち、導電性フィラーが含まれていない）とコンパウンド化（例えば希釈）することを推奨される。未処理ポリマ材料はＰＰ及びＨＤＰＥであり、これらはまた市販品から入手した。
【００２９】
ＮＴフィラーを含む試料とは異なり、ＣＢ充填試料についての充填複合体（即ち、フィラー濃度又は付加）については供給会社から当該発明者に開示されなかった。さらに、前記マスタバッチへの前記フィラーの分散技術に関する詳細は独占所有物である。従ってこの明細書では、ＣＢ充填試料はこれらの「マスタバッチ」を「未処理ポリマ材料」へ混合する比率で、実際の濃度の代わりに同定されている。ここで用いる「マスタバッチ」とは、供給された条件で、知られたフィラー濃度又は未知のフィラー濃度を意味する。
【００３０】
試験Ｉ：パーコレーション閾値の検討
ポリマ材料及び導電性フィラーの混合
おのおののポリマ材料について前記パーコレーション閾値及び目標フィラー濃度を見出すために、いくつかの試料が作られた。異なるフィラー濃度（ＮＴ）又は混合比率（ＣＢ）であって以下図６、７で説明される。これらの混合比率及び濃度値は、パーコレーション領域内及び近くの適切なデータ数を得るために選択され、この領域の形状が合理的精度で決定された。
【００３１】
おのおののマスタバッチは最初手動で、容器内の対応する未処理ポリマ材料ビーズを混合物中で均等に分布しているように見えるまで混合した。前記混合物はその後、１軸押出装置（ＫｉｌｌｉｏｎＫＬ−１００、ＫＩｌｌｉｏｍ／Ｄａｖｉｓ−Ｓｔａｎｄａｒｄ２００８）の混合部分を用いて押出した。さらに、１軸押出装置をコンパウンド化に用いる際に通常行われるように、この研究で製造されるそれぞれの複合体バッチは、混合物の均一性を高めるために２度押出しされた。押出し混合は、ポリマ材料にカーボンブラック（ＣＢ）を分散させる最も知られた方法であり、充填試料の複数押出しは導電性測定の標準偏差を減少させることに役立つ。しかし、過剰混合は望ましくなく、導電性粒子間のギャップが増加することで充填複合体の導電性及び歪感受性の減少につながる。押出装置の４つのゾーンでの温度は、これらのポリマ材料の射出成型のための推奨される値、さらに押出された混合物の品質の予備研究に基づいて、前記バッチ中の全てのポリマペレットが予備加熱され完全に溶融されかつ均一となるように選択された。最終段階でダイを加熱することで、押出装置からのバッチ流れが材料を過熱させることなく行われた。押し出されると、前記試料は冷水で冷却されＷａｙｎｅペレタイザでペレット化された。
【００３２】
試料調製及び導電性試験
５０ｍｍ直径、ディスク形状ポリマ材料試料を、ＣａｒｖｅｒＭｏｄｅｌＭ実験室用プレス及び加熱プレートを用いて、４４．５ｋＮ圧縮力（２２ＭＰａ圧縮力に等しい）で、１８０℃で１０分間、処理することで成型した。圧縮成型技術は、ポリマ材料／フィラーブレンドを製造するためにこれまで成功してきた。かつ、相対的に低パーコレーション濃度を与えることが報告されてきた。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）／ＣＢ複合体が圧縮成型を用いて製造されてきた。圧縮成型はナイロン粉末とＣＢをブレンドするために用いられてきた。そして有意に低パーコレーション濃度（即ち、９重量％）を与え、この値は溶融ブレンド方法を用いて予想される値（即ち２５重量％）よりも低い値である。
【００３３】
導電性試験が抵抗値を測定することにより実施された。これには、Ｋｅｉｔｈｌｙ６１０エレクトロメータとＭｏｄｅｌ６１０５抵抗値アダプタとを用いて行った。それぞれの試料の導電率は前記試験から得られた抵抗値の値を逆数として容易に計算された。表面及び体積導電率の両方のタイプの導電率測定が、前記試料につき前記試料に架ける異なる電圧を設定し、かつ前記エレクトロメータを用いてそれを通じる電流を測定することで行われた。
【００３４】
さらに、試料の導電率は、他の方法を用いて測定された。電源を外し、前記エレクトロメータで、前記試料の前記同じ２つの位置での電気抵抗を測定した。最初の方法が試料の導電率測定のために推奨される方法である。というのは、この方法は、前記試料のサイズとは無関係に前記試料の導電率を直接提供するからである。しかし、第二の方法（上とは異なり、導電率はサイズ依存するパラメータである）からの電気抵抗データは、試験試料のパーコレーション閾値の検出において第一の方法と良好に協力し、前記試験結果にさらなる信頼性を提供した。これらの独立した体積及び表面抵抗値測定はすべての試料の両面について行った。というのは、測定された導電性値の精度を高めるためである。さらに、導電性試験は、２つの見かけ上同じ試料につき、それぞれ５つのフィラー濃度レベル（即ち合計１０試料）で、測定値の信頼性を高めるために行った。
【００３５】
試験ＩＩ：ＡＳＴＭＤ１７０８によりポリマ材料試料の製造及び張力試験
同じ圧縮成型手順が導電性及び張力試験手順のために使用された。１．５トン手動圧出ダイカッタが個々のＡＳＴＭＤ１７０８試料を、特に製造されたダイを用いて前記ディスクから切り出された。ＡＳＴＭＤ１７０８手順に基づいて示される、ぎざぎざ付き金属グリップを前記試料に少しのタブ部分で接続した。グリップの位置は、前記試料への力がほとんどゼロとなるまで非常に細かく調節され、その後試料は、破壊されるまで１分間で１０％の速度で引っ張られた。
【００３６】
試験ＩＩＩ：ＳＥＧ試料を製造し、ＳＥＧ試験の考え方の実証
パーコレーションダイヤグラム（以下図６）から決定されたフィラー濃度を持つプロトタイプジオグリッド（ともにＨＤＰＥ及びＰＰ）が、ここで記載された成型方法で製造された。以下説明するように、歪制御張力試験を、４．３８％ＮＴ／ＨＤＰＥ、２．８％ＮＴ／ＰＰ、５０／５０ＣＢ／ＨＤＰＥ及び３３／６７ＣＢ／ＰＰ（即ちＳＥＧ）試料につき実施された。同時にこれらの抵抗値についても測定された。試験からのデータは、ＳＥＧ試料の導電性と歪の関係を作成するために使用された。
【００３７】
ＳＥＧ試料製造のための成型方法
歪−導電性測定が、シングルリブＳＥＧ試料で実施された。これらの試料は、それぞれのポリマ材料を、２５０℃のオーブン中で約３５分間、圧縮成型することで製造された。金型は一組の１０ｃｍｘ１０ｃｍのアルミニウムプレートからなり、金型の自重は前記金型への通常荷重として使用された。前記プレートのひとつは前記プレートの内側に３ｘ２−開口格子溝を持ち、溶融ポリマ材料が、２５．４ｍｍｘ４４．５ｍｍ開口サイズを持つジオグリッドの形状で形成された。前記溝の幅は均一で６．４ｍｍが全金型に亘っている。前記試料が完全に溶融し、成型後、金型はオーブンから外され、水浴中で冷却される。前記プレートをそれぞれ外し、ジオグリッドを注意深く取り出す。
【００３８】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージ
それぞれのＳＥＧグリッド分類の試料（即ち、ＮＴ／ＨＤＰＥ、ＮＴ／ＰＰ、ＣＢ／ＨＤＰＥ、及びＣＢ／ＰＰ）を液体窒素で凍結し、破壊（破砕）断面を得るために破砕した。破砕ジオグリッド試料を、１０ｍｍ長ｘ３ｍｍ幅、厚さ１．５ｍｍに限定するために切断し、乾燥し、ＳＥＭのために金コーティングした（断面が導電性となるように）。前記試料が用意されると、曲げられた銅ストリップ（いわゆるボート）に載せ、ＪＥＯＬＪＳＭ−８８０高分解能走査電子顕微鏡の対象レンズ内に入れ、最大倍率ｘ３０００００倍（ＳＲＮＥＭＬ）で観測した。ＳＥＧ試料の例示ＳＥＭイメージは図４にｘ５０００倍で示されており、中に挿入されたイメージはそれぞれｘ２５０００倍又はｘ５００００倍である。これから観測できることは、ＣＢもＮＴフィラーも容易にＳＥＭイメージで同定でき、これらはともに十分分散されており、ＨＤＰＥ及びＰＰポリママトリックス内に取り込まれていることである。
【００３９】
ＳＥＧ試料の歪−張力試験
４４．５ｍｍ長、６．４ｍｍ幅、１．３５ｍｍ厚さのシングルリブ試料が、前記金型（図３）で製造されたジオグリッドから切り出され、張力試験装置に設定された。導電性リードが前記試料の両端に付され、銀エポキシが、前記リードと前記ポリマ間に信頼性のある高導電性（例えば、抵抗値が１０−４Ωｃｍのオーダー）を得るために適用された。試料の張力試験は次の荷重手順で行った。前記試料は最初の１分間は、１分間に１％で延ばし、その後１０分間一定引張りを維持する（図５ａ）。この荷重手順は、相対的に遅い荷重速度でＳＥＧ試料に荷重し（現場の状態をシミュレーションする）、同時に試験時間を最小にするために採用された。応力緩和期間の時間（即ちｔ＝１０分）は、予備試験からの結果を調べて決定された。ここで前記予備試験は、約１０分を超えると応力緩和の程度が消えるであろうということを示した。次の荷重増加適用への遅延は、前記試料の導電性はほとんど一定である試験時間をより長くするだけである。図５ａに示される荷重パターンは、前記試料の引張りが１５％まで達するか、前記試料が破断されるまで繰り返される。抵抗測定は、前記試験の最初及び１０分の緩和時間の後で前記エレクトロメータを用いて行われた。図５ｂ及び図５ｃは、ＣＢ／ＨＤＰＥ試料で得られた歪−時間の荷重−歪応答の例を示す。
【００４０】
いくつかのＳＥＧ試料の電気抵抗は十分高く、試験装置の導電性は無視できない程度であった。従って、前記試料から前記試験装置を電気的に分離する手順が採られた。このことは、前記クランプで前記試料を配置する前に絶縁テープでＳＥＧ試料を包むことで達成された。いくつかの試みがなされ、前記絶縁テープの厚さが最適化されクランプ内で前記試料が滑り落ちないようにされた。同様の試みが試料の電気的絶縁のために文献に報告されている。
【００４１】
いくつかの試料が試験中に急激に破壊されるというよりは徐々に破壊されていくことが観察された。前記試料中のマイクロ破壊は前記電気的プローブ間に生じ、測定された抵抗値はそれに応じてスパイク状を呈した。一方、前記試料の破壊が前記プローブ間の拡がりの外で開始される場合には、応力−歪曲線は大きく変化し、電気抵抗は実際にはほとんど変化しなかった。これらの事象はここで示されるデータのばらつきに寄与している可能性がある。
【００４２】
試験ＩＶ：ＡＳＴＭＤ６６３７によるＳＥＧジオグリッドの製造及び張力試験
一連の張力試験を行い、ＡＳＴＭＤ６６３７によるＳＥＧジオグリッドの機械的応答を調べた。この試験で必要な前記ジオグリッド試料は、ＭｏｄｅｌＴＥＧＢａｌｄｗｉｎ−Ｔａｔｅ汎用試験装置を用いてペレットを圧縮して製造された。試料は特定の溝付きのアルミニウムプレート金型中に置かれて１８０℃で４．４５ｋＮで１５分間圧縮された。前記金型は７ｘ５開口部格子を含み、３５０ｍｍ長さ及び２５０ｍｍ幅、溝幅３ｍｍ及び開口サイズ４１ｍｍｘ２５ｍｍであった。加熱はＢａｒｎｓｔｅａｄＴｈｅｒｍｏｌｙｎｅＳＲＬ１２２４１加熱マットにより、絶縁層として上下に設定された木板を用いて供された。Ｊ−ＫＥＭＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＭｏｄｅｌ２１０温度制御装置により前記試料温度を制御した。金型を設定から外し、冷却のために水に漬けた。シングルリブＳＥＧ試料は、Ｄ６６３７試験手順で記載される方法Ａにより切断された。歪は１分間１０％伸張で破壊されるまで引っ張った。
【００４３】
結果と議論
試験Ｉ：パーコレーション閾値結果
図６は本研究で試験されたＣＢ充填及びＮＴ充填ポリマ材料の体積及び表面導電率の例を示す。図６に示される結果は、通常の導電率−濃度プロットであり、パーコレーション領域が明瞭に同定され得る。体積及び表面導電率試験から得られる結果は、ＣＢ充填ポリマ材料及びＮＴ充填ポリマ材料においてお互いに一致していた。ＮＴ／ＰＰ及びＮＴ／ＨＤＰＥ材料について最適濃度（即ち歪感受性及び導電性の程度が最適化される）が、２．８％及び４．３８％とそれぞれ見出された。ＣＢ／ＰＥ及びＣＢ／ＰＰについても最適混合比は５０／５０及び３３／６７であることが見出された。これらの最適値（ＳＥＧを製造するための）は図６の点線で示される。留意すべき点は、上で報告した最適濃度及び混合比率は、図６に報告されているいくつかのデータ点によるということであり、これら最適値は、対応する導電性フィラーを少し異なる量を混合することで微調整され得るということである。しかし、試料調製手順による導電性の違いは、上で報告された最適値のすべての誤差よりより重要である。
【００４４】
試験ＩＩ：ＣＢ充填及びＮＴ充填ポリマ材料の張力応答（ＡＳＴＭＤ１７０８）
図７は、：ＣＢ充填及びＮＴ充填ポリマ材料試料の張力応答結果を示す。図７ａに示される結果は、この研究で製造されたＣＢ／ＰＰ試料は供給されたままの試料（即ち、未使用及びマスタバッチ試料の両方）よりも非常に低い張力荷重で破断した（約１／３）。この観測結果は、２つのＰＰポリマ材料（即ち未使用及びマスタバッチ）はそれほど適合性ではないということを示す。一方ＣＢ／ＨＤＰＥ試料について異なる濃度での張力値は、未使用及びマスタバッチで得られた値の範囲内であった。図７ａ及び７ｂで示される結果は、フィラー濃度は、ＨＤＰＥ試料よりもＰＰ試料により大きく影響するということを示す。例えばＮＴ充填ＰＰ試料の前記パーコレーション閾値での張力値は未使用ＰＰ試料の値のほぼ半分であった。
【００４５】
図７ｃ及び７ｄは、ＣＢ充填及びＮＴ充填試料で得られた破断張力を示す。図７ｃ及び７ｄで示される結果は、導電性フィラー（即ちＣＢ及びＮＴフィラーとも）の存在は、ＨＤＰＥポリマ材料の破断張力を大きく減少させるということである。例えば、図７ｃで示される結果は、ＣＢ充填ＨＤＰＥ試料でマスタバッチ対未使用ポリマ材料の比率が５０％よりも大きい試料は、前記元の材料に比べて相当壊れ易いものであることを示す。このＮＴ充填ＰＰについての比率は約５％マスタバッチ又は１．２５％フィラー濃度である（図７ｄ）。
【００４６】
図７ｃ及び７ｄで示される結果を比較すると、未使用ＰＰポリマ材料への導電性フィラーの添加は、ＨＤＰＥポリマ材料で観測された破壊張力に関して同じ程度の悪影響は持たない、ということを示す。実際、図７ｃで示される結果は、ＣＢ充填ＰＰの破壊張力はＣＢフィラーの量とともに増加し、最適値は５０％のマスタバッチ対未使用ポリマ材料の比率であることを示す。一方、ＮＴ充填ＰＰ試料では破壊張力は、未使用ポリマ材料について約３％から、２０重量％ＮＴフィラーを含む試料についての１％より少し多くへ、徐々に減少した。この定性的な違いの理由は、次の因子のひとつ又はそれ以上に関していると考えられる。即ち、マスタバッチＰＰ樹脂と未使用ポリマ樹脂との適合性の違い、異なる導電性フィラー材料の分散の質の違い（図４）、又はＣＢ充填材料中の表面間接着の質がＮＴ充填試料とは異なる、ことである。カーボンブラックを分散させた結果の充填ポリマ材料の機械的性質の複雑な傾向は、以前の研究報告に含まれている。
【００４７】
試験ＩＩＩ：ＳＥＧ試料の歪−導電性応答
図８には、試験Ｉから決定された最適フィラー濃度を持つＳＥＧ試料について得られた歪−導電性応答を示す。ＣＢマスタバッチ対未使用ポリマ材料の比率及びこれらの試料中のＮＴフィラー濃度がプロット上に示される。図８ａ及び８ｂで示される結果は、ＮＴ充填及びＣＢ充填ＨＤＰＥ試料の両方に対応する抵抗値（又は導電率）は歪感受性であることを示す。ＣＢ充填ＨＤＰＥ試料は、共に歪感受性を示し、及びＮＴ充填試料よりもデータではわずかに大きいばらつきを持つことを示す。ＮＴ充填試料の歪感受性が、ＣＢ充填試料の歪感受性と比べて減少していることについてのひとつの説明は、ＮＴ粒子がＣＢ凝集物に比べて非常に大きなアスペクト比を持つということである（図４参照）。このことにより、長い棒状ＮＴ粒子が、前記複合体試料が歪張力が供された場合にも、お互いの接触を維持させることとなる。その結果、ＮＴ充填ポリマ材料の抵抗性は、ＣＢ充填試料と比べると、相当大きな値に到達しない限りほとんど変化しないということとなる。図８ｃで示される結果は、ＣＢ充填ＰＰ試料に応じる抵抗性（又は導電率）はまた、歪感受性であるということを示す。しかし、ＮＴ充填ＰＰ試料の導電性の歪−感受性は無視できる程度であることが見出された（図８ｄ）。これらの結果は、ＮＴ凝集体が十分な３Ｄ導電性ネットワークをＰＰホスト材料中に形成し、従って、前記試料に適用される歪の大きさを超えて導電性パスの重要な部分を維持することを示す。その結果、前記試料の抵抗性は、張力荷重が負荷された場合でも大きくは影響されることがない。
【００４８】
図８に示される結果の興味あるひとつの側面は、大きな歪感受性がポリオレフィン（即ち、ＰＰ及びＨＤＰＥ）で得られたことである。これらポリオレフィンはジオグリッドで使用されるものであり、ジオシンセティック技術で興味が持たれる相対的に低い歪値である。例えば、ＮＴ／ＰＰ試料（図８ｄ）を除いて、図８で示される結果は、電気抵抗値の約１００％（又はそれ以上）の増加が、ＨＤＰＥ及びＰＰの両方において歪ε＝４％で、達成され得ることが示される。これらの結果は、ＳＥＧ技術（データのばらつきを減少する製造技術でさらなる改良とともに）が、種々の応用現場でのジオメトリック歪を測定するための新規な方法として見込みのある技術であることを示す。同時に、同じ結果が、試料間の再現性がこの技術の精度及び信頼性を改良するために改良される必要があることを示す。
【００４９】
試験ＩＶ：ＳＥＧ試料の張力応答（ＡＳＴＭＤ６６３７）
ＡＳＴＭＤ６６３７試験手順によるＨＤＰＥＳＥＧ試料の張力試験結果が図９に示される。この結果は、ＣＢ充填及びＣＮ充填試料がともに、それらのピーク強度より前に非常に整合性のある機械的応答をすることを示す。ほとんどの試料はそれらのピーク強度を超えて柔軟な歪軟化挙動を示した。図９に示される結果は、この研究で開発されたＳＥＧ試料が、補強応用に好ましい機械的性質（即ち、柔軟性及び張力）を維持していることを示す。
【００５０】
ここで記載されたジオシンテープ（センサ使用可能なジオシンテープ）が図１０で詳細に示され、符号３０と参照されている。このジオシンテープ３０は、すべての望ましい場所ですべての構造での機械的歪を測定するために使用され得る。ここで記載されたように、ジオシンテープ３０は、ジオシンセティック構造の望ましい位置で機械的歪を測定するために使用される。
【００５１】
ジオシンテープ３０は、ストリップ状の材料であり、既定の長さ３２、既定の幅３４及び既定の高さ３６を持つ。前記長さ３２、幅３４及び高さ３６は、前記ジオシンテープ３０が、前記構造にかかる機械的歪を決定するために付される前記構造に依存する。前記ジオシンテープ３０はここで説明されたセンサ使用可能なジオシンセティック材料で構成される。
【００５２】
本発明の他の実施態様で、前記ジオシンテープ３０を製造する方法が提供される。前記製造方法は先立って選択されたポリマ材料、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）及び先立って選択された導電性フィラー、例えば導電性カーボンブラック（ＣＢ）の準備を含む。次に、前記ポリマ材料及び前記導電性フィラーを加熱・混合して前記センサ使用可能なジオシンセティック材料を製造する（上で説明した）。前記センサ使用可能なジオシンセティック材料が製造されると、前記ジオシンセティック材料は既定の長さ３２、幅３４及び高さ３６に、高圧縮力で成型される。
【００５３】
本発明のさらなる実施態様において、前記ジオシンテープ３０を介してそれが付されたジオシンセティック構造物の機械的歪を測定する方法を提供する。図１１ａ及び１１ｂは、ジオシンテープ３０が付されたジオシンセティック構造４０（例えばジオグリッド）を示す。本方法は、ジオシンセティック構造４０を準備し、前記機械的歪が測定されるべき前記ジオシンセティック構造４０の既定の位置を選択することを含む。次にジオシンテープ３０及びジオシンセティック構造４０が既定温度に加熱されて、前記ジオシンテープ３０が前記既定の位置で前記ジオシンセティック構造に付設される。前記ジオシンテープ３０と前記ジオシンセティック構造が付設されると、電気リードを前記ジオシンテープ３０に接続し、前記ジオシンテープ３０にかかる機械的又はジオメトリック歪を測定する。本発明のひとつの実施態様において、前記電気リードは前記ジオシンテープ３０及び前記ジオシンセティック構造の間に、２つが一体となる前に配置することができる。
【００５４】
ジオシンテープについての実験手順及びデータ
圧縮成型
カーボンブラック（ＣＢ）充填サンプルは圧縮加熱装置内に設けた金型で製造した。ディスク形状の試料のための金型は、６３ｍｍ直径及び長方形金型は８３ｍｍｘ１２０ｍｍであった。前記ポリマ材料サンプルをＫａｐｔｏｎフィルム（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｄｕｒａｆｉｌｍ）の２層にサンドイッチして、圧縮加熱プレートに付着することを防止した。さらに、２つの５ｍｍ厚さ、１００ｍｍｘ１００ｍｍ鏡面ステンレススチールプレートを前記サンプルの上下に設けてサンプル表面が滑らかとなるようにした。全てのサンプルの成型温度は、融点の２０〜４０℃上に設定され、１２トンの力で１０分間圧縮した。ディスク形状及び長方形状試料の圧力は、それぞれ３５．７５ＭＰａ及び１１．８ＭＰａであった。グリッド形状試料のために、力は５トン（１１．３ＭＰａ）に低減し金型の損傷を防止した。前記圧縮装置からサンプルを取り出した後、水に漬けてフィルムから分離し金型から離した。
【００５５】
充填試料の歪−抵抗値応答
試験設定及び手順
４３ｍｍ長さ、１０ｍｍ幅の試料を上で説明した圧縮成型装置を用いて製造した。試料の厚さは、０．７１ｍｍから０．７６ｍｍの間で変動した。この試験での試料の成分は上で説明したパーコレーション領域内の最適濃度のＣＢフィラーを含む。供される歪に対する感受性を試験するために、それぞれの試料はモノトニック張力荷重を適用され、歪速度２％／分とし、また抵抗値について１５秒ごとに、Ｋｅｉｔｈｌｅｙエレクトロメータを用いて２点プローブ構成で測定された。ＣＢ充填ポリマ材料のそれぞれのタイプについて、前記パーコレーション閾値を越えた２つの濃度が、おのおのの濃度について５つの試料を用いて試験された。試料の歪感受性は、早期破断がないかぎり１０％までの歪で試験された。
【００５６】
図１２及び１３は、５つのタイプＣＢ充填ＬＤＰＥ及びＰＰ複合体の最適濃度近くでの歪−抵抗値の結果を示す。測定された抵抗値（Ｒ）は初期抵抗値（Ｒ０）の規格化された。Ｒ０の大きさの程度Ｏ（Ｒ０）は、それぞれ複合体について、図中に示される。ここから、全ての充填ポリマ材料の抵抗値は歪感受性があることが分かる。ＰＰ複合体は壊れ易いことから、該試料はより大きい歪（ε＞１０％）の到達する前に破壊された。これとは対照的に、ＬＤＰＥ複合体は、１０％の歪の大きさで試験されることができ、それらの導電性における大きな歪感受性を示した。図１２及び図１３の結果は、図１４及び図１５において２％より小さな引張りの範囲で再度プロットされたものである。２％よりも小さい歪は、異なるタイプの土壌補強構造の適用可能な範囲と同じ程度の大きさである。
【００５７】
図１４及び図１５の結果は、２％よりも小さい歪に対して試験された充填ポリマ材料のほとんどの規格化された抵抗値は１及び２の間で変動することを示した。しかし、ＰＰ／ＣＢ１及びＬＤＰＥ／ＣＢ４複合体の規格化抵抗値は歪２％に近づくと２を超え得る。ＰＰ＋５％ＣＢ１を除いて、ＰＰ複合体の歪−抵抗値データのばらつきは、ＬＤＰＥ複合体のデータのばらつきと同程度であった。試験されたＬＤＰＥ複合体のうち特に、ＣＢ４−充填試料は他の場合に比べてデータばらつきが大きい。これらの場合についての可能な説明は、前記ポリマのサイズがより大きいほど及び／又はＣＢ４の粒子サイズがより大きいほど、サンプル間でのホストポリマ内のＣＢの分散が不均一になる、ということである。試験された全ての試料の歪−抵抗性応答は、より大きな引張り（例えば＞５％）では非直線性を示す。しかし、より小さな引張り（例えば＜２％）では、全てのＣＢ充填複合体は合理的に直線として近似できる。
【００５８】
歪−抵抗性測定におけるゲージ長さの影響
ＣＢ充填ＬＤＰＥ試料は、ゲージ長さが７ｍｍ及び２５ｍｍを用いて、歪−抵抗性測定におけるゲージ長さの影響を調べるために試験された。図１６は、２％よりも小さな引張り及びよりおおきな引張りのそれぞれについての測定結果を示す。図１６で示される結果は、より小さなゲージ長さが、より大きな歪感受性を与えるが、測定データはよりばらつきが大きくなることを示す。２５ｍｍゲージ長さを用いて測定された試料の感受性で適切であると思われるが、現場適用で必要ならばさらに増幅されてもよい。しかしデータのばらつきはできるだけ避けるか最小化する必要がある。従って次のように結論される。すなわち、２５ｍｍ（１インチ）のゲージ長さが、この研究でのシングルリブジオシンテープ試料での歪−導電性応答にはより適切である、ということである。
【００５９】
ジオシンテープ感受性結果の実証及びＳＥＧ歪ゲージ因子の計算
ここで提供された歪−抵抗性結果の実証で、５つの新しい試料が、上で説明された同じ手順を用いて、それらの歪−抵抗性（又は歪−導電性）応答の測定が試験された。これにより、該試料は、最初の試験で得られた結果と比べてより高い歪に対する感受性を示すことが見出された。第二の５つの試料が、この相違する結果についての可能な理由を決定するために試験された。図１７は、この研究で試験された全ての３セットのＬＤＰＥ−１０％ＣＢ２についての歪−抵抗性応答が示されている。次のことが観測される。即ち、より最近製造された、実証用試料セットは、開発用セットに比べてより高い歪に対する感受性を持つことである。さらに、２つの実証用セットの歪−抵抗性応答は整合性がある。試験の３セットのための押出し、製造及び試験方法は同一であったことから、開発セットと実証セット間の結果の違いは、ほとんどが、異なる時点で使用された成分材料性質（即ち、ポリマペレット及びＣＢフィラー）におけるわずかな違いに起因すると思われる。
【００６０】
図１７の結果に基づき、２つの実証試験からのデータが、この研究で開発されたジオシンテープの歪ゲージ因子を決定するために使用された。異なる傾向を示す線が、データのベストフィットを決定するために調べられた。その結果、多項式２次近似曲線が測定データについてベストフィットする（表１）。測定された規格化抵抗値対歪（図１８）の平均値に基づき、試験されたＬＤＰＥ−１０％ＣＢ２ジオシンテープ試料の歪ゲージ因子は、次の式で与えられる。
０．１０１１（ε）２＋０．２３０８（ε）＝［（Ｒ／Ｒ０）−１］
従って、
ε＝｛２ｘ［２５２７５００ｘ（Ｒ／Ｒ０）−２１９４５７１］０．５−１１５４｝／１０１１
ここで、（Ｒ／Ｒ０）は規格化抵抗値であり、εは引張歪である。
【００６１】
式４で与えられるタイプの歪−抵抗性関係は、現場適用のための他の種々の異なるジオシンテープのために展開され得る。
【００６２】
【表１】
2014519596.tif 000003
表１：測定ＳＥＧ歪と、異なる近似曲線を用いた計算値歪との比較（ジオシンテープ）
押出し成型ジオグリッドへの付設
純粋なＨＤＰＥからなる１００ｍｍｘ１０４ｍｍＨＤＰＥジオグリッド試料がここで説明された圧縮成型方法を用いて製造された。ジオシンテープ試料（８３ｍｍ長さ、６ｍｍ幅及び０．７ｍｍ厚さ）が製造され、加熱装置を含む加熱プレート上に置かれて１０５℃に加熱された。ＨＤＰＥジオグリッドを前記ジオシンテープ上に配置し、これらをともに他の加熱プレートでカバーした。トッププレートは９５℃に加熱された。これらの温度は、試行錯誤実験を繰り返して、この目的のための適切な値として見出された。上で報告された値よりも低い温度では、前記ポリマ材料をお互いに適切に溶融させるには不十分であることが見出された。より高い温度では、前記ジオシンテープのさらなる溶融を生じさせてそれを非常に薄いフィルム層に変形させてしまった。その結果、報告された温度がこの作業の目的に適したものであることが見出された。この完全なプレート／ジオグリッド／ジオシンテープ組み立て物に、５５Ｎ重量の鉄ブロックを用いて通常の圧力を供与された。この重量は、前記テープを前記グリッドに、この温度で何らの見かけ上の損傷なく圧縮するために適していることが見出された。この組み立て物を１０分間加熱した後、前記プレートを同じ荷重をかけたままで１５分間冷却した。
【００６３】
ＰＶＣコーティングポリエステルジオグリッド（ＰＶＣ／ＰＥＴ）への付設
最初に、ここで説明した加熱結合方法により、ＣＢ充填ＬＤＰＥテープ（ジオシンテープ）がＰＶＣコーティングポリエステルジオグリッドへ付設された。該テープは導電性−歪試験の間に早期破壊を生じた。これは前記テープと粗かつ溝つきのジオグリッド表面との間の不適切な結合及び応力集中によるものであった。この付設方法を改良するために、サンドペーパを用いてＰＶＣコーティングを取り除きポリエステル繊維の滑らかな表面を暴露させた。その後、かなり厚めの（即ち、１．５ｍｍ）ジオシンテープを前記ポリエステル繊維に付設した。より厚いテープを用いる目的は、ポリエステル繊維間のＬＤＰＥ材料の損失を考慮することであった。この方法を用いることで、試料は張力試験で早期破壊が起こらなかった。
【００６４】
ジオグリッド／ジオシンテープ試料の歪−抵抗性応答
ここで記載されたように製造されたジオグリッド／ジオシンテープはここで説明された同じ手順を用いて歪−導電性応答が試験された。ＣＢ充填ジオシンテープ試料が、例えばＣＢ２、ＣＢ３及びＣＢ５などの異なるタイプのカーボンブラック（ＣＢ）を用いて作成された。それぞれのタイプのＣＢについて、最適ＣＢ濃度を持つジオシンテープが使用された。というのは、これらが適用される歪に最も感受性があるからである。試験された前記ジオグリッド／ジオシンテープ及びシングルリブ／ジオシンテープ試料の結果が以下に説明され比較される。
【００６５】
図１９は、５つのジオシンテープ／押出しＨＤＰＥジオグリッド試料の結果を示す。分離されたＬＤＰＥジオシンテープ試料の結果は図１２に示されていたが、比較のために図１９の右側に示されている。図１９及び図２０に示される、分離されたジオシンテープ試料の結果と共にジオシンテープ／押出しＨＤＰＥジオグリッド試料の導電性結果についての比較は、分離されたジオシンテープ試料の感受性が、それが前記ジオグリッドに付設されると歪依存性及びその大きさの程度共に減少すること、を示す。感受性の減少の程度は、低構造ＣＢ（即ち、ＣＢ２及びＣＢ３）を持つジオシンテープ試料においてより大きかった。これは、熱結合工程によりＣＢ内の結合性が大きく減少したことによると考えられる。このことは、さらに低分岐（低構造）ＣＢ粒子を用いる場合により大きくなるであろうことが予測される。
【００６６】
分離されたジオシンテープ試料についての結果（図１２〜１５）と同様、低構造ＣＢジオシンテープ／ジオグリッド試料（即ち、ＣＢ２及びＣＢ３充填）は、それらの導電性の結果において低いばらつきを示した。
【００６７】
ＰＰからなるジオシンテープをジオグリッドへ付設することは困難であることが分かった。というのは該複合体が非常に壊れ易くなるからである。試験されたＬＤＰＥジオシンテープ試料のなかで特に、ＬＤＰＥ／ＣＢ２ジオシンテープが、２％よりも小さい歪での結果において最も少ないばらつきを示し、従って意図される応用のために最良の候補であると考えられる。
【００６８】
ＰＥＴ／ＰＶＣジオグリッド／ジオシンテープの歪−導電性応答
図２１は、ここで説明されたＰＥＴ／ＰＶＣ／ジオシンテープの歪−導電性応答を示す。図２２は、２％歪内の同じ結果を示す。図２１及び図２２は、ジオシンテープが、ＰＥＴ／ＰＶＣジオグリッドで使用される際に歪−感受性導電性を生じることを示す。しかし、結果のばらつきは有意であり低減する必要がある。ほとんどの試料は有意の感受性を示すが、これらの感受性はより大きな歪に従って減少し始めた。
【００６９】
ジオグリッド／ジオシンテープ試料の測定された歪−抵抗性応答へのゲージ長さの影響
押出しグリッド／ジオシンテープの測定された歪−導電性結果についてのゲージ長さの効果が、７ｍｍ及び５０ｍｍゲージ長さを用いて研究された。図２３にその結果が示される。ジオシンテープ試料と同じく、低ゲージ長さ（即ち７ｍｍ）を用いて試験された試料は、歪に対してより高い感受性を示した。しかし、同じ試料についてデータのばらつきは、５０ｍｍゲージ長さを用いて試験された見掛け同一の試料に比べて有意に大きかった。従って、次のことが結論された。即ち、この研究では、５０ｍｍ（２インチ）長さのゲージが、押出しグリッド／ジオシンテープ試料の歪−導電性応答を測定するためにより適切である、ということである。
【００７０】
測定された導電性結果について電気リード（コネクタ）の影響
ＨＤＰＥグリッドへ付設されたジオシンテープの導電性が２つのタイプのコネクタを用いて測定された：１）アルミニウムリード／アクリル系ブロック、及び２）銅ワイヤリード（これは現場適用においてより好ましい方法である）。前記銅ワイヤは前記ＬＤＰＥジオシンテープとＨＤＰＥグリッド間に、２つのポリマ層が共に熱接合される前に配置された。
【００７１】
図２４〜２６は、上で説明した２つの電気コネクタを用いた５つのジオシンテープ／ＨＤＰＥグリッド試料の導電性−歪試験の結果を示す。これから以下のことが分かる。すなわち、アルミニウムリード／アクリル系コネクタが、銅ワイヤリードに比べてより整合性のある（即ちばらつきの少ない）導電性結果を与えたということである。銅ワイヤが加熱工程でＬＤＰＥテープを切り裂くことが見出された。これは、銅ワイヤを用いた結果がよりばらつくということを説明する。この問題を解決するために、銅ワイヤは圧縮されて平面状に結合するようにされた。これによっても前記ワイヤの導電性は変わらないと考えられる、しかも加熱工程でＬＤＰＥテープを切り裂くことはないであろうと考えられる。
【００７２】
図２５は、平坦化銅ワイヤリードを持つ５つのジオシンテープ／ＨＤＰＥグリッド試料で得られた導電性−歪応答を示す。予想とは異なり、結果のデータばらつきは最初の銅リードワイヤを用いた場合と比べて減少しなかった。しかし、歪に対する導電性の感受性が有意に減少した。平坦化された断面及び円形断面のリードワイヤは共に、測定された導電性結果において、アルミニウムリード／アクリル系コネクタに比べて、より高いデータのばらつきを示した。結果データのばらつきは特に円形断面銅ワイヤで大きかった。というのは、前記テープは全試料に亘り連続ではなかったからである。
【００７３】
図２７は、歪０〜２％での同じ歪−抵抗値結果を示す。これらの結果は明らかに、ＳＥＧ試料の測定された歪−抵抗性の性能において、適切な電気接続の重要性を示す。アルミニウム／アクリル系リードを用いて得られた結果（図２７）はより整合性があり、歪との直線関係を示し、このことは現場適用において望ましいことである。一方、銅ワイヤを用いて得られた結果（図２７）は、歪に対して非常に高い感受性を示したが、このことはＳＥＧを応用する上で他の重要な、望ましい特性となる。産業上の応用のためにこれらの重要な特性を提供できる接続を開発するためにはより多くの仕事が必要である。
【００７４】
グリッド／ジオシンテープ感受性結果の実証及びＳＥＧ歪ゲージ因子の計算
歪−感受性結果を実証するために、５つの新たな試料につき、ここで記載された同じ手順を用いてそれらの歪−抵抗性応答を試験した。該試料は最初に試験された試料の結果と比べてわずかに高い感受性を示した。この２つのセットの試験のための、押出し、製造及び試験方法は全て同一であることから、開発用セットと実証用セット結果の違いは、ほとんどが、異なる時点で使用された成分材料性質（即ち、ポリマペレット及びＣＢフィラー）におけるわずかな違いに起因すると思われる。
【００７５】
図２８は、押出しジオグリッド及び５％ＣＢ５ジオシンテープの両セットにつき歪−抵抗性応答を示す。図２８に示される結果に基づいて、実証試験からのデータが、この研究で開発された押出しグリッド／ジオシンテープ試料の歪ゲージ因子を決定するために使用された。異なる近似曲線が試され、多項２次近似曲線が測定データにベストフィットすることが見出された（表２）。
【００７６】
図２８の結果に基づき、実証試験からのデータが、試験された、純粋なＨＤＰＥから製造された押出しグリッドに付設されたＬＤＰＥ及び５％ＣＢ５から製造されたジオシンテープの歪ゲージ因子は、次の式で与えられる。
０．００４９（ε）２＋０．１０５９（ε）＝［（Ｒ／Ｒ０）−１］
従って、
ε＝｛［１９６０００ｘ（Ｒ／Ｒ０）−８３８５１９］０．５−１０５９｝／９８
ここで、（Ｒ／Ｒ０）は規格化抵抗値であり、εは引張歪である。
【００７７】
【表２】
2014519596.tif 000004
表２：測定ＳＥＧ歪と、異なる近似曲線を用いた計算値歪との比較（押出しジオグリッド／ジオシンテープ試料）
以上の記載から、本発明は、本発明に本質的なものと同様に、前記対象物を実行し、ここで説明した利点を達成するために十分適合させ得るものであることは、明らかである。ここではこの開示のために、本発明の好ましい実施態様について記載されてきた。しかし、開示され請求される本発明の範囲内で達成され、当業者に容易に理解される多くの変更がなされ得るものであることは理解される。
【図１】
2014519596.tif 000005
【図２】
2014519596.tif 000006
【図３Ａ】
2014519596.tif 000007
2014519596.tif 000008
【図４ａ】
2014519596.tif 000009
【図４ｂ】
2014519596.tif 000010
【図４ｃ】
2014519596.tif 000011
【図４ｄ】
2014519596.tif 000012
【図５ａ】
2014519596.tif 000013
【図５ｂ】
2014519596.tif 000014
【図５ｃ】
2014519596.tif 000015
【図６ａ】
2014519596.tif 000016
【図６ｂ】
2014519596.tif 000017
【図７ａ】
2014519596.tif 000018
【図７ｂ】
2014519596.tif 000019
【図７ｃ】
2014519596.tif 000020
【図７ｄ】
2014519596.tif 000021
【図８ａ】
2014519596.tif 000022
【図８ｂ】
2014519596.tif 000023
【図８ｃ】
2014519596.tif 000024
【図８ｄ】
2014519596.tif 000025
【図９ａ】
2014519596.tif 000026
【図９ｂ】
2014519596.tif 000027
【図１０】
2014519596.tif 000028
【図１１ａ】
2014519596.tif 000029
【図１１ｂ】
2014519596.tif 000030
【図１２】
2014519596.tif 000031
【図１３】
2014519596.tif 000032
【図１４】
2014519596.tif 000033
【図１５】
2014519596.tif 000034
【図１６】
2014519596.tif 000035
【図１７】
2014519596.tif 000036
【図１８】
2014519596.tif 000037
【図１９】
2014519596.tif 000038
【図２０】
2014519596.tif 000039
【図２１】
2014519596.tif 000040
【図２２】
2014519596.tif 000041
【図２３】
2014519596.tif 000042
【図２４】
2014519596.tif 000043
【図２５】
2014519596.tif 000044
【図２６】
2014519596.tif 000045
【図２７】
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【図２８】
2014519596.tif 000047
【図２９】
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【国際調査報告】
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