(57)【要約】【課題】  導電性のジオシンセティック材料の提供【解決手段】  導電性のジオシンセティックの第１の長ものの第１の層と、導電性のジオシンセティックの長ものの第２の層との配列を組み込んだジオシンセティックセンサであって、各前記長ものが、圧力、歪み、含水、又は、温度の１つ以上の変化を受けると、電気抵抗、又は、容量の変化を受ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性のジオシンセティックの長ものの第１の層、及び、導電性のジオシンセティックの長ものの第２の層からなる配列を含むセンサであって、
前記長もののそれぞれは、
圧力、歪み、含水、又は、温度のいずれか１つ以上の変化を受けると、電気抵抗、又は、容量の変化を受ける、
センサ。
【請求項２】
導電性のジオシンセティックの長ものの第１の層、及び、導電性のジオシンセティックの長ものの第２の層からなる配列を含むセンサであって、
第１の層の長ものの１つ以上と、第２の層の長ものの１つ以上との間の電気抵抗、又は、容量の変化を用いて、圧力、歪み、含水、又は、温度のいずれか１つ以上の変化を検出できる、
センサ。
【請求項３】
前記ジオシンセティックの層の一方、又は、両方が、ジオテキスタイルで構成されている、
請求項１、又は、請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記ジオシンセティックの層の一方、又は、両方は、ジオメンブレン、ジオグリッド、ジオメッシュ、ジオネット、ＧＣＬ、ジオフォーム、ジオセル、又は、ジオコンポジットのいずれか１つで構成される、
請求項１、又は、請求項２に記載のセンサ。
【請求項５】
前記各層のそれぞれは、抵抗、又は、容量を測定するために用いられる電圧で、同じ層において隣接する長ものから、電気的に、絶縁され、また、抵抗、又は、容量を測定するために使用される電圧より、より高い電圧で、電気的に、接続される導電性のジオシンセティックの長もので構成される、
請求項１、又は、請求項２に記載のセンサ。
【請求項６】
前記層の各々における前記ジオシンセティックの長ものは、隣接する層における前記ジオシンセティックの長ものとの角度関係で配置される、
請求項５に記載の  センサ。
【請求項７】
前記角度は、９０度である、
請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記角度は、９０度未満であり、また、０度より大きい、
請求項６に記載のセンサ。
【請求項９】
前記ジオシンセティックの長もののそれぞれの各端部間で、抵抗が、測定される、
請求項１〜請求項８のいずれかに記載のセンサの使用。
【請求項１０】
前記抵抗を測定するための前記電気的接続は、１つ以上のスイッチを閉じることによって形成される、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも２つの分離した電気経路は、少なくとも１つのジオシンセティックの長ものの各端部を接続し、及び、前記経路を、前記ジオシンセティックの長ものの一端で、電気的に、接続して、前記電気抵抗は、前記ジオシンセティックの対向する端部において、少なくとも２つの電気経路の間で、測定する、
請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１２】
少なくとも３つの導電経路があり、及び、少なくとも１つの前記導電経路が、２つの他の導電経路に、同時に、接続されて、２つの測定回路を、同時に形成することを可能にする、
請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１３】
測定回路への前記接続は、少なくとも１つの導電経路が測定回路に接続されるように、少なくとも１つのスイッチを閉じることによって形成され、１つ以上の導電回路が、前記測定回路に接続される、
請求項１１記載のセンサ。
【請求項１４】
第１の層の１つのジオシンセティックの長ものと、第２の層のジオシンセティックの他の長ものとの間の抵抗、及び／又は、容量が、測定される、
請求項２に記載のセンサ。
【請求項１５】
前記測定回路への前記電気的接続は、１つ以上のスイッチを閉じることによって形成される、
請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１６】
圧力、又は、ひずみ、又は、水、又は、温度の変化が生じると、抵抗、及び／又は、容量において変化する１つ以上の電気経路を有する導電性ジオシンセティック。
【請求項１７】
前記ジオシンセティックは、いくつかのテキスタイル、及び／又は、ファイバーを含む、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項１８】
前記ジオシンセティックは、ノンウォーブンテキスタイルである、
請求項１７に記載のジオシンセティック。
【請求項１９】
前記ジオシンセティックは、ウォーブンテキスタイルである、
請求項１７に記載のジオシンセティック。
【請求項２０】
前記導電性は、導電性のカーボン、又は、金属を、前記テキスタイル、及び／又は、カーボン上に、又は、内に、組み込むことによって形成されている、
請求項１７に記載のジオシンセティック。
【請求項２１】
前記導電性のカーボンは、主としてグラフェンである、
請求項２０に記載のジオシンセティック。
【請求項２２】
前記ジオシンセティックの前記抵抗は、１平方当たり１００，０００オーム未満である、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項２３】
前記ジオシンセティックの前記抵抗は、１平方当たり５０，０００オーム未満である、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項２４】
前記ジオシンセティックの前記抵抗は、１平方当たり２０，０００オーム未満である、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項２５】
前記ジオシンセティックの前記抵抗は、１平方当たり１０，０００オーム未満である、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項２６】
前記ジオシンセティックの前記抵抗は、１平方当たり５，０００オーム未満である、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項２７】
前記ジオシンセティックの前記抵抗は、１平方当たり１，０００オーム未満である、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項２８】
前記ジオシンセティックは、ジオメンブレン、ジオグリッド、ジオメッシュ、ジオネット、ＧＣＬ、ジオフォーム、ジオセル、又は、ジオコンポジットの１つである、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項２９】
前記導電性は、前記ジオシンセティック、及び／又は、前記ジオシンセティックを構成するいくつかのファイバー上の、グラフェンを含む被覆によって、提供される、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項３０】
前記導電性は、前記ジオシンセティックを構成するポリマー内に組み込まれるグラフェンによって、提供される、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項３１】
前記ジオシンセティックの前記導電性の領域は、前記ジオシンセティックの全体を覆う、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項３２】
前記ジオシンセティックの前記導電性の領域は、電気的に絶縁する前記ジオシンセティックの端部を除き、前記ジオシンセティックの全体を覆う、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項３３】
さらに、１つ以上の電気的絶縁領域によって分離される２つ以上の導電性の領域を組み込む、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項３４】
少なくとも１つの前記導電領域は、圧力、又は、歪み、又は、水、又は、温度の変化が生じると、電気的抵抗、及び／又は、容量の変化を受け、また、圧力、又は、歪み、又は、水、又は、温度の変化が生じると、より少ない量で、電気的抵抗、及び／又は、容量が変化する少なくとも１つの他の導電領域を有する、
請求項３３に記載のジオシンセティック。
【請求項３５】
電気的な絶縁領域によって分離された２つ以上の導電性の領域を有し、前記導電性の領域の間に、１つ以上の特定の電気的接続が供給される、
請求項３４に記載のジオシンセティック。
【請求項３６】
電気的な絶縁領域によって分離された２つ以上の導電性の領域を有し、
各前記導電性の領域の間に、追加の電気的接続が供給され、回路を形成する、
請求項３４に記載のジオシンセティック。
【請求項３７】
前記電気的絶縁領域は、比較的高い電気抵抗の領域である、
請求項３５記載のジオシンセティック。
【請求項３８】
前記電気的絶縁領域は、１平方当たり５，０００以上、かつ、１平方当たり１００，０００オーム未満の電気的抵抗を有し、及び、前記導電性の領域は、１平方当たり１〜５，０００オームの間の電気抵抗を有する、
請求項３５に記載のジオシンセティック。
【請求項３９】
前記ジオシンセティックの電気伝導度は、上にあるバリア層の孔に対する電気的スパーク、又は、アーク検査を可能にするのに十分である、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項４０】
少なくとも１つの前記層の前記ジオシンセティックの長ものは、各対向する面のそれぞれにおいて異なる電気的抵抗を有する、
請求項１、又は、請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項４１】
前記第１の層の最も高い導電性の面は、前記第２の層の最も高い導電性の面に、最も近くに近接して配置される、
請求項４０に記載のセンサ。
【請求項４２】
前記第１の層の最も高い導電性の面は、前記第２の層の最も高い導電性の面から、最も遠くに近接して配置される、
請求項４０に記載のセンサ。
【請求項４３】
前記第１の層の最も高い導電性の面は、前記第２の層の最も低い導電性の面に、最も近くに近接して配置され、及び、前記第２の層の最も高い導電性の面は、前記第１の層の最も高い導電性の面から、最も遠くに近接して配置される、
請求項４０に記載のセンサ。
【請求項４４】
前記導電性は、前記ジオシンセティックのそれぞれの側の、グラフェンを含む被覆によって、提供され、及び、各被覆は、互いに、実質的に電気的に分離されている、
請求項１６に記載のジオシンセティック。
【請求項４５】
前記被覆は、前記ジオシンセティックの第１の側上で連続した長ものに、及び、前記ジオシンセティックの第２の側上の周期的なパターンの不連続な被覆として、適用される、
請求項４４に記載のジオシンセティック。
【請求項４６】
前記不連続な被覆は、前記ジオシンセティックが隣接する平行な長ものに配置されたときに、前記ジオシンセティックの前記長ものの配向方向に対して角度をなす方向の周期的な被覆を介して、１つ以上の連続的な電気的経路が形成され得るように、配置される、
請求項４５に記載のジオシンセティック。
【請求項４７】
前記長ものの前記容量を測定する、
請求項１に記載の測定。
【請求項４８】
ジオシンセティックの長ものの前記第１の層は、一方の側で、導電性が悪いが、前記側は、ジオメンブレンの孔の電気的スパーク検査のグランドとして使用されるに十分な導電性を有し、前記長ものの前記反対側は、より導電性があり、及び、圧力、歪み、水、及び／又は、温度のセンサとして用いられ得る、
請求項１、又は、請求項２に記載のセンサ。
【請求項４９】
前記抵抗は、１平方当たり５０００オーム以上であり、及び、対向する側が、１平方当たり５０００オーム未満の導電率を有する、  
請求項４８に記載の非導電性側を有するジオシンセティックの長もの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木工学用途における圧力、歪み、及び／又は、水分を監視する分野に関する。特に、本発明は、導電性のジオシンセティック、及び、その使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジオシンセティックは、空気場、のり面保護、水路、海岸工学、ダム、瓦礫抑制、盛土、侵食、鉄道道路、擁壁構造、貯水池、道路、砂丘保護、傾斜安定化、高潮、河川水路、凹地、及び、波作用を含む土木工学用途における地形を安定化するために使用される合成生成物である。
【０００３】
ジオシンセティックの主なカテゴリは、ジオテキスタイル、ジオグリッド、ジオネット、ジオメンブレン、ジオシンセティック・クレイ・ライナー（ＧＣＬ）、ジオフォーム、ジオセル、及び、ジオコンポジットである。
【０００４】
ジオテキスタイルは、土木工学における保護層として広く用いられている。それらは、地形を安定化させ、濾過媒体、及び、緩衝材として作用する。それらは、多くの場合、数千平方メートルのエリアを含む大規模スケールで使用される。
【０００５】
ジオメンブレンは、池ライナー（pond liners）のような水に対するバリア層として使用され、また、通常、それらが、確実に、バリアを維持できるように、損傷に対する保護を必要とする。ライナー中の小さな孔でも、特に、規定時間を越える場合には、重要な水漏れを生じる可能性がある。ある場合、例えば、水が汚染されており、また、環境を保護するために、水が保持されているか、又は、方向付けられているところで、廃水を採掘するような場合では、少量の漏れさえ、重大であり、また、実質的な環境害を引き起こし、したがって、蒸留に費用を要する可能性がある。このような用途では、ライナーの完全性は重要である。水がさらなる使用のために保持されているような他の用途では、水の損失は、バリアの完全性を保証することに投資に値する価値を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの用途の大部分では、圧力、歪み、環境水分含量、及び／又は、温度のような、ジオシンセティックの環境における変化を監視することは有益であろう。しかし、このような特性を測定するための現在の技術は複雑であり、また、高価であり、環境の中に、直接的に、高性能なセンサを配線する必要がある。したがって、これらの技術は、最も高い価値の環境を除いて、経済的にみて、実行できない。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、従来技術に関連する問題の少なくとも一部を改善するジオシンセティック材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、導電性のジオシンセティックの長もの、又は、細長いきれの少なくとも第１、及び、第２の層の配列を組み込んだセンサアレイであって、前記長もの、又は、細長いきれのそれぞれは、外部圧力、歪み、含水、又は、温度のいずれか１つ以上の変化を受けると、電気的抵抗、又は、容量の変化を受けるものを提供する。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、導電性のジオシンセティックの長もの、又は、細長いきれの少なくとも第１、及び、第２の層の配列を組み込んだセンサであって、１つ以上の前記第１の層の前記長もの、又は、細長いきれと、１つ以上の前記第２の層の前記長もの、又は、細長いきれとの間の電気抵抗、又は、容量の変化を、外部圧力、歪み、含水、又は、温度のいずれか１つ以上の変化の検出に用いることができるものを提供する。
【００１０】
好ましくは、前記ジオシンセティックの一方、又は、両方は、ジオテキスタイルから構成される。それらは、また、ジオメンブレン、ジオグリッド、ジオメッシュ、ジオネット、ＧＣＬ、ジオフォーム、ジオセル、又は、ジオコンポジットのいずれか１つから構成されてもよい。
【００１１】
好ましくは、前記第１、又は、第２の層の少なくとも１つは、抵抗、又は、容量を測定するのに使用される電圧において、層の隣接する長ものから電気的に絶縁され、抵抗またはキャパシタンスを測定するために使用される電圧よりはるかに高い電圧が電気的に接続される導電性のジオシンセティックの長ものから構成される この実施形態は、センサマトリクスが、ジオメーターのスパーク検査における電気的アースとして作用する能力を保持すると共に、圧力、歪み、温度及び/又は水のセンサとして作用することを可能にする。
【００１２】
好ましくは、ジオシンセティックは、ジオシンセティックの各長ものの各端部を接続する少なくとも２つの分離した電気経路で、形成され、及び、前記経路は、前記ジオシンセティックの長ものの一端で、電気的に、接続して、前記電気抵抗は、前記ジオシンセティックの対向する端部において、２つの電気経路の間で、測定され得る。
【００１３】
好ましくは、少なくとも１つの前記層の前記ジオシンセティックの長ものは、各対向する面のそれぞれにおいて異なる電気的抵抗を有する。１つの実施形態では、前記第１の層の最も高い導電性の面は、前記第２の層の最も高い導電性の面に、最も近くに近接して配置される。
【００１４】
別の実施形態では、前記第１の層の最も高い導電性の面は、前記第２の層の最も高い導電性の面から、最も遠くに近接して配置される。
【００１５】
さらなる代替の実施形態では、前記第１の層の最も高い導電性の面は、前記第２の層の最も低い導電性の面に、最も近くに近接して配置され、及び、前記第２の層の最も高い導電性の面は、前記第１の層の最も高い導電性の面から、最も遠くに近接して配置される。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、上記のいずれかの請求項に記載のセンサアレイの使用が提供され、ここでは、前記ジオシンセティックの長もののそれぞれの各端部間で、抵抗が、測定される。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、圧力、又は、ひずみ、又は、水、又は、温度の１つ以上の変化が生じると、抵抗、及び／又は、容量において変化する１つ以上の電気経路を有する導電性ジオシンセティックが提供される。好ましくは、前記ジオシンセティックは、導電性のカーボン、又は、金属を、前記テキスタイル、及び／又は、カーボン上に、又は、内に、組み込んでいるテキスタイル（及び／又は、ファイバー）を有している。好ましくは、前記導電性のカーボンは、主としてグラフェンである。
【００１８】
前記ジオシンセティックは、ジオメンブレン、ジオグリッド、ジオメッシュ、ジオネット、ＧＣＬ、ジオフォーム、ジオセル、又は、ジオコンポジットのいずれか１つであってもよい。好ましくは、前記導電性は、前記ジオシンセティック、及び／又は、前記ジオシンセティックを構成するいくつかのファイバー上の、グラフェンを含む被覆によって、提供され、又は、前記導電性は、前記ジオシンセティックを構成するポリマー内に組み込まれるグラフェンによって、提供される。
【００１９】
グラフェンは、本質的には、グラファイトの個々の層であり、また、グラファイトの機械的、又は、電気化学的な剥離、グラファイトの化学的酸化、及び、グラフェンに対する部分的な、又は、完全な還元に続くグラフェン酸化物としての剥離のような「トップダウン"アプローチ」、及び、基板、又は、触媒上のガス、又は、プラズマからの成長のような「ボトムアップ"アプローチ」を含む多くのルートによって、形成され得る。
【００２０】
グラフェンの特性は、２層、層無し、及び、多層のグラフェンを介したほぼ原子的に完全な単層から、超微細グラファイトと同様に、大きな凝集体を生成する多層まで、変化できる。
【００２１】
グラフェンは、高いアスペクト比を有し、究極的には、１つの原子層のみの厚さ（１ナノメータ未満）であり、また、典型的には、平面方向において数百ナノメートルから数百マイクロメートである。このように、グラフェンは、２次元（２Ｄ）材料と呼ばれる。グラフェンは、優れた導電体である。
【００２２】
前記ジオシンセティックの前記導電性の領域は、前記ジオシンセティックの全体を覆ってもよく、また、１つの実施形態では、電気的に絶縁する前記ジオシンセティックの端部を除き、前記ジオシンセティックの全体を覆ってもよい。
【００２３】
ジオシンセティックは、１つ以上の電気的絶縁領域によって分離される２つ以上の導電性の領域を組み込んでもよい。好ましくは、少なくとも１つの前記導電領域は、圧力、又は、歪み、又は、水、又は、温度の１つ以上に変化が生じると、電気的抵抗、及び／又は、容量の変化を受ける。
【００２４】
好ましくは、１つ以上の特定の電気的接続は、各前記導電性の領域の間に提供され、それによって、回路を形成する。有利には、前記電気的絶縁領域は、１平方当たり５，０００以上、かつ、１平方当たり１００，０００オーム未満の電気的抵抗を有し、及び、前記導電性の領域は、１平方当たり１〜５，０００オームの間の電気抵抗を有する。好ましくは、前記ジオシンセティックの電気伝導度は、上にあるメンブレンの孔に対する電気的スパーク、又は、アーク検査を可能にするのに十分である。
【００２５】
好ましくは、前記導電性は、前記ジオシンセティックのそれぞれの側の、グラフェンを含む被覆によって、提供され、及び、各被覆は、互いに、実質的に電気的に分離されている。１つの実施形態では、前記被覆は、前記ジオシンセティックの第１の側上で連続した長ものに、及び、前記ジオシンセティックの第２の側上の周期的なパターンの不連続な被覆として、適用される。
【００２６】
好ましくは、前記不連続な被覆は、前記ジオシンセティックが隣接する平行な長ものに配置されたときに、前記ジオシンセティックの前記長ものの配向方向に対して角度をなす方向の周期的な被覆を介して、１つ以上の連続的な電気的経路が形成され得るように、配置される。
【００２７】
導電性のジオテキスタイルは、ジオメンブレンバリアライナーの電気的検査を行える方法を提供する。ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１７／０５００９１号は、このような導電性のジオテキスタイルを記載しており、また、ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１７／０５０３２２号は、ジオシンセティック・クレイ・ライナー中の導電性のジオテキスタイルの使用を記載している。従来技術のこれらの項目は、ダム、貯水池、タンク、又は、埋立地が、水、又は、廃棄物で満たされる前に、どのように検査を行うことができるかを記載している。このようなシステムの完全性を、規定時間を超えて、監視するために、異なる技術が必要とされる。
【００２８】
ジオテキスタイルは、ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１７／０５００９１号に記載されているように、導電性にできる。
【００２９】
グラフェンは、ジオシンセティックを導電性にできる１つの方法である。他の方法は、他の導電性種をジオシンセティックに添加することを含んでいる。これらの導電性の材料は、ジオシンセティック上の被覆として存在してもよく、又は、ジオシンセティック中に含まれていてもよいファイバー上の被覆として存在してもよい。それらは、金属ファイバー、又は、カーボンファイバーのような他の導電性種であってもよい。場合によっては、ファイバーへの添加剤が、それらを導電性にしてもよい。
【００３０】
一般に、多孔性、強度、対浸透性、及び、クッション性のような、それらの有益な特性を維持することは、ジオテキスタイルを使用することに対して有利な点であるが、ノンテキスタイルの導電性層を、センシングに使用できる可能性のある状況がある。
【００３１】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態による導電性ジオテキスタイルの長もののアレイの概略図である。
【図２】本発明の別の実施形態による導電性ジオテキスタイルの長もののアレイの概略図である。
【図３】本発明による導電性ジオテキスタイルの導電部のいくつかの可能な配置を示す。
【図４】本発明による被覆されたジオテキスタイルの長ものの導電部分のいくつかの可能な配置を示す図である。
【発明の詳細な説明】
【００３３】
地盤工学分野（例えば、土木工学）におけるセンシングは、橋梁やコンクリートダムのような、非常に高い価値の資産の超高精度監視から、廃棄物、又は、水漏れの温度測定、道路、及び、レールの監視まで、広範囲の要件をカバーする。多くの場合、高価な測定は、"構造ヘルスモニタリング（structural health monitoring）"と呼ばれる。センサ設置、及び、監視コストが、資産価値のかなりの部分になり得る低い価値の資産の大規模な監視には、費用効果のあるオプションが利用できることは、ほとんどない。
【００３４】
ジオテキスタイルを使用して製造された、低コストな、大面積のセンサは、信頼性があり、また、費用効果があることが実証されている。しかし、より長い時間フレームにわたるこのタイプのセンシングは、難しい。本発明は、導電性ジオシンセティックのアレイが、地盤工学、及び、建設環境において使用するために必要とされる正確さ、及び、精度を有する大面積のセンサとして機能することを可能にする。
【００３５】
図１は、２層のジオテキスタイル長もののアレイの概略図である。第１のジオテキスタイル長ものの第１の層は、第２のジオテキスタイル長ものの第２の層に対して直角に配置される。第１、及び、第２の長ものは、片面に導電性コーティングで被覆された非ウォーブンジオテキスタイルによって構成される。コーティングは、ジオテキスタイル長もののすべての幅を被覆せず、電気的に絶縁性のエッジを残す。
【００３６】
各層におけるジオテキスタイルの長ものは、分離されて示されているが、隣接するジオテキスタイルの長ものが、抵抗、及び／又は、容量を測定するために使用される電圧において、互いに、電気的な分離が維持される場合には、分離は不要であることが理解されるであろう。各層におけるジオテキスタイルの長ものは、任意の他の層におけるジオテキスタイルの長ものから実質的に電気的に分離される 。抵抗は、各長ものの各端部に接続された回路（Ｖｎ）によって測定されるものとして示されている（Ｖｎは測定回路Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、．．．、Ｖｎの各々を表す）。この配置では、各長ものは、圧力、歪み、水、又は、温度に対する応答を与える。抵抗変化の原因の位置は、第１の層の長もののうちのどれが応答を与え、第２の層の長もののどれが応答を与えるかを比較することによって識別できる。識別された長ものの交差は、抵抗変化の位置である。
【００３７】
他の場合では、各長ものは、歪み、圧力、水、又は、温度にさらされたときに、容量の変化を受けてもよい。この場合、測定回路は異なっていてもよいが、位置の概念は同じであり、各長ものは、独立したセンサであり、また、位置は、応答を相互参照することによって、得られる。
【００３８】
詳細には、図１において、導電性ジオテキスタイル（１）の長ものの第１の層は、ジオテキスタイルの各長ものの導電性部分が、第１の層の隣接するジオテキスタイルの長ものから、電気的に、分離されるように、配置されている。導電性ジオテキスタイル（２）の長ものの第２の層は、第１の層の上に配置され、第１の層に対して垂直方向に配向され、また、第２の層の隣接する長ものからの電気的な分離を維持する。
【００３９】
ジオテキスタイルの長ものは、ジオテキスタイルの一方の側で、導電層で被覆される。第１の層の長ものは、ジオテキスタイルの導電面が、第２の層で長ものの電気的絶縁面と直接的に接触するように、配置される。圧力の印加のような、環境の変化が生じると、各層の１以上の長ものが、電気抵抗の変化を受ける。
【００４０】
ハイライトされた共通領域（３）における圧力の印加は、ジオテキスタイル（１）の第１の長ものの抵抗の変化、及び、ジオテキスタイル（２）の第２の長ものの抵抗の変化をもたらす。これらの抵抗変化は、ボルタメータによって測定できる。図１において、第１のボルタメータ（Ｖ３）、及び、第２のボルタメータ（Ｖａ）は、抵抗変化を示す。測定された電圧を相互参照することにより、共通領域（３）は、印加された圧力の変化の位置として、識別される。ジオテキスタイルの長ものの配列が分かっている場合、圧力変化の位置は、識別され得る。
【００４１】
図１に示されたジオシンセティックは、圧縮、又は、歪み、又は、温度、又は、含水による電気抵抗の変化を、同様に、受ける。
【００４２】
図２は、導電面が、互いに、対向するように配置されていることを除いて、図１に記載されたものと同様のジオテキスタイルの長もののアレイの概略図である。図２は、それ自体では、抵抗の実質的な変化を受けないが、圧力、ひずみ、温度、又は、含水の変化を受けるときに、接続された応答領域（２３）で、ジオテキスタイル（２１）の第１の長ものとジオテキスタイル（２２）の第２の長ものとの間の抵抗が変化する、ジオテキスタイルの長もののアレイを示している。領域（２３）における電気抵抗の変化は、ジオテキスタイル（２１）の第１の長もの、及び、ジオテキスタイル（２２）の第２の長ものを介して形成される回路の抵抗の変化をもたらす。抵抗は、永久的に接続され得るか、スイッチ（Ｓ１）、及び、スイッチ（Ｓａ）を用いて回路を形成することで、より合理的に切り換えられるボルタメータ（Ｖ）によって監視され得る。このようなスイッチングシステムは、特に自動化された場合に、ジオテキスタイルの多くの長ものを監視できる。
【００４３】
図２において、層同士は、第１の層の長ものが、第２の層の長ものと、電気的に、接触するように配置される。歪み、圧力、含水、又は、温度の変化が生ずると、第１の層の少なくとも１つの長ものと、第２の層の少なくとも１つの長ものと、の間の抵抗、及び／又は、容量が、変化する。抵抗、及び／又は、容量の変化は、第１の長ものを第２の長ものに接続する回路によって測定される。この場合、測定回路は、測定装置（Ｖ）に接続された一連のスイッチ（Ｓｎ）として示される。この構成では、センサは、各層の少なくとも１つの長ものの間の相互作用である。長ものを形成するために使用される材料の性質に応じて、長ものは、導電率の多くの配置で構成されてもよい。
【００４４】
図１、及び、図２に示された配列の多くの置換が可能である。これらは、第１の層がジオテキスタイルの長ものからなり、第２の層がジオテキスタイルの長ものからなる場合のような、ジオシンセティックの様々な組合せを使用することを含んでいる。他の実施形態では、第１の層は、ジオテキスタイル、又は、ジオグリッド、又は、ＧＣＬ、又は、ジオメンブレン、又は、ジオメッシュ、又は、ジオネット、又は、ジオフォーム、又は、ジオセル、又は、ジオコンポジットのいずれかの長もので構成でき、また、第２の層は、ジオテキスタイル、又は、ジオグリッド、又は、ＧＣＬ、又は、ジオメンブレン、又は、ジオメッシュ、又は、ジオネット、又は、ジオフォーム、又は、ジオセル、又は、ジオコンポジットのいずれかの長もので構成できる。
【００４５】
図３は、上述した測定回路のための長ものに関する導電部、及び、関連する接続点のいくつかの代替可能な構成を示す。各構成は、長ものの材料の性質、導電性を形成するために使用されるプロセス、及び、アレイが適用される環境に応じて、利点、及び、欠点を提供する。被覆されたジオテキスタイルの例は、明灰色で示される非導電性ジオテキスタイルの図示のために使用される一方、導電性コーティングは暗灰色で示されている。
【００４６】
図４は、被覆されたジオテキスタイルの長ものの導電性部分のいくつかの代替可能な配置を示す。いくつかの場合では、導電性コーティングは、ジオテキスタイルの幅の全てを覆う。他の実施形態では、抵抗、及び／又は、容量の変化のより容易な試験を可能にする回路を形成するために使用される導電性部分を分離するために、非導電性領域が、残される。
【００４７】
さらなる実施形態では、導電性ジオシンセティックの層は、実質的に電気絶縁体であるが、圧力、歪み、含水の変化、又は、温度の変化を受けるときに、２つの導電層の間の電気的相互作用が、変化することを可能にする、ジオシンセティックの第３の層によって、分離され得る。
【００４８】
いくつかの実施形態では、回路の抵抗値が測定され、他の実施形態では、回路のキャパシタンス、又は、インダクタンスが測定される。
【００４９】
別の実施形態では、ジオテキスタイルの長ものは、両側で導電性である一方、２つの側の間の電気的絶縁性を維持する。圧縮を受けると、２つの導電側の間の分離が減少し、また、容量が増加する。さらに、２つの側の各々の少なくとも一部が、他方に近づくにつれて、２つの側の間の抵抗が、減少してもよい。
【００５０】
監視可能な領域を最大にするために、環境条件の変化に敏感でない領域を最小化することが望ましい。このために、層のジオシンセティックの長ものの導電領域間の電気的絶縁空間は、最小化されるべきである。さらに、ジオシンセティックは、センサに加えて、少なくとも１つの付加的な機能を実行することが可能である。ジオシンセティックの長ものの間の大きな空間は、通常、その付加的な機能（例えば、クッション性、又は、フィルタリング性、又は、バリア性）の有効性を減少させる。
【００５１】
少なくとも１つの導電性のジオシンセティック層が、電気的な孔検出（スパーク、又は、アーク検査）に用いられる場合には、非導電性領域は、望ましくない。しかし、センサアレイが有効に動作するために、アレイの各要素は、他から電気的に分離されなければならない。電気的な孔検出は、高い導電性を必要とせず、公称的に電気的な絶縁性領域を低導電性にでき、また、依然として、十分に電気的に絶縁されたセンシングアレイを維持できる。
【００５２】
例えば、標準ＡＳＴＭ  Ｄ６７４７-１５、及び、ＡＳＴＭ  Ｄ-７８５２-１３によるアーク、又は、スパーク試験を用いる電気的な孔検出は、１平方当たり５０００オームを超える、及び、場合によっては、１平方当たり１００，０００オームを超える電気的なシート抵抗のジオシンセティック（特に、ジオメンブレン、又は、ジオテキスタイル）を用いて、容易に、行い得る。
【００５３】
センサの能動素子のような比較的に高い導電率の領域、及び、隣接する活性領域間の電気的分離のような比較的低い導電率の領域を使用することによって、標準ＡＳＴＭ  Ｄ６７４７-１５、及び、ＡＳＴＭ  Ｄ-７８５２-１３による均一な電気的なホール検出が可能になると共に、本明細書に記載されたようなアレイセンサとしての動作が可能となる。
【００５４】
多くの方法で、電気抵抗を報告できる。薄いシートにおける電気的導通のために、単位「オーム／ｍ２」（「オーム／ｓｑ」、又は、「オーム／□」）が使用され、「シート抵抗」と呼ばれる。この単位は、測定される材料がどのように構成されるかにかかわらず、所望の結果を反映するという点で、実際的な利点を有している。例えば、２枚の導電体は、異なる比抵抗を有してもよいが、それにもかかわらず、異なる厚さで存在する場合には、同じ、望ましいシート抵抗を与えることができる。シート抵抗は、通常、均一な厚さのフィルムに適用されるが、本明細書に記載されたジオテキスタイル、又は、ジオグリッド、又は、ＧＣＬ、又は、ジオメンブレン、又は、ジオメッシュ、又は、ジオネット、又は、ジオフォーム、又は、ジオセル、又は、ジオコンポジットのような、不均一な導電体シートにも適用することができる。
【００５５】
電気的測定は、回路を形成するための導電性に依存する。十分な導電性は、導電経路のサイズ、及び、長もの、さらに、導電媒体の導電性に依存する。この変数の組み合わせは、測定が有効であり得る範囲を超える広い範囲を与える。所望の結果、及び、条件に、測定方法をチューニングすることが必要とされる。これにより、ジオシンセティックの導電率を、所望の用途、及び、測定方法に合わせて調整することができる。場合によっては、測定電圧が高く、抵抗変化が大きく、また、回路経路が短い場合のように、導電性ジオシンセティックの導電率は、非常に低くなり得る。
【００５６】
様々な形態のグラフェンが存在する。理想的なグラフェンは、純粋なカーボンであり、また、グラフェンのファミリーの中の最良の導電体であり、また、かつて発見された最良の導体の１つである。これは、酸素のように、欠点、及び、他の化学的機能性を有していない。
【００５７】
酸化グラフェン（ＧＯ）は、電気絶縁体であるグラフェンの高度に酸化された形態である。中間種は、例えば、部分的に還元されたグラフェン酸化物（ｐｒＧＯ）、又は、種々の化学基が、グラフェンのエッジ、及び／又は、基底面に付加される機能化されたグラフェンのように、種々の記述で、参照されている。この機能性によって、例えば、複合体を形成するためのプラスチックなどの材料内へ、又は、上へ、組み込みを容易にするように、グラフェンの電気的、及び、物理的特性が調整される。
【００５８】
カーボン原子が、窒素、及び、他の共有結合原子のような他の原子に置換されている場合、ヘテロ原子の組込みは、グラフェンの特性の調整にも使用され得る。グラフェンは、また、単層のグラフェンであるか、又は、多層のグラフェンであるか、様々な次元になることができる。種々の用語が、構造的置換を記述するために使用されており、また、いくつかの試みが、標準化された専門用語で、なされてきた。用語にかかわらず、グラフェンの単層、及び、多層構造は、本明細書に記載されるように、ポリマー、ファイバー、及び、テキスタイルの特性を上昇させる有用な導電性を有している。これらのグラフェンの様々な置換は、特に詳細な記載がない限り、"グラフェン"として、ここでは一般化され、それらの特性は記載されていない 電気的な導電から電気的な絶縁までの連続的なスケールは、多くの形態のグラフェンが、導電体として使用され得ることを意味し、また、特に、他の特性が使用のために望ましい場合には、導電性に乏しいグラフェンさえも、役立つことができる。
【００５９】
グラフェンは、陽極接合、カーボンナノチューブ切断、化学的剥離、化学的合成、化学的蒸着、電気化学的剥離、電気化学的インターカレーション、炭化ケイ素上の成長、液相剥離、微小機械的切断、マイクロ波剥離、分子線エピタキシー、光剥離、金属からの沈殿、熱剥離を含む、多くの経路で製造され得る。これらのルートのいくつかは、化学的に変換されたグラフェン、少数層のグラフェン、ＧＯ、グラフェン、グラフェン酸化物、グラフェンナノフレーク、グラフェンナノ血小板、グラフェンナノリボン、グラフェンナノシート、液晶グラフェン酸化物、ＬＣＧＯ、多層グラフェン、部分的に還元されたグラフェン酸化物、部分的に還元されたグラファイト酸化物、ｐｒＧＯ、ｒＧＯ、還元されたグラフェン酸化物、還元されたグラファイト酸化物として参照される材料を引き起こす。
【００６０】
ジオテキスタイル、又は、ジオグリッド、又は、ＧＣＬ、又は、ジオメンブレン、又は、ジオメッシュ、又は、ジオネット、又は、ジオフォーム、又は、ジオセル、又は、ジオコンポジットへのグラフェンの取り込みは、多くの方法によって達成できるが、各場合において、ジオシンセティックの特性は、取り込みの方法に影響を及ぼす。
【００６１】
ファイバー、及び、テキスタイルを導電体にするためにグラフェンを使用することは、ファイバー化学、グラフェン化学、グラフェンの形状、及び、グラフェンをファイバー内に、又は、上に、組み込むために用いられるプロセス、及び、テキスタイルを形成するプロセスに、依存する。好ましい方法は、ファイバーを形成する前に、グラフェンをポリマーに混合することを含む。しかし、導電性テキスタイルを形成するために、グラフェンで、ファイバー、又は、テキスタイルを被覆することもできる。
【００６２】
グラフェンは、粉末として、又は、流体中の分散物として、存在でき、ポリマー中で、グラフェンの分散を促進する。グラフェンは、好ましくは、流体中のグラフェンの分散物によって被覆される。グラフェンをポリマー中に組み込む方法は、グラフェンをポリマー中に溶融配合すること、グラフェンを有するポリマーのｉｎ-ｓｉｔｕ重合、及び、溶液混合を含むことができる。いずれの手法を用いた場合であっても、グラフェンが十分に分散され、最小限のグラフェンで導電性を得ることが望ましい。
【００６３】
場合によっては、グラフェンとポリマーとの相分離を低減するために、添加剤が必要とされる。
【００６４】
好ましい実施形態は、ジオシンセティックセンサが、グラフェンを有するファイバーを含む場合である。ファイバーは、ポリマーのペレット、又は、粉末からの溶融押出によって形成され得る。グラフェンは、キャリアポリマー中に分散された濃縮形態で、溶融押出に添加され、これは、バルクポリマーと同じであってもよく、又は、異なっていてもよい。グラフェンポリマー分散液の濃縮形態は、溶融押出プロセスで、混合され、また、希釈されて、ファイバー内で、所望のグラフェン濃度を得る。
【００６５】
別の実施形態では、グラフェンの濃縮形態は、油、溶媒、又は、水のような液体に、分散される。テキスタイルは、導電性ファイバーから、全体的に形成されても、又は、部分的に導電性ファイバーから、及び、部分的に非導電性ファイバーから形成されてもよい。
【００６６】
別の実施形態では、テキスタイルは、金属性ファイバーを含む。
【００６７】
さらなる実施形態では、ジオシンセティックは、グラフェンで被覆されるか、またはグラフェンを含む混合物で被覆される。
【００６８】
さらなる実施形態では、ジオシンセティックは、グラフェン、又は、金属、又は、他の導電性カーボンのような導電性物質で被覆されるファイバーを含む。
【実施例１】
【００６９】
グラフェンのアクリル分散液を、約１９０ｇｓｍ（グラム／平方メートル）の市販のノンウォーブン、ニードルパンチのポリエステルジオテキスタイル上に、ブレードコーティングすることにより、ジオテキスタイル上に導電性コーティングを準備した。１２万平方メートルのジオテキスタイルを２０ｇｓｍ（乾燥重量）の分散液で片面にコーティングした。被覆されたジオテキスタイルを、インラインステントオーブン内で、１５０℃で、２分間、乾燥させた。
【００７０】
乾燥グラフェンの含有量は、５ｇｓｍに等しかった。乾式被覆されたジオテキスタイルの導電側は、１平方当たり１０００オームのシート抵抗を有していた。非被覆側は、電気絶縁体であった。
【００７１】
被覆されたジオテキスタイルの４つの長ものの第１の層は、電気的に絶縁された面上に配置された。各長ものは、幅約１１ｃｍ×長さ４０ｃｍであった。長ものは、各長もののエッジ、１ｃｍ重ねで、表が上である導電側に平行に配置された。４つの長ものの第２の層は、第１の層の長ものに対して直角に配置された長ものの第１の層の上に配置された。また、第２の層も、エッジが重なるように、また、導電面が上で、配置された。各長ものの一端に、配線が、取り付けられた。
【００７２】
各長ものの組み合わせ間の電気抵抗は、マルチメータで測定され、また、使用した機器では測定不能であることが判明した（即ち、効果的に電気的に絶縁であること)。第１の層の第２の長ものと第２の層の第２の長ものとの交点において、アレイに水が印加されたとき、水の量が増加するにつれて、２つの長ものの間の電気抵抗が、減少した。
【００７３】
水の存在は、２つの層の間で電気的接続を形成する水によって、測定された。水が、層を横切って広がるにつれ、さらに、電気的接続が形成され、また、第１の層の長ものと第２の層の長ものとの間の追加的な抵抗減少が、測定され、水の存在の位置が特定され、及び、水が拡散する割合が測定される。
【実施例２】
【００７４】
実施例１の配置を用いて、アレイ上の圧力の影響を測定した。第１の層の各長ものと第２の層の各長ものとの間の容量が測定され、約０．０７ナノファラッド（ｎＦ）であった。２５０ｇの重り（直径８ｃｍ）が、アレイ上に配置されたとき、重りが加えられた各層の長ものの間の容量は、約０．１０ｎＦまで増加した。
【００７５】
各層の２つ以上の長ものが圧力の影響を受けるように、重りが、アレイに加えられた場合、容量の増加は低く、例えば、第１の層で２つの長ものの交差点に、しかし、第２の層で１つだけの長ものに、重りが加えられた場合、０．０９ｎＦまで増加した。
【００７６】
第１の層の２つの長ものと第２の層の２つの長ものの交差点に重りを加えた場合、容量の増加は、０．０８ｎＦであることが観察された。
【００７７】
容量の上記変化は、再現可能であることが判明した。
【００７８】
ジオシンセティックセメント系コンポジットマット（ＧＣＣＤｓ）は、広範囲の地盤工学用途で、ジオシンセティック材料の一種である。それらは、水和で硬化し、薄く、耐久性のある、耐水性、及び、耐火性のコンクリート層を形成するフレキシブルなコンクリート含浸ファブリックである。
【００７９】
ＧＣＣＭｓは、典型的には、早期高強度型コンクリート混合物を含む３次元ファイバーマトリックスからなる。１つの面上のＰＶＣ基材は、耐水能力を提供し、また、内部のファイバーマトリックスは、亀裂の伝播を防止し、また、一旦セットされると引張補強を提供する。これによって、ＧＣＣＭｓは、設置速度、及び、物流上の利点を含む、従来のコンクリートを超える、様々な利点を提供できる。
【００８０】
本発明において上述したようなセンサを、ＧＣＣＭの外層として組み込み、漏洩、損傷、水がないことの存在など、を検出する手段を提供できる。
【００８１】
上述の実施形態は、本発明の概念をどのように実施できるかのいくつかの例に過ぎないことは、当業者には理解されよう。他の実施形態も考えられ、それらの詳細は異なるが、それでも、同一の発明概念内にあり、また、同じ発明を表すことが理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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