ГЕОКОМПОЗИТ ГЕОТЕКСТИЛЬНЫЙ ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Область техники
Полезная модель относится к области строительства, а именно к устройству земляного полотна и оснований дорожных одежд и может быть использована в качестве армирующей многофункциональной прослойки для:
армирования оснований дорожных одежд и насыпей на слабых грунтах в сложных грунтово-геологических условиях, включая торфяные основания, просадочные и пластичные глинистые грунты;
устройства плоскостного дренажа в основании дорожных выемок и низких насыпей при необеспеченном водоотводе;
устройства гидроизоляции и капилляропрерывания земляного полотна на участках с третьим типом местности по увлажнению и пылеватых, глинистых грунтах основания без устройства дополнительных дренажных слоев;
обеспечения устойчивости откосов повышенной крутизны или при использовании местных грунтов с низкими прочностными характеристиками.
Уровень техники
В настоящее время широко известно применение геотекстиля в строительстве для использования его, в частности, в качестве дренажных систем, армирующих прослоек, геотуб.
Известен армирующий геокомпозитный материал, включающий полотно иглопробивного нетканого материала (геотекстиля), скрепленного с полимерным материалом, при этом материал содержит основной слой геотекстиля, на который иглопробивным способом наносится тканый полимерный материал, и в таком виде обладает водопроницаемой способностью (см. патент на полезную модель RU 127382
Известна геоплатформа для армирования дорожной насыпи, содержащая скрепленные между собой модули георешеток, ячейки которых заполнены наполнителем и поверх которых расположен дополнительный слой наполнителя, модули георешеток размещены на полотнах тканого геотекстиля, при этом полотна геотекстиля расположены в поперечном направлении относительно оси дорожного полотна, а края полотен завернуты с каждой из сторон на поверхность дополнительного слоя наполнителя (см. патент на полезную модель RU 122100 U1,
Известна высокопрочная композитная ткань для земляных работ, содержащая основной слой ткани в виде плетеного геотекстиля, представляющий собой верхний слой и нетканый материал, представляющий собой нижний слой. В описанном нетканом полотне используется метод иглопробивки для объединения друг с другом с плетеным геотекстилем, с размещением множества нетканых армирующих материалов на описанном основном слое ткани на верхней поверхности. Нижняя поверхность ткани покрывается тонким слоем полиэтиленовой пленки, (см. патент на полезную модель CN 203331508 U, 11.12.2013).
Похожее решение известно из патента на полезную модель CN 203449688 U, 26.02.2014). Решение относится к разновидности композитного земляного полотна, и содержит основной слой ткани в виде плетеного геотекстиля, представляющий собой верхний слой и нетканый материал, представляющий собой нижний слой. В описанном нетканом полотне используется метод иглопробивки для объединения друг с другом с плетеным геотекстилем, с размещением множества нетканых армирующих материалов на описанном основном слое ткани на верхней поверхности. На описанном основном слое ткани верхней поверхности образованы промежутки для размещения множества нетканых армирующих материалов, а нижняя поверхность снабжена тонким слоем пластиковой фольги.
Известен дренажный геокомпозит по патенту на полезную модель RU 98428 U1, 20.10.2010, содержащий георешетку с двухуровневой структурой размещения ее элементов, образующих ячейки, и два слоя геоткани, используемый как альтернатива традиционным дренажным системам из щебня. Этот геокомпозит по причине низкой прочности не обеспечивает армирующую функцию в условиях высоких транспортных нагрузок при возведении насыпей на слабом основании. В результате строительство в условиях слабых и переувлажненных грунтов требует более материалоемких и трудозатратных способов укрепления основания и обеспечения эксплуатационной надежности дорожных конструкций.
Известен армирующий геотекстильный материал по патенту RU 127382 U1, включающий полотно иглопробивного нетканого материала (геотекстиля), скрепленного с полимерным материалом, отличающийся тем, что он содержит основной слой геотекстиля, на который иглопробивным способом наносится тканый полимерный материал, и в таком виде обладает водопроницаемой способностью. Недостатком данного технического решения является то, что предлагаемый материал не обладает армирующими свойствами в грунтовых конструкциях под высокими нагрузками по следующим причинам: соединение тканого полимерного материала производится иглопробивным способом, при котором иглами пробиваются нити тканой структуры и существенно на 40-70% теряются его прочностные показатели; при недостаточной прочности тканого материала и низкой стойкости к механическим повреждениям под большой нагрузкой от веса грунтовой насыпи, сооружаемой на слабом основании, и под действием тяжеловесной дорожно-строительной техники материал будет деформироваться с потерей прочности, необходимой для создания армирующего эффекта. Кроме того, тканый полимерный материал из полиэфира недолговечен и разлагается в условиях применения на болотах и торфяных грунтах, которые характеризуются кислой реакцией среды (величина рН 3,0-5,0). Для придания гидроизолирующих свойств к армирующему геокомпозиту добавляется со стороны тканого слоя полимерная водонепроницаемая пленка с фиксацией методом термо скрепления. При этом композит подвергается нагреву, что может снижать его прочностные характеристики. Применение пленочных материалов для гидроизоляции требует использование специальных защитных технологических слоев для исключения повреждений крупнофракционными включениями по границе контакта. По указанным причинам материал не может быть использован в качестве армирующей прослойки для укрепления дорожных насыпей, сооружаемых на слабых нестабильных основаниях с кислой средой, подверженных высоким нагрузкам, без защитной прослойки из мелкого песка.
Данный источник можно принять в качестве наиболее близкого аналога.
Раскрытие сущности полезной модели
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее решение, является увеличение сроков службы и эксплуатационной надежности дорожных конструкций, сооружаемых на слабых переувлажненных основаниях, а также сокращение сроков и стоимости строительства за счет снижения расхода строительных материалов и устройства дорожной одежды на земляном полотне до завершения его стабилизации.
2
Поставленная проблема решается за счет того, что многослойный геокомпозит, согласно полезной модели, выполнен из трех соединенных между собой слоев: верхнего, представляющего собой тканое геополотно с коэффициентом фильтрации 20 м/сут, выполненного из переплетенных между собой ленточных и мультифиламентных полипропиленовых нитей, и пропитанного гидрофильным раствором на основе органосиликона, нижнего слоя, в качестве которого использовано нетканое иглопробивное полотно плотностью 300-500 г/м, и среднего слоя, представляющий собой клеевой адгезив на основе полимерного расплава, который точечно нанесен на обращенные друг к другу поверхности верхнего и нижнего слоев для возможности их склеивания с образованием геокомпозита, при этом соотношение толщины верхнего слоя к нижнему лежит в интервале 1:2-1:4.
В качестве полимерного расплава использован полипропилен высокотекучий, полиэтилен, карбонат кальция и УФ-стабилизатор.
Техническим результатом является создание геокомпозита геотекстильного для армирования насыпей, обеспечивающего за счет тканой структуры геоткани высокую прочность укрепления дорожных оснований и насыпей, а также эффективное перераспределение нагрузки на слабое основание при одновременном выполнение дренирующей, гидроизоляционной и капилляропрерывающей функции.
Осуществление полезной модели
Ниже будет представлен предпочтительный вариант осуществления полезной модели, который, как это понятно специалисту, не ограничивает иные возможные варианты выполнения, вытекающий из существа данной полезной модели.
Геокомпозит геотекстильный состоит из высокопрочного тканого геотекстиля, пропитанного гидрофильным раствором постоянного действия на основе органосиликона для увеличения его водопропускной способности и фильтрации, и нетканого геотекстиля, соединенные между собой, например, методом ламинации или клеевым составом.
Геокомпозит геотекстильный выполняет комбинированную функцию армирования, гидроизоляции и дренажа в дорожной конструкции под транспортной нагрузкой. При армировании геокомпозитом достигается увеличение модуля упругости грунтовых слоев и равномерное распределение статических и динамических транспортных нагрузок на слабое основание, что приводит к возможности снижения требований к расчетной степени его консолидации. Армирующий эффект в зависимости от грунтовых условий может быть увеличен на 15-50% при устройстве армогрунтовой обоймы замкнутого типа или геоплатформы в основании дорожной насыпи для ограничения бокового перемещения грунта. За счет дренирующих свойств геокомпозита достигается прерывание перемещения влаги из нижних переувлажненных горизонтов в верхние, что улучшает влажностный режим земляного полотна в зоне промерзания и уменьшает морозное пучение конструкции. Дренирующая и водопропускная функция геокомпозита повышается в 2 раза за счет использования тканого геотекстиля и пропитки его гидрофильным раствором.
Коэффициент фильтрации должен быть не менее 20 м/сут согласно требованиям дорожных стандартов к геосинтетическим материалам, выполняющим дренирующую (водоотводящую) функцию. При меньших значениях коэффициента, геоматериал не может быть использован как дренирующая прослойка. В геокомпозите применяется высокопрочный тканый геотекстиль с техническими характеристиками:
прочность при растяжении продольная и поперечная, не менее 50 кН/м; относительное удлинение, не более 15%;
устойчивость к агрессивным грунтовым средам рН=3-11, не менее 90%.
Соединение слоев геотекстиля производится методом ламинации или клеевым соединением, что обеспечивает сохранение высокой прочности тканой структуры геотекстиля и обеспечивает высокую устойчивость к повреждениям крупнофракционными включениями конструктивных слоев.
Мультифиламентные нити обеспечивают фильтрующую способность геокомпозита, ленточные нити необходимы для обеспечения прочности геокомпозита. Пропитка на основе органосиликона предназначена для увеличения водопропускной способности тканого геотекстиля.
2
Выбор иглопробивного полотна плотностью 300-500 г/м обусловлена обеспечением водоотведением по толщине - поперек материала. Были проведены испытания, материала с различными вариантами плотности.
2
2
2
2
2
2
2
2
В частности, были взяты материалы с плотностью 150 г/м, 250 г/м, 300 г/м, 450 г/м, 500 г/м. Испытания показали, что при плотности менее 300 г/м не обеспечивается требуемая фильтрация (материал, по сути, не выполняет свою фильтрующую функцию). Материал в диапазоне 300-500 г/м удовлетворял нормативным требованиям фильтрации, а более 500 г/м - дает избыточную толщину и материалоемкость.
Таким образом опытным путем было установлен оптимальный интервал плотности.
2
Выбор соотношения толщины верхнего слоя к нижнему лежит в интервале 1:2-1:4 связан с применением иглопробивного геотекстиля с плотностью 300-500 г/м, толщина которого превышает толщину тканого материала в 2-4 раза. Указание на соотношение толщин подчеркивает структуру материала, т.к. при одной и той же плотности иглопробивные геотекстили могут иметь различную толщину. Снижение толщины при равной плотности приводит к снижению коэффициента фильтрации - волокна материала размещаются слишком близко друг к другу; при увеличении толщины повышается водопропускная способность, но при этом снижается устойчивость к циклическим нагрузкам - такие материалы, как правило, не применяются в дорожном строительстве.
Геокомпозит геотекстильный при соединении методом ламинации имеет соотношение компонентов полимерного расплава: мас. %:
полипропилен высокотекучий
60-70
полиэтилен низкого давления
15-20
карбонат кальция специального помола
10-15
УФ-стабилизатор
2-5
Тканое геополотно пропитывается гидрофильным раствором постоянного действия на основе органосиликона, например, Silastol GF16, Finalux 1600.
Это наиболее известные органические замасливатели для гидрофильной отделки для временной гидрофильности нетканых материалов и Silastol PHP 32 и PHP 26 для гидрофильности постоянного действия. Эти продукты могут использоваться, при изготовлении как нетканых спанлейд-материалов, так и штапельных волокон.
В качестве УФ-стабилизатора применяют, например, Tosaf UV6639PP или Лайтформ 120601 СБ. УФ-стабилизаторы для полимеров применяются для защиты поверхности от разрушающего светового воздействия. Находясь под солнечными лучами, полиэтилен, полипропилен, ПВХ выцветают, желтеют, раскрашиваются. На изделии появляются трещины, в которые проникают влага и пыль. Они добавляются в исходную смесь или наносятся на поверхность изделия. В их состав входят: пространственно-затрудненные органические соединения, которые обладают сложной разветвленной структурой, замедляют движение радикалов, а также антиокислители, которые препятствуют разрушению материала под действием выделяемого кислорода. Применение светостабилизаторов позволяет поглощать свет, рассеивая тепло, замедляют процессы разложения и вступают в реакцию с уже образовавшимися продуктами. Срок службы качественного УФ-стабилизатора - до 10 сезонов.
В данной заявке, в качестве примеров, приведены только торговые наименования применения возможных гидрофильных растворов на основе органосиликона, а также УФ-стабилизаторов без конкретного раскрытия их составов, которые не является предметом защиты, и с которыми проводились натурные испытания заявленного покрытия.
Сравнительный анализ основных показателей геокомпозитов представлен в Таблице 1.
Использование геокомпозита по настоящему решению позволит:
увеличить срок службы дорожных объектов за счет увеличения прочностных и эксплуатационных характеристик и долговечности геокомпозита в результате использования геотекстиля тканого высокой прочности из полипропиленовых нитей;
сократить сроки строительства насыпей на слабых нестабильных основаниях в 1,5-3,0 раза за счет снижения величины общей осадки насыпи и устранения неравномерных деформаций, связанных с неоднородными грунтами;
увеличить водопропускную способность дренажных систем в 1,5-2,5 раза, подверженных воздействию нагрузок от веса дорожно-строительных конструкций и транспорта;
увеличить несущую способность дорожной конструкции и модуль упругости в 1,3-2,0 раза за счет армирования конструктивных слоев;
сократить стоимость строительства за счет снижения толщины конструктивных слоев из инертных материалов до 25% и общий расход строительных материалов;
- обеспечить надежность и безопасность эксплуатации земляного полотна на участках с высоким уровнем грунтовых вод и сезонным подтоплением за счет гидроизоляции, капилляропрерывания и дренирования избыточной воды из переувлажненного земляного полотна.
Предлагаемый геотекстильный композит обладает высокопрочными армирующими свойствами и универсальностью, так как в зависимости от условий применения может выпускаться с дренирующими и гидроизолирующими свойствами. Композитный материал обладает высокими показателя устойчивости к повреждениям крупнофракционными включениями под действием нагрузок строительной техники и веса земляного полотна.
Как следует из приведенной Таблицы 1, а также проведенных испытаний, заявленный многослойный геокомпозит, с приведенными характеристиками обладает по сравнению с существующим уровнем техники высокой армирующей прочностью при укреплении дорожных оснований и насыпей, а также эффективным перераспределением нагрузки на слабое основание при одновременном выполнение дренирующей, гидроизоляционной и капилляропрерывающей функции.