ГЕОТЕКСТИЛЬ ТКАНЫЙ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫЙ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ДРЕНАЖНЫХ СИСТЕМ

Область техники
Полезная модель относится к области строительства и может быть использована для устройства дренажных систем различного типа, устройства защитно-фильтрующих и армирующих прослоек в насыпях на слабых грунтах и в сложных грунтово-геологических условиях и основаниях дорожных одежд, противоэрозионной защиты и укрепления откосов, конусов мостов и путепроводов, дамб и берегов водоемов, изготовления геотуб в качестве контейнеров для обезвоживания и сушки различных типов нерастворимых в воде твердых веществ и промышленных отходов, изготовления геотуб для сооружения молов, дамб, волнорезов и искусственных островов в гидротехническом строительстве, в качестве защитных оболочек для грунтовых свай.
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, 27.04.13).
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, 010, 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, 27.04.2013, 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 термоскрепления. 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 патент был выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Известные в строительстве тканые геотекстили и геокомпозитные материалы на их основе при выполнении ими функции армирования имеют низкую фильтрацию и водопропускную способность тканой структуры, что ограничивает область их применения и снижает эффективность работы геотекстилей в составе дренажных систем, работающих под давлением от веса дорожно-строительных конструкций в грунтовых слоях и конструктивных слоях.
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.
Поставленная проблема решается за счет того, что геотекстиль тканый фильтрующий, согласно полезной модели, выполнен в виде полотна с полотняным и саржевым переплетением нитей из полипропилена с показателем расплава текучести 3-5 г/10 мин с добавлением антифибриляционной добавки карбоната кальция и УФ-стабилизатора, при этом по утку использованы нити с линейной плотностью 700-6000 денье и шириной 4-12 мм с высокой степенью фибрилляции, а по основе использованы плоские нити с линейной плотностью 1000-4000 денье и шириной 1-4 мм, при этом коэффициент фильтрации геотекстиля составляет 40 м/сут при давлении 100-200 кПа.
Кромка геотекстиля выполнена закладной, обрезана и заплавлена термическим или ультразвуковым способом.
Кромка геотекстиля выполнена типа «лено».
Тип нитей по основе плоский сдвоенный или строенный или счетверенный.
Техническим результатом, достигаемый заявленной полезной моделью, является повышение водопропускной способности дренажной системы в 1,5-2,5 раза, на которую он устанавливается.
Этот технический результат обеспечивается за счет:
- улучшения фильтрации тканого геотекстиля от значения коэффициента фильтрации (водопроницаемости) 10-20 м/сут до значения 40 м/сут за счет типа полипропиленовых нитей плоских сдвоенных или строенных или счетверенных по основе и фибриллированных специальным способом нитей по утку;
- увеличения срока службы геотекстиля за счет повышения устойчивости к УФ-излучению, химической стойкости в кислой и щелочной среде, морозостойкости (срок службы геотекстиля не менее чем 50 лет с обеспечением требуемых дренирующих свойств в применяемых конструкциях с учетом постепенного понижения из-за заиливания материала глинистыми частицами).
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.
Геотекстиль изготавливают из полипропиленовых нитей на круглоткацком и плоскоткацком оборудовании полотняного и саржевого типа плетения с различным раппортом.
Нити выполнены из полипропилена с показателем расплава текучести 3-5 г/10 мин с добавлением антифибриляционной добавки карбоната кальция и УФ-стабилизатора.
Выбор показателя текучести расплава (ПТР) обусловлен необходимой вязкостью термопласта. Чем больше ПТР термопласта, тем меньше его вязкость. Таким образом, данный интервал был выбран в качестве оптимального между высоким и низким показателем вязкости.
Геотекстиль тканый имеет следующее соотношение компонентов, мас. %:
полипропилен
90-97
карбонат кальция специального помола
2-8
УФ-стабилизатор (Tosaf UV6639PP или
Лайтформ 120601 СБ)
1-2
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 УФ-стабилизаторов без конкретного раскрытия их составов, которые не являются предметом защиты, и с которыми проводились натурные испытания заявленного покрытия.
В геотекстиле тканом по утку используются нити с высокой степенью фибрилляции, для чего нити пропускаются через вращающийся фибриллятор со следующими технологическими параметрами:
частота фибрилляции (количество игл)
7-10 игл/см
скорость вращения вала фибриллятора
150-230 м/мин
усилие прижатия нити к валу фибриллятора
10-15 Н
угол прижима нитей к валу фибриллятора
30-45°
температура нитей
110-140°С
Линейная плотность нитей по утку составляет 700-6000 денье с шириной 4-12 мм с высокой степенью фибрилляции.
По основе использованы плоские нити с линейной плотностью 1000-4000 денье и шириной 1-4 мм.
Выбор плотности и ширина нитей обусловлена следующими факторами.
В связи с тем, что геотекстиль тканый используется в конструктивных слоях автомобильных дорог всех технических категорий, то для обеспечения его эффективной работы под нагрузкой предъявляются определенные требования по прочности, что влияет на плотность нитей, а именно:
I категория дорог - 4000-6000 денье, II категория - 3000-4000 денье, III категория - 2000-3000 денье, IV-V - категория 700-2000 денье.
В зависимости от той или иной плотности выбирается ширина нити. Таким образом, плотность нити и ее ширина находятся в прямой зависимости друг от друга, в соответствии с конкретным применением геотекстиля.
Выбор ширины нити по утку основан на проведении экспериментов и подобран опытным путем, и который влияет непосредственно на прочность и фильтрующую способность геотекстиля в целом.
При этом, как известно специалисту, за счет прочности нити основы более тонкие, чем нити по утку, которые выполняются толще (шире). Этим объясняется тип нитей по основе, который в предпочтительном варианте выполнен с тройным кручением. Однако в других вариантах выполнения это может быть и плоский тип нитей, а также с двойным или четвертным вариантом кручения нитей.
Выбор коэффициента фильтрации не менее 40 м/сут объясняется практическими преимуществами геотекстиля:
увеличиваются темпы строительства грунтовых насыпей на торфяных и переувлажненных основаниях за счет ускорения процессов консолидации и стабилизации, а также сокращение сроков выполнения работ по обезвоживанию и сушке различных типов нерастворимых в воде твердых веществ и промышленных отходов за счет повышения фильтрационной способности изготовленных из геотекстиля геотуб на 30%.
- сокращением деформации оснований дорожных одежд от морозного пучения вследствие предотвращения избыточного увлажнения;
- повышением эксплуатационной надежности участков автомобильной дороги в местах, где в процессе эксплуатации возможно повышение влажности земляного полотна или подстилающего грунта избыточной водой из переувлажненного земляного полотна;
При этом для более низких значений коэффициента фильтрации данные преимущества не обеспечиваются.
Давление 100-200 кПа обусловлено тем, что геотекстиль может работать в конструкциях под высоким давлением от веса дорожно-строительных конструкций высотой более 5 м. При таком давлении различные типы геотекстилей значительно сдавливаются и снижают водопропускную способность, этим объясняется широкий диапазон давлений.
Для доказательства достижения заявленного технического результата был проведен сравнительный анализ основных показателей геотекстилей существующего уровня техники и по заявленному решению, который представлен в Таблице 1:
Как следует из приведенной таблицы, а также проведенных испытаний, заявленный геотекстиль фильтрующий, с приведенными характеристиками обладает по сравнению с существующим уровнем техники, помимо высокой армирующей прочностью, заявленной повышенной водопропускной способностью дренажной системы в 1,5-2,5 раза, что подтверждает достижение заявленного технического результата.