УДЕРЖИВАЮЩАЯ СТРУКТУРА
HOLDING STRUCTURE

Настоящее изобретение относится к удерживающей структуре. Более точно, изобретение относится к структуре для удерживания материала в виде твердых частиц, способу изготовления подобной структуры и применениям подобной структуры.
Несмотря на то что удерживающая структура по настоящему изобретению имеет многочисленные разные применения, она имеет особые преимущества в области строительства железных дорог и тому подобного. Более точно, некоторые варианты осуществления настоящего изобретения направлены на решение проблем, связанных с явлением, известным как «пульсационная эрозия».
Пульсационная эрозия представляет собой результат колебаний нагрузок, действующих со стороны осей поездов вдоль железнодорожных путей. Быстрое последовательное нагружение и снятие нагрузки с рельсовых шпал, вызванные движущимся поездом, обуславливают передачу пульсирующей нагрузки поверхности раздела между балластом и подстилающим грунтом (основанием). Соответственно, в том случае, когда рельсовый путь построен на основании из тонкодисперсной глины/ила, данная пульсирующая нагрузка может вызвать разжижение поверхности глины/ила при смачивании, и впоследствии глина/ил могут быть вытеснены вверх в балластный слой. Данное нежелательное разрушение и перемещение базового слоя глины/ила может привести к деформированию структуры всего рельсового пути. Проблема пульсационной эрозии является общей для большинства стран по всему земному шару, которые регулярно подвергаются воздействию атмосферных осадков, и данная эрозия сама по себе является наиболее распространенной причиной разрушения рельсового пути.
В настоящее время проблему пульсационной эрозии решают посредством применения подстилающего слоя (подушки) толщиной 100 мм из соответствующим образом отсортированного песка, размещенного на граничной поверхности между каменным балластом и базовыми слоями глины/ила. Песок используют вследствие его естественной способности отфильтровывать грунты глинистого и илистого типа посредством естественных арочных эффектов. Кроме того, песчаный барьер позволяет воде свободно стекать с поверхности глины при одновременном противодействии перемещению частиц глины вверх.
Однако новейшие исследования показали, что фактический уровень миграции частиц глины в песчаный барьер данного типа является минимальным. Например, протяженность перемещения в песчаный барьер может составлять порядка 1 мм-2 мм, и, следовательно, толщина песчаного слоя может быть значительно уменьшена, но при этом он по-прежнему сможет выполнять функцию, для выполнения которой он предназначен. Вследствие свойств агрегатов сухих твердых частиц, таких как песок, которые включают в себя твердые частицы, обладающие свойствами свободного течения или жидкости, их трудно удержать в границах структуры композиционного материала. С учетом данной проблемы, а также понимания того, что рельсовый путь может быть построен на волнистой поверхности, в настоящее время предпочтительно, чтобы был образован подстилающий слой из песка толщиной 100 мм для гарантирования того, что слой песка с минимальной толщиной, например, от 10 мм до 15 мм, будет иметься вдоль всей протяженности построенного рельсового пути для обеспечения эффективного покрытия. Представляется, что подобное чрезмерное применение песка обусловлено необходимостью учитывать непостоянную толщину слоя песка, который может быть уложен поверх слоя глины/ила во время укладки его вручную разными рабочими. Как толщина песка, используемая в настоящее время, так и трудоемкая укладка приводят к дорогостоящему процессу для предотвращения пульсационной эрозии.
Из нижеприведенного рассмотрения станет очевидно, что удерживающая структура по настоящему изобретению направлена на устранение недостатков, связанных с предшествующим уровнем техники, при одновременном обеспечении многочисленных дополнительных преимуществ и выгод, на которые до настоящего времени не рассчитывали или которые до сих пор были невозможны при использовании конструкций по предшествующему уровню техники.
Соответственно, согласно первому аспекту настоящего изобретения разработана структура для удерживания материала в виде твердых частиц, содержащая: открытоячеистую матрицу и промежуточный композиционный материал, содержащий материал в виде твердых частиц, удерживаемый в опорной матрице, при этом промежуточный композиционный материал удерживается в открытоячеистой матрице. Следовательно, по существу образуется матрица внутри матрицы.
В некоторых вариантах осуществления структура может быть определена как структура для иммобилизации материала в виде твердых частиц.
Настоящее изобретение обеспечивает возможность удерживания материала в виде твердых частиц, такого как песок, в пределах структуры, в результате чего создается средство для обеспечения постоянной толщины слоя на волнистой поверхности. Посредством гарантирования того, что известное количество материала в виде твердых частиц, такого как песок, будет уложено на единицу площади балластного слоя, обеспечивается возможность использования слоя песка со значительно меньшей толщиной, чем в случае использования обычных способов, в результате чего уменьшаются затраты на материалы. Кроме того, удерживающая структура данного типа также обеспечивает возможность размещения и укладки материала в виде твердых частиц значительно быстрее и эффективнее, чем при использовании способов размещения, связанных с предшествующим уровнем техники. Поскольку удерживающая структура может быть зафиксирована с заранее заданной толщиной во время изготовления, отсутствует требование к укладчику обеспечивать приближение к заданной толщине слоя материала в виде твердых частиц, что может иметь место во время укладки сыпучего материала в виде твердых частиц вручную.
По меньшей мере, часть структуры может быть пористой. Кроме того, вся структура или, по меньшей мере, часть структуры может быть проницаемой или непроницаемой в зависимости от предполагаемого применения.
Опорная матрица в удерживающей структуре может быть образована из отверждающегося материала. Следовательно, опорная матрица может подвергаться существенной усадке во время отверждения, что вызывает ее удаление от существенных участков площади поверхности отдельных частиц в пределах структуры. Таким образом, природная пористость и характеристики поверхности исходного сыпучего материала в виде твердых частиц могут быть в значительной степени сохранены.
Структура для удерживания материала в виде твердых частиц может быть гибкой. Предпочтительно опорная матрица является гибкой. Подобная гибкость может обеспечить возможность поставки удерживающей структуры в виде рулона, в результате чего обеспечивается возможность простой транспортировки и равномерного распределения или размещения частиц. Удерживающая структура может обеспечить сохранение в значительной степени физических характеристик исходного материала в виде твердых частиц, имеющего эквивалентную толщину.
Опорная матрица может быть эластичной. Соответственно, удерживающая структура может выдерживать значительное смещение в поперечном и продольном направлениях при одновременном обеспечении возможности сохранения конфигурации материала в виде твердых частиц, удерживаемого в ней. Эластичная опорная матрица выполняет функцию сохранения местоположения отдельных агрегированных частиц в пределах всей структуры при одновременном придании высокой степени гибкости агрегированному компоненту.
Опорная матрица может содержать связующее вещество, такое как клей. Клей может представлять собой клей на основе каучука. Каучуковый материал может представлять собой природный каучук, например латексный каучук. Альтернативно, каучуковый материал может представлять собой синтетический каучук. Как природные каучуки, так и синтетические каучуки являются легкодоступными и недорогими, и, следовательно, производственная себестоимость удерживающей структуры данного типа минимизируется. Альтернативно, связующее вещество может представлять собой неупругую смолу, содержащую упругие частицы, при этом частицы образованы, например, из каучука (резины).
Материал в виде твердых частиц и клеящее вещество могут быть смешаны и иметь такой химический состав, что отдельные частицы будут слегка покрыты клеящим веществом, что гарантирует то, что промежутки между соседними частицами останутся открытыми для прохода жидкостей или газов. Кроме того, используемое клеящее вещество может подвергаться значительной усадке во время отверждения, что вызывает его смещение от существенных участков площади поверхности отдельных частиц в пределах структуры, в результате чего сохраняется природная пористость сыпучего материала в виде твердых частиц. Пригодное клеящее вещество может представлять собой жидкий латексный каучук, но может быть использовано любое эластичное связующее вещество.
Материал в виде твердых частиц может быть выбран на основе, которая при использовании способна поглощать запахи. Данное свойство материала в виде твердых частиц имеет особенно важное значение для удерживающей структуры при ее применении, охватываемом настоящим изобретением, в качестве защитного слоя для непроницаемой мембраны, используемой для покрытия секции мусорной свалки (могильника) или тому подобного. Например, при данном применении материал в виде твердых частиц может поглощать неприятные запахи, испускаемые сточными водами или газами, имеющимися вблизи секций мусорной свалки или тому подобного.
Материал в виде твердых частиц может представлять собой природный или синтетический материал. Следовательно, удерживающая структура может быть более универсальной с точки зрения ее конечного использования и с точки зрения материалов, из которых она может быть изготовлена.
Материал в виде твердых частиц может представлять собой, по меньшей мере, один материал, выбранный из песка, цеолита, повторно используемого стекла, углерода или тому подобного. Структура для удерживания материала в виде твердых частиц может удерживать комбинацию из двух или более различных материалов в виде твердых частиц, например, таких как песок и цеолит.
Материал в виде твердых частиц может быть образован из сферических частиц или аморфных частиц. Например, материал в виде сферических твердых частиц может быть предпочтительным вследствие его способности обеспечивать равномерное распределение частиц в конфигурации, подобной решетке. Альтернативно, аморфные частицы могут быть предпочтительными вследствие их неправильной формы, которая может обеспечить получение конфигурации в виде уложенных друг на друга слоев частиц без взаимодополнения их по форме, в результате чего повышается природная пористость материала в виде твердых частиц.
Материал в виде твердых частиц может быть равномерно распределен по всему промежуточному композиционному материалу. Равномерное распределение может обеспечить постоянство эксплуатационных характеристик удерживающей структуры.
Соответствующие пропорции, в которых смешивают связующее вещество и материал в виде твердых частиц, могут зависеть от ряда факторов, специфических для определенного применения, к которым могут относиться: форма, размер и тип агрегатов частиц; тип связующего вещества; требуемая степень пористости; степень гибкости, требуемая для конечного использования удерживающей структуры, и требуемая доля открытой поверхности агрегированного материала в виде твердых частиц, главным образом для применений в целях поглощения запахов.
Соотношение связующего вещества и материала в виде твердых частиц может находиться в диапазоне от 1:7 до 1:15. Предпочтительно соотношение компонентов в смеси является таким, чтобы количество связующего вещества было достаточным для покрытия, по меньшей мере, некоторой части поверхности каждой агрегированной частицы во время процесса смешивания, но недостаточным для заполнения пустот между частицами, в результате чего обеспечивается сохранение как можно большего числа природных физических свойств сыпучего материала в виде твердых частиц.
Средний массовый аэродинамический диаметр твердых частиц материала в виде твердых частиц может находиться в диапазоне от 0,075 мм до 2,6 мм. Размер твердых частиц материала может зависеть от предполагаемого применения удерживающей структуры. Например, для получения оптимальных фильтрационных характеристик удерживающей структуры могут быть использованы разные диаметры твердых частиц материала для фильтрации материалов, изменяющихся по размеру и форме.
Удерживающая структура может иметь минимальный радиус изгиба, который находится в интервале от 50 мм до 500 мм. Гибкость удерживающей структуры может зависеть от ее функционального назначения или предполагаемого использования.
Материал в виде твердых частиц может быть равномерно распределен по всему промежуточному композиционному материалу, в результате чего улучшается постоянство эксплуатационных характеристик удерживающей структуры.
Открытоячеистая матрица может быть образована из природного или синтетического материала. Открытоячеистая матрица может быть образована из пластика, такого как полиэтилен.
Структура для удерживания твердых частиц может быть выполнена, например, с гибкой открытоячеистой матрицей. Открытоячеистая матрица при использовании может обладать способностью выдерживать воздействие сжимающей нагрузки при одновременном сохранении в основном стабильности положения материала в виде твердых частиц, удерживаемого в промежуточном композиционном материале структуры. Например, в случае ее применения для рельсового пути структура для удерживания твердых частиц, более точно - открытоячеистая матрица, может выдерживать воздействие сжимающей нагрузки, приложенной несущим нагрузку поездом, который движется над шпалами, лежащими на удерживающей структуре. Предпочтительно удерживающая структура способна в основном сохранять стабильность положения материала в виде твердых частиц, в результате чего предотвращается распространение указанного материала в виде твердых частиц наружу по направлению к несущим меньшую нагрузку местам в пределах построенного рельсового пути. В результате распространения («растекания») материала в виде твердых частиц может иметь место ослабление определенного места в удерживающей структуре и в конце концов ослабление конструкции рельсового пути.
Открытоячеистая матрица может быть выполнена с формой регулярной сетки. Альтернативно, открытоячеистая матрица может быть образована из размещенных случайным образом прядей (нитей).
Промежуточный композиционный материал, содержащий материал в виде твердых частиц, удерживаемый в опорной матрице, такой как клеящее вещество, может быть распределен по всей открытоячеистой матрице и удерживаться в ней. Промежуточный композиционный материал может механически сцепляться с открытоячеистой матрицей, но прилипание его к открытоячеистой матрице может быть необязательным. Альтернативно, промежуточный композиционный материал может прилипать к открытоячеистой матрице.
Структура для удерживания материала в виде твердых частиц может дополнительно содержать, по меньшей мере, один поверхностный слой из промежуточного композиционного материала. Поверхностный слой (покрытие) или непрерывный слой промежуточного композиционного материала может быть размещен рядом с большей поверхностью открытоячеистой матрицы. Посредством укладки поверхностного слоя из промежуточного композиционного материала поверх открытоячеистой матрицы можно усилить фильтрационные свойства структуры.
Структура для удерживания материала в виде твердых частиц может дополнительно содержать смачивающее вещество. Смачивающие вещества или «химические смачивающие вещества», как они широко известны, могут быть добавлены в промежуточный композиционный материал во время технологического процесса его изготовления для модифицирования способности к поглощению жидкостей и характеристик текучести материала в виде твердых частиц, содержащегося в нем.
Промежуточный композиционный материал может быть равномерно распределен в открытоячеистой матрице. За счет выполнения этого может быть обеспечено постоянство эксплуатационных характеристик удерживающей структуры.
Структура для удерживания материала в виде твердых частиц может дополнительно содержать, по меньшей мере, один слой текстильного материала. Таким образом, комбинация из открытоячеистой матрицы и промежуточного композиционного материала может быть размещена между, по меньшей мере, двумя слоями текстильного материала.
Слой текстильного материала может быть образован посредством натурального или синтетического материала.
Слой текстильного материала может быть образован посредством тканого материала, в результате чего повышается прочность слоя текстильного материала.
Слой текстильного материала может быть гибким и, следовательно, может придавать удерживающей структуре высокую степень перемещения.
Слой текстильного материала может быть прикреплен к открытоячеистой матрице с возможностью отсоединения. Альтернативно, слой текстильного материала может быть постоянно прикреплен к открытоячеистой матрице. Слой текстильного материала может быть прикреплен к открытоячеистой матрице посредством ламинирования, такого как пламенное ламинирование, что обеспечивает преимущества, обусловленные большим сопротивлением удерживающей структуры срезу (сдвигу) и отличной когезионной связью между слоем текстильного материала и открытоячеистой матрицей.
При использовании слой текстильного материала может обладать способностью к распределению нагрузки, действующей на удерживающую структуру. Распределение нагрузки, действующей на структуру, может обеспечить повышение долговечности структуры, а также предотвращение появления слабых зон в структуре, которые могут быть образованы за счет многократного приложения силы, действующей со стороны нагрузки на определенное место.
Слой текстильного материала может представлять собой слой геотекстильного материала. Геотекстильные материалы представляют собой проницаемые материалы, которые при использовании их, например, вместе с грунтом обладают способностью отделять, отфильтровывать, усиливать, защищать и отводить жидкое или газообразное вещество.
Структура для удерживания материала в виде твердых частиц может дополнительно содержать штапельные волокна. Штапельные волокна могут обеспечить повышение прочности и робастности всей структуры, в результате чего обеспечивается дополнительная стабильность. Штапельные волокна могут представлять собой нитевидные конструктивные элементы и могут создавать армирующий эффект, в результате чего обеспечивается повышение долговечности удерживающей структуры.
Структура для удерживания материала в виде твердых частиц может дополнительно содержать средства радиочастотной идентификации. Радиочастотная идентификация (RFID) представляет собой способ автоматической идентификации, базирующийся на хранении и дистанционном сборе данных посредством использования устройств, называемых радиометками (электронными метками) или транспондерами. Подобные данные могут включать в себя информацию, относящуюся к местоположению и дате установки удерживающей структуры, вместе с информацией, относящейся к другим важным характеристикам, например, таким как местоположение подземных труб, которые могут быть обнаружены в окружающей зоне.
Настоящее изобретение также включает в себя способ изготовления структуры для удерживания материала в виде твердых частиц, при этом структура является пористой, и способ включает в себя следующие операции: образование промежуточного композиционного материала, содержащего материал в виде твердых частиц, удерживаемый в опорной матрице; и добавление указанного промежуточного композиционного материала к открытоячеистой матрице для удерживания в ней.
Материал в виде твердых частиц может представлять собой, по меньшей мере, один материал, выбранный из песка, цеолита, повторно используемого стекла, углерода или тому подобного. Способ по настоящему изобретению может обеспечить возможность варьирования составляющих в виде частиц, при этом они могут включать в себя любую комбинацию минерала/типа частиц в материале. Данные частицы могут включать, например, антибактериальные, противомикробные частицы, частицы, обладающие свойством нейтрализации газов, частицы со сверхвысокой поглощающей способностью. Это может обеспечить возможность функционирования структуры в качестве защитного слоя или газонепроницаемого слоя при создании мусорных свалок или ремонтно-строительных работах.
Способ может дополнительно включать в себя операцию присоединения, по меньшей мере, одного слоя текстильного материала к открытоячеистой матрице путем ламинирования (например, пламенного ламинирования). Слой текстильного материала может представлять собой слой геотекстильного материала.
Слой текстильного материала может быть прикатан к открытоячеистой матрице во время операции ламинирования. Таким образом, непрерывный слой текстильного материала может быть наложен на открытоячеистую матрицу, когда она расположена, например, на ленточном конвейере.
Способ может дополнительно включать в себя операцию использования средства регулирования толщины для выбора толщины удерживающей структуры. Средство регулирования толщины может представлять собой, например, роликоправильное устройство (mangle) или профилирующий нож. Толщина удерживающей структуры может зависеть от применения, для которого предназначена структура. Например, толщина удерживающей структуры, которая требует высокого уровня гибкости для конечного использования данной структуры, может быть отрегулирована так, что она будет небольшой.
Структура может иметь по существу одинаковую толщину. Альтернативно, толщина может варьироваться вдоль и/или поперек длины структуры. Это обеспечивает возможность образования, например, канавок, углублений, конструкций с взаимной блокировкой и тому подобного.
Удерживающая структура, выполненная в соответствии с данным способом, может содержать связующее вещество, как описано выше.
Способ по настоящему изобретению может включать в себя последовательность операций, включающую в себя присоединение одного слоя текстильного материала путем ламинирования к открытоячеистой матрице, в результате чего образуются карманы для заполнения, предназначенные для приема промежуточного композиционного материала в открытоячеистой матрице, при этом за указанным ламинированием следует добавление промежуточного композиционного материала. Последовательность может включать в себя дополнительную операцию присоединения второго слоя текстильного материала путем ламинирования к противоположной стороне открытоячеистой матрицы, в результате чего открытоячеистая матрица будет размещена между двумя слоями текстильного материала для удерживания в ней материала в виде твердых частиц. Альтернативно, второй слой текстильного материала может быть прикреплен к открытоячеистой матрице посредством клеящего вещества.
Способ по настоящему изобретению может быть использован для изготовления любой из структур для удерживания твердых частиц, описанных здесь.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения разработано покрытие для балластного слоя железнодорожного пути, содержащее удерживающую структуру, подобную описанной выше, при этом покрытие пригодно для использования при строительстве железнодорожных путей для обеспечения постоянной толщины материала в виде твердых частиц на волнистой поверхности для регулирования миграции материалов имеющегося подстилающего грунта и отвода осадков.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения разработано покрытие для секции мусорной свалки, содержащее удерживающую структуру, подобную описанной выше, при этом покрытие пригодно для использования при защите непроницаемой мембраны, используемой для покрытия секции мусорной свалки или тому подобного. В данном применении удерживающая структура может служить в качестве защитного барьерного элемента для предотвращения прокалывания непроницаемой мембраны, которая сама по себе предназначена для предотвращения утечки сточных вод или газа в окружающую среду. В данном применении подходящим материалом в виде твердых частиц может быть, например, повторно используемое стекло. Покрытие для секции мусорной свалки может быть размещено рядом с большей поверхностью указанной непроницаемой мембраны. Альтернативно или дополнительно, цеолит может быть предпочтительным вследствие его способности к нейтрализации выделяющихся газов, таких как метан.
Настоящее изобретение также включает в себя строительный композиционный материал, содержащий удерживающую структуру, подобную описанной выше, при этом композиционный материал пригоден для использования при строительстве секции мусорной свалки (могильника) или тому подобного, имеющей по существу вертикальные стенки. За счет покрытия (облицовки) внутренней поверхности секции мусорной свалки или тому подобного можно увеличить угол между основанием и стенкой обычной секции мусорной свалки, тем самым увеличивая ее емкость. Посредством увеличения емкости секции мусорной свалки и обеспечения возможности выполнения по существу вертикальных стенок грунт в зоне мусорной свалки может быть использован более эффективно. Угол земляной насыпи или угол наклона стенки секции мусорной свалки, например, может быть увеличен благодаря высокому коэффициенту трения, которое структура по настоящему изобретению создает при контакте с другой поверхностью. В данном случае применения настоящее изобретение может служить для сохранения формы стенки секции мусорной свалки или тому подобного. В противном случае стенка секции мусорной свалки или тому подобного может сплющиваться или обрушиваться, когда угол между основанием и стенкой увеличивается до значения, которое может быть использовано в соответствии с настоящим изобретением. Следовательно, структура по настоящему изобретению может обеспечить опору для по существу вертикальных стенок.
Следует понимать, что настоящее изобретение может быть использовано для обеспечения опоры для стенок или тому подобного в случаях применения, отличающихся от описанных выше.
Различные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны далее более подробно в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых аналогичные ссылочные позиции относятся к аналогичным элементам и на которых:
фиг.1 представляет собой выполненный с частичным вырывом вид в перспективе удерживающей структуры, образованной в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 представляет собой аналогичный показанному на фиг.1 вид альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 представляет собой аналогичный показанным на фиг.1 и 2 вид альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг.4 представляет собой сечение удерживающей структуры, образованной в соответствии с настоящим изобретением, при использовании;
фиг.5 представляет собой вид в плане открытоячеистой матрицы и слоя текстильного материала;
фиг.6а представляет собой схематическое изображение технологического процесса в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.6b представляет собой схематическое изображение альтернативного технологического процесса в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.7 показывает покрытие секции мусорной свалки по настоящему изобретению при применении для секции мусорной свалки;
фиг.8 представляет собой аналогичный показанному на фиг.7 вид альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг.9 иллюстрирует вертикальный вид сбоку строительного композиционного материала по настоящему изобретению, используемого для создания множества размещенных на рациональном расстоянии друг от друга, отстойных прудов (отстойников);
фиг.10 показывает альтернативный вариант осуществления строительного композиционного материала, образованного в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.11 представляет собой вертикальный вид сбоку удерживающей структуры, свернутой в рулон в целях транспортировки/хранения;
фиг.12 представляет собой сечение альтернативной удерживающей структуры;
фиг.13 представляет собой вертикальный вид сбоку соединения между двумя соседними структурами, образованными в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.14 представляет собой вид, аналогичный виду, показанному на фиг.12, но иллюстрирующий альтернативное соединение;
фиг.15 представляет собой дополнительный вариант осуществления соединения между соседними рулонами или панелями;
фиг.16 представляет собой еще один альтернативный вариант осуществления соединения между соседними рулонами или панелями;
фиг.17 представляет собой вид в перспективе удерживающей структуры, образованной в соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения; и
фиг.18 представляет собой вид в перспективе удерживающей структуры, образованной в соответствии с еще одним дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.1 показана структура для удерживания материала в виде твердых частиц, обозначенная в целом ссылочной позицией 101. Структура для удерживания материала в виде твердых частиц ниже будет названа «удерживающей структурой». Удерживающая структура 101 является проницаемой и содержит открытоячеистую матрицу 103 и промежуточный композиционный материал 105, опирающийся на нее. Сам промежуточный композиционный материал 105 содержит материал в виде твердых частиц, удерживаемый в опорной матрице. В данном варианте осуществления используемый материал в виде твердых частиц представляет собой песок, и опорная матрица образована посредством жидкого резинового латексного клея. Частицы песка равномерно распределены по всему клеящему веществу.
Открытоячеистая матрица 103 образована посредством сетчатой структуры с ромбовидными ячейками из экструдированного пластика, более точно - полиэтилена. Открытоячеистая матрица 103 является по существу плоской и содержит два ряда (102 и 104), один из которых размещен поверх другого и которые образованы из параллельных и разнесенных пластиковых прядей (нитей), при этом ряды выполнены в виде одного целого. Первый ряд 102 расположен под углом относительно второго ряда 104, в результате чего образуются ромбовидные пустоты (полости) между рядами и в конце концов образуется сетчатая открытоячеистая матрица 103.
Промежуточный композиционный материал 105, содержащий смесь песка и клеящего вещества, равномерно распределен по всей открытоячеистой матрице 103. Открытоячеистая матрица 103 обеспечивает опору для промежуточного композиционного материала 105, более точно - для песчинок; сами песчинки удерживаются внутри трехмерной матрицы и фиксируются посредством трехмерной матрицы, образованной жидким резиновым латексным клеем. В данном варианте осуществления промежуточный композиционный материал 105 остается неподвижным в пределах размеров, определяемых открытоячеистой матрицей 103. Тем не менее, в соответствии с настоящим изобретением также предусмотрена удерживающая структура, в которой промежуточный композиционный материал опирается на матрицу, но необязательно полностью «удерживается» в пределах размеров матрицы. Другими словами, «тело» композиционного материала может простираться за воображаемые границы, определяемые структурой матрицы. Открытоячеистая матрица 103 является гибкой, в результате чего обеспечивается возможность поставки удерживающей структуры 101 в виде рулона. Тем не менее, она также имеет высокую степень жесткости в вертикальном направлении для сопротивления воздействию сжимающих нагрузок, которые могут быть приложены во время ее использования.
Несмотря на то что жидкий резиновый латексный клей служит опорой для песчинок и способствует поддержанию стабильности их положения в пределах удерживающей структуры 101, клей после отверждения подвергается усадке и, следовательно, не будет покрывать всю поверхность каждой песчинки. Результирующим эффектом является то, что существуют промежутки или пустоты между песчинками, в результате чего сохраняется природная пористость, которая в других обстоятельствах была бы присуща сыпучему материалу в виде твердых частиц. Пористость песка обеспечивает возможность отвода осадков, таких как дождевые осадки. Следовательно, при использовании удерживающая структура 101 может обеспечить уменьшение количества воды, которая может контактировать с поглощающими воду поверхностями, такими как слои на основе глины/ила, что может вызвать пульсационную эрозию.
Далее рассматривается фиг.2, на которой показана удерживающая структура 201, аналогичная структуре, показанной на фиг.1, дополнительно содержащая листовой первый слой 207 геотекстильного материала. Первый слой 207 геотекстильного материала размещен на нижней большей поверхности плоской открытоячеистой матрицы 203, как показано на чертеже. Первый слой 207 геотекстильного материала прикреплен к первому ряду 202 открытоячеистой матрицы 202 посредством пламенного ламинирования.
Далее рассматривается фиг.3, на которой показана удерживающая структура 301, аналогичная структуре, показанной на фиг.2, дополнительно содержащая листовой второй слой 309 геотекстильного материала. Второй слой 309 геотекстильного материала прикреплен к верхней большей поверхности плоской открытоячеистой матрицы 303, как показано на чертеже, посредством клея. Открытоячеистая матрица 303 и промежуточный композиционный материал 305 размещены между первым и вторым слоями геотекстильного материала, обозначенными, соответственно, 307 и 309. Первый и второй слои 307 и 309 геотекстильного материала являются пористыми и придают дополнительные фильтрационные свойства удерживающей структуре 301, одновременно также защищая открытоячеистую матрицу 303 и промежуточный композиционный материал 305.
Далее рассматривается фиг.4, на которой показано сечение конструкции рельсового пути, обозначенного в целом ссылочной позицией 11. Конструкция 11 рельсового пути содержит два параллельных рельса 13 и 15 и множество шпал 17 (на чертеже показана одна). Рельсы 13 и 15 закреплены на заранее заданном расстоянии друг от друга посредством расположенных под ними шпал 17. Конструкция 11 рельсового пути создана над балластной подушкой, которая образована балластным слоем 19. Балластный слой 19 состоит из гравия, котельного шлака или других агрегатов. Под балластным слоем 19 можно обнаружить слой 21 глинистого подстилающего грунта. Балластный слой 19 и слой 21 глинистого подстилающего грунта отделены друг от друга удерживающей структурой 301, расположенной на границе между указанными двумя слоями. В данном варианте осуществления используется удерживающая структура 301, подобная показанной на фиг.3. Следовательно, удерживающая структура 301 содержит как первый слой 307 геотекстильного материала, так и второй слой 309 геотекстильного материала, в результате чего обеспечивается дополнительная опора для удерживаемого материала в виде твердых частиц и его защита.
Пористый характер удерживающей структуры 301 облегчает отвод (сток) любых осадков, таких как дождевые осадки, которые могут проникать сквозь балластный слой 19. Посредством минимизации количества воды, которая достигает слоя 21 глинистого подстилающего грунта, расположенного под удерживающей структурой 301, образование разжиженной глины в условиях действия сжимающей нагрузки может быть уменьшено, в результате уменьшаются эффекты эрозионной пульсации.
Удерживающая структура 301 в данном варианте осуществления содержит открытоячеистую матрицу 303, имеющую толщину порядка 6 мм. Данное существенное уменьшение толщины слоя материала в виде твердых частиц по сравнению с обычным имеющим толщину 100 мм слоем сыпучего материала в виде твердых частиц возможно, поскольку последние исследования показали, что фактическая миграция частиц глины вверх из слоя 21 глинистого подстилающего грунта составляет порядка 1-2 мм. Кроме того, благодаря промежуточному композиционному материалу 303 удерживающей структуры 301, содержащему жидкий латексный резиновый клей, который подвергается усадке во время отверждения, сохраняется природная пористость материала в виде твердых частиц в удерживающей структуре 301. Удерживающая структура 301 гарантирует то, что слой материала в виде твердых частиц с толщиной, составляющей, по меньшей мере, от 1 мм до 2 мм, который требуется для выполнения данной функции, будет существовать на всей границе раздела балластного слоя 19 и слоя 21 глинистого подстилающего грунта. Кроме того, толщина удерживающей структуры 301 отрегулирована до заранее заданного значения перед ее размещением, что позволяет избежать ненадлежащего применения материала в виде твердых частиц, которое может иметь место при использовании способов по предшествующему уровню техники.
Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает наличие средства для решения проблем, связанных с пульсационной эрозией, при одновременном значительном уменьшении количества материалов, необходимых для выполнения данной функции, упрощении размещения материала в виде твердых частиц данного типа и в конечном счете уменьшении затрат на изготовление и размещение материала в виде твердых частиц.
Фиг.5, 6а и 6b относятся к способу изготовления по настоящему изобретению.
На фиг.5 показан вид в плане открытоячеистой матрицы 303 и первого слоя 307 геотекстильного материала, прикрепленного под ней. Открытоячеистая матрица 303 имеет сетчатую структуру с ромбовидными пустотами, сквозь которые можно видеть нижний слой 307 геотекстильного материала.
В данном варианте реализации способа по настоящему изобретению первый слой 307 геотекстильного материала прикрепляют к нижней поверхности открытоячеистой матрицы 303, в результате чего создается структура с открытыми карманами. В альтернативных вариантах осуществления изобретения удерживающая структура 301 может быть выполнена без первого слоя 307 геотекстильного материала и содержать, например, только промежуточный композиционный материал 305. Образование открытоячеистой матрицы 303 вместе с первым слоем 307 геотекстильного материала, показанной на фиг.5, представляет собой первую стадию изготовления удерживающей структуры 301.
Далее рассматривается фиг.6а, на которой показан схематический вертикальный вид сбоку, который показывает последующие операции в процессе изготовления удерживающей структуры 301. Открытоячеистую матрицу 303 и первый слой 307 геотекстильного материала по фиг.5 размещают на ленточном конвейере 23, который содержит левый ролик 25 и правый ролик 27. Как левый ролик 25, так и правый ролик 27 вращаются в направлении по часовой стрелке, в результате обеспечивается приведение конвейерной ленты 23 в движение также в направлении по часовой стрелке.
Из вида, показанного на фиг.6а, следует, что открытоячеистая матрица 303 и первый слой 307 геотекстильного материала по фиг.5 перемещаются вдоль ленточного конвейера 23 в направлении вправо. Нижний слой 307 геотекстильного материала прикреплен к первому ряду 302 открытоячеистой матрицы 303, при этом он также контактирует с конвейерной лентой 23, в результате чего сетка с карманами будет открыта со стороны верхней поверхности открытоячеистой матрицы 303. Таким образом, на последующей операции способа по настоящему изобретению открытоячеистая матрица 303 может принимать промежуточный композиционный материал 305 сверху. Соответственно, промежуточный композиционный материал 305, состоящий в данном варианте осуществления из песчинок и жидкого резинового латексного клея, размещен внутри дозирующего бункера 29, расположенного над ленточным конвейером 23. Когда открытоячеистая матрица 303 и первый слой 307 геотекстильного материала, прикрепленный к ней, перемещаются вдоль ленточного конвейера 23, промежуточный композиционный материал 305 загружается в карманы открытоячеистой матрицы 303. Равномерное распределение промежуточного композиционного материала 305 может быть обеспечено посредством поддержания постоянной скорости выдачи из дозирующего бункера 29 вместе с постоянной скоростью перемещения конвейерной ленты 23.
Последующая операция способа по настоящему изобретению включает в себя перемещение открытоячеистой матрицы 303, заполненной промежуточным композиционным материалом 305, и первого слоя 307 геотекстильного материала, прикрепленного к ней, через средство регулирования толщины, в данном случае мимо ролика 31 роликоправильного устройства. Ролик 31 регулировочного роликоправильного устройства вращается в направлении против часовой стрелки, а также выполнен с возможностью перемещения в вертикальном направлении. В данном варианте осуществления ролик 31 регулировочного роликоправильного устройства содержит плоский второй слой 309 геотекстильного материала, который подают на его наружную поверхность.
Посредством регулировки высоты ролика 31 регулировочного роликоправильного устройства в вертикальном направлении можно выбрать зазор между роликом 31 регулировочного роликоправильного устройства и конвейерной лентой 23. Таким образом, можно выбрать толщину поступающей открытоячеистой матрицы 303, заполненной промежуточным композиционным материалом 305 и прикрепленной к первому слою 307 геотекстильного материала, которая должна проходить через зазор между конвейерной лентой 23 и роликом 31 регулировочного роликоправильного устройства. Кроме того, второй слой 309 геотекстильного материала может быть прикатан к второму ряду 304 открытоячеистой матрицы 303 и прикреплен к нему посредством клея.
Выполняемая после регулировки толщины удерживающей структуры 301 последующая операция способа по настоящему изобретению включает в себя подвод тепла (непоказанный) к наружной поверхности второго слоя 309 геотекстильного материала с тем, чтобы можно было обеспечить отверждение связующего вещества, содержащегося в данном слое.
В конце ленточного конвейера 23 получают изготовленную структуру 301 для удерживания материала в виде твердых частиц, содержащую открытоячеистую матрицу 303, промежуточный композиционный материал 305, первый слой 307 геотекстильного материала и второй слой 309 геотекстильного материала.
Далее рассматривается фиг.6b, на которой показано схематическое изображение, аналогичное изображению по фиг.6а, но показывающее альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления средство регулирования толщины образовано профилирующим ножом 60, который наклонен под углом 45° относительно ленточного конвейера 23а. Профилирующий нож 60 имеет острую кромку, которая входит в контакт с удерживающей структурой 201, проходящей под ним, и служит для профилирования удерживающей структуры 201 до требуемой толщины. Профилирующий нож предусмотрен со средством 62 регулировки высоты, в результате чего может быть выбрана толщина удерживающей структуры. В данном варианте осуществления удерживающая структура 201 (подобная показанной на фиг.2) не предусмотрена со вторым слоем геотекстильного материала.
Далее рассматривается фиг.7, на которой показана секция мусорной свалки, обозначенная в целом ссылочной позицией 733. Секция 733 мусорной свалки содержит две наклонные стенки 735 и 737 и основание 739 секции мусорной свалки. Внутренняя поверхность стенок 735 и 737 и основания 739 покрыта непроницаемой удерживающей структурой 701. Внутренняя поверхность непроницаемой структуры 701 сама покрыта непроницаемой мембраной 741, при этом на непроницаемой мембране 741 размещены отходы 743. В данном случае применения удерживающая структура 701 служит в качестве защитного барьера для непроницаемой мембраны 741, тем самым предотвращая какой-либо вред, который может быть нанесен непроницаемой мембране 741, например, такой как прокалывание, вызванное острыми предметами, содержащимися в грунте. В данном варианте осуществления материал в виде твердых частиц может представлять собой, например, повторно используемое стекло.
Далее рассматривается фиг.8, на которой показано другое применение покрытия секции мусорной свалки, подобного показанному на фиг.7. В данном варианте осуществления секция 833 мусорной свалки покрыта двумя слоями покрытия секции мусорной свалки, образованного удерживающей структурой 801 и расположенного у внутренней поверхности непроницаемой мембраны 841. Тем самым удерживающая структура 801 обеспечивает дополнительную защиту непроницаемой мембраны 841, в результате чего предотвращается утечка опасных газов и сточных вод из отходов 843. Кроме того, внутренний слой удерживающей структуры 801 обеспечивает дополнительную защиту непроницаемого слоя 841 посредством предотвращения повреждения, такого как прокалывание, которое может быть вызвано отходами 843 с острыми краями, содержащимися внутри непроницаемого слоя 841.
Далее рассматривается фиг.9, на которой проиллюстрировано дополнительное использование настоящего изобретения в случае применения его для отстойных прудов. Показаны сечения трех отстойных прудов 933а, 933b и 933с. Каждый отстойный пруд имеет две наклонные стенки 935 и 937 и основание 939. Номер каждой стенки или основания имеет индекс 'а', 'b' или 'c' в зависимости от того, какому отстойному пруду 933а, 933b или 933с принадлежит стенка или основание. Внутренние поверхности стенок 935а и 937а и основания 939а покрыты удерживающей структурой 901а, при этом удерживающая структура 901а является пористой. Внутренние поверхности стенок 935b и 937b и основания 939b покрыты удерживающей структурой 901b, при этом удерживающая структура 901b является проницаемой. Внутренние поверхности стенок 935с и 937с и основания 939с покрыты удерживающей структурой 901с, при этом удерживающая структура 901с является непроницаемой.
Угол наклона стенок отстойного пруда для обычных отстойных прудов находится в диапазоне от 30° до 35°. В данном варианте осуществления каждая из стенок 935а/b/с и 937а/b/с отстойных прудов наклонена под углом 45°. Возможность выполнения увеличенного угла наклона данных стенок обеспечивается посредством использования удерживающей структуры 901а/b/с, которая в данном варианте осуществления служит в качестве строительного композиционного материала, выполненного с возможностью обеспечивать высокий коэффициент трения. Строительный композиционный материал обеспечивает сохранение формы стенок 935а/b/с и 937а/b/с отстойных прудов, тем самым предотвращая их осыпание, которое с наибольшей вероятностью имело бы место, если бы отстойный пруд был выкопан в земле без покрытия внутренней поверхности удерживающей структурой 901а/b/с по настоящему изобретении. Можно понять, что объем столба 45 грунта, расположенного между соседними отстойными прудами 933а/b/с, уменьшается вследствие увеличенного угла наклона стенок 935а/b/с и 937а/b/с отстойных прудов по сравнению с наклоном стенок обычных отстойных прудов. Увеличенный угол наклона стенок 935а/b/с и 937а/b/с обеспечивает возможность более эффективного использования грунта зоны отстойных прудов, обозначенного в целом ссылочной позицией 47.
Далее рассматривается фиг.10, на которой показано сечение секции мусорной свалки, аналогичной показанной на фиг.7. В данном варианте осуществления сохранены все признаки секции по фиг.7 за исключением того, что протяженность строительного композиционного материала для секции мусорной свалки, представленного удерживающей структурой 101, увеличена, так что он простирается через край каждой стенки 1035 и 1037 и зацепляется за грунт 1050, расположенный рядом с ним. Цель этого заключается в том, чтобы существенно усилить способность удерживающей структуры 101 сохранять при использовании свое местоположение относительно каждой стенки 1035 и 1037, когда она служит в качестве строительного композиционного материала для секции мусорной свалки, в результате чего обеспечивается возможность образования по существу вертикальных стенок в случае применения для секции мусорной свалки.
Далее рассматривается фиг.11, на которой проиллюстрировано сечение листовой удерживающей структуры 101 в сложенном положении. В данном случае удерживающая структура 101 принимает вид рулона, в результате чего она будет иметь рациональную форму для ее хранения и транспортировки.
Далее рассматривается фиг.12, на которой показан схематический вертикальный вид сбоку альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения. Удерживающая структура, обозначенная в целом ссылочной позицией 1201, аналогична удерживающей структуре, показанной на фиг.3. Однако в данном варианте осуществления удерживающая структура дополнительно содержит поверхностный слой 1252 из промежуточного композиционного материала между первым слоем 1207 геотекстильного материала и первым рядом 1202 открытоячеистой матрицы 1203. Поверхностный слой 1252 из промежуточного композиционного материала обеспечивает улучшение фильтрационных свойств удерживающей структуры 1201. Это обусловлено тем, что поверхностный слой 1252 из промежуточного композиционного материала представляет собой непрерывный слой материала в виде твердых частиц в отличие от промежуточного композиционного материала 1205, который заполняет промежутки между первым (1202) и вторым (1204) рядами открытоячеистой матрицы 1204.
Далее рассматривается фиг.13, на которой показан вертикальный вид сбоку соединения между двумя концами 1301а и 1301b рулонов или панелей удерживающей структуры по настоящему изобретению. Концы 1301а и 1301b содержат первый слой 1307 геотекстильного материала, второй геотекстильный материал 1309 и промежуточный композиционный материал 1305, удерживаемый между ними (следует отметить, что открытоячеистая матрица не показана на данном схематическом изображении). Каждый компонент помечен индексом 'a' или 'b' в зависимости от того конца 1301а или 1301b, которому он принадлежит. Данный вариант осуществления показывает самоуплотняющееся соединение, образующееся за счет того, что концы сначала находятся на некотором расстоянии друг от друга, но при приложении силы, действующей в направлении вниз, ко вторым слоям 1309а и 1309b геотекстильного материала промежуточный композиционный материал 1305а и 1305b соседних концов «растекается» (распространяется) в направлении вбок и сдавливается вместе, в результате чего образуется уплотнение 1356. Уплотнение 1356 обеспечивает повышение эффективности удерживающей структуры посредством образования непрерывного слоя песка, даже между соединениями, на поверхности раздела между глиной и балластом.
Далее рассматривается фиг.14, на которой показан аналогичный виду по фиг.13 вид альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления соседние концы 1401а и 1401b отдельных рулонов или панелей удерживающих структур по настоящему изобретению размещены рядом друг с другом с зазором 1458 между ними. Зазор 1458 заполняют смесью 1454 сыпучего песка и бентонита. Смесь 1454 сыпучего песка и бентонита гарантирует то, что между соседними концами 1401а и 1401b будет образовано эффективное уплотнение во время размещения рулонов или панелей поверх грунта. В противном случае соединение между соседними концами может быть подвержено утечке частиц глинистого ила, проходящих снизу и через соединение, которая приводит к пульсационной эрозии.
Далее рассматривается фиг.15, на которой показано альтернативное соединение между соседними концами 1501а и 1501b рулонов или панелей удерживающих структур по настоящему изобретению. В данном варианте осуществления соединение представляет собой ступенчатое соединение за счет того, что часть промежуточного композиционного материала 1505а и второго слоя 1509а геотекстильного материала конца 1501а рулона или панели перекрывает часть промежуточного композиционного материала 1505b и первого слоя 1507b геотекстильного материала конца 1501b рулона или панели и перекрывается данной частью. Z-образный зазор 1558 между концами 1501а и 1501b заполняют смесью 1554 сыпучего песка и бентонита, чтобы дополнительно предотвратить любое перемещение частиц глинистого ила через соединение.
Далее рассматривается фиг.16, на которой показано дополнительное альтернативное соединение между соседними концами 1601а и 1601b соседних рулонов или панелей удерживающих структур по настоящему изобретению. В данном случае концы 1601а и 1601b наклонены под углом 45° и расположены так, что обращенные друг к другу поверхности промежуточного композиционного материала 1605а и 1605b расположены параллельно друг другу, в результате чего образуется зазор 1658, который, соответственно, образован под углом 45°. Зазор 1658 заполняют смесью 1654 сыпучего песка и бентонита, которая обеспечивает повышение эффективности уплотнения. Угол, составляющий 45°, между концами 1601а и 1601b гарантирует то, что при приложении действующей в направлении вниз силы, действующей, например, со стороны поезда, участки 1605а и 1605b промежуточного композиционного материала сдавливаются вместе благодаря тому, что они перекрываются, в результате чего образуется эффективное уплотнение.
Далее рассматривается фиг.17, на которой показан альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором удерживающая конструкция, обозначенная в целом ссылочной позицией 1701, имеет две продольные канавки 1764, образованные вдоль одной из ее бо'льших поверхностей. Тем не менее, следует понимать, что удерживающая структура по настоящему изобретению может быть выполнена с одной канавкой или множеством канавок, при этом канавка (-и) выполнена (-ы) вдоль и/или поперек любой части структуры.
Удерживающая структура 1701, подобная показанной на фиг.17, имеет первый слой 1707 геотекстильного материала, второй слой 1709 геотекстильного материала и промежуточный композиционный материал 1705, удерживаемый между ними (открытоячеистая матрица не показана на фиг.17). Показанные на одном конце рулона или панели по настоящему изобретению канавки 1764 в данном варианте осуществления показаны как имеющие прямоугольное поперечное сечение, и их глубина зависит от их предполагаемого назначения. Например, канавки 1764 можно оставить в виде воздушного пространства, в них могут быть размещены трубки с микроотверстиями, или они могут быть предназначены для прохода жидкостей или газов.
Далее рассматривается фиг.18, на которой проиллюстрирована удерживающая структура 1801, аналогичная удерживающей структуре, показанной на фиг.2. Тем не менее, в данном варианте осуществления часть «тела» промежуточного композиционного материала 1805 выступает за размеры, определяемые открытоячеистой матрицей 1803. Толщина промежуточного композиционного материала 1805 в данном варианте осуществления в два раза превышает толщину открытоячеистой матрицы 1803 и служит для дополнительного повышения фильтрационной способности удерживающей структуры 1801.