С изобретением за последние полвека прочных и надежных синтетических материалов, области применения этих материалов в инженерных работах увеличились до такой степени, что мы сегодня слышим о гибком мембранном покрытии для фильтровальных пластин.
Постепенно, с принятием в течение последних 15 лет практической роли данных синтетических искусственный материалов, проектирование и производство синтетических или геосинтетических материалов для операций земляных работ в гражданском строительстве столкнулись со значительным технологическим прогрессом. Основное использование геосинтетических материалов в районах с наклоном и болотистой почвой – для строительство особых сооружений, а также для строительства площадок и армирования почвы.
Наиболее важный член этой группы – растягивающие волокна геотекстиль и геомембраны, играющие за счет улучшения почвенного покрова и обеспечения безопасности конструкций эффективную роль в различных областях науки инженерии и механики грунтов и даже в строительстве дорог. Так что данные материалы увеличивают степень ударостойкости конструкции против крайних внезапных нагрузок, а также делают ее водонепроницаемой и надежной.
История развития геосинтетических материалов
Армирование – самая первая область применения материалов, сегодня называющихся современными геотекстильными материалами и геомембранами.
Около пяти тысяч лет назад в первом тысячелетии до нашей эры на иранском плато при строительстве жилых помещений и для создания таких храмов как Вавилонской башни была использована почва, армированная кусками тростника.
Затем для уплотнения насыпного грунта реки и дороги в Италии были использованы циновки, изготовленные из тростника и в Нидерландах, США и Англии – коврики из дерюги. С конца пятидесятых годов применение первого поколения полимерных геотекстилей началось тогда, когда они использовались в качестве новых фильтров.
Период процветания была начата с конца 60-х годов и процесс использования геотекстилей в качестве фильтрующих материалов, для армирования дорог, аэропортов, плотин и … продолжал возрастающую тенденцию.
Сегодня геотекстильные материалы используются в значительной степени при строительстве различных и особенно гидравлических сооружений. В 1960 году в некоторых частях плотины в Канаде впервые геомембрана была использована в качестве уплотнительной мембраны и во франции в качестве фильтра в двух отдельных частях плотины было использовано 10,000 квадратных метров рулонов геотекстиля.
В настоящее время синтетические материалы производятся 75 производителями, расположенными по всему миру, а фундаментальные достижения в области материалов наряду с развитием инженерных технологий, приводят к использованию этих материалов при строительстве плотины и оснований сооружений.
Знакомство с искусственными волокнами, используемыми в геосинтетических материалах
Тонкие и гибкие рулоны изготовлены из материалов, применяемых в почве или в связи с ней при нанесении геосинтетических материалов, выполнении проектов и в строительстве инженерных сооружений, особенно в гражданском строительстве и геотехнике.
Более широко применяются геокомпозит и ПВХ, изготовленные из волокон, а также полимеры георешетки среди синтетических волокон включая сочетание различных полимеров с геомембраной. Геомембраны и геотекстиль – две водо- и газопроницаемые группы. Эти геотекстили – волокнистые текстили или пористые тканеподобные материалы с дренажной способностью, которые при использовании в почве не подвергаются разложению.
Основные характеристики геосинтетических материалов:
Характеристики геосинтетических материалов, как и любые другие вещества, используемые в инженерных работах, зависят от вида материалов, используемых в их производстве, способа производства и физической формы конечного продукта.
Их основные характеристики могут быть разделены на три группы:
1 — Физические характеристики: удельный вес, толщина, гибкость
2 — Механические свойства: прочность, предел прочности при растяжении, прочность на прокол, устойчивость к трению
3 — Гидравлические свойства: размер пор, проницаемость, коэффициент передачи
Исходя из данных свойств можно выбрть подходящий тип геотекстиля к каждой конкретной инженерной деятельности.
Роль геотекстилей в строительстве плотин и возведении оснований:
Важность этих материалов может быть рассмотрена с двух сторон: строительные операции и области постоянного применения:
- Временные подъездные дороги для доступа на строительную площадку 2. Дренаж в насыпи с целяью ускорения процесса уплотнения и ограничения фильтров 3. Тонкий слой, защищающий верхнюю и нижнюю части склона 4. Покрывающие пленки дренажей нижнего склона в условиях работы на дорогах и постоянной насыпи 5. Выравнивание насыпного грунта 6. Фильтрация и разделение материалов
Области применения геотекстиля:
Разделяющая функция в качестве изоляции
Геотекстильные материалы применяются для разделения двух типов строительных материалов: разделение двух типов песка, грунта, камня или двух различных мест расположения материалов в земляной плотине.
Армирование
Тканые или нетканые мембраны, наряду с сохранением прочности на растяжение грунта и других механических свойств мембраны текстилей, применяются для создания несущей способности почвы в целях распределения напряжений от сосредоточенных сил большой площади покрывающей части мембраны.
Дренаж
В целях сохранения устойчивости почвы, геотекстиль используется для изменения направления потока воды и предотвращения ее течения по определенному направлению. В связи с течением воды через тканую пленку геотекстиля, толстый и тканый тип его более часто используется.
Фильтрация
Одно из первых применений геотекстиля – фильтрация. Геотекстиль используется в качестве фильтры в тех случаях, когда вода сможет протечь через его мембрану а также можно будет предотвратить распад почвы с мелкими и крупными частицами.
Важность этого вопроса состоит в том, что если дренаж блокируется, то увеличение давление пор вызывает много проблем.
Ограничения при использовании и выборе геотекстилей
В целях противостояния разрушающему воздействию ультрафиолетового излучения, нужно сделать так, чтобы текстильные пленки со времени строительства до покрывания грунтом, камнем и … находились под воздействием прямых солнечных лучей не более чем на 30 дней.
С другой стороны, условия проницаемости должны быть рассчитаны в соответствии с существующей в текстилях открытой площадью, находящейся в контакте с потоком воды.
В качестве примера если 50% площади текстиля покрыто железобетонными блоками, то эффективный поток на 50% уменьшается.
Насчет внешнего размера пор текстиля, необходимо, настолько это возможно, использовать текстиль с максимальным диаметром пор наруду с минимальной способностью сохранения частицах на порах.
- При установке геотекстиля на склоне, необходимо хорошо его укрепить.
- Во время насыпки земли, геотекстиль должен иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать возможные повреждения.
- Сохраняя конструктивные особенности и прочность на разрыв, геотекстиль должен выдерживать напряжения вокруг насыпи, вызванные нагрузками от таких явлений как землетрясение, что подчеркивает значение оптимального функционирования геотекстилей во время землетрясения.
После установки, текстиль не должен разложиться из-за нестабильности его составных материалов, а должен быть устойчивым к таким возможным повреждениям как проникновение и распространение корней растений.
Так как погружение геотекстиля в лед и снижение температуры в холодных районах приводит к уменьшению устойчивости плотины, необходимо принять меры к тому, чтобы избежать контакта геотекстиля с очень холодной водой.
В общем, большинство геотекстилей изготовлено из полипропилена или полиэфира и может быть тканым или нетканым:
- Тканый монофиламент
- Тканый мультифиламент
- Тканый монофиламент с разрезанной плёнкой
Сырье для изготовления геотекстиля
Сырье для изготовления геотекстиля бывает четырех видов из полимеров:
- Полиэфир
- Полиамид
- Полипропилен
- Полиэтилен
Самым старым или первым полимером, используемым в производстве геотекстилей, явился полиэтилен, который был обнаружен в 1931 году в лаборатории ICI. После него, самую большую давность имеет полиамид. Этот полимер тоже был использован с 1935 года. Постепенно полипропилен тоже был признан в качестве сырья для этой отрасли промышленности и был применен с 1941 года. Однако полиэфир вошел в конкуренцию с полипропиленом и с 1954 играет важную роль в производстве геотекстилей. Значение и свойства данных полимеров в геотекстильных пленках были обозначены в следующем виде:
Малое: L Среднее: M Большое: H
Основная причина большего применения полиэфирных волокон по сравнению с полипропиленовыми – конкурентоспособные цены на полиэфирные волокона, что приводит к снижению себестоимости геотекстилей из полиэфирных волокон по сравнению с полипропиленовыми.