Георешетка и дренажный геокомпозит на ее основе, а также способы их изготовления



Георешетка и дренажный геокомпозит на ее основе, а также способы их изготовления
Георешетка и дренажный геокомпозит на ее основе, а также способы их изготовления
Георешетка и дренажный геокомпозит на ее основе, а также способы их изготовления
Георешетка и дренажный геокомпозит на ее основе, а также способы их изготовления

Владельцы патента RU 2768878:

Комаров Михаил Викторович (RU)
Суворов Алексей Борисович (RU)
Чабунин Александр Анатольевич (RU)
Литвинцев Алексей Валерьевич (RU)
Данилов Артем Владимирович (RU)

Группа изобретений относится к области строительных материалов, предназначенных, преимущественно, для дренажа транспортных сооружений. Георешетка для изготовления дренажного геокомпозита содержит продольные и поперечные ребра, образованные из термопластичного двуосноориентированного полимерного материала. Продольные и поперечные ребра выполнены разной толщины, при этом поперечные ребра георешетки выполнены более тонкими, а продольные ребра выполнены утолщенными при соотношении толщины А продольных ребер к толщине В поперечных ребер в диапазоне 1,2–2,5. Техническим результатом является повышение прочности дренажного геокомпозита. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Заявленная группа изобретений, включающая георешетку, геокомпозит и способы их изготовления, относится к области строительных материалов, предназначенных, преимущественно, для дренажа транспортных сооружений. Дренажные геокомпозиты, а также георешетки используются, например, в виде прослоек в земляном полотне автомобильных и железных дорог. Кроме того, они могут найти применение для армирования грунта при строительстве аэродромов, при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, при строительстве тоннелей и других подземных сооружений, а также для защиты трубопроводов и для создания усиливающей прослойки в фильтрующих системах, при создании ландшафтов садов и спортивных сооружений, а также в конструкции полигонов для захоронения твердых бытовых отходов.

Из уровня техники известен геокомпозит, раскрытый в описании европейского патента EP1281814, МПК: E02D17/20, опубликованного 05.02.2003. Патентом охраняется почвопокровный материал, содержащий в своем составе геокомпозит, включающий слои геотекстиля и расположенный между ними ячеистый усиливающий элемент в виде сетки, преимущественно, в виде металлической сетки. Способ изготовления указанного почвопокровного материала предусматривает наложение двух или более слоев геотекстиля, например, геоматов на один или несколько сетчатых армирующих элементов, их нагревание для обеспечения возможности соединения между собой. В примере изготовления данного материала в качестве нагревательных элементов используются газовые горелки, которые направлены на нагрев армирующего элемента, они расположены перед валками таким образом, чтобы нагревать часть области контакта между геоматами и армирующим элементом из металлической проволочной сетки. В этой технологии полимерные волокна геоматов при контакте с нагретой проволочной сеткой переходят в полужидкое состояние и входят в зацепления с элементами проволочной сетки.

Данная технология не является экономичной из-за использования дорогостоящей и подверженной коррозии металлической сетки, кроме того, данная технология не подходит для изготовления геокомпозитов, армированных полимерными сетками, например, плоскими полимерными георешетками.

В настоящее время использование полимерных георешеток для производства дренажных геокомпозитов нашло широкое применение, благодаря отсутствию коррозии в полимерном армирующем элементе и технологичности изготовления.

Из описания евразийского патента ЕА017603, МПК: E02B11/00, B29D28/00, опубликованного 30.01.2013, известна группа изобретений, включающая в себя дренажный геокомпозит, способ его изготовления, технологическую линию и строительный элемент на основе дренажного геокомпозита. Упомянутый геокомпозит армирован полимерной георешеткой с двухуровневой структурой размещения опорных плоскостей, в которых сформированы ее несущие ребра, образующие ячейки неправильной формы. На верхней и нижней плоскости двухуровневой георешетки закреплены два слоя геоткани, при этом как минимум один из углов в каждой из ячеек снабжен перегородкой, а ребра георешетки выполнены в форме трехгранных призм. Ребра верхнего и нижнего уровня ориентированы в диагональном направлении, примерно под 45о по отношению к длине рулона и расположены на противолежащих сторонах решетки. Параллельные стороны ячейки расположены на одном уровне (верхнем), а смежные им стороны ячейки расположены на другом уровне (нижнем), так что между выступающими ребрами верхнего уровня образуются углубления, соответствующие по глубине двойной толщине ребер.

Наличие перегородок и выступающих ребер в структуре двухуровневой георешетки направлено на создание дополнительной опоры, принимающей нагрузку сверху через прогибающийся слой геоткани, что снижает вероятность его соприкосновения с нижним слоем геоткани при выполнении дренажной функции.

Способ изготовления, упомянутого геокомозита осуществляется на устройстве, включающем плоские контактные нагревательные элементы и обжимные валки. Предварительно сформированная двухуровневая решетка проходит через плоские нагревательные элементы, затем обжимными валками соединяется со слоями геоткани по параллельным выступающим ребрам с каждой стороны, не соединяясь со смежными ребрами второго уровня.

Недостатком указанного геокомпозита является невысокая прочность в условиях эксплуатации при вибронагрузках, так как геокомпозит может расслаиваться как по диагональным линиям соединения геоткани с георешеткой, так и в местах соединения ребер в самой георешетке.

Другой вариант геокомпозита известен из описания патента США US5877096, МПК: E02B11/00; E02D29/02, опубликованного 02.03.1999. Геокомпозит содержит двухуровневую сетчатую армирующую структуру и нетканый иглопробивной фильтровальный геотекстиль, имеющий фильтрующую и ламинирующую поверхности. Геотекстиль включает в себя нити из сложных полиэфиров, полипропилена, полиамида или их смеси.

Фильтрующий геотекстиль прикрепляется к сетчатой структуре одним из двух способов. В первом варианте при нагреве методом открытого пламени воздействию пламенем подвергаются сопрягаемые поверхности геотекстиля и геосетки, сразу же после этого они соединяются прижимным валиком и подвергаются охлаждению. Другой вариант изготовления осуществляется путем нагрева сопрягаемых поверхностей геотекстиля и геосетки двумя нагретыми валками. После выхода из нагретых валков сопрягаемые поверхности соединяются, и композиту дают остыть. Недостатком указанного геокомпозита является также невысокая прочность в условиях эксплуатации при повышенных нагрузках по причине расслаивания как по диагональным линиям соединения геотекстиля с георешеткой, так и по соединениям ребер в георешетке.

Из описания патента РФ на изобретение RU2520597, МПК: E02D 17/18, опубликованного 27.06.2014, известен геокомпозит, включающий в себя георешетку с основными ребрами и поперечными ребрами, расположенными вдоль двух, по существу, взаимно перпендикулярных направлений. В указанной георешетке полимерный материал в упомянутых ребрах является двуосно ориентированным со степенью растяжения, составляющей от 2,8 до 5,5. Особенностью георешетки является то, что основные ребра, имеющие четырехугольное поперечное сечение, выполнены с увеличенной толщиной, которая равна, по меньшей мере, трехкратной толщине поперечных ребер. Благодаря разной толщине основных и поперечных ребер появляется возможность нанесения верхнего слоя геотекстильного материала только по продольным ребрам.

Недостатком данного геокомпозита является сложная и материалоемкая технология изготовления георешетки, требующая осуществления дополнительных операций по нанесению дополнительных слоев полимера на георешетку для формирование толстых основных продольных ребер. Кроме того, полученная по указанной технологии георешетка подвержена расслоению.

Из описания патента США US4374798 МПК: B29D28/00; E02D17/20; опубликованного 22.02.1983, известен способ изготовления георешетки, в котором используется двухосное ориентирование молекулярной структуры исходного полимерного материала, а изделия, получаемые таким образом, являются двуосноориентированными. Полотно исходного полимерного материала после перфорации растягивается в двух ортогональных направлениях в соответствии с одним из вариантов осуществления этого изобретения, и образует соединения (узлы) между стренгами (ребрами), которые получаются плоскими, но не проявляют чрезмерного утончения. Каждое соединение (узел) имеет центральную зону, которая толще ориентированных боковых ребер, причем центральная зона узла может при желании включать некоторое количество неориентированного материал (или могут быть две небольшие разнесенные между собой неориентированные зоны по обе стороны от центра соединения). Эта неориентированная центральная зона толще ребер и, следовательно, может иметь достаточную прочность, чтобы предотвратить разрыв ребер георешетки в центре их соединения. В описании патента предложено применение георешетки путем ее двухстороннего ламинирования слоями пленки или аналогичного материала. Георешетка нагревается перед входом в валки, но тип нагревателя в описании патента не указан, и метод нагрева не раскрыт, так что можно предположить, что соединение пленки с георешеткой происходит по всей поверхности ребер, что не позволяет использовать данный материал как дренажный геокомпозит.

Из патента Германии DE4138577, МПК: B29D28/00; B32B27/12; опубликованного 27.05.1993, известен способ соединения геосетки из термопластичного пластика и текстильного материала. Соединение осуществляют путем непрерывной процедуры, при которой только одна поверхность пластиковой геосетки или только возвышения пластиковой геосетки с одной ее стороны контактируют с нагревательным валиком. Температура нагревательного валика, контактное давление и время выдержки выбираются таким образом, чтобы вся поверхность термопластичной геосетки или только возвышения геосетки на одной стороне были преобразованы в желаемое пластическое состояние, а на втором этапе участки, размягченные таким образом, прижимают к полотну текстильного материала, при этом волокна полотна текстильного материала вдавливают в расплавленную поверхность термопластичного листового материала или в расплавленные возвышения геосетки и внедряют в них так, чтобы после охлаждения из расплавленного или размягченного состояния пластика получалась желаемая твердая связь между геосеткой и текстильным материалом.

Аналогичные сведения известны из описания патента Германии DE4138578, МПК: В29С43/28, опубликованного 27.05.1993, в котором для нагрева геосетки используют плоский нагреватель.

Тот же самый способ изготовления используется в технологии получения геокомпозита, раскрытого в описании патента РФ на изобретение RU2686181, МПК: B29D28/00, B29C43/28, опубликованного 24.04.2019. Указанным патентом охраняется способ изготовления геокомпозита из геотекстильного материала и плоской георешетки, выполненной с утолщениями в узлах, путем нагрева выпуклых частей утолщений в узлах георешетки и прикатывания валками геотекстильного материала к поверхности георешетки. При этом георешетку предварительно нагревают до температуры, равной или выше температуры размягчения, но ниже температуры плавления материала георешетки, непрерывно перемещая между плоскими поверхностями нагревателя и планки, прижимающей к плоской поверхности нагревателя выпуклые части утолщений в узлах георешетки, а затем прикатывают валками геотекстильный материал и георешетку, вдавливая волокна геотекстильного материала в раскатываемые размягченные выпуклые части утолщений в узлах георешетки. Таким образом происходит закрепление геотекстильного материала в узлах георешетки. Данный способ изготовления геокомпозитного материала выбран в качестве прототипа заявленного способа изготовления дренажного геокомпозита.

Следует отметить, что соединение геотекстильного материала с георешеткой только в узлах георешетки является недостаточно прочным из-за малой площади мест соединения слоев геокомпозита.

В качестве прототипа заявленного дренажного геокомпозита выбрано техническое решение, раскрытое в описании полезной модели, охраняемой патентом RU 135656, МПК: E01C 9/00, опубликованным 20.12.2013. Указанный дренажный геокомпозит выполнен с возможностью скручивания его в рулон и включает в себя как минимум, один слой геоткани, скрепленной с геотехнической решеткой, ячейки которой образованы из взаимно пересекающихся стренг (ребер) из полиолефинового материала, включающего в себя светостабилизаторы, в качестве которых может быть применен технический углерод. Слой геоткани скреплен с геотехнической решеткой только в узлах, снабженных утолщениями с выпуклой криволинейной поверхностью.

Недостатком выбранного за прототип дренажного геокомпозита является низкая надежность соединения геотекстильного материала с георешеткой только в узлах георешетки, что не обеспечивает требуемого уровня прочности из-за малой площади мест соединения. При использовании геокомпозита в дорожном строительстве производят его засыпку грунтом, при этом он испытывает значительные локальные динамические и вибродинамические нагрузки. В частности, динамические нагрузки возникают от раскатки рулона и от давления грунта при уплотнении виброкатками. В условиях динамических нагрузок прикрепление геотекстиля только к узлам георешетки влечет за собой риск отрыва геотекстиля от узлов целыми зонами, поскольку если отрывается хотя бы один узел, то это при водит к возрастанию нагрузки в близлежащих узлах с их последующим отрывом. Вследствие чего в таких местах при засыпке грунтом происходит просыпание грунта под георешетку, расслоение геокомпозита, формирование волн георешетки, что приводит к браку при выполнении строительных работ.

Из описания патента РФ на полезную модель RU83253, МПК: B29D 28/00, E04H 17/00, опубликованного 27.05.2009, известна сетка (решетка) для строительных работ и ограждений, образованная ортогонально пересекающимися ребрами из экструдированного ориентированного полиолефинового материала, характеризующаяся тем, что ее ребра после ориентирования в двух взаимно перпендикулярных направлениях имеют минимальную толщину от 0,70 мм и толщину в местах пересечения стренг от 1,6 до 4,0 мм. Недостатком данной строительной сетки является малая толщина ребер, не обеспечивающая требуемую прочность при выполнении работ с грунтом. Данная полимерная сетка выбрана в качестве прототипа заявленной георешетки.

Из описания патента РФ на полезную модель RU68503, МПК: C08L23/02, опубликованного 27.11.2007, которым охраняется «Технологическая линия для получения сетчатого полимерного материала», известен способ изготовления георешетки, содержащей продольные и поперечные ребра, образованные двуосноориентированным термопластичным полимерным материалом с получением плоской цельной и жесткой ортогональной ячеистой структуры с прямоугольными ячейками со скругленными углами. В описании данного патента имеется пример изготовления такого изделия, согласно которому к экструдеру подают исходное сырье, в частности, полипропилен, или смесь полимеров, пигменты и, возможно, стабилизатор, смешивают в емкости и вакуум-загрузчиком смесь подают в загрузочный бункер экструдера. Гранулы полимера и добавок захватываются вращающимся шнеком и перемещаются вдоль оси цилиндра по винтовому каналу шнека. Полимер разогревается за счет тепла от внешних нагревателей, а также за счет тепла, выделяющегося при вязком трении, и превращается в гомогенный расплав. Шнек перемешивает и выдавливает расплав через пакет фильтрующих сеток в фильеру, расположенную в головке экструдера. Расплав полимера выходит из головки экструдера в виде плоской ленты при температуре порядка 200°С и поступает на трехвалковый каландр, где формируется толщина ленты и устраняется разнотолщинность по длине и ширине, кроме того, происходит охлаждение ленты до 100°С. После прохождения через каландр у ленты обрезают кромки и подвергают дополнительному охлаждению до 65°С. После этого сформированная лента подается на перфоратор, где фиксируется в неподвижном положении (по участкам) после чего происходит высечка отверстий по площади ленты. Затем перфорированную ленту вновь нагревают до температуры размягчения (85-95°С) и подвергают вытягиванию в устройстве продольного ориентирования. Устройство продольного ориентирования имеет длину не менее 10 метров и включает тянущее средство, состоящее из не менее двух пар кинематически связанных валков, контактирующих с лентой. Пары валков вращаются с различной, но возрастающей по ходу ленты, угловой скоростью, чем и достигается вытяжка ленты с получением одноосной сетки с заданным размером ячейки. Для дальнейшего производства двуосноориентированной сетки вытянутую по длине (в направлении движения) перфорированную ленту вновь нагревают и подают в устройство поперечного ориентирования, выполненное в виде клупповых цепей, размещенных под заданным углом друг к другу по краям перфорированной ленты. После двуосного ориентирования осуществляют разрезание сетки и, при необходимости, наматывание в рулон. В результате осуществления данного способа получают широкую гамму сеток, которые могут применяться в дорожном строительстве, при строительстве грунтовых площадок различного назначения и других геотехнических сооружений, поскольку сетка проявляет эффект заклинивания структурного наполнителя (гравия) в ячейках, что позволяет контролировать горизонтальные сдвиги в геотехнических сооружениях.

Недостатком известного способа изготовления георешетки является невозможность обеспечить заданную разность толщины ее ребер, необходимую для повышения прочности дренажного геокомпозита, изготовленного с ее использованием, при условии сохранения фильтрующих свойств геокомпозита.

Заявленное изобретение направлено на расширение арсенала полимерных георешеток и геокомпозитов на их основе для дорожного строительства и иных геотехнических работ.

Заявленное изобретение также направлено на решение задачи повышения прочности геокомпозита в отношении стойкости к расслаиванию за счет достижения эффекта более прочного соединения слоев геокомпозита между собой для обеспечения возможности их совместной работы при использовании в строительстве геотехнических сооружений.

Предложенный способ изготовления геокомпозита из геотекстильного материала и полимерной георешетки направлен на улучшение прикрепления геотекстиля к георешетке, что позволяет сформировать непрерывные продольные зоны соединения слоев геокомпозита с высокой адгезионной прочностью.

Заявленная конструкция полимерной георешетки направлена на обеспечение возможности повышения прочности геокомпозита, изготовленного с ее использованием, за счет выполнения продольных ребер георешетки утолщенными, что позволяет сформировать непрерывные продольные зоны соединения слоев геокомпозита, сохраняя дренажные свойства.

Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение площади скрепления георешетки со слоями геотекстильного материала более чем в два раза, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности дренажного геокомпозита.

Кроме того, в результате осуществления заявленного способа изготовления геокомпозита в готовом продукте достигается технический результат по формированию непрерывных областей соединения его слоев по всей длине рулона, что стабилизирует свойства геокомпозита в условиях эксплуатации геотехнических сооружений, а также при осуществлении строительных работ.

Для решения поставленной задачи предложена группа изобретений, включающая в себя дренажный геокомпозит, содержащий слой геотекстильного материала, скрепленный с полимерной георешеткой, способ изготовления указанного геокомпозита, упомянутую георешетку, необходимую для изготовления геокомпозита, а также способ ее изготовления.

Дренажный геокомпозит, согласно заявленному изобретению, выполнен с возможностью скручивания его в рулон и содержит по меньшей мере один слой геотекстильного материала, скрепленного с георешеткой, выполненной из термопластичного двуосноориентированного полимерного материала, содержащей продольные и поперечные ребра. При этом продольные и поперечные ребра георешетки выполнены разной толщины, а геотекстильный материал скреплен с георешеткой по продольным ребрам.

При разработке заявленного изобретения неожиданно было установлено, что технология скрепления геотекстильного материала с георешеткой не в узлах, а по продольным ребрам, позволяет улучшить эксплуатационные характеристики геокомпозита без повышения трудоемкости и себестоимости продукта за счет увеличение площади скрепления георешетки со слоями геотекстильного материала более чем в два раза, что достигается изменением параметров георешетки, существенно улучшающим условия для соединение слоев геокомпозита. Важно, что при этом сохраняются дренажные свойства геокомпозита по отводу жидкости из грунта, поскольку в готовом изделии поперечные ребра георешетки остаются незакрепленными за геотекстиль, сохраняя просвет для просачивания жидкости.

Заявленный геокомпозит характеризуется тем, что поперечные ребра георешетки выполнены более тонкими, а продольные ребра выполнены утолщенными при соотношении толщины А продольных ребер к толщине В поперечных ребер в диапазоне А/В = 1,2 ÷ 2,5 при этом его прочность в продольном и в поперечном направлении находится в оптимальном диапазоне 20-45кН/м.

Заявленный геокомпозит в качестве георешетки содержит цельную, то есть монолитную, а не составную двуосноориентированную георешетку, выполненную с ортогонально расположенными продольными и поперечными ребрами, соединенными в узлах. Такая цельная георешетка не расслаивается при сдвиговых напряжениях и поэтому является более надежной в отличие от известных георешеток, полученных скреплением отдельных компонентов, например, стержней, полос, стренг, нитей или из составных компонентов.

Заявленный геокомпозит содержит геотекстильный материал.

Согласно ГОСТ Р 53225-2008 геотекстильный материал (геотекстиль) – это плоский водопроницаемый синтетический или натуральный текстильный материал (нетканый, тканый или трикотажный), используемый в контакте с грунтом и (или) другими материалами в транспортном, трубопроводном строительстве и гидротехнических сооружениях. Геотекстиль нетканый - это материал, состоящий из ориентированных и (или) неориентированных (хаотично расположенных) волокон, нитей, филаментов и других элементов, скрепленных механическим, термическим, физико-химическим способами и их комбинацией в различных сочетаниях. А геотекстиль тканый – это материал, полученный путем полотняного переплетения, как правило, двух систем нитей основы и утка в виде филаментов и (или) других элементов.

Заявленный геокомпозит, предпочтительно, содержит геотекстильный материал, который выполнен в виде нетканого иглопробивного геотекстиля из штапельного волокна на основе полиэфирных волокон или из волокон полипропилена.

В другом варианте исполнения заявленный геокомпозит может содержать геотекстильный материал, который выполнен в виде нетканого геотекстиля, изготовленного по технологии спанбонд. Указанная технология предусматривает производство нетканого материала из расплава полимера фильерным способом, при осуществлении которого расплав полимера выдавливается через отверстия фильеры в виде тонких непрерывных нитей, которые затем вытягиваются в воздушном потоке и, укладываясь на движущийся транспортёр, образуя текстильное полотно. Нити на сформированном полотне впоследствии скрепляются, преимущественно иглопробивным способом. Используемый в данном изобретении геотекстиль характеризуется высокой прочностью, водостойкостью, термоциклической стойкостью, а также устойчивостью к биоразложению во влажной среде и воздействию ультрафиолета.

Заявленный геокомпозит допускает возможность использования в своем составе слоя тканого геотекстиля в качестве геотекстильного материала, выполненного из водостойкого синтетического волокна.

Согласно заявленному изобретению геотекстильный материал, который используется в составе геокомпозита, должен удовлетворять условию поверхностной плотности от 150 до 600 г/м2. Указанные параметры поверхностной плотности геотекстиля обеспечивают заданный уровень прочности поверхности геокомпозита под давлением частиц грунта.

Предложен способ изготовления заявленного геокомпозита из геотекстильного материала и георешетки из термопластичного полимера путем нагрева георешетки до температуры равной или выше температуры размягчения, но ниже температуры плавления термопластичного полимера и соединения ее с геотекстильным материалом. В заявленном способе для нагрева георешетку прижимают к нагревательному элементу по продольным ребрам, и затем размягченную в результате нагрева поверхность продольных ребер прикатывают валками к геотекстильному материалу, вдавливая волокна геотекстильного материала в размягченную поверхность продольных ребер георешетки с последующим охлаждением.

В предпочтительном варианте реализации заявленного способа при нагреве георешетки выполняют нагрев продольных ребер без нагрева поперечных ребер за счет того, что продольные и поперечные ребра георешетки выполнены разной толщины, а планка нагревательного элемента выполнена с цилиндрической поверхностью радиусом R, обеспечивающим длину контакта с поверхностью георешетки равную или меньше шага между поперечными ребрами георешетки, так что поперечные ребра не касаются указанной планки.

Для изготовления заявленного дренажного геокомпозита разработана новая полимерная георешетка, содержащая продольные и поперечные ребра, образованные из термопластичного двуосноориентированного полимера, характеризующаяся тем, что ее продольные и поперечные ребра выполнены разной толщины, при этом поперечные ребра георешетки выполнены более тонкими, а продольные ребра выполнены утолщенными при соотношении толщины А продольных ребер к толщине В поперечных ребер в диапазоне А/В = 1,2 – 2,5. Соотношение толщины продольных ребер к толщине поперечных ребер в диапазоне 1,2 – 2,5 подобрано экспериментально, что бы в процессе изготовления геокомпозита нагревать только продольные ребра, выполненные утолщенными, и не нагревать поперечные ребра, выполненные более тонкими, чтобы в контакте с георешеткой планка нагревателя не доставала до поперечных ребер, но при этом, чтобы не было существенного снижения прочности георешетки в поперечном направлении.

Согласно изобретению георешетка характеризуется тем, что ее продольные и поперечные ребра образуют цельную и жесткую ортогональную ячеистую структуру с прямоугольными ячейками со скругленными углами с прочностью в продольном и в поперечном направлении в интервале 20-45кН/м. В предпочтительном варианте георешетка выполнена из полипропилена.

Таким образом, заявленная полимерная георешетка выполнена с возможностью изготовления дренажного геокомпозита путем нагрева и размягчения поверхности более толстых продольных ребер при отсутствии размягчения поверхности поперечных ребер, что позволяет соединять георешетку и геотекстиль по продольным ребрам по всей длине рулона.

Способ изготовления полимерной георешетки, включающий экструзию расплава термопластичного полимерного материала, выдавливание его через плоскощелевую головку экструдера в каландры с получением ленты, перфорирование полотна ленты и формирование ячеек георешетки путем продольного и поперечного вытягивания с ориентированием молекулярной структуры полимерного материала ленты вдоль направления вытягивания. В заявленном способе перфорирование полотна ленты осуществляют путем выполнения отверстий в виде ромбов, а шаг (Х) размещения отверстий в продольном направлении и шаг (Y) размещения отверстий в поперечном направлении выбирают с соблюдением условия: X > Y, преимущественно соотношение Х к Y выбирают в диапазоне 1,1-1,2.

Для повышения прочности георешетки после поперечного ориентирования полимерного материала ленты дополнительно выполняют операцию термостабилизации.

Заявленное изобретение иллюстрируется фигурами 1-5 и примером изготовления георешетки и геокомпозита.

На фигуре 1 представлена фотография георешетки, вид сверху.

На фигуре 2 представлена фотография дренажного геокомпозита, изготовленного с использованием георешетки, показанной на фиг.1.

На фигуре 3 дана фотография георешетки, вид сбоку, где показана разность толщины продольных и поперечных ребер.

На фигуре 4 представлена схема расположения перфорации на полотне полимерной ленты при изготовлении георешетки.

На фигуре 5 представлен разрез георешетки, расположенной в контакте с поверхностью планки нагревательного элемента при выполнении операции нагрева для последующей прикатки геотекстиля к нагретой поверхности продольных ребер георешетки.

Как показано на фиг.1 продольные 1 и поперечные 2 ребра георешетки образуют цельную ортогональную двуосноориентированную ячеистую структуру с прямоугольными ячейками со скругленными углами. С использованием данной георешетки изготавливают дренажный геокомпозит, который показан на фиг. 2, где видно, что георешетка соединена с геотекстильным материалом.

На фиг. 3 показано, что продольные ребра 1 в поперечном сечении имеют толщину больше, чем толщина поперечных ребер 2, то есть продольные 1 и поперечные 2 ребра специально выполнены разной толщины, так что поперечные 2 ребра георешетки выполнены более тонкими, а продольные ребра 1 выполнены утолщенными при соотношении толщины А продольных 1 ребер к толщине В поперечных 2 ребер в диапазоне 1,2 – 2,5. Заявленная конструкция георешетки с ребрами разной толщины обеспечивает возможность изготовления дренажного геокомпозита путем нагрева и размягчения поверхности более толстых продольных 1 ребер при отсутствии размягчения поверхности поперечных 2 ребер, что позволяет соединять георешетку и геотекстильный материал по продольным ребрам для формирования непрерывных продольных зон прочного и надежного соединения слоев геокомпозита.

Пример 1.

Изготовление заявленного дренажного геокомпозита начинается с изготовления полимерной георешетки. Способ изготовления плоской полимерной георешетки осуществляется на технологической линии и включает в себя операцию экструзии расплава полимера выдавливанием его через плоскощелевую фильеру с получением ленты, перфорирование полотна ленты по схеме, показанной на фиг.4, и формирование ячеек георешетки путем продольно-поперечного вытягивания для ориентирования молекул полимерного материала, последующую обрезку кромки полученной георешетки и намотку в рулон.

Технологическая линия для получения заявленной георешетки включает в себя несколько взаимосвязанных последовательно размещенных секций, содержащих оборудование для экструзии, термостабилизации, перфорации и вытяжки полимерного материала с получением на выходе ортогональной георешетки, ребра которой расположены во взаимоперпендикулярных направлениях.

В первой секции технолоргической линии установлен экструдер со средством смешения исходных материалов для получения полимерной композиции на основе полипропилена с добавками стабилизаторов и красителей. Загрузка исходных материалов в бункер экструдера осуществляется автоматически. В экструдере происходит нагрев полимерной композиции и выдавливание полимерного расплава из плоскощелевой головки в приемные валки каландров для формирования полотна полимерной ленты. Использование операции каландрирования является оптимальным в технологии изготовления плоской георешетки. Каландрирование предусматривает пропускание размягченного полимерного материала через зазор между валками, расположенными в горизонтальной плоскости. При этом образуется бесконечная лента, толщину и ширину которой можно регулировать и осуществлять термостабилизацию структуры полимера. Дальнейшее охлаждение полотна полимерной ленты осуществляют путем ее протягивания через ванну с охлаждающей средой, предпочтительно, через ванну с водой. После охлаждения, продвигаясь по технологической линии, полотно полимерной ленты поступает на перфорирование.

Секция перфорирования включает в себя пресс, снабженный матрицей пуансонов, которые создают в полотне отверстия заданной формы. Отверстия на полотне, как показано на фиг.3, выполняют, предпочтительно, ромбовидной формы, и размещают их в вершинах прямоугольников, расположенных на полотне рядами. Причем шаг размещения отверстий вдоль полотна (Х) и поперек полотна (Y) выбирают неодинаковый. При изготовлении ортогональной плоской полимерной георешетки соблюдается условие, что X > Y. Такое расположение отверстий ромбовидной формы позволяет получить геометрию георешетки, при которой продольные ребра имеют бόльшую толщину чем поперечные. Предпочтительно соотношение Х к Y находится в диапазоне 1,1-1,2. Соотношение Х к Y получено эмпирическим путем и обеспечивает в готовой георешетке соотношении толщины продольных ребер к толщине поперечных ребер в диапазоне 1,2 – 2,5.

Ромбическая форма отверстий, в свою очередь, позволяет получить сечение с меньшей поперечной площадью ровно посередине между двух соседних отверстий, что приводит в процессе вытяжки полимера к старту ориентирования молекул полимера, именно, в этом сечении, расположенном в середине будущего ребра, что положительно сказывается на стабильности геометрической формы георешетки и повышении физико-механических свойств конечной продукции, т.к. ориентирование распространяется в две стороны от начального сечения равномерно.

После перфорирования полотно подают в следующую секцию технологической линии, содержащую оборудование для продольного вытягивания и ориентирования структуры полимерного материала. Оборудование включает устройство нагрева и тянущее устройство. В секции продольного ориентирования нагретое до температуры размягчения перфорированное полотно проходит между, по меньшей мере, двумя группами кинематически связанных валов, вращающихся с различными угловыми скоростями, возрастающими по ходу перемещения ленты, в результате чего лента вытягивается.

После секции продольного ориентирования полотно полимерного материала перемещают в секцию поперечного ориентирования, которая выполнена в виде нагреваемой горячим воздухом камеры, внутри которой по краям движутся клупповые цепи, осуществляющие захват полотна за кромки на входе в камеру и дальнейшее его растягивание в поперечном направлении за счет усилия, передаваемого на кромки ленты от клупповых цепей, размещенных под заданным углом друг к другу и удаляющихся друг от друга при продольном продвижении полотна.

Соотношением диаметра отверстий перфорации к расстоянию между ними задается степень вытяжки полимера, исходя из технических параметров линии (геометрических параметров камер продольной и поперечной вытяжки).

Согласно примеру предпочтительные размеры ячейки для георешетки полученной данным способом составляют 35х35 мм, 40х40 мм и 65х65 мм.

После выполнения операции поперечного ориентирования получают конечный продукт – двухосную плоскую полимерную георешетку, содержащую продольные 1 и поперечные 2 ребра, образованные двуосноориентированным термопластичным полимерным материалом, причем поперечные 2 ребра георешетки выполнены более тонкими, а продольные 1 ребра выполнены утолщенными при предпочтительном соотношении толщины А продольных 1 ребер к толщине В поперечных 2 ребер: А/В=1,2 – 2,5. После операции поперечного ориентирования у георешетки обрезается кромка, после чего георешетка сматывается в рулон в секции намотки.

В соответствии с данным примером были изготовлены две полипропиленовые георешетки разной прочности. Первая георешетка была выполнена с квадратной ячейкой размерами, приблизительно, 35х35 мм при толщине продольных 1 ребер А= 1,5 мм и при толщине поперечных 2 ребер В=1,2 мм. При этих параметрах прочность георешетки на растяжение в продольном направлении составила 20 кН/м.

Вторая георешетка была выполнена с квадратной ячейкой размерами, приблизительно, 35х35 мм при толщине продольных 1 ребер А= 4,0 мм и при толщине поперечных 2 ребер В=2,0 мм, при этих параметрах ее прочность на растяжение в продольном направлении составила 45 кН/м.

При дальнейшем изготовлении геокомпозита осуществляют соединение полученной георешетки со слоем нетканого геотекстиля путем прикатки нагретого полимерного материала георешетки к слою геотекстиля. Для этого, как показано на фиг.5, осуществляют предварительный разогрев поверхности георешетки с одной стороны, посредством пропускания георешетки через нагревательный элемент, содержащий планку 4, выполненную по всей ширине полотна, имеющую радиус закругления R, который позволяет нагревать не только узлы 3, но и утолщенные продольные 1 ребра за счет прилегания их к планке 4 нагревателя.

После осуществления нагрева с помощью прижимных валов соединили георешетку и слой геотекстиля с получением геокомпозита (фиг.2), из которого затем сформировали рулон в секции намотки. Прочность геокомпозита, полученного в данном примере на основе полимерной георешетки с ячейкой 35х35 мм, составила в продольном направлении 20-45 кН/м в соответствии с прочностью использованных георешеток.

Таким образом, согласно заявленному изобретению технология скрепления геотекстильного материала с георешеткой по продольным 1 ребрам, позволила улучшить технологические и эксплуатационные характеристики готового продукта - дренажного геокомпозита.

Площадь скрепления слоев геокомпозита согласно изобретению возросла более чем в два раза, что обеспечило повышение надежности соединения слоев за счет того, что были сформированы непрерывные области соединения по всей длине рулона.

Свойства готового геокомпозита проверили путем его использования в дорожном строительстве для усиления нижних слоев дороги с интенсивным движением. Укладка геокомпозита в основание дороги предусматривает его раскатку из рулона, выравнивание, закрепление, засыпку щебнем и песком с последующим уплотнением виброкатками. Несмотря на то, что указанные операции создали значительные локальные динамические и вибродинамические нагрузки на геокомпозит, не было отмечено каких-либо отрывов геотекстильного материала от георешетки. Слой геокомпозита был максимально ровно уложен, что позволило всем слоям геокомпозита включиться в работу и надежно контролировать горизонтальные сдвиги в основании дороги.

1. Георешетка для изготовления дренажного геокомпозита, содержащая продольные и поперечные ребра, образованные из термопластичного двуосноориентированного полимерного материала, отличающаяся тем, что ее продольные и поперечные ребра выполнены разной толщины, при этом поперечные ребра георешетки выполнены более тонкими, а продольные ребра выполнены утолщенными при соотношении толщины А продольных ребер к толщине В поперечных ребер в диапазоне 1,2–2,5.

2. Георешетка по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью нагрева и размягчения поверхности более толстых продольных ребер при отсутствии размягчения поверхности поперечных ребер при изготовлении дренажного геокомпозита.

3. Георешетка по п. 1, отличающаяся тем, что ее продольные и поперечные ребра соединены в узлах и образуют цельную и жесткую ортогональную ячеистую структуру с прямоугольными ячейками со скругленными углами.

4. Георешетка по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с прочностью в продольном и поперечном направлениях в интервале 20-45кН/м.

5. Георешетка по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена из полипропилена.

6. Способ изготовления георешетки для дренажного геокомпозита, включающий экструзию расплава термопластичного полимерного материала, выдавливание его через плоскощелевую головку экструдера в каландры с получением ленты, перфорирование полотна ленты и формирование ячеек георешетки путем продольного и поперечного вытягивания с ориентированием молекулярной структуры полимерного материала ленты вдоль направления вытягивания, отличающийся тем, что перфорирование осуществляют путем выполнения отверстий в виде ромбов, а шаг (Х) размещения отверстий в продольном направлении и шаг (Y) размещения отверстий в поперечном направлении выбирают с соблюдением условия: X > Y, что обеспечивает получение продольных и поперечных ребер разной толщины, при этом поперечные ребра георешетки выполняют более тонкими, а продольные ребра выполняют утолщенными при соотношении толщины А продольных ребер к толщине В поперечных ребер в диапазоне 1,2–2,5.

7. Способ изготовления георешетки по п. 6, отличающийся тем, что соотношение Х к Y выбирают в диапазоне 1,1-1,2.

8. Способ изготовления георешетки по п. 6, отличающийся тем, что после поперечного ориентирования полимерного материала ленты дополнительно выполняют операцию термостабилизации.

9. Дренажный геокомпозит, содержащий георешетку и по меньшей мере один слой геотекстильного материала, скрепленного с георешеткой, содержащей продольные и поперечные ребра, образованные из термопластичного двуосноориентированного полимерного материала, отличающийся тем, что продольные и поперечные ребра георешетки выполнены разной толщины, так что поперечные ребра георешетки выполнены более тонкими, а продольные ребра выполнены утолщенными при соотношении толщины А продольных ребер к толщине В поперечных ребер в диапазоне 1,2–2,5, при этом геотекстильный материал скреплен с георешеткой по продольным ребрам.

10. Геокомпозит по п. 9, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью скручивания его в рулон.

11. Геокомпозит по п. 9, отличающийся тем, что его прочность в продольном и поперечном направлениях составляет 20-45кН/м.

12. Геокомпозит по п. 9, отличающийся тем, что в качестве георешетки он содержит цельную двуосноориентированную георешетку, выполненную с ортогонально расположенными продольными и поперечными ребрами, соединенными в узлах.

13. Геокомпозит по п. 9, отличающийся тем, что геотекстильный материал выполнен в виде нетканого иглопробивного геотекстиля из штапельного волокна на основе полиэфиров или полипропилена.

14. Геокомпозит по п. 9, отличающийся тем, что геотекстильный материал выполнен в виде нетканого геотекстиля, изготовленного по технологии спанбонд.

15. Геокомпозит по п. 9, отличающийся тем, что геотекстильный материал выполнен в виде тканого геотекстиля из водостойкого синтетического волокна.

16. Геокомпозит по п. 9, отличающийся тем, что геотекстильный материал выполнен с поверхностной плотностью от 150 до 600 г/м2.

17. Способ изготовления геокомпозита из георешетки и по меньшей мере одного слоя геотекстильного материала, при этом георешетка содержит продольные и поперечные ребра, образованные из термопластичного полимерного материала, продольные и поперечные ребра георешетки выполнены разной толщины, так что поперечные ребра георешетки выполнены более тонкими, а продольные ребра выполнены утолщенными при соотношении толщины А продольных ребер к толщине В поперечных ребер в диапазоне 1,2–2,5, при этом по меньшей мере один слой геотекстильного материала соединен с георешеткой с использованием нагрева георешетки до температуры, равной или выше температуры размягчения, но ниже температуры плавления термопластичного полимерного материала, отличающийся тем, что для нагрева георешетку прижимают к нагревательному элементу по продольным ребрам, и затем размягченную в результате нагрева поверхность продольных ребер прикатывают валками к геотекстильному материалу, вдавливая волокна геотекстильного материала в размягченную поверхность продольных ребер георешетки.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что при нагреве георешетки выполняют нагрев продольных ребер без нагрева поперечных ребер за счет того, что продольные и поперечные ребра георешетки выполнены разной толщины, а планка нагревательного элемента выполнена с цилиндрической поверхностью радиусом R, обеспечивающим длину контакта с поверхностью георешетки, равную или меньше шага между поперечными ребрами георешетки, так что поперечные ребра не касаются планки.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к георешеткам, предназначенным для применения в качестве армирующей и разделяющей прослойки в конструкциях земляного полотна линейных транспортных и геотехнических сооружений, и способам их изготовления. Геосотовый материал содержит множество лент, соединенных друг с другом на множестве соединений для формирования множества ячеек.

Изобретение относится к области реконструкции строительных сооружений, а именно к ликвидации их общих деформаций. Технический результат заключается в высокой управляемой проникающей способности для всех типов грунтов, регулировке скорости набора прочности и повышении деформативных характеристик укрепленного грунтового массива.

Изобретение относится к области реконструкции строительных сооружений, а именно к ликвидации их общих деформаций. Технический результат заключается в повышении прочности грунтового массива, седиментационной устойчивости, надежности работ по устранению деформаций зданий и сооружений за счет исключения растрескивания и гидроразрывов грунтового массива, снижении вязкости.
Изобретение относится к области техногенных антропогенных дисперсных грунтов и может быть использовано в качестве оснований зданий и сооружений. Механически связный дисперсный грунт представляет собой смесь твердых коммунальных отходов после окончания процессов биологического разложения с природным дисперсным грунтом и является новым подклассом дисперсных грунтов, обладающих только механическими структурными связями, но не обладающих сыпучестью в сухом состоянии.

Настоящее изобретение относится к горной промышленности, к строительству основания на почве горной выработки в угольной и сланцевой шахте. Согласно первому варианту способа при проведении горизонтальной или наклонной, с углом наклона до 13 градусов, горной выработки по углю или по смешанному забою вслед за продвижением проходческого забоя на почву горной выработки укладывают геомембрану, на геомембрану укладывают секции каркаса объемного армирующего, выполненного из металлических формованных полос с отверстиями для перфорации и монтажными отверстиями шириной от 50 до 300 мм из холоднокатаной стали толщиной от 1,5 мм.

Способ уплотнения балласта рельсового пути посредством принудительного внедрения в среду и извлечения из нее инструмента. В качестве инструмента используется по меньшей мере один стержень, предназначенный для уплотнения среды, установленный с возможностью вращения вокруг своей продольной оси и/или вокруг оси параллельной или непараллельной продольной оси стержня.

Изобретение относится к строительству, горному делу, в частности к противооползневым мероприятиям, предусматривающим повышение устойчивости склона и предотвращение развития оползневых деформаций. .

Изобретение относится к строительству, в частности к заблаговременному выявлению по данным инженерно-геологических изысканий на оползнеопасной территории потенциально деформирующихся горизонтов в оползнеопасных массивах, по которым могут произойти разрушительные оползневые подвижки. .

Изобретение относится к нагельному креплению (армированию) грунтов, в частности к креплению котлованов и склонов, и может быть использовано в наземном и подземным строительстве. .

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для укрепления песчаных, супесчаных и глинистых грунтов естественного происхождения при создании оснований автомобильных и железных дорог, при устройстве инженерных сооружений, площадок различного назначения, дорожек в садах и парках.
Наверх