Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Геотекстиль


Нетканых, искусственных и композицион. материалов/Геотекстиль/Выбор геотекстиля. Рекомендации проектировщикам

Выбор геотекстиля. Рекомендации проектировщикам

19 марта 2002
Технический текстиль №3, 2002

Мухамеджанов Габит Кульжабаевич
Пудов Юрий Викторович


В статье М. Ярмака1 отмечалось, что при расчете и выборе геотекстиля для дорожного строительства и балластировки трубопроводов необходимо учитывать ряд характеристик, в частности, значения деформации и модуля упругости. Располагая ими, проектировщики (и потребители)  могут выбрать те виды геотекстилей, которые соответствуют необходимым условиям эксплуатации и сроку службы.

Факторы выбора. Принимая во внимание, что на рынок поступают геотекстильные материалы различных типов, отличающиеся составом используемого волокнистого сырья, а их потребительские свойства, кроме того, зависят от технического уровня, организации и управления качеством предприятий-изготовителей, этот выбор представляется принципиально важным.

Прибавим к этому, что в настоящее время геотекстильные материалы, вырабатываемые из штапелированных синтетических волокон и непрерывных нитей расплава полимера (по методу спанбонд), скрепляются различными способами: иглопрокалыванием, термоскреплением или их комбинацией.

Кроме того, геотекстиль выполняет разнообразные функции: в частности,  упрочняющие - для армирования и упрочнения оснований автодорог, насыпей и балластировки трубопроводов, разделяющие - для предотвращения смешивания разных видов материалов, фильтрующие и дренирующие. Все эти многообразные факторы необходимо учесть (а ряд характеристик рассчитать) при выборе геотекстиля для закладки в проект.

Известно, что геотекстильные материалы для автодорог испытывают различного вида нагрузки в результате воздействий насыпного слоя и транспортных средств. Эти нагрузки могут приводить к различным деформациям материала: продавливанию, сжатию, сдвигу, растяжению.  В связи с этим важно знать, насколько материал способен к восстановлению (его упругие характеристики), какова его  невосстанавливаемость после нагрузки (пластические характеристики), а также как его деформационные характеристики зависят от нагрузки и изменении деформации во времени.

Анализ и описание деформационных характеристик, возникающих под действием различных напряжений, оказывают существенное влияние на выбор вида геотекстиля в соответствии с областью применения. При этом важную роль играют характер расположения и ориентация волокон, вид и геометрия их соединений, обусловленных технологическими процессами производства.

В свете этих представлений  исследовано изменение деформации во всем диапазоне напряжений, вплоть до разрыва, применительно к двум типам геотекстиля, выработанного методом иглопрокалывания. Геотекстиль типа I - из штапелированных волокон - выпускает большинство отечественных предприятий. Геотекстиль типа  II - из непрерывных комплексных нитей (спанбонд) - выпускает в России только ООО Сибур-Геотекстиль.

Модуль упругости. Хотя этот показатель не обозначен в технических требованиях на геотекстили, тем не менее, он дает необходимую информацию о степени сопротивляемости материала при малых значениях деформации. Как видим из табл. 1, значение модуля упругости геотекстиля из расплава полипропилена превышает в 2 раза по длине и более чем в 3 раза  по ширине значение этого показателя геотекстиля типа I.

Наглядное представление о зависимости между нагрузкой и удлинением при растяжении дает график растяжения кривой «нагрузка-удлинение». Для нетканых полотен характерно увеличение удлинения при сравнительно незначительном приложении действующей нагрузки. При одинаковой прочности двух типов геотекстиля 20, 60, 80 даН  - деформируемость разная. Если при нагрузке 20 даН деформируемость геотекстиля II почти в два раза меньше, то при нагрузке 60 даН деформируемость полотна по длине у геотекстиля обоих типов почти одинаковая, а при нагрузке 80 даН деформируемость геотекстиля II постепенно увеличивается. Окончательный разрыв материалов происходит при разных значениях деформируемости. У геотекстиля типа I разрыв происходит при достижении определенного значения деформируемости (63%), а в другом случае полотно (II) продолжает деформироваться и разрыв происходит на уровне 160%.

Если кривая «нагрузка-удлинение» геотекстиля из расплава полимера (II) по длине и ширине почти совпадает, то для геотекстиля из волокон (I) наблюдается существенное различие кривой по длине и ширине. Это свидетельствует о том, что геотекстиль из расплава полимера имеет изотропную структуру, тогда как полотно из волокон - анизотропную структуру.

Испытание на растяжение по длине и ширине при нагрузке, составляющей четверть разрывной (табл. 2), показало, что значение растяжения геотекстиля из расплава полимера почти вдвое меньше, чем растяжение геотекстиля из волокон. Таким образом, полотно из расплава полимера при растяжении в 25% от разрывной обладает большей устойчивостью сопротивляться растяжению.

Показатель растяжимости (промежуточного удлинения) полотна при 25% от разрывной предусмотрен в технических требованиях к нетканым синтетическим материалам, применяемым  в конструкциях балластировки подземных трубопроводов (НСМ-БК) и конструкциях дорог и насыпей (НСМ-ДС) при обустройстве объектов ОАО Газпром.

Так, например, для НСМ-ДС растяжимость полотна по длине не должна выходить за пределы значений 20...30. Таким образом, по показателю растяжимости НСМ-БК при нагрузке, составляющей четверть разрывной, более соответствует полотно из расплава полимера.

Сравнение показателей изменения деформации полотна в зависимости от времени нагрузки и разгрузки (табл. 3) показывает аналогичную картину деформирования. После достижения материалом определенной деформации возникает внутреннее напряжение, которое по истечении времени спадает. Чтобы выяснить полную картину достижения равновесного состояния, следует снять значение деформации через 1 час, 1 день, 4 дня и 24 дня. Это важно для оценки ползучести геотекстиля при длительном приложении нагрузки, что необходимо для расчета допускаемой проектной нагрузки.2 Абсолютное значение деформации геотекстиля из расплава полимера также меньше, что свидетельствует о достаточно хорошей сопротивляемости кратковременным нагрузкам.

Дальнейший анализ экспериментальных данных позволит выявить характер деформации геотекстиля от влияния различных факторов (влаги, температуры, величины нагрузки и времени разгрузки и др.). Ведь при применении геотекстиля в дорожном строительстве он подвергается воздействию многократных циклических нагрузок разной величины и концентрации напряжений с образованием трещин на отдельных участках дорожного покрытия. Основная функция геотекстиля в данном случае - предотвратить или замедлить трещинообразование и распространение напряжений на дорожном покрытии.3 А знание деформационных характеристик геотекстиля при изменении нагрузок и других факторов необходимо для расчета и проектирования.

Прочность при продавливании. При анализе результатов испытаний образцов геотекстиля различных типов и марок на прочность при продавливании (табл. 4) следует отметить:

  • этот показатель не зависит от поверхностной плотности, т. е. заметного увеличения прочности при увеличении поверхностной плотности не наблюдается, что, очевидно, объясняется структурой;
  • растяжимость полотна при увеличении поверхностной плотности, наоборот, имеет тенденцию к увеличению;
  • наблюдается значительный разброс результатов испытаний прочности и растяжимости при продавливании у образцов, полученных из штапелированных волокон (1-3), наоборот, у образцов из расплава полипропилена (4-5) отмечается равномерность результатов испытаний; это, по всей вероятности, объясняется изотропной структурой геотекстиля из расплава полипропилена, что отмечено выше;
  • при каландрировании и термической обработке наблюдается заметное увеличение прочности и снижение растяжимости (4-5), причем такая закономерность характерна для полотен из волокон; это объясняется уплотнением структуры полотен при термической обработке.

Микрофотографии структурных элементов геотекстиля двух типов, снятые на поляризационном микроскопе МИН-8 при увеличении 92,6 раза,  показывают, что  в структуре полотна из волокон последние расположены преимущественно в поперечном направлении, а пучки волокон, протаскиваемые иглопрокалыванием сквозь всю толщу полотна, расположены в основном перпендикулярно к плоскости. Такое расположение структурных элементов геотекстиля также обусловливает получение материала анизотропной структуры. В то время как в геотекстиле из комплексных непрерывных нитей (расплава полимера) последние расположены в хаотическом направлении, что предполагает получение материала изотропной структуры.

Чтобы полностью оценить структуру двух типов геотекстиля, в дальнейшем будут проведены исследования прочности и деформационных характеристик при приложении нагрузки под углами от 0 до 90º. В процессе эксплуатации геотекстиля распространение напряжений происходит в различных направлениях (0...360º).

Выводы и рекомендации. Проведенные исследования прочности и деформационных характеристик двух типов геотекстиля показали преимущества материала, получаемого из непрерывных комплексных нитей (спанбонд) по сравнению с геотекстилем, получаемым из штапелированных волокон.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что геотекстиль, изготовленный по методу спанбонд, более эффективен при использовании в дорожном строительстве и балластировке подземных трубопроводов вследствие лучших деформационных характеристик. Такой геотекстиль лучше противостоит трещинообразованию на дорожном покрытии и многократным циклическим нагрузкам. При приложении предельной нагрузки геотекстиль из расплава полимера сохраняет свои функции из-за хорошей деформируемости, в то время как геотекстиль из штапельных волокон разрушается.

Рекомендуется проектировщикам и потребителям при выборе типов и видов геотекстилей учесть особенности деформирования в зависимости от структуры и способов их изготовления.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 Ярмак М. Рекомендация проектировщикам // Технический текстиль, № 2, ноябрь 2001 г.

2 Бондарева Э., Ладыженский И. Геосетки для армирования асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог: требования, выбор, результаты использования // Технический текстиль, № 2, ноябрь 2001 г.

3 Дорога без трещин. - Автомобильные дороги, № 10, 2001 г.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ