Materiały geosyntetyczne – ogólna koncepcja materiałów syntetycznych stosowanych w inżynierii lądowej

Materiały geosyntetyczne

------Ogólne określenie używanych materiałów syntetycznych

w zastosowaniach inżynieryjnych

 

Materiały geosyntetyczne to ogólne określenie materiałów syntetycznych stosowanych w inżynierii lądowej. Jako rodzaj materiału do inżynierii lądowej, jest on wytwarzany ze sztucznie syntetyzowanych polimerów (takich jak plastik, włókna syntetyczne, kauczuk syntetyczny itp.) jako surowce, a różnego rodzaju produkty są umieszczane wewnątrz, na powierzchni lub pomiędzy różnymi typami gleby w celu wzmocnienia lub ochrony gleby.

 

Specyfikacja techniczna stosowania materiałów geosyntetycznych dzieli materiały geosyntetyczne na geotekstylia, geomembrany, geosyntetyczne materiały specjalne i geosyntetyczne materiały kompozytowe, a także takie typy, jak geotekstylia, siatka z włókna szklanego i podkładki geosyntetyczne.

 

Materiały geosyntetyczne to zbiorcze określenie różnych produktów wykonanych z materiałów syntetycznych stosowanych w inżynierii geotechnicznej i budownictwie inżynieryjnym. Ponieważ wykorzystuje się je głównie w inżynierii geotechnicznej, dla odróżnienia od materiałów naturalnych nazwano je „geosyntetykami”. Materiały geosyntetyczne były kiedyś określane jako „geotekstylia” i „geomembrany”. Wraz z potrzebami inżynierii wciąż pojawiają się nowe odmiany takich materiałów, takie jak geosiatki, geotekstylia i worki z geowłókninami, maty geotekstylne, geotekstylia, geowłókniny kompozytowe, wodoodporne koce bentonitowe, kompozytowe siatki drenażowe itp. Oryginalne nazwy nie mogą już dokładnie obejmować wszystkie produkty. Dlatego też w następnym okresie określa się je jako „geotekstylia, geotekstylia i wyroby pokrewne”. Oczywiście taka nazwa nie nadaje się jako termin techniczny ani akademicki. Dlatego też na V Międzynarodowej Konferencji Materiałów Geosyntetycznych, która odbyła się w Singapurze w 1994 roku, oficjalnie ustalono nazwę tego typu materiału jako „Materiały Geosyntetyczne”. Surowcem materiałów geosyntetycznych jest polimer. Produkowane są z substancji chemicznych wydobywanych z węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego lub wapienia, następnie przetwarzane na włókna lub arkusze materiałów syntetycznych i ostatecznie przetwarzane na różne produkty. Polimery stosowane do produkcji materiałów geosyntetycznych obejmują głównie polietylen (PE), poliester (PET), poliamid (PER), polipropylen (PP) i polichlorek winylu (PVC), chlorowany polietylen (CPE), polistyren (EPS) itp.

Inną nazwą geowłókniny jest geowłóknina. Wczesne produkty były rzadkością, co oznaczało materiał przypominający tkaninę używany w pracach geotechnicznych.

 

Proces produkcji geotekstyliów obejmuje najpierw przetwarzanie surowców polimerowych na jedwab, krótkie włókna, przędzę lub paski, a następnie wytwarzanie geotekstyliów o płaskiej strukturze. Geotekstylia można podzielić na geotekstylia tkane i geowłókniny ze względu na metody ich wytwarzania. Geotekstylia tekstylne składają się z dwóch równoległych zestawów przeplatających się prostopadłych lub ukośnych nitek osnowy i wątku. Geowłókniny powstają poprzez ukierunkowanie lub losowe ułożenie włókien, a następnie ich obróbkę. W zależności od różnych metod łączenia włókien istnieją trzy rodzaje metod łączenia: połączenie chemiczne (adhezyjne), połączenie termiczne i połączenie mechaniczne.

 

Wyjątkowe zalety geotekstyliów to niewielka waga, dobra ogólna ciągłość (można je przekształcić w większe obszary jako całość), wygodna konstrukcja, wysoka wytrzymałość na rozciąganie, dobra odporność na korozję i erozję mikrobiologiczną. Wadą jest to, że bez specjalnego leczenia zdolność przeciw ultrafioletowi jest niska. Wystawiony na zewnątrz łatwo ulega starzeniu pod bezpośrednim promieniowaniem ultrafioletowym, ale jeśli nie jest narażony bezpośrednio, działanie przeciwstarzeniowe i trwałość są nadal wysokie.

 

Geomembrany można ogólnie podzielić na dwie kategorie: asfalt i polimery (polimery syntetyczne). Geomembrany zawierające asfalt są głównie kompozytowe (w tym geowłókniny tkane lub nietkane), przy czym asfalt stosowany jest jako spoiwo zwilżające. Geomembrany polimerowe dzielą się na geomembrany z tworzyw sztucznych, geomembrany elastyczne i geomembrany kompozytowe oparte na różnych głównych materiałach.

 

Duża liczba praktyk inżynieryjnych wykazała, że ​​geomembrany charakteryzują się dobrą nieprzepuszczalnością, dużą elastycznością i zdolnością przystosowania się do odkształceń, mogą nadawać się do różnych warunków konstrukcyjnych i naprężeń roboczych oraz mają dobrą odporność na starzenie. Szczególnie widoczna jest trwałość geomembran w środowiskach podwodnych i gruntowych. Geomembrany mają doskonałe właściwości przeciwprzesiąkające i wodoodporne.

 

Gęstość: Gęstość zależy od materiału użytego do jej produkcji i nawet jeśli polimery użyte do produkcji geomembran należą do tej samej kategorii, często występują znaczne różnice. Na przykład materiały polietylenowe można podzielić na różne kategorie, takie jak bardzo niska gęstość, niska gęstość, średnia gęstość i wysoka gęstość, co powoduje różnice w gęstości geomembran PE. Zakres gęstości polimerów geomembranowych wynosi w przybliżeniu od 0,85 mg/l do 1,50 mg/l, a gęstość powszechnie stosowana w inżynierii wynosi zazwyczaj powyżej 0,94 mg/l.

Grubość: Grubość odnosi się do odległości pomiędzy górą i dołem membrany pod normalnym ciśnieniem 20 kPa. W przypadku geomembran gładkich (bez przetłoczeń i wzorów na powierzchni) metoda pomiaru grubości jest podobna jak w przypadku geowłóknin, z tym że do pomiaru należy zastosować dokładniejszy mikrometr. Każdą próbkę należy zmierzyć w co najmniej trzech różnych pozycjach, a jako średnią należy przyjąć grubość geomembrany kompozytowej PE.

 

Geosiatka jest głównym materiałem geosyntetycznym, który ma wyjątkową wydajność i skuteczność w porównaniu z innymi materiałami geosyntetycznymi. Geosiatki są powszechnie stosowane jako materiały wzmacniające zbrojone konstrukcje gruntowe lub materiały kompozytowe. Geosiatki dzielą się na dwa rodzaje: włókno szklane i włókno poliestrowe.

 

Tworzywa sztuczne

 

Ten typ geosiatki to polimerowy materiał siatkowy o kwadratowych lub prostokątnych kształtach utworzony przez rozciąganie, który można podzielić na dwa typy w zależności od różnych kierunków rozciągania podczas produkcji: rozciąganie jednokierunkowe i rozciąganie dwuosiowe. Jest wykrawany na arkuszach polimerowych (najczęściej wykonanych z polipropylenu lub polietylenu o dużej gęstości), które zostały wytłoczone, a następnie poddawane kierunkowemu rozciąganiu w warunkach ogrzewania.

 

Siatki do rozciągania jednokierunkowego wytwarza się jedynie przez rozciąganie wzdłuż kierunku długości arkusza, natomiast siatki do rozciągania dwuosiowego wytwarza się poprzez dalsze rozciąganie siatki do rozciągania jednokierunkowego w kierunku prostopadłym do jej długości.

 

Dzięki przegrupowaniu i orientacji polimerów polimerowych podczas procesu nagrzewania i wydłużania podczas wytwarzania geosiatek siła wiązania pomiędzy łańcuchami molekularnymi zostaje wzmocniona, osiągając cel polegający na poprawie ich wytrzymałości. Jej wydłużenie wynosi tylko 10% do 15% pierwotnej deski. Jeśli do geosiatki dodane zostaną materiały zapobiegające starzeniu, takie jak sadza, będzie ona miała lepszą trwałość, taką jak odporność na kwasy, odporność na zasady, odporność na korozję i odporność na starzenie.

 

Klasa włókna szklanego

 

Ten typ geosiatki jest wykonany z włókna szklanego o wysokiej wytrzymałości, czasami łączonego z samoprzylepnym klejem wyczuwającym nacisk i impregnacją asfaltu powierzchniowego, aby ściśle zintegrować geosiatkę z nawierzchnią asfaltową. Ze względu na zwiększoną siłę zazębiania się gruntu i materiałów kamiennych w siatce geosiatki, współczynnik tarcia między nimi znacznie wzrasta (do 0.8-1.0). Wytrzymałość na wyciąganie geosiatki zatopionej w gruncie znacznie wzrasta ze względu na duże tarcie i siłę wgryzania pomiędzy geosiatką a gruntem, co czyni ją dobrym materiałem wzmacniającym.

 

Jednocześnie geosiatka jest lekkim, elastycznym materiałem o płaskiej siatce, który można łatwo przyciąć i połączyć na miejscu, a także może zachodzić na siebie i nakładać się na siebie. Jest łatwy w budowie i nie wymaga specjalnych maszyn budowlanych ani profesjonalnego personelu technicznego.

 

1 worek z geomembraną

 

Worek geomembranowy to ciągły (lub pojedynczy) materiał przypominający torbę wykonany z dwuwarstwowej tkaniny z polimeryzowanych włókien syntetycznych. Wykorzystuje pompę wysokociśnieniową do wlewania betonu lub zaprawy do worka, tworząc strukturę przypominającą płytę lub inny kształt. Jest powszechnie stosowany w ochronie skarp lub innych projektach obróbki fundamentów. Worki membranowe dzielą się na dwie kategorie w zależności od materiałów i technik przetwarzania: worki mechaniczne i proste worki membranowe. Zmechanizowane worki membranowe można podzielić na trzy typy w zależności od obecności lub braku punktów drenażu filtracyjnego i ich kształtu po napełnieniu: worki membranowe z filtracją, worki membranowe bez filtra, worki z membraną betonową bez punktu drenażowego i membrany z blokami zawiasowymi .

 

2. Geonet

 

Geonet to sieć materiałów geosyntetycznych o dużych porach i dużej sztywności w płaskiej lub trójwymiarowej strukturze, tkanych z pasków materiału syntetycznego, grubych pasm lub prasowanych z żywicy syntetycznej. Stosowany do miękkiej warstwy poduszkowej wzmacniającej fundamenty, zabezpieczania skarp, nasadzeń traw oraz jako podłoże do produkcji kompozytowych materiałów geotechnicznych.

 

3. Maty i komory geosiatkowe

 

Geosiatki i geosiatki to trójwymiarowe struktury wykonane specjalnie z materiałów syntetycznych. Pierwsza z nich to głównie trójwymiarowa przepuszczalna poduszka z siatki polimerowej złożona z długich włókien, podczas gdy druga to trójwymiarowa struktura przypominająca plaster miodu lub siatkę, złożona z geotekstyliów, geosiatek lub geomembran oraz polimerów paskowych. Jest powszechnie stosowany w zapobieganiu erozji i inżynierii ochrony gleby. Geokomórki o dużej sztywności i zdolności do bocznego ograniczania są często stosowane we wzmocnionych warstwach poduszek, podtorzach dróg lub podtorzach.

 

4.Pianka polistyrenowa (EPS)

 

Pianka polistyrenowa (EPS) to opracowany ultralekki materiał geosyntetyczny. Powstaje poprzez dodanie środka spieniającego do styropianu, wstępne spienienie do określonej gęstości, a następnie wysuszenie cząstek pianki w silosie przed napełnieniem ich formą i podgrzaniem. EPS ma zalety lekkości, odporności na ciepło, dobrej wytrzymałości na ściskanie, niskiej absorpcji wody i dobrych właściwości samonośnych i jest powszechnie stosowany jako wypełniacz nasypów kolejowych.

 

Geotekstylia, geomembrany, geosiatki i niektóre specjalne materiały geosyntetyczne powstają w wyniku połączenia dwóch lub więcej materiałów w celu utworzenia materiałów geosyntetycznych. Materiały geokompozytowe mogą łączyć właściwości różnych materiałów, aby lepiej spełniać potrzeby konkretnej inżynierii, i mogą odgrywać różnorodne role funkcjonalne. Geowłóknina kompozytowa to połączenie geowłókniny i geowłókniny wykonanej zgodnie z określonymi wymaganiami.

Wśród nich geowłóknina jest stosowana głównie do zapobiegania przesiąkaniu, a geowłóknina odgrywa rolę we wzmacnianiu, drenażu i zwiększaniu tarcia między geowłókniną a powierzchnią gleby. Innym przykładem są geotekstylne kompozytowe materiały drenażowe, które są materiałami drenażowymi składającymi się z geowłóknin, siatek geotekstylnych, membran geotekstylnych lub geosyntetycznych materiałów rdzeniowych o różnych kształtach. Stosowane są do zagęszczania drenaży miękkich fundamentów, odwadniania wzdłużnego i poprzecznego podtorza, podziemnych rur drenażowych w budynkach, studni zbiorczych, odwadniania ścian budynków wsporczych, odwadniania tuneli, obiektów odwadniających nasypy itp. Plastikowa płyta drenażowa powszechnie stosowana w inżynierii podtorza to rodzaj geosyntetycznego kompozytowego materiału drenażowego.

 

Geosyntetyczne materiały kompozytowe szeroko stosowane w drogach za granicą to tkanina przeciw pękaniu z poliestru z włókna szklanego i dzianina kompozytowa wzmocniona osnową, przeciw pękaniu. Może przedłużyć żywotność dróg, znacznie obniżając koszty napraw i konserwacji. Z punktu widzenia długoterminowych korzyści ekonomicznych konieczne jest, aby Chiny aktywnie przyjmowały i promowały geosyntetyczne materiały kompozytowe.

 

Materiały geosyntetyczne mają różne właściwości dla różnych produktów i mogą być stosowane w wielu dziedzinach inżynierii.

 

Zastosowane dziedziny obejmują inżynierię geotechniczną, inżynierię lądową, inżynierię ochrony wód, inżynierię środowiska, inżynierię transportu, inżynierię komunalną i inżynierię rekultywacji gruntów.

 

W zakresie ochrony:

Erozja gleby jest naturalnym procesem powodowanym przez siły hydrauliczne i wiatrowe, na który wpływa wiele czynników, takich jak gleba, roślinność i topografia. W określonych warunkach działalność człowieka może również przyspieszyć ten proces. Jeśli ten efekt erozji nie zostanie odpowiednio wyeliminowany, może spowodować znaczne szkody w istniejących budynkach i środowisku.

 

Jeśli chodzi o kontrolę erozji gleby, geosyntetyki można zastosować do ochrony zboczy, ochrony kanałów transportowych wody, ochrony linii brzegowej, rekultywacji równin błotnistych, odtwarzania roślinności, sieci ochrony przed obsunięciami skał i budowy zapór przeciwpowodziowych. Zgodnie z charakterystyką projektu i warunkami terenowymi, inżynieria kontroli erozji może obejmować jeden lub więcej produktów z materiałów geosyntetycznych.

 

W inżynierii zabezpieczeń skarp, oprócz stosowania niektórych materiałów geosyntetycznych, potrzebne są gwoździe gruntowe, a nawet pręty kotwiące do skał, aby zapewnić stabilność systemu zabezpieczającego. W niektórych przypadkach do mocowania nawierzchni ochronnej stosuje się również worki z geowłókniny wypełnione ciężką zaprawą, a w szczeliny konstrukcji zabezpieczającej umieszcza się nasiona traw, aby pielęgnować roślinność i zapobiegać erozji gleby.