ГеОсетка. Свойства и технические возможности

Рубрика Allcorp.Ru без категории

Детальное описание

Свойства и технические возможности

Геосетка – это рулонный синтетический материл, получаемый путем переплетения под прямым углом нитей и волокон из высокопрочных материалов. В отличие от тканных геотекстилей геосетки имеют значительно большие размеры ячеек.
Геосетки из высокомодульных ПЭФ нитей и других синтетических материалов различаются между собой по:
• используемому материалу – этим определяется большинство физико-механических и химических характеристик геосетки;
• способу формирования геосетки – от этого зависит стабильность структуры, а также некоторые  физико-механические характеристики геосетки такие как: удлинение при разрыве, % продольно/поперечно; ползучесть материала.
Основными требованиями к геосеткам в зависимости от применяемого материала являются:
• водостойкость;
• биостойкость;
• стойкость к действию кислотных и щелочных сред, возможных в условиях эксплуатации;
• светостойкость;
• механические свойства волокон.

Основные свойства синтетических волокон

Геосетки из высокомодульных ПЭФ нитей обладают высокой химической и биологической стойкостью, а ПВХ — покрытие предохраняет его от УФ — излучения и механических повреждений.
Геосетка из НМ ПЭФ нитей должна обеспечивать:
1. высокую устойчивость к снижению устойчивости к нагрузкам или устойчивость структуры сетки к механическим воздействиям во время кладки;
2. высокую устойчивость к деформации при использовании геосетки по назначению;
3. высокую устойчивость к снижению устойчивости к нагрузкам или устойчивость структуры сетки к ультрафиолету, биологическому и химическому воздействию, обычно протекающего при земляных работах.

Геосетки из высокомодульных ПЭФ нитей отличаются высокими механическими характеристиками и применяются для создания армирующих прослоек. Подобными геосетками армируют основания дорожных одежд из крупнофракционных материалов, откосы насыпей. При армировании верхних слоев дорожных одежд наряду с геосетками из ПЭФ нитей широко применяются геосетки из стекло- или базальтового волокна. Геосетки из стекло- или базальтового волокна имеют сходные и превосходящие геосетки их ПЭТ нитей механические характеристики, однако их свойства менее стабильны в сравнении с полимерными геосетками по отношению к возможным агрессивным воздействиям в процессе эксплуатации.
Геосетки из НМ ПЭФ нитей обычно имеют ячейки с линейными размерами 5-50 мм. Наличие и размер ячеек, толщина элементов определяют механические характеристики материалов и степень их связи с материалами контактирующих слоев.
Основные характеристиками геосеток из синтетических материалов, в том числе из НМ ПЭФ нитей, являются:
— масса [ г/ м.2];
— размер ячейки [мм];
— предельная прочность при растяжении, продольно/поперечно[кН/м];
— удлинение при разрыве, % продольно/поперечно.
В таблице представлены сравнительные физико-механические показатели одних из наиболее популярных на российском рынке армирующих геосеток из НМ ПЭФ нитей производства компании «HUESKER Synthetic GmbH & Co» марки «HaTelit» и из стекловолокна производства ООО «Стекло-Прогресс» марки «Армдор».

Сравнительные Физико-механические показатели геосеток из НМ ПЭФ нитей и из стекловолокна

Армирование подразумевает использование в грунтовых конструкциях специальных элементов, которые позволяют увеличить механические свойства грунта. Работая в контакте с грунтом, армирующие элементы перераспределяют нагрузку между участками конструкции, обеспечивая передачу напряжений с перегруженных зон на соседние недогруженные. Эти элементы могут быть изготовлены из различных материалов работающих на растяжение: метал, железобетон структуры из стеклянных или полимерных волокон.
В дорожной отрасли можно выделить несколько направлений применения геосинтетиков, и в каждом из них возможно использование множества видов геосинтетических материалов. Например, при укреплении слабых оснований можно использовать и георешетку, и геосетку, и геотекстиль. Таким образом, многие геосинтетические материалы взаимозаменяемы, что является немаловажным аспектом преимущества их применения над традиционными технологиями.

1) Для армирования грунтов: геосетки, изготовленные из высокомодульных полимерных волокон, покрываются ПВХ. Они используются в различных не стандартных конструкциях, иметь прочность на разрыв от 20 до 400 кН/м и размером ячеек от 10 до 50 мм. Для подобных нужд применяются сетки с квадратными и прямоугольными ячейками, с одинаковой и разной прочностью вдоль и поперек материала. При сооружении земляных конструкций геосетки служат для улучшения физико-механических свойств грунтов путем армирования.
a) Геосетки их НМ ПЭФ нитей используются основном используется для создания подпорных конструкций и обеспечения общей устойчивости откосов насыпей . При укреплении откосов георешетка укладывается между слоями т.е. по возможной поверхности скольжения верхнего слоя. Уплотнение верхнего слоя делает конструкцию более прочной за счет повышения коэффициента трения. В данном  случае георешетка воспринимает скатывающее усилие  массы верхнего слоя, обеспечивая тем самым местную устойчивость откоса.
b) Геосетки из НМ ПЭФ нитей используются для увеличения несущей способности слабых оснований дорог и других  сооружений . Основным принципом такого рода укрепления является перераспределение локальных напряжений, возникающих в грунте,  на весь массив грунта и саму георешетку.
При устройстве насыпей дорог на слабых основаниях, геосетка из НМ ПЭФ нитей может использоваться для повышения несущей способности основания. Для этого она укладывается на основание и на нее осуществляется отсыпка насыпи.
c) В конструкциях дорог на свайных основаниях (несущих опорах) мягкие слои грунта не должны подвергаться нагрузкам. В данном случае геосетка позволяет создать свайный ростверк из грунта и геосетки.
d) Для использования неосвоенных территорий , отводимых под строительство необходима подготовка грунта – устройство дренажа и повышение несущей способности для нового строительства. В этом случае несущую функцию выполняет геосетка из НМ ПЭФ нитей, которая при правильном расположении может распределять нагрузки и создавать эффект противоскользящего армирующего слоя поверх гидроизоляции.

2) Для армирования асфальтобетонных покрытий : геосетки из НМ ПЭФ нитей увеличивают прочность покрытия на разрыв и обеспечивают равномерное распределение горизонтальных сил на большой площади.
Сферы применения:
• армирование для предотвращения образования трещин в слое асфальта,
• армирование соединительных швов,
• асфальтовые покрытия поверх старых бетонных дорог,
• армирование слоев асфальта при строительстве гидротехнических сооружений и свалок.
Трещины ликвидируются, а появление отражённых трещин в значительной  степени замедляется. При правильной укладке геосетки их НМ ПЭФ обеспечивают значительное увеличение срока службы покрытий по сравнению с традиционной реконструкцией дорожного покрытия.
Для лучшего сцепления с асфальтом геосетки из НМ ПЭФ нитей могут покрываться битумом. Также геосетки из НМ ПЭФ нитей могут быть дополнительно снабжены тонким слоем нетканого материала, что обеспечивает более быструю и экономичную укладку без ухудшения прочности сцепления между слоями. В зависимости от условий укладки асфальтобетонного покрытия задаются необходимые параметры геосеток их НМ ПЭФ нитей, например геосетки специально для армирования тонких холодных асфальтобетонных покрытий.
При ремонте дорожного полотна возможно армирование, как по всей площади, так и локально по предполагаемым источникам трещин, например по швам плит, лежащих в основании покрытия, и по сопряжению старого и нового полотна.
Геосетки распределяют высокие нагрузки автодорог, что снижает образование дорожной колеи. Армированное покрытие выдерживает более высокие динамические нагрузки и эффективно противостоит развитию усталостных деформаций.
Типичные применения:
a) Дорожное строительство. Армирование, стабилизация, изоляция, дренаж, фильтрация и уплотнение – эти функции выполняют геосинтетическое материалы в дорожном строительстве. Нетканые материалы используются в качестве фильтров и дренажных элементов для отвода влаги из нижних слоев участка дорожного покрытия или в качестве разделительного слоя между несущими слоями и основанием. Высокопрочная георешетка и ткань армирует и стабилизирует несущие слои. Решетка для армирования асфальта предотвращает или замедляет образование трещин в асфальте (анимированный пример применения). Трещины образуются вследствие колебаний температур и нагрузок транспортных средств. Типичными участками, чувствительными к образованию трещин, являются, например: продольные швы, возникающие в процессе расширения дорог; слои асфальта, уложенные поверх старых бетонных плит (образование разрывных швов), старые потрескавшиеся асфальтированные дороги.
b) Строительство аэродромов. Современные стандарты безопасности воздушного транспорта предъявляют высокие требования к персоналу, материалам и технике. Большие нагрузки на взлетно-посадочные полосы требуют надежных технических решений. Применение различных геосинтетических материалов в этой области способствует повышению безопасности воздушного транспорта. Высокопрочные тканые материалы и геосетки стабилизируют и армируют несущие слои взлетно-посадочных полос. Армирующая решетка для асфальта предотвращает или замедляет образование трещин, которые возникают в слое асфальта взлетно-посадочных полос в связи с колебаниями температур или интенсивной эксплуатацией. Типичными участками, в которых образуются трещины, являются слои асфальта между старыми бетонными плитами (температурные швы) и старыми, покрытыми асфальтом взлетно-посадочными полосами, на которых образовались трещины. Для отвода воды под поверхностью взлетно-посадочных полос применяются нетканые материалы. Они служат в качестве фильтра и дренажного слоя или разделительного слоя между несущими слоями и основанием. Основание и поверхностный слой могут быть изолированы друг от друга для защиты от грунтовых вод с использованием матов из бентонита.
c) Армирование асфальта. Асфальт — это хорошо зарекомендовавший себя строительный материал, применяемый при сооружении дорог, а также трасс, взлетно-посадочных полос. Повреждения, вызванные колебаниями температур и связанные с нагрузками транспортных средств, могут приводить к образованию трещин и в новых асфальтных покрытиях. Слой асфальта обладает небольшим пределом прочности при разрыве, который может быть превышен уже при незначительных растяжениях. В результате образуются трещины. Армирующие сетки в слое асфальта выполняют две важные задачи:
— повышают предел прочности асфальтного покрытия на разрыв;
— принимают большую часть горизонтальных нагрузок при растяжении;
— обеспечивают более равномерное распределение напряжений на большей площади.
Армированный асфальт позволяет снизить возникающие напряжения при растяжении и связанный с этим риск перенапряжения. С помощью армирующих сеток обеспечивается эффективное армирование асфальтных покрытий и повышается срок их службы.

Таким образом, геосетки из высокомодульных ПЭФ нитей в большинстве своем применяются в качестве армирующего элемента в конструкциях дорожных покрытий для автомобильных дорог и аэродромных покрытий; и как армирующий материал в основаниях дорог на грунтах с низкой несущей способностью и для закрепления откосов и склонов.
В зависимости от направления применения геосеток из НМ ПЭФ нитей можно выделить следующие направления их использования:

1) Дорожное строительство:
— Армирование асфальтобетонных покрытий;
— Армирование грунта (устройство откосов);
— Укрепление откосов (защита от эрозии);
— Устройство насыпей на слабых основаниях;
— Разделение слоёв и дренаж.

2) Железнодорожное строительство:
— Насыпи на слабых основаниях;
— Устройство подпорных стенок и откосов;
— Противоэрозионная защита откосов.

3) Сооружение свалок;

4) Сооружение подпорных стен;

5) Гидростроительство;

6) Аэропорты .
Также различаются сферы применения геосеток из ПЭФ нитей в зависимости их прочности по основе и по утку.
Биаксиальные (равнопрочные) геосетки применяются для укрепления грунта и насыпных материалов при строительстве автомобильных и железных дорог, укрепленных фундаментов и других рабочих площадок. Широко используются геосетки в строительстве нефтепромысловых дорог.
Моноаксиальные геосетки используются для укрепления грунтов при сооружении опорных стен, устоев моста, крутых откосов и восстановления оползней.
Так, например, в Москве моноаксиальные геосетки использовались при строительстве армогрутновых насыпей на пересечении 3-го Транспортного кольца с Волгоградским проспектом и на  участке 3-го Транспортного кольца.

Технология производства с достижением технических характеристик ведущих производителей

Технологии производства

Различают следующие типы геосеток, применяемых в мире:
1) Экструдированные;
2) Соединенные;
3) Тканые;
4) Вязанные.

1) Основным материалом для производства экструдированных геосеток  служит полипропилен и полиэтилен. Процесс производства состоит из одного технологического процесса, который включает три производственные операции.

Технология производства экструдированных геосеток

Путем плоскощелевой экструзии вырабатывается пластиковый «бесконечный» лист. Затем, не допуская охлаждения листа, в нем пробиваются отверстия, которые образует ячейки геосетки.  На заключительной стадии лист растягивается в одном (продольном) или в двух (продольном и поперечном) направлениях. При растягивании структуры в продольном направлении вырабатываются геосетки, называемые «моноаксиальными». Ячейки в структуре образуют прямоугольные отверстия с разной длиной сторон ячеек. При растягивании структуры в двух направлениях вырабатываются геосетки, называемые «биаксиальными». Ячейки в структуре образуют прямоугольные отверстия с одинаковыми по длине сторонами ячеек.
Основными производителями такого типа геосеток являются компании «Tensar» и «Tenax».

2) Соединенные геосетки образуются из полимерных полос, стержней или ровингов уложенных под прямым углом и скрепленных в местах их соприкосновения. Скрепление может производить лазерной или ультразвуковой сваркой или химическим путем. Основным материалом для производства соединенных геосеток служит ПЭФ, ПП, стекловолокно.
Стеклонити, образующие стеклоровинги крайне редко используются при данном способе производства геосеток. Единственным примером данной продукции на российском рынке является продукция компании «Стекло-Прогресс» (Россия) под торговой маркой «Армдор». Эта геосетка из стекловолокна представляет собой стеклоровинги, уложенные друг относительно друга под прямым углом, которые склеены между собой.
Среди соединенных геосеток из полиэстера на российском рынке представлена продукция компании «Naue» (Германия) под торговой маркой «Sequgrid». Эта геосетка представляет собой полимерные полосы из полиэстера, уложенные друг относительно друга под прямым углом и скрепленные между собой методом сварки.
Непосредственно высокомодульные ПЭФ нити при производстве соединенной сетчатой структуры использует компания «Kirson Industrial Reinforcements GmbH» (Германия). Производимая структура не относится к разряду геосеток, так как имеет относительно малую плотность (55 г/м2) и толщину. Продукция носит наименование «решетчатый холст». Укрепляющие «решетчатые» холсты выглядят как решётка, состоящая из бесконечного количества текстильных нитей. Этот материал конкурирует на российском рынке с геотканями. Решетчатые холсты на 20-40% тоньше тканей (идентичной  конструкции и одинаковых нитей).
С помощью «решетчатых»  холстов Kirson можно производить очень тонкие изделия, при этом их технические свойства не ухудшаются. Экономия материала в конечном продукте может достигать 20%.

Основными видами геосеток из НМ ПЭФ нитей являются тканые и основовязаные (нитепрошивные) геосетки .

3) Тканые геосетки представляют собой решетчатую структуру, образованную путем прямого переплетения нитей. Основным материалом при производстве такого типа геосеток является полиэстер и стекловолокно.
Основные типы тканых геосеток представлены ниже.
3.1 Обычная нить
 
Это основная конструкция холстов. Верхние и нижние нити основы находятся на равном расстоянии друг от друга. Под нитью по основе  проходит нить по утку, через определённое расстояние  нить по основе проходит  под  нитью по утку, это сочетание продолжается вдоль всей ширины.
Таким образом, в местах пересечения встречаются 2 нити
3.2 Двойная нить

Основная конструкция тканых геосеток. Верхние и нижние нити основы всегда находятся друг над другом,  а нить по утку проходит точно между верхней и нижней нитью основы. Таким образом, в местах пересечения встречаются 3 нити. В результате, нити основы фиксируют уточные нити на равном расстоянии друг от друга под прямым углом, что позволяет образовывать ячеистые неподвижные структуры.
 Тканые геосетки производятся на ткацком оборудовании.
Основным минусом подобной конструкции является ограничение по размеру ячеек – при больших размерах ячеек структура становится подвижной.
Кроме того, поскольку нити соприкасаются между собой на изгибе, возможны дополнительные механические напряжения в местах их пересечения, что может приводить к преждевременному разрушению структуры.
Процесс производства тканых геосеток из высокомодульного полиэстера включает в себя следующие этапы:

Технология производства тканных геосеток их НМ ПЭФ нитей

 
При производстве тканной геосетки полимерные нити подаются со «шпулярника» на ткацкий станок, на котором происходит либо перемотка нитей на бобины станка, либо происходит непосредственная подача нитей на формирование геосетки. Во втором случае подача нитей идет напрямую со шпулярника на барабан ткацкого станка, минуя процесс перемотки их на бобины машины.
При производстве геосетки используются ткацкие станки рапирного типа.
Процесс формирования самой геосетки происходит путем прокладки уточной нити рапирным способом по прямой под/над нитями основы. Для изменения размера ячеек необходимо настроить режим подачи уточной нити через определенный интервал времени. При подаче уточной нити происходит поднятие/опускание нитей основы (образование зева). Его образование происходит либо с помощью ремизной рамы, либо с помощью эксцентрикового механизма. При подаче уточной нити, нить захватывается рапирой. Рапира может либо сама захватывать нить (позитивная), либо нить может продуваться в отверстие рапиры (негативная). Первый способ более предпочтителен, поскольку позволяет избежать деформации нити при захвате и позволяет захватывать большое количество нитей одновременно одинакового диаметра. Кроме того, при отпускании нити использование позитивной рапиры позволяет точно определить время передачи нити из одной рапиры в другую. Всего в производстве задействовано две рапиры, каждая из них проходит лишь половину ширины полотна и по середине передает нить второй рапире, которая доводит нить до конца полотна и затем отпускает ее.
Рапиры могут быть сами по себе либо жесткими, либо мягкими. При использовании жестких рапир их движение контролируется только по краям оборудования за пределами плоскости полотка, в то время как мягкие рапиры должны контролироваться по всей их длине.
Прокладка уточных нитей через заданный промежуток времени позволяет образовать решетчатую структуру. Таким образом, формируется так называемое «суровое полотно». Затем происходит намотка полученного материала и подача его на пропитку.
За пропитку отвечает обособленное технологическое оборудование, которое представляет с собой технологическую линия, в которое находится наносимое на геосетку вещество, барабан, на который происходит намотка материала и сушильное устройство. Пропитка может наносится на материал, когда он находится на барабане (ракельный способ нанесения) или материал может окунаться/погружаться в пропитку до намотки на барабан.
В процессе пропитка геосетка фиксируется на цепях, что устраняет возможность ее усадки во время сушки. При нанесении покрытия, полимер находится в жидком состоянии при комнаткой температуре, после нанесения сушилка создает температуру порядка 180 градусов и структура приобретает стабильность. Точная температура устанавливается индивидуально. Допустимая температура рассчитана до 220 градусов.
Возможно осуществление непрерывного процесса, когда осуществляется непосредственная подача сурового полотна с ткацкого станка на пропитку, что сокращает производственный цикл и снижает риск деформации материала в процессе доставки его на пропитку. Затем происходит фасовка материала.

Соединение холста с нетканым текстильным материалом
Вышеописанные способы производства тканной геосетки из ПЭФ дополняет технология производства композитного материала, который представляет собой геосетку, соединенную с нетканым полимерным полотном.
 
После процесса пропитки, геосетка кашируется на нетканый текстильный материал (из стекла, полиэфирного или другого  волокна), что даёт возможность выпускать соединения с нетканными текстильными материалами весом от 15 до 200 грамм на квадратный метр.
В производстве геосетки может закладываться различное количество полимерных нитей, различный тип нитей, формироваться различный размер ячеек. Для апробации возможных вариантов производства крупнейшие производители подобных материалов имеют собственные исследовательские лаборатории или имеют контакт с подобными лабораториями. Каждая компания — производитель держит в секрете технологические особенности своего производства и процесс обработки геосетки.

Вязанные (нитепрошивные) геосетки
Основными материалами при данном способе производства геосеток является полиэстер и стекловолокно. Реже используется полипропилен.
Нитепрошивные сетки представляют собой три системы полимерных нитей, сформированные в геосетку с помощью основовязального оборудования (warp knitting machinery). Конкретно используется технология «прокладки утка» (weft insertion machinery). При данном способе производства геосетки одна система нитей (уток) прокладывается поверх другой (основы) и скрепляется (прошивается) третьей системой нитей. При данном способе производства геосеток нити основы и утка не переплетаются между собой, а лежат друг на друге, что снижает механические нагрузки в местах их пересечения, что сокращает преждевременную деградацию материала.
Преимущество данного технологического процесса в том, что нити в основовязаном полотне лежат прямо, а не переплетены. В традиционной ткани продольные нити проходят как над, так и под поперечными нитями. В случае приложения нагрузки нити вначале ориентируются в направлении приложения силы. Из-за этого полотно при незначительном удлинении имеет запаздывающее восприятие растягивающих усилий.
Основовязаные геосетки в результате прямой укладки нитей, как правило, можгут воспринимать растягивающие усилия уже при незначительных удлинениях. Растягивающий потенциал волокон используется сразу же. Задержка восприятия растягивающих усилий материалом, возникающая в результате переплетения, отпадает.
Одновременно может прокладываться до 30 (ПЭФ) и 24 (стекловолокно) уточных нитей, что повышает производительность основовязального оборудования по сравнению с ткацкими станками. Кроме того, присутствие прошивающей системы нитей позволяет формировать в геосетке ячейки любого размера при сохранении стабильности структуры.
Ширина основовязального достигает 6,2 метров, что превышает существующие размеры ткацких станков (до 5 метров, как правило до 4,2 метра). Данный показатель повышает производительность оборудования и удобство транспортировки и укладки конечного материала.
Технологический процесс производства конечного продукта схож с процессом производства геосетки на ткацком оборудовании.
Нити в катушках от производителя помещаются в сновальную машину. Со сновальной машины идет подача нити на основовязальное оборудование, на котором происходит перемотка нити на бобины оборудования.
Уже с этих бобин идет подача нити на формирование сурового полотна.
После формирования сурового полотна на основовязальной машине, материал подается на пропитку. Подача на пропитку может происходить непрерывно непосредственно с основовязального оборудования, либо процесс может быть разделен и будет происходить «намотка-перенос-размотка» материала для подачи на пропитку.
Также как и тканые геосетки, прошивные геосетки могут кашированься нетканым полотном, образуя композитный материал.
При производстве геосеток из НМ ПЭФ нитей (как тканых, так и вязанных) существенным является момент микроклимата в производственном помещении – уровень влажности и температура воздуха. При несоблюдении требуемых норм потеря в производительности может составить более 20% из-за обрывности нитей.
Основовязальное оборудование габаритнее и дороже ткацких станков.
Оба типа оборудования являются достаточно гибкими к применяемому типу материала и в формированию материала определенной формы и плотности.
Как и процесс производства тканых геосеток, производство прошивных геосеток может различаться в зависимости от количества прокладываемых нитей, типа этих нитей, размера ячеек. Для достижения требуемых характеристик геосетка должна происходить испытания в специализированных лабораториях.
Таким образом, каждая компания, выпускающая геосетки из НМ ПЭФ, нитей может рассматриваться как поставщик технологического процесса производства материала. Пригодность той или иной геосетки выявляется лабораторными исследованиями и накопленным опытом эксплуатации