Нетканые геотекстильные материалы

Геотекстиль — это текстильное водо- и воздухопроницаемое полотно, находящееся в контакте с почвой и другими материалами, применяемыми в строительстве. Для изготовления геотекстильных полотен в зависимости от областей использования наряду с синтетическими волокнами применяются способные к гниению натуральные волокна. При необходимости могут быть введены специальные деградабильные добавки. Наибольшее распространение получили геотекстильные нетканые материалы, производство которых отличается высокой производительностью, минимальными затратами, возможностью выпуска полотен большой ширины. Геотекстильные нетканые материалы обладают превосходной способностью выдерживать большие нагрузки и находят настолько широкое применение, что укажем лишь некоторые области: • строительство и ремонт трамвайных и железнодорожных линий, • строительство временных дорог, автострад, городских и сельских дорог, • строительство спортивных сооружений и теннисных кортов, • строительство автостоянок, • строительство взлетно-посадочных полос и аэропортов, • строительство опорных стенок, • укрепление насыпей откосов, противопаводковых дамб, берегов рек, а также морских берегов, • строительство дренажных систем. Основные функции, которые выполняют геотекстильные нетканые материалы, заключаются в следующем: • укрепление, способствующее уменьшению и распределению напряжений в земляных конструкциях, • разделение, заключающееся в предотвращении смешивания двух или нескольких прилегающих грунтов, отличающихся различным гранулометрическим составом, • фильтрация и дренаж, позволяющие воде свободно просачиваться из грунта, задерживая его, а также делающие возможность прохождения воды в плоскости геотекстиля. В условиях вечной мерзлоты нетканый материал может также служить теплоизолятором, сохраняющим вечную мерзлоту и обеспечивающим долговечность подъездных путей. Особенно широкое применение геотекстильные полотна нашли в дорожном строительстве. За рубежом разработан и выпускается ассортимент геотекстильных нетканых материалов для различных геологических, природных, климатических условий. �х характеристики заложены в компьютер, и в зависимости от требований заказчика могут быть предложены различные нетканые материалы с оптимальными свойствами и стоимостью. В Российской Федерации в 60—70 гг. в Научно-исследовательском институте нетканых материалов, СоюздорН��, РосдорН��, ГипроН�� нефтегазпрома разработаны геотекстильные нетканые материалы для дорожного строительства, которые использовались, главным образом, при освоении нефтегазовых месторождений. Однако, в силу низкой культуры производства и применения, безответственного отношения к требованиям качества и охраны окружающей среды, потребители геотекстильных нетканых материалов часто использовали продукцию, выпускаемую предприятиями вторичных ресурсов, не предназначенную для этих целей и не отвечающую необходимым требованиям. Поэтому широкого распространения в больших объемах геотекстильные нетканые материалы у потребителя не получили. �звестно, что 60% территории Российской Федерации расположено в суровых климатических условиях со значительными колебаниями температуры как в летнее и зимнее, так в ночное и дневное время. Это приводит к деградации земляных сооружений и покрытий. Достаточно отметить, что в средней полосе Российской Федерации городские службы для поддержания дорог в удовлетворительном состоянии вынуждены каждый год весной частично или полностью укладывать новое асфальтобетонное покрытие. Применение геотекстильных нетканых материалов при строительстве и ремонте автодорог позволит снизить затраты вследствие уменьшения расхода строительных материалов, обеспечить консолидацию земляных конструкций и покрытий, увеличить долговечность сооружений. Поэтому использование геотекстильных нетканых материалов при строительстве и ремонте автодорог, расположенных в сложных климатических условиях, является настоятельной необходимостью. В последние годы ассортимент отечественных нетканых геотекстильных материалов расширился и улучшилось их качество. В табл.1 приведены технические показатели отечественных и зарубежных геотекстильных нетканых материалов для строительства и ремонта автомобильных дорог и других сооружений. Сравнение свойств отечественных и зарубежных геотекстильных нетканых материалов показывает: • геотекстильные нетканые материалы, выпускаемые отечественной промышленностью, обладают пониженными прочностными характеристиками и повышенными удлинениями при разрыве в долевом и поперечном направлениях. Это накладывает ограничения на их использование в качестве утепляющих, разделяющих и балластировочных материалов. • в технических описаниях отечественных геотекстильных нетканых материалов, как правило, отсутствуют показатели, характеризующие их фильтрационные свойства (коэффициент фильтрации, размер пор и т. д.), которые являются весьма важными для всех видов геотекстильных нетканых полотен и учет которых является одним из критериев их разработки; • не все предлагаемые отечественные геотекстильные нетканые материалы в качестве таковых могут быть использованы в практике строительства. Следует определить необходимую и достаточную номенклатуру их свойств и на этой основе провести ревизию показателей и наметить технические способы их улучшения. Разработчики геотекстильных нетканых материалов часто сталкиваются с решением вопросов, с какими свойствами и в каких количествах необходимы геотекстильные полотна. Поэтому разработка геотекстильных нетканых материалов должна вестись с учетом сильно различающихся климатических, геологических, экологических условий местности, по которой прокладываются автодороги и строятся другие инженерные сооружения. При строительстве на одном участке автодороги используют один, желательно местный тип грунта, на других — иные. Поэтому, например, при использовании геотекстильных материалов для фильтрации и дренажа на одном участке для них должны быть обеспечены свойства, соответствующие данному типу грунта, расходу водных потоков, на других участках — другому типу грунта и применен другой тип геотекстильного нетканого материала с другими показателями коэффициента фильтрации, размера пор и т. д. Поэтому постановка вопроса о разработке общих единых требований к геотекстильным полотнам нецелесообразна, т.к. невозможно создать один универсальный тип геотекстильного нетканого полотна. Однако в основу разработок, по нашему представлению, должны быть положены следующие соображения. Критерии разработки геотекстильных нетканых материалов для фильтрации и дренажа • Определить гранулометрический состав грунта и коэффициент его однородности. • �зготовить образцы нетканых геотекстильных материалов, определить фильтровальные свойства и по коэффициенту однородности и размеру зерен грунта при 50% прохождении сита идентифицировать нужный образец. Критерии разработки геотекстильных нетканых материалов для основания дорог • Определить гранулометрический состав наполнителя, укладываемого в основание дороги и выдерживающего предельную осевую нагрузку. • Для исключения провала и значительной деформации начального слоя максимально нагруженного наполнителя необходимо определить минимальную высоту подстилающего слоя с учетом его коэффициента прочности. • �зготовить и испытать образцы геотекстильных нетканых материалов, способных выдерживать нагрузки на продавливание при отсыпке земляного полотна используемым наполнителем. • Проверить фильтровальные критерии выбранного типа геотекстильных нетканых материалов для обеспечения эффективности задерживания тонких частиц и сброса давления воды в порах земляного полотна с учетом интенсивности движения, эффективного размера пор геотекстильного полотна. Критерии разработки разделяющих геотекстильных полотен При определении характеристик геотекстильных нетканых материалов в качестве разделяющих между подстилающим грунтом и массой наполнителя необходимо учитывать следующие соображения: • Во время отсыпки и уплотнения массы наполнителя поверхность геотекстильных нетканых материалов не должна быть повреждена. Поэтому важнейшими качествами таких материалов является высокая механическая прочность, в особенности прочность на продавливание. Геотекстильный нетканый материал не должен повреждаться вследствие напряжений от высокой осевой нагрузки транспортных средств на острые составляющие наполнителя; • Геотекстильный нетканый материал должен обладать высокой фильтрующей способностью, чтобы исключить миграцию тонких частиц грунта в основании полотна и снижение его несущей способности, а также склонность к вздутию в результате замерзания отсеченного грунта, а потому обеспечивать высокую водопроницаемость. Ремонт дорог с использованием геотекстильных нетканых материалов Трещины в дорожном покрытии есть следствие его деградации в результате действия температуры, воды, кислорода воздуха, а также химикатов, используемых при очистке дорог в зимнее время. Срок службы асфальтобетонных покрытий значительно снижается в результате концентрации напряжений при динамических нагрузках (рефлективное растрескивание). Для ремонта дорог может быть разработан специальный нетканый материал. Он пропитывается на месте разбрызгиванием горячего битума и выполняет 3 основные функции: герметизацию, снижение напряжений, увеличение адгезии к нижележащему слою, вследствие чего является эластичной трещинопрерывающей мембраной. Специальный нетканый геотекстильный материал пригоден для ремонта всех растрескивающихся дорожных покрытий со стабильным основанием, а также при устройстве новых дорог на гидравлически скрепленных основаниях. Технология ремонта дорожных покрытий при использовании геотекстильных нетканых материалов сводится к следующему: • Выравнивание поверхности асфальтобетонного покрытия фрезерованием — создание продольного и поперечного профиля; • Очистка поверхности дорожного полотна; • Заполнение трещин (>4 мм) и выбоин и наложение выравнивающего слоя; • Равномерное распыление с помощью автогудронатора нагретого битума в количестве примерно 0,7—1,1 кг/кв. м в зависимости от климатических условий и типа нового дорожного покрытия; • Укладка нетканого геотекстильного материала путем его раскатки на клейкое покрытие; • Укладка асфальтобетонного покрытия. При этом максимальная температура асфальтобетонной смеси не должна превышать 185 оС. Важнейшими показателями геотекстильных нетканых материалов, по нашему мнению, должны быть: • поверхностная плотность, г/кв. м; • толщина, мм, при давлении 2 кН/кв. м; 5 кН/кв. м; • ширина, см; • разрывная нагрузка полоски, кН/м, в продольном и поперечном направлении; • удлинение при разрыве, %, в продольном и поперечном направлении; • прочность на продавливание, Н; • коэффициент фильтрации при давлении 2 кН/кв. м; • эффективный размер пор, мм; • поглощение битума кг/кв. м (для ремонта дорог). Производство геотекстильных нетканых полотен может осуществляться с использованием текстильных штапельных волокон и фильерным способом. Технология геотекстильных нетканых материалов с использованием штапельных волокон предполагает получение холста из специально подобранных волокнистых смесок и его последующего скрепления, как правило, иглопробивным способом с последующей отделкой или без нее. Полученное полотно имеет ширину от 1,8 до 4 м и любую удобную для транспортировки длину. Наиболее распространенным видом волокнистого сырья для геотекстильных нетканых материалов являются полипропиленовые и полиэфирные волокна. Полипропиленовые волокна относительно дешевы, устойчивы к гниению. Больших успехов в производстве геотекстильных нетканых материалов достигла ФНМ «Комитекс» (г. Сыктывкар). Это предприятие в настоящее время выпускает гамму геотекстильных нетканых материалов «Геоком», рекомендованных дорожникам к использованию в различных направлениях. Кроме того, «Комитекс» располагает импортным оборудованием, позволяющим производить нетканые материалы шириной до 4 м. К недостаткам геотекстильных нетканых полотен, выпускаемых с использованием текстильных штапельных волокон, относится низкая прочность, нецелевое использование текстильных волокон. Объем выпуска геотекстильных нетканых материалов в 2001 г. составит около 8 млн. кв. м. Тем не менее в Российской Федерации имеется до 200 единиц отечественного иглопробивного оборудования А�Н-1800 по переработке текстильных волокон, могущих обеспечить при двухсменном режиме работы выпуск до 30 млн. кв. м нетканых полотен в год. Поэтому там, где возможно, представляется совершенно необходимым применение геотекстильных нетканых полотен с шириной до 180 см. Технология нетканых материалов по фильерному способу предполагает: • использование полиэфирного или полипропиленового гранулята; • плавление гранулята в экструдерах и прохождение расплава через фильеры, в результате чего образуются нити, из которых формируется холст из бесконечных полимерных нитей; • скрепление холста и получение нетканого материала. Фильерные установки, как правило, рассчитаны на выпуск значительного объема однородной продукции. Характер холстообразования и наличие бесконечных нитей в нетканых материалах, полученных фильерным способом, определяют прочность нетканого материала и анизотропию в продольном и поперечном направлениях. Добавим, что прочность фильерных нетканых материалов значительно превосходит разрывные характеристики нетканых материалов, полученных из текстильных волокон. Другим важным преимуществом фильерного способа является исключение из технологического процесса таких участков, как изготовление волокна, гофрирование, штапелирование, упаковка, транспортировка к месту переработки, подготовка волокнистых смесей. В РФ производственное оборудование для фильерного способа изготовления нетканых материалов установлено в Сургуте с использованием полипропиленового гранулята. В Республике Беларусь в ОАО «Пинема» также установлены две линии на ширину до 5,3 м (г. Пинск). Cамыми распространенными производителями оборудования по производству нетканых материалов фильерным способом являются фирмы «Райфенхойзер», «Циммер» (Германия), «STР» (�талия), «Кобе Стил» (Япония), «Эйсен» (США). Стоимость оборудования в зависимости от производительности установки может составить до $20 млн. Разработка технологии строительства и ремонта автодорог в различных регионах Российской Федерации с использованием геотекстильных нетканых материалов, по нашему мнению, потребует: • разработки и освоения производства широкого ассортимента геотекстильных нетканых материалов для строительства и ремонта автомобильных дорог в соответствии с мировыми тенденциями; • широкого освоения технологии строительства и ремонта автодорог с использованием геотекстильных нетканых материалов; • разработки и использования проектно-сметной документации на строительство и ремонт автомобильных дорог с использованием нетканых материалов. Реализация данных предложений может быть осуществлена лишь при тесной координации разработчиков геотекстильных нетканых материалов, разработчиков технологии строительства и ремонта автомобильных дорог и проектных организаций, обеспечивающих внедрение новой технологии. В связи с этим целесообразно при Федеральной дорожной службе учредить Федеральный координационный центр по строительству и ремонту автомобильных дорог. В качестве исполнителей данной программы должны быть привлечены ОАО «Н��НМ», СоюздорН��, Союздорпроект, ГипродорН��, РосдорН��, являющиеся ведущими научно-исследовательскими институтами и организациями в данной области. Целью реализации данных предложений является разработка ассортимента геотекстильных нетканых материалов для строительства и ремонта автомобильных дорог, их испытания, освоение производства в требуемых объемах, создание каталога для обязательного включения в СНиПы при проектировании строящихся, реконструируемых и ремонтируемых автомобильных дорог.