Геотекстиль в дорожном строительстве

 Этому афоризму как минимум полвека. Однако сегодня, выезжая на некоторые отечественные дороги, невольно вспоминаешь слова великого англичанина, ведь несмотря на ярко выраженную полемичность фразы и хорошо известное всем субъективное отношение ее автора к нашей стране, необходимо признать, что она, увы, даже теперь отчасти актуальна. В самом деле, средняя скорость автомобильных грузоперевозок в России в два раза ниже, чем в передовых странах, а расход топлива — в полтора раза выше [1]. При этом средняя грузоподъемность единицы автотранспорта у нас одна из самых низких в мире. Именно высокие транспортные расходы остаются в числе причин низкой конкурентоспособности российских товаров.

Все вышесказанное связано с тем, что 75% наших дорог могут пропускать грузовики с нагрузкой не более 6 тонн на ось, в то время как у современных трейлеров этот параметр составляет 8–10 т. К сожалению, из-за крайне неблагоприятного сочетания холодных зим и структуры почв Россия весьма неудобна для дорожного строительства.

В нашей стране 86% всех грунтов относятся к «связным», то есть содержат глину, и лишь 14% — к песчаным [1]. Насыпь из песка считается вполне удовлетворительной для строительства дороги, но насыпь из связного грунта буквально «убивает» асфальтовую дорогу, поскольку глина хорошо впитывает и плохо отдает влагу. При замерзании такой насыпи асфальт растрескивается, а при таянии льда весной грунт на какое-то время может вообще терять несущую способность. Отчасти поэтому ремонтные расходы составляют две трети бюджета дорожного ведомства.

Качество дороги определяется прежде всего тем материалом, который находится под асфальтом. Есть все основания полагать, что решением задачи повышения качества является применение геотекстильных материалов. С 1973 г. в нашей стране их начали примененять в дорожном строительстве (в первую очередь в районах Крайнего Севера и Сибири) при создании инфраструктуры нефтяных и газовых месторождений. Первым геотекстильным материалом был «Дорнит» — нетканый материал шириной до 180 см, производившийся из волокнистых отходов иглопробивным способом. За последующие 35 лет ассортимент геотекстиля значительно расширился. По данным РосдорНИИ, сейчас в мире выпускается свыше 400 видов геотекстильных материалов, причем две трети из них применяется в дорожном строительстве [2].

 Необходимо отметить, что почти весь геотекстиль, применяемый в России, закупается за рубежом, где он производится преимущественно на ткацких станках. При анализе данной ситуации невольно обращает на себя внимание тот факт, что мировое увеличение выпуска трикотажа составляет около 6% в год, т. е. в 2 раза превышает прирост выпуска тканей. Это привело к тому, что в 2007 г. объемы производства тканей и трикотажа сравнялись. Если объем продаж ткацких станков в 2005–2006 гг. снизился на 16%, то для трикотажных машин этот показатель вырос почти на треть.

Таким образом, общая тенденция развития текстильной промышленности такова, что наиболее перспективным направлением в отрасли следует считать технологию трикотажа. Наглядным подтверждением этого вывода служит и неуклонный рост продаж основовязального оборудования фирм «Карл Майер» и «Либа» (ФРГ) для производства геотекстильных материалов.

Согласно действующим Рекомендациям по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог [3], разработанным ГП «РосдорНИИ» и ФГУП «СоюздорНИИ» и введенным в действие Министерством транспорта РФ в 2003 г., предлагается следующее определение: «Геосинтетические материалы (ГМ) — класс строительных материалов, как правило, синтетических, а также из другого сырья (минерального), предназначенных для создания дополнительных слоев (прослоек) различного назначения в транспортном, гражданском и гидротехническом строительстве» [3, c.1].

На ГМ возлагаются следующие функции:

    *
       армирование (усиление насыпей и откосов);
    *
       защита (предотвращение или замедление процесса эрозии грунтов, предотвращение взаимного проникновения материалов контактирующих слоев: различают технологические прослойки, создаваемые на период строительства объекта, и разделительные, создаваемые для его эксплуатации);
    *
      фильтрование (предотвращение или замедление процесса проникновения грунтовых частиц в дренаж или, наоборот, выноса грунтовых частиц из строительной конструкции);
    *
       дренирование (ускорение отвода воды);
    *
       гидроизоляция (уменьшение или пред-отвращение поступления воды в грунт рабочего слоя земляного полотна).

Разновидности ГМ приведены в классификации, содержащейся в упомянутом документе. Из 7 групп ГМ, представленных в этой классификации, лишь одна не имеет прямого отношения к текстилю — геоплиты.

Под геоплитами понимаются «сплошные теплоизоляционные материалы в виде плиты, например, пенопласт» [3, c. 2]. Все остальные группы так или иначе имеют текстильное происхождение, и их следовало бы отнести к геотекстилю (ГТ). Этот вывод напрашивается сам собой уже из простого анализа определений [3]:

    *
      геоэлементы — «отдельные элементы в виде… тросов, узких лент, выполняющие, как правило, функции дискретного армирования»;
    *
      геомембрана — «сплошное водонепроницаемое рулонное полотно из геотекстильного материала, обработанного вяжущим, или рулонный пленочный материал»;
    *
      геооболочка — «геотекстильный материал или геосетка, образующие объемные оболочки для заполнения их другими строительными материалами…, например, мешки-контейнеры, заполненные песком»;
    *
      геокомпозит — «поставляемый в рулонах или блоках материал из двух и более слоев геотекстильных материалов и геосеток».

Легко увидеть, что все рассмотренные группы ГМ представляют собой изделия из геотекстильных материалов или просто их комбинацию. Возникает лишь вопрос о природе упоминающихся «геосеток». Как следует из Рекомендаций [3], геосетка, или плоская георешетка, — это «плоский рулонный материал с ячейками размером от 1 см, выполняющий преимущественно армирующие функции». Известно, что практически все геосетки производятся сейчас по ткацкой или трикотажной технологии с последующей пропиткой, то есть являются по сути геотекстильными материалами. По этим же технологиям может быть получена и пространственная георешетка, которая представляет собой «объемный материал с ячейками высотой от 3 см, поставляемый в виде блоков слоев со сложенными ячейками, выполняющий преимущественно защитные функции по отношению в заполнителю ячеек — грунту, щебню, гравию и др.». Понятно, что пространственная георешетка, как правило, образуется наслаиванием и скреплением геосеток.

Возникает естественный вопрос: что же понимается под «геотекстильными материалами» в действующей классификации? Оказывается, ГТМ — это «поставляемое в рулонах сплошное (курсив наш — Авт.) водопроницаемое, тонкое, гибкое, нетканое, тканое или трикотажное полотно, получаемое путем скрепления волокон или нитей механическим, химическим, термическим способами или их комбинацией». То есть к собственно ГТМ отнесены только материалы, называемые в строительной практике геополотнами.

Следует признать, что геотекстиль является наиболее распространенной разновидностью геосинтетических материалов.

Нетканые геополотна представляют собой хаотичное образование из массы отдельных волокон, соединенных между собой механическим, термическим или химическим способом. Нетканые ГТМ, полученные по механической технологии (иглопробивной), применяются для дренирования и защиты, по термической технологии — для защиты и иногда армирования, по химической технологии (т. е. полученные путем склеивания) применяются в дорожном строительстве гораздо реже из-за быстрого старения.

Тканые геополотна имеют регулярную структуру из повторяющихся элементов (раппортов переплетения), высокую прочность (что делает целесообразным их применение в целях армирования и защиты), но не обладают достаточной для дренирования водопроницаемостью.

Согласно упомянутым Рекомендациям [3], различают обычные и усиленные ткани. Последние часто называют высокопрочными геополотнами. Они, как правило, применяются для армирования. Ткани, усиленные в одном направлении, относят к одноосным тканым ГТМ, а усиленные в двух направлениях — к двухосным. Последние имеют близкие значения механических характеристик в продольном и поперечном направлениях.

При бесспорных достоинствах у тканей есть и уязвимое место — подвижность структуры при нагрузке, не совпадающей с геометрическими осями материала, которые образуются продольными и поперечными нитями. В этом отношении более перспективными представляются трикотажные материалы, содержащие продольные и поперечные нити утка. Они могут быть изготовлены как на кругловязальных машинах, так и на основовязальных. В первом случае получаются трубки, применяемые для производства прорезиненных и пластмассовых шлангов, во втором — вырабатываются основовязаные полотна, получаемые с прокладыванием продольного и поперечного утка по всей ширине игольницы машины.

В уточном трикотаже продольные уточные нити соединяются с поперечными уточными не только за счет трения (как это имеет место в ткани), но и за счет их взаимодействия с петлями грунта, который создается переплетением «цепочка» или «трико». Из всех вязаных полотен основовязаный трикотаж считается наименее растяжимым (что является следствием аномально высокой перетяжки нити на основовязальной машине) [4, 5], поэтому его применение в качестве ГТМ представляется наиболее целесообразным.

К положительным качествам любого трикотажа можно отнести следующее:

    *
       высокую производительность оборудования (на порядок превышает производительность ткацких станков);
    *
       меньший уровень остаточной деформации (по сравнению с тканями);
    *
       большие возможности управления деформационными свойствами полотна на стадии его проектирования.

Дополнение обычной трикотажной структуры усиливающими уточными нитями, проложенными только в одном направлении (моноаксиальный трикотажный материал), резко снижает ее растяжимость в указанном направлении до уровня растяжимости уточной нити [6]. При прокладывании уточной нити в двух направлениях получают биаксиальный трикотажный материал с равными техническими характеристиками в обоих направлениях. При изменении линейной плотности уточной нити можно сохранить величину растяжимости материала, но в т же время изменить его прочность в избранном направлении. Это ценное свойство биаксиальных структур позволяет получать на их базе ГЕОтекстильные БИаксиальные ТРИкотажные Материалы (ГЕОБИТРИМ®) для использования в качестве геополотен, геосеток и георешеток. Широкий диапазон варьирования линейной плотности уточной нити, которая может в десятки раз превышать линейную плотность нити грунта, дает возможность управления механическими свойствами материала на стадии его разработки.

Предлагаемый аббревиатурный термин «ГЕОБИТРИМ» в англоязычной версии GEОBITRIM имеет аналогичный смысл (GEOtextile BIaxial TRIcot Material — буквально: геотекстильный биаксиальный основовязаный материал).

При выработке трикотажного материала на всех иглах игольницы («фонтуры») получают полные переплетения, пригодные для изготовления геополотен. При вязании на отдельных группах игл получают неполные переплетения, пригодные для изготовления георешеток.

Плоские георешетки (геосетки) — материалы с ячейками до 200 мм — могут вырабатываться на однофонтурных основовязальных машинах, а пространственные (толщиной свыше 30 мм) — на двухфонтурных. Важно отметить, что двухфонтурная основовязальная машина позволяет получить очень прочную цельновязаную пространственную георешетку заданной толщины без формирования ее из нескольких слоев геосеток.

Мультиаксиальные полотна образуются специальными механизмами, прокладывающими группы уточных нитей под различными углами к основным геометрическим осям материала. Они пока что применяются только в качестве наполнителя композитов, используемых как материал для балок, корпусов самолетов, кораблей и т. д.

В действующей классификации, приведенной в Рекомендациях [3], указывается, что до сих пор трикотажные ГТМ относят к подгруппе «прочие». Очевидно, что столь скромное место уже не соответствует многообразию геотекстильных трикотажных материалов и той роли, которую они играют как в дорожном строительстве, так и смежных с ним областях инженерной деятельности.

Опираясь на классификацию и учитывая существующие технологии и сферы применения трикотажа, развернем интересующий нас фрагмент действующей классификации следующим образом. Из предлагаемой классификации видно, что геополотна, геосетки и георешетки различаются только раппортом переплетения и относятся к одной группе материалов. Так, с точки зрения технологии и материаловедения, между тканым геополотном и трикотажным разница в структуре и свойствах гораздо больше, чем между трикотажным геополотном и трикотажной георешеткой или геосеткой.

Вместе с тем определенную ассортиментную нишу занимают геосинтетические материалы, получаемые из пластмасс путем литья.

Из предложенного подхода напрашивается вывод о том, что геосинтетические материалы целесообразно делить на три типа:

    *
       геотекстиль (включая геотекстильные элементы; геотекстильные материалы — геополотна, геосетки, георешетки; геотекстильные изделия);
    *
       геоплиты;
    *
       геопластмассы.

Учитывая климатические особенности России и структуру ее почв, хочется подчеркнуть перспективность применения в нашей стране ГТМ, особенно биаксиальных трикотажных материалов ввиду их уникальных свойств.

Такой взгляд на проблему и предлагаемый вариант классификации ГМ позволит специалистам более четко представлять структуру используемых материалов, прогнозировать свойства ГТМ и правильнее оценивать эффективность их применения в различных областях строительства.

Литература

   1.
      Сидоров В. «Изменилось ли что-нибудь в России за двести лет?». // www.netler.ru/articles/dorogi.htm.
   2.
      Мухамеджанов Г. К., Фомин А. П. «О классификации и терминологии геотекстильных материалов». // «Дорожная держава», № 9, 2007 г., с. 61–64.
   3.
      Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог. (Отраслевой дорожный методический документ) / ГП «РосдорНИИ», ФГУП «СоюздорНИИ». М., 2003 г.
   4.
      Далидович А. С. «Основы теории вязания». — М.: «Легкая индустрия», 1970 г.
   5.
      Копяс К. «Технология основовязаного трикотажа». Пер. с польск. — М.: «Легпромбытиздат», 1991 г.
   6.
      Максимова Ю. А. «Методы получения и строение малорастягивающегося основовязаного трикотажа». — М.: «Гизлегпром», 1957 г.

Источник: по материалам редакции "Петербургский строительный рынок" 3 (108), 2008

Copyright 2006 ЗЖБИ-500     Карта сайта
Реклама на сайте
|