ГЕОПРОСЛОЙКА АРМИРУЮЩАЯ (ЕЕ ВАРИАНТЫ) Российский патент 2002 года по МПК E02D17/18 E02D17/20 B32B3/12 

Изобретение относится к строительству, а именно к строительным материалам, используемым при сооружении, реконструкции и ремонте автомобильных и железных дорог, взлетно-посадочных полос на аэродромах, спортивных площадок, элементов дорожных покрытий, обочин и оснований, для армирования конструктивных слоев дорожной одежды.

Известен армодренажный композитный геотекстильный материал, используемый при сооружении армогрунтовых конструкций автомобильных и железных дорог, земляных сооружений, оснований и фундаментов зданий и сооружений и состоящий из матрицы, представляющей собой нетканый иглопробивной материал, и армирующих элементов, скрепленных с матрицей [Патент РФ 2103439, кл. Е 01 С 5/20, 11/16, опубл. 1998 г.]. В качестве армирующих элементов используют полосы из однонаправленного ровингового стекложгута, предварительно пропитанного термопластовым клеем, скрепленного с матрицей по всей поверхности посредством воздействия на них температуры и давления.

Недостатком известного материала являются его невысокие эксплуатационные характеристики, в частности срок его службы.

Известна геопрослойка гибкого многослойного покрытия, выполненная из гладких пластин легких металлов, водостойкой бумаги, резины, полимерных материалов, соединенных между собой сваркой или склеиванием таким образом, что при растяжении они образуют ячеистую структуру. Решетки устанавливаются вплотную одна к другой по ширине взлетной аэродрома (дороги) и засыпаются грунтом [Патент США 4797026, кл. Е 01 С 5/20, опубл. 1989 г.].

Недостатком известной геопрослойки покрытия дорог и аэродромов является ее относительно невысокая несущая способность, что связано с выпиранием грунта из ячеек решетки при контактных давлениях, превышающих предел прочности грунта. Это объясняется следующими факторами. Во-первых, недостаточным сцеплением грунта со стенками геопрослойки, вследствие чего при больших нагрузках нарушается совместная работа геопрослойки с материалом наполнителя. Во-вторых, неравномерным армированием слоя грунта в пределах каждой ячейки. В-третьих, схемой армирования слоя грунта, когда ячейки геопрослойки снизу и сверху открыты (незамкнуты). В-четвертых, в указанном решении не определены оптимальные с точки зрения максимальной несущей способности при минимальной массе геометрические размеры геопрослойки.

Известна геопрослойка дорожного покрытия, в качестве которой использована сетка из стекловолокна нитепрошивная. Сетка уложена эквидистантно поверхности покрытия, направление укладки сетки совпадает с направлением движения транспортных средств, а при этом размеры ячеек сетки выбирают исходя из направления движения и длины пятна контакта между поверхностью дорожного покрытия и шиной колеса транспортного средства в направлении, перпендикулярном оси колеса [Патент РФ 2124089, кл. Е 01 С 7/32, опубл. 1998 г.].

Благодаря использованию сетки из стекловолокна с соблюдением указанных соотношений размеров ячеек в дорожном покрытии образуется монолитный слой, обладающий значительной несущей способностью и плотностью, практически не разрушаемый колесами автотранспорта и одновременно сохраняющий амортизирующие свойства. Монолитность слоя обеспечивается высокой адгезией между стекловолокном и битумными материалами, а также нефтяным гудроном, входящим в состав практически всех дорожных покрытий.

Недостатками известной геопрослойки дорожного покрытия являются сложность создания дорожного полотна с указанной сеткой, заключающаяся в необходимости дополнительных расчетов параметров дороги во время дорожного строительства и ограниченность ее функций. Армированный слой может быть использован только в качестве армирующего слоя.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является геопрослойка армирующая, содержащая сетку, выполненную из ровингового жгута, покрытого защитным слоем. В качестве защитного слоя используют отходы коксохимического производства [Патент РФ 2144106, кл. Е 01 С 7/18, опубл. 1999 г.].

Сетка изготовлена из стекловолокнистых нитей повышенной прочности. В качестве отходов коксохимического производства используют смесь каменноугольной смолы с мелкодисперсными частицами угля, кокса и полукокса с плотностью 1,29 г/см³.

Каменноугольная смола обеспечивает хорошее сцепление сетки с асфальтобетоном, а мелкодисперсная среда создает шероховатость между ними, что также повышает сдвигоустойчивость, прочность и трещиностойкость.

Известная геопрослойка обеспечивает повышение транспортно-эксплуатационных показателей покрытий и увеличивает межремонтные сроки.

Недостатками известной геопрослойки армирующей является сложность проведения дорожных работ. Практика ремонта уже армированных асфальтовых покрытий стеклосетками показала, что при воздействии на них дорожной фрезой происходит ее залипание подплавленным полиэтиленом, что снижает производительность работ и даже приводит к их остановке.

Кроме того, известная сетка обладает высокой хрупкостью и не обладает кислотостойкостью.

Задачей предложенного технического решения по первому варианту является улучшение эксплуатационных характеристик геопрослойки, а именно повышение прочности на разрыв при снижении относительного удлинения, повышение кислотостойкости и адгезии ее с асфальтобетонным покрытием, улучшение условий строительных и ремонтных работ.

Задачей предложенного технического решения по второму варианту является расширение функциональных возможностей геопрослойки при сохранении всех преимуществ первого варианта.

Указанные задачи решаются тем, что по первому варианту в геопрослойке армирующей, содержащей решетку, выполненную из ровингового жгута, покрытого защитным слоем, решетка изготовлена перевивочным переплетением жгута, в качестве которого используют жгут на основе базальтовых нитей, а в качестве защитного слоя используют плетеную из полимерной нити оплетку.

Предпочтительно оплетку выполнить из полиэфирных нитей или полиэтиленовой мононити.

Целесообразно оплетку из полиэфирной нити покрыть пропиткой, в качестве которой использовать латекс или битум.

Целесообразно решетку геопрослойки выполнить с квадратной или ромбической ячеей.

Указанные задачи решаются тем, что по второму варианту геопрослойка армирующая, содержащая решетку, выполненную из ровингового жгута, покрытого защитным слоем, снабжена нетканым или тканым материалом, укрепленным на решетке, изготовленной перевивочным переплетением жгута, в качестве которого используют жгут на основе базальтовых нитей, а в качестве защитного слоя используют плетеную из полимерной нити оплетку.

Предпочтительно в качестве нетканого или тканого материала использовать материал на основе базальтовых волокон или стекловолокон.

Предпочтительно материал укрепить на решетке посредством воздействия температуры, давления или сшивания.

Целесообразно для получения геопрослойки гидроизоляционной последнюю обработать битумным связующим как по контуру ячеек решетки, так и с их перекрытием.

Целесообразно в качестве битумного связующего использовать мастику резинобитумную композиционную или дорожные битумы модифицированные.

Предпочтительно оплетку выполнить из полиэфирных нитей или полиэтиленовой мононити.

Целесообразно оплетку из полиэфирной нити покрыть пропиткой, в качестве которой использовать латекс или битум.

Целесообразно сетку геопрослойки выполнить с квадратной или ромбической ячеей.

На фиг.1 представлена геопрослойка с квадратной ячеей.

На фиг.2 - геопрослойка с ромбической ячеей.

Геопрослойки по их выполнению подразделяются на армирующие (ГДА - первый вариант) и комбинированные (ГДК - второй вариант).

Геопрослойку армирующую по первому варианту изготавливают следующим образом.

Получают ровинговый жгут на основе базальтовых нитей. Для этого расплав базальта пропускают через фильеру электроплавильного агрегата. Полученные при этом нити промасливают для предотвращения их склеивания.

Далее жгут помещают в шнуроплетельную машину, например, класса HP-100/2-16, на которой изготавливают плетеную оплетку из полимерной, например, лавсановой нити (111 текс ГОСТ 24-662-94 ТУ 6-06-С248-87) или полиэтиленовой мононити (ТУ 6-13-43-96).

Из полученного жгута с оплеткой изготавливают перевивочным переплетением георешетку. Последняя может быть получена ручным способом с использованием иглицы и полички или на сетевязальной машине (типа ТДМ-35). Георешетку выполняют с квадратной или ромбической ячеей.

С целью повышения износостойкости и влагонепроницаемости оплетку из лавсана покрывают пропиткой, например, из бутадиенстирольного латекса БСМ-65 по ТУ 38103579-85. Для этого полученную георешетку, скрученную в рулон, погружают в ванну с раствором указанного латекса, выдерживают в ней порядка трех часов, потом рулон вынимают из ванны и в течение суток выдерживают на воздухе для удаления остатков раствора латекса.

Геопрослойка комбинированная по второму варианту представляет собой комбинацию геопрослойки армирующей (по первому варианту) и нетканого или тканого материала на основе базальтовых или стекловолокон.

В качестве нетканого материала могут быть использованы полотно стекловолокнистое холстопрошивное марки ПСХ-Т450 (1000) (ТУ 6-48-97-93), холст на основе базальтового волокна (ТУ 5953-037-002004949-96), материал теплозвукоизоляционный марки АТМ-1 (ТУ 10-04-16-49-87).

В качестве тканого материала могут быть использованы ткани базальтовые конструкционные марки БТ-11, БТ-13 (ТУ 5952-031-00204949-95), ткани стеклянные конструкционные марки Т-11 (ГОСТ 19170-73), базальтополикапроамидные ткани (ТУ 5952-038-00204949-96).

Ткани могут быть скреплены с георешеткой посредством воздействия температуры, давления или сшивания с использованием специализированного оборудования (автоклава, пресса, нитепрошивной машины).

Для получения гидроизоляционной геопрослойки (по второму варианту) последнюю покрывают битумным связующим (мастикой резинобитумной композиционной (ТУ 2384-003-40010445-2000) или дорожным битумом модифицированным (ТУ 218 РФ-002-97(9)).

Для этого геопрослойку комбинированную пропускают через ванну с битумным связующим, на выходе из которой геопрослойка для предотвращения слипания при скатывании в рулон покрывается с двух сторон полиэтиленом.

Показатели используемых для оплетки жгутов геопрослойки представлены в табл.1.

Молекулярная ориентация полимера, которая происходит во время производства георешетки, приводит к ряду важных физических изменений.

Поскольку ориентация происходит через узлы, она образует единую решетку, отличную от псевдосеток, которые имеют тканые или сварные узлы.

Высокий модуль обеспечивает мобилизацию высокой прочности на растяжение при низких напряжениях.

Свойственная полимерам тенденция деформироваться при длительной непрерывной нагрузке (ползучесть) существенно уменьшается, что было подтверждено длительными испытаниями.

Прочность соединения может быть измерена с помощью испытания, методика которого была разработана Дрексельским Университетом и основана на захвате и нагружении Т-образной части образца.

Прочность соединения выражается как процентное соотношении к пределу прочности на растяжение одного ребра.

Типичными результатами являются следующие (условия испытаний: скорость деформации = 32%/min, температура = 20^oС, нормируются при 80 кН/м), указанные в табл.2.

В зависимости от структурно-технологического облика геопрослойка по первому варианту изготавливается в модификации согласно табл.3.

Геопрослойку изготавливают непропитанной или пропитанной бутадиенстирольным латексом БСМ-65 (ТУ 38103579-85) или дорожным битумом, модифицированным резиновой крошкой (ТУ 218РФ-002-97(У).

Геопрослойка обеспечивает следующие физико-механические свойства (осредненные значения), указанные в табл.4.

Технология укладки геопрослоек заключается в следующем.

Подготовка и уплотнение основания
В случае ремонта или усиления эксплуатируемых асфальтовых покрытий основанием служит поверхность старого покрытия, которая должна быть подготовлена в соответствии с требованиями раздела 8 "технических правил ремонта и содержания автомобильных дорог" ВСН 24-88 (М., Транспорт, 1989 г.). На поверхности старого покрытия должны быть устранены все имеющиеся дефекты, осуществлена заделка трещин, ямочности, ликвидиция неровностей и др.

Укладка и закрепление геопрослойки
Геопрослойка укладывается на подготовленное основание путем раскатки рулона в продольном направлении. Для закрепления указанного изделия в поперечном направлении его натягивают до придания ячейкам формы квадратов и фиксируют натяжение путем забивки в слой основания штырей по обоим краям рулона. Штыри должны иметь в верхней части шляпку или загиб для прочностной фиксации изделия.

Штыри забиваются в слой основания с каждой стороны рулона на расстоянии не менее 2 м друг от друга. Высота штырей над поверхностью основания должна быть не более 1 см.

Разлив и распределение вяжущего
Разлив вяжущего для обеспечения адгезионной связи геопрослойки со слоем основания и слоем асфальтобетонного покрытия производится при норме расхода 0,4-0,6 л/м² на одной половине проезжей части в один прием без пропусков и разрывов.

В качестве вяжущего могут быть использованы вязкие и жидкие нефтяные битумы ГОСТ 22245-90 и ГОСТ 11955-82, нефтяные гудроны, отвечающие требованиям "технических указаний по применению нефтяных гудронов (остаточных битумов) в дорожном строительстве", эмульсии битумные дорожные по ГОСТ 18659-81.

Укладка асфальтобетонной смеси
Укладку асфальтобетонной смеси производят в соответствии с указаниями "Пособия по строительству асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов" М. 1991 г.

Укладку асфальтобетонной смеси горячего типа допускается проводить при температуре воздуха не ниже 5^oС летом и не ниже 10^oС в осеннее время. Температура горячей асфальтобетонной смеси с асфальтоукладчике должна быть не ниже 140^oС и не выше 160^oС. Длина укладываемой полосы при температуре воздуха 5-10^oС принимается не более 25-30 м, а при температуре воздуха 15-25^oС - в пределах 30-100 м.

При укладке геопрослойки, пропитанной битумом, нанесение слоя асфальтобетонного покрытия происходит сразу по слою препрега без дополнительного разбрызгивания битума при строгом соблюдении температурного режима укладываемого покрытия.

Геопрослойка по первому варианту в дорожной конструкции обладает армирующим эффектом (армирование слоев дорожных одежд, обочин, укрепление откосов). При этом геопрослойка предопределяет: повышение несущей способности и снижение деформативности отдельных слоев дорожной одежды (основания, верхней части дорожного полотна, покрытия); исключение распространения снизу трещин при перекрытии старого разрушенного покрытия; снижение неравномерности морозного пучения конструкции, неравномерности осадок земляного полотна, сооружаемого на слабых грунтах; повышение несущей способности тонкослойных насыпей при строительстве временных дорог и устойчивости насыпей.

Геопрослойка комбинированная по второму варианту при использовании нетканых или тканых материалов позволяет помимо армирующей выполнять следующие функции:
Разделение, т. е. предотвращение перемешивания различных строительных материалов как во время технологических процессов строительства, так и в процессе использования строительных сооружений и оборудования.

Фильтрование, т.е. предотвращение эрозии грунта в местах соприкосновения различных грунтов и на поверхности земли.

Дренаж, т. е. отведение воды из массивов грунта или из мест соприкосновения грунтов с массивными строительными сооружениями.

Различные виды защиты, т.е. защита чувствительных конструкционных элементов от технологических или долговременных конструктивных нагрузок (например, защитные слои/покрытия на полимерных листовых/рулонных гидроизоляционных материалах.

Герметизация и уплотнение, т.е. использование в качестве герметизирующих и изоляционных элементов при строительстве различных сооружений, в т.ч. и заглубленных: плотин, дамб, насыпей, мест хранения отходов, туннелей и др.

Набивка, т. е. использование для изготовления крупноформатных конструкционных элементов для укрепления (ограждения, защиты) дна и береговой линии в гидротехническом строительстве, для изготовления захватывающих плотин и т. п. из наполненных грунтом геосинтетических элементов (например, наполненных песком мешков или рукавов).

Преимущества применения заявляемых геопрослоек:
Снижение транспортных затрат. В зависимости от их прочностных характеристик, эффективного размера ячеек и полимерной основы могут быть подобраны в соответствии с местными условиями.

Возможность проведения строительных работ в любых климатических условиях.

Согласование и одновременное выполнение многих функций.

Простота зачистки строительных площадок без увеличения сроков строительства.

Простота и качество обеспечения соответствия конструктивным и технологическим требованиям.

Геопрослойка используется для увеличения срока службы дорожного покрытия, задерживая начало разрушения конструкции в случаях, если изначально конструкция дорожной одежды имеет низкую прочность основания, сопровождается высокими нагрузками на ось, интенсивным транспортным потоком или имеет место образование отраженных трещин.

Геопрослойка снижает структурную толщину дорожного покрытия. Как показывают расчеты, позволяет асфальту выдержать большую начальную деформацию, возникающую в результате транспортной нагрузки. Это дает возможность существенно сократить толщину дорожного покрытия по сравнению с неармированным верхним слоем, при использовании геопрослойки возможно сокращение его толщины до 35%, можно избегать дорогостоящего процесса подъема проезжей части на улицах и перекрестках города.

Геопрослойка проста в установке, увеличивает усталостную долговечность дорожных покрытий со слабыми основаниями на фактор "десять", позволяет уменьшить толщину дорожного покрытия до 40%, уменьшает образование колеи до 70%, снижает образование отраженных трещин в дорожном покрытии, снижает уровень отраженного от поверхности дорожного полотна звукового давления, источником которого является автотранспорт, является экономически выгодным, улучшает строительство дорожных покрытий, уменьшает издержки на техническое обслуживание и текущий ремонт.

Изобретение относится к строительству, а именно к строительным материалам, используемым при сооружении, реконструкции и ремонте автомобильных и железных дорог, взлетно-посадочных полос на аэродромах, спортивных площадок, элементов дорожных покрытий, обочин и оснований, для армирования конструктивных слоев дорожной одежды. Геопрослойка армирующая содержит решетку. Новым, по первому варианту, является то, что решетка выполнена из ровингового жгута, покрытого защитным слоем, и изготовлена перевивочным переплетением жгута, в качестве которого используют жгут на основе базальтовых нитей, а в качестве защитного слоя используют плетеную из полимерной нити оплетку. По второму варианту новым является то, что геопрослойка снабжена нетканым или тканым материалом, укрепленным на решетке, изготовленной перевивочным переплетением жгута, в качестве которого используют жгут на основе базальтовых нитей, а в качестве защитного слоя используют плетеную из полимерной нити оплетку. Технический результат изобретения по первому варианту состоит в улучшении эксплуатационных характеристик геопрослойки, а именно повышение прочности на разрыв при снижении относительного удлинения, повышение кислотостойкости и адгезии с асфальтобетонным покрытием, а также в улучшении условий строительных и ремонтных работ. Технический результат по второму варианту состоит в расширении функциональных возможностей геопрослойки при сохранении всех преимуществ первого варианта. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

1. Геопрослойка армирующая, содержащая решетку, выполненную из ровингового жгута, покрытого защитным слоем, отличающаяся тем, что решетка изготовлена перевивочным переплетением жгута, в качестве которого используют жгут на основе базальтовых нитей, а в качестве защитного слоя используют плетеную из полимерной нити оплетку. 2. Геопрослойка армирующая по п.1, отличающаяся тем, что оплетка выполнена из полиэфирных нитей или полиэтиленовой мононити. 3. Геопрослойка армирующая по п.2, отличающаяся тем, что оплетка из полиэфирной нити покрыта пропиткой. 4. Геопрослойка армирующая по п.3, отличающаяся тем, что в качестве пропитки используют латекс или битум. 5. Геопрослойка армирующая по п.1, отличающаяся тем, что решетка геопрослойки выполнена с квадратной или ромбической ячеей. 6. Геопрослойка армирующая, содержащая решетку, выполненную из ровингового жгута, покрытого защитным слоем, отличающаяся тем, что она снабжена нетканым или тканым материалом, укрепленным на решетке, изготовленной перевивочным переплетением жгута, в качестве которого используют жгут на основе базальтовых нитей, а в качестве защитного слоя используют плетеную из полимерной нити оплетку. 7. Геопрослойка армирующая по п.6, отличающаяся тем, что в качестве нетканого или тканого материала используют материал на основе базальтовых волокон или стекловолокон. 8. Геопрослойка армирующая по п.6, отличающаяся тем, что материал укреплен на решетке посредством воздействия температуры, давления или сшивания. 9. Геопрослойка армирующая по п.6, отличающаяся тем, что для получения геопрослойки гидроизоляционной последнюю обрабатывают битумным связующим как по контуру ячеек решетки, так и с их перекрытием. 10. Геопрослойка армирующая по п.9, отличающаяся тем, что в качестве битумного связующего используют мастику резинобитумную композиционную или дорожные битумы модифицированные. 11. Геопрослойка армирующая по п.6, отличающаяся тем, что оплетка выполнена из полиэфирных нитей или полиэтиленовой мононити. 12. Геопрослойка армирующая по п.11, отличающаяся тем, что оплетка из полиэфирной нити покрыта пропиткой. 13. Геопрослойка армирующая по п.12, отличающаяся тем, что в качестве пропитки используют латекс или битум. 14. Геопрослойка армирующая по п.6, отличающаяся тем, что решетка геопрослойки выполнена с квадратной или ромбической ячеей.