АРМИРУЮЩАЯ ГЕОРЕШЕТКА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК E01C3/04 E02D17/00 E02D29/02 

Заявляемая группа изобретений относится к области строительства, а именно к плоской армирующей георешетке из полимерного материала, предназначенной для применения в качестве армирующей и разделяющей прослойки в конструкциях земляного полотна линейных транспортных и геотехнических сооружений в целях улучшения их механических характеристик, а также к способу изготовления такой георешетки.

Георешетка представляет собой плоскую сотовую структуру, изготовленную из ленты полимерного полотна. При растяжении георешетка образует устойчивый горизонтально каркас, предназначенный для армирования заполняющих ячейки георешетки грунтов, грунтощебня, щебня, песка и других строительных материалов.

Эффективность передачи напряжений от заполнителя, например, щебня, к георешетке зависит от равномерности их распределения по всей площади георешетки. Для максимальной равномерности распределения напряжений необходимо добиться максимального заполнения, фиксации и оптимального расклинивания в ячейках георешетки зерен щебня при условии, что они бывают кубовидной, пластинчатой (лещадной) и игловатой формы.

В настоящее время известно множество вариантов исполнения георешеток.

Известна полимерная георешетка [US 3386876, опубл. 04.06.1968г.], включающая множество круглых узлов, с выходящими из них одинаковыми полосками, расположенными вокруг этих узлов с образованием множества треугольников, которыми, в свою очередь, сформировано множество правильных шестиугольников с шестью угловыми узлами и одним центральным узлом. Такая георешетка является тяжелой и сравнительно непрочной.

Известна полимерная решетка [EP 418104, опубл. 24.05.1995], состоящая из разнесенных, параллельных, непрерывных продольных элементов, между которыми имеются соединительные элементы, соединяющие между собой продольные элементы, при этом имеется множество соединительных элементов, разнесенных по длине каждого продольного элемента. Соединительные и продольные элементы образуют сетчатую структуру.

Известна георешетка [RU 2303677, опубл. 27.07.2007], содержащая множество утолщенных узлов овальной формы, с выходящими из них более тонкими и узкими полосками (ребрами), расположенными вокруг этих узлов с образованием множества треугольников, которыми, в свою очередь, сформировано множество правильных шестиугольников с шестью угловыми утолщенными узлами и одним центральным утолщенным узлом. При этом две противолежащие от центрального утолщенного узла полоски расположены параллельно одному из направлений ориентации ячеистой структуры, а остальные полоски - под одинаковыми острыми углами (±30°) к нему.

Известна ячеистая георешетка [RU 2354554, опубл. 10.05.2009], состоящая из двусторонне текстурированных или перфорированных лент, скрепленных сварными швами и выполненных из смеси полиэтилена высокой плотности, полиэтилена низкой плотности и полиэтилена средней плотности, с натуральным и химическим заполнителями.

Известна полимерная георешетка [RU 2581176, опубл. 20.04.2016], в которой перфорационные отверстия выполняют в виде равнобедренных треугольников и располагают рядами поперек листа вдоль прямых, совпадающих с основаниями треугольных отверстий в ряду, причем ряды, состоящие из одинаково ориентированных вдоль листа треугольных отверстий, располагают с заданным шагом, при этом треугольные отверстия каждого ряда чередуют с ориентированными в противоположную сторону треугольными отверстиями другого ряда, а вытягивание перфорированного листа осуществляют сначала вдоль, а затем поперек.

Однако существенным недостатком всех известных георешеток является их низкая армирующая способность из-за того, что грани ячеек выполнены плоскими и не способны удерживать своей поверхностью заполняющий материал сложной формы, фракции которого проскальзывают через ячейки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение армирующей способности георешетки.

Указанный технический результат в части георешетки достигается за счет того, что армирующая георешетка включает ячеистую полимерную структуру, при этом каждая ячейка такой структуры образована по меньшей мере тремя гранями, на поверхности каждой из которых, обращенной к внутренней полости ячейки, образовано углубление.

Возможны варианты реализации предложенной георешетки, заключающиеся в том, что ячеистая полимерная структура может представлять собой плоскую структуру, а ячейки могут иметь треугольную, ромбовидную, прямоугольную или округлую форму, а также быть образованы комбинацией одинаковых или разных геометрических форм одинакового или разного размера.

Указанный технический результат в части способа изготовления георешетки достигается за счет того, что он включает стадию экструзии материала с получением изделия в виде ленты, стадию штампования из этой ленты рисунка георешетки, стадию нагрева и растягивания ленты до заданной ширины, при этом к ленте прикладывается ортогонально направленное усилие так, что натяжение внешнего слоя выше натяжения внутреннего слоя, с получением углубления на поверхности граней, обращенных к внутренней полости ячейки.

Возможен вариант реализации предложенного способа, при котором после стадии экструзии материала и перед стадией штампования выполняют охлаждение изделия в виде ленты.

Таким образом, за счет указанной совокупности существенных признаков заявляемого изобретения удалось значительно повысить армирующую способность георешетки за счет того, что углубления, выполненные в гранях способны удерживать внутри ячеек зерна армирующего материала, которые своими выступами и угловатостями застревают в них, не проскальзывая, а распирая ячейки. При этом благодаря заявляемому способу изготовления происходит еще и изменение на молекулярном уровне полимера, что служит улучшением физико-механических параметров готовой продукции, а именно увеличение предельной разрывной нагрузки и снижение относительного удлинения продукции.

Сущность заявляемого изобретения поясняется с помощью иллюстраций и нижеследующего описания.

На Фиг. 1 представлен общий вид заявляемой георешетки.

На Фиг. 2 представлен вид на углубления в гранях ячеек георешетки.

Армирующая георешетка (Фиг. 1, 2) включает ячеистую полимерную структуру, образованную из рулонного геосинтетического материала ячеистой структуры с жесткими узловыми точками 1 и сквозными ячейками 2.

Каждая ячейка 2 образована по меньшей мере тремя гранями 3, на поверхности каждой из которых, обращенной к внутренней полости ячейки 2, образовано углубление 4.

Щебень и щебеночно-гравийно-песчаные смеси в зависимости от содержания зерен кубовидной, пластинчатой (лещадной) и игловатой формы, заполняются, фиксируются и расклиниваются в ячейках 2 георешетки при уплотнении, создавая эффект жесткой плиты или «механической стабилизации», поскольку благодаря такой геометрии граней острые грани щебня, вступая в контакт с поверхностями граней георешетки, надежнее фиксируются на их поверхности, что приводит к лучшему расклиниванию зерен щебня в ячейках георешетки при уплотнении.

Полимерная структура георешетки выполнена в виде плоской (Фиг. 1, 2) структуры, при этом распирание ячеек 2 происходит в горизонтальной плоскости.

Форма и размер ячейки 2 определяется в зависимости от заданных условий эксплуатации и вида используемого армирующего материала. При этом технический результат достигается в ячейках 2 любой формы.

Ячейки 2 могут быть иметь треугольную, ромбовидную, прямоугольную, округлую или любую другую геометрическую форму.

Форма ячеек 2 также может быть образована комбинацией одинаковых или разных геометрических форм одинакового или разного размера.

Например, это могут быть треугольники разного размера или треугольники и квадраты одинакового размера и т.д.

Предпочтительным вариантом исполнения ячеистой структуры является исполнение ячеек 2 с разнонаправленными гранями 3. Например, в георешетке с ячейками 2 треугольной формы меньшего размера (~ 60 % от общей площади всех ячеек) и ромбовидной формы большего размера (~ 40 % от общей площади всех ячеек) вероятность заполнения, фиксации и оптимального расклинивания в них зерен кубовидной, пластинчатой (лещадной) и игловатой формы выше, чем у двуосных георешеток с ячейками 2 прямоугольной или квадратной формы и чем у гексагональных георешеток с ячейками 2 треугольной формы. Такая георешетка имеет повышенную жесткость при многоосевом растяжении ввиду ориентации ребер в четырех направлениях, а не в двух, как у двуосных, или трех, как у гексагональных георешеток. Однако форма ячеек 2 может лишь дополнительно усиливать достижение технического результата.

Георешетка изготавливается из полипропиленового или полиэтиленового сырья. Гранулы полимера (полипропилен или полиэтилен) доставляют в цех, где осуществляется производство. По пневматическим линиям гранулы полимера поступают в миксер экструдера, где они тщательно перемешиваются. Экструзия представляет собой непрерывный технологический процесс, заключающийся в продавливании высоковязкого материала на основе расплава через формующий инструмент (экструзивную голову или фильеру), с целью получения изделия с поперечным сечением заданной формы. Сама установка экструдера представляет собой многозонный герметичный цилиндр, внутри которого находится винтовой шнек, двигающий расплавленный полимер в зонах нагрева к фильерам или технологическому отверстию насадки экструдера. Проходя через фильеру (технологическое отверстие) расплавленная масса полимера приобретает заданную форму широкой ленты с определенными и заранее заданными параметрами толщины и ширины этой ленты.

Далее, проходя по всей линии производства, полученная лента проходит через охладительное устройство (водная ванна или валы с внутренним охлаждением, в зависимости от конечного продукта и исполнителя оборудования) для общего снижения температуры состава полимера. В других видах технологического оборудования полимерная лента без охлаждения движется по направляющим вращающимся роликам.

На ленте, поступившей в пресс, в процессе прохождения материала по линии, выштамповывается определенный рисунок решетки. В зависимости от заданного назначения конечной продукции и штампа в прессе. Это может быть одноосное направление полимерной решетки (когда ячейка продольного направления значительно меньше ячейки поперечного направления - в форме прямоугольника), это двуоснонаправленная (двуосная) решетка (с равным размером ячейки - формы квадрата) или трехосная (гексагональная) решетка (имеющая форму правильного шестиугольника с ребрами жесткости внутри или форму квадрата с ромбом внутри или иную, трёхосно направленную форму).

Проходя следующую завершающую стадию формирования будущая георешетка нагревается посредством подходящего нагревательного устройства и растягивается посредством ширильных валов до определенного заданного параметра ширины (например, до четырех метров в поперечном направлении от начальных полутора метров или одного метра тридцати сантиметров после экструзии, в зависимости от производителя оборудования и параметров толщины ребра георешетки). В процессе прохождения через ширильные валы и растяжения ленты (после ее прохождения через штамповочный пресс), происходит образование углублений 4 на внутренней стороне каждого ребра.

Углубления 4 образуются благодаря разности в поверхностном натяжении материала (исходного полимера) в процессе ширения. Ширильные (ширильно - распрямляющие) валы прикладывают к ленте ортогонально направленные усилия так, что натяжение внешнего слоя выше натяжения внутреннего слоя, при этом усилия прикладывают в разных направлениях, т.е. усилие, прикладываемое к внешнему слою ленты одним (или несколькими) ширильными валами, больше усилия, прикладываемого к внутреннему слою ленты другим одним (или несколькими) ширильными валами.

В процессе охлаждения и последующего нагрева, с применением растяжения, молекулярные связи полимера уплотняются и тем самым повышается предельная разрывная нагрузка полимерной готовой георешетки.

В процессе штампования георешетки образуются выбитые части из полимера (при формировании в ней определенной ячейки), которые могут перерабатываться в крошку и использоваться в экструзии вторично, в качестве сырья в определенном процентном соотношении к первичному, ранее еще не использованному сырью полимерных составов.

Сформированная (растянутая в продольном и поперечном направлениях) до определенных параметров и охлажденная полимерная георешетка поступает в зону намотки, где она формируется в рулон готовой продукции и далее упаковывается для транспортировки. В полимер могут добавлять присадки, которые не позволяют лучам ультрафиолета изменять физико-механические свойства готовой продукции в процессе её транспортировки и хранения.

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к плоским армирующим георешеткам из полимерного материала, предназначенным для применения в качестве армирующей и разделяющей прослойки в конструкциях земляного полотна линейных транспортных и геотехнических сооружений. Армирующая георешетка включает ячеистую полимерную структуру, в которой каждая ячейка образована по меньшей мере тремя гранями. На поверхности каждой из ячеек, обращенной к внутренней полости ячейки, образовано углубление. Способ изготовления армирующей георешетки включает стадию экструзии материала с получением изделия в виде ленты, стадию штампования из этой ленты рисунка георешетки, стадию нагрева и растягивания ленты до заданной ширины, при этом к ленте прикладывают ортогонально направленное усилие, так что натяжение внешнего слоя выше натяжения внутреннего слоя, с получением углубления на поверхности граней, обращенных к внутренней полости ячейки. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение армирующей способности георешетки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Армирующая георешетка, включающая ячеистую полимерную структуру, при этом каждая ячейка образована по меньшей мере тремя гранями, на поверхности каждой из которых, обращенной к внутренней полости ячейки, образовано углубление.

2. Армирующая георешетка по п. 1, отличающаяся тем, что ячеистая полимерная структура представляет собой плоскую структуру.

3. Армирующая георешетка по п. 1, отличающаяся тем, что ячейки имеют треугольную, ромбовидную или прямоугольную форму.

4. Армирующая георешетка по п. 1, отличающаяся тем, что форма ячейки образована комбинацией одинаковых или разных геометрических форм одинакового или разного размера.

5. Способ изготовления армирующей георешетки, включающий стадию экструзии материала с получением изделия в виде ленты, стадию штампования из этой ленты рисунка георешетки, стадию нагрева и растягивания ленты до заданной ширины, при этом к ленте прикладывают ортогонально направленные усилия так, что натяжение внешнего слоя выше натяжения внутреннего слоя, с получением углубления на поверхности граней, обращенных к внутренней полости ячейки.

6. Способ по п. 5, согласно которому после стадии экструзии материала и перед стадией штампования выполняют охлаждение изделия в виде ленты.