Геосинтетики

Геосинтетики – это синтетические материалы, используемые для стабилизации местности. Как правило, это полимерные продукты, используемые для решения задач гражданского строительства . Сюда входят восемь основных категорий продукции: геотекстиль , геосетки , геосетки , геомембраны , геосинтетические глиняные вкладыши , геопена , геоячейки и геокомпозиты . Полимерная . природа продуктов делает их пригодными для использования в грунте, где требуется высокий уровень прочности Их также можно использовать в открытых приложениях. Геосинтетики доступны в широком диапазоне форм и материалов. Эти продукты имеют широкий спектр применения и в настоящее время используются во многих сферах гражданского, геотехнического , транспортного , геоэкологического, гидравлического и частного строительства , включая дороги , аэродромы , железные дороги , насыпи , подпорные конструкции , резервуары , каналы , плотины , борьбу с эрозией , отложения. контроль , покрытия для свалок , покрытия для свалок, горнодобывающая промышленность , аквакультура и сельское хозяйство .

История

Включения разных сортов, смешанные с почвой, использовались на протяжении тысячелетий. их использовали при строительстве дорог Во времена Римской империи для стабилизации дорог и их краев. Эти первые попытки были сделаны с использованием натуральных волокон , тканей или растительности, смешанных с почвой, для улучшения качества дорог, особенно когда дороги строились на нестабильной почве. Их также использовали для строительства крутых склонов, как и в случае с несколькими пирамидами в Египте , а также стен. Фундаментальной проблемой использования натуральных материалов ( дерева , хлопка и т. д.) в заглубленной среде является биоразложение , происходящее под действием микроорганизмов в почве. С появлением полимеров в середине 20 века стал доступен гораздо более стабильный материал. При правильной формулировке можно предсказать продолжительность жизни в несколько столетий даже для суровых условий окружающей среды.

Ранние статьи о геосинтетиках (в том виде, в каком мы их знаем сегодня) в 1960-х годах документировали их использование в качестве фильтров в Соединенных Штатах и в качестве армирования в Европе . Конференция 1977 года в Париже собрала многих первых производителей и практиков. Международное общество геосинтетики (IGS), основанное в 1982 году, впоследствии каждые четыре года организовывало всемирную конференцию, а его многочисленные отделения проводили дополнительные конференции. В настоящее время действуют отдельные геосинтетические институты, торговые группы и группы по установлению стандартов. Около двадцати университетов преподают отдельные курсы по геосинтетике, и почти все они включают этот предмет в курсы по геотехнике, геоэкологии и гидротехнике . Геосинтетические материалы доступны во всем мире, и их деятельность устойчива и постоянно растет.

Категории

Геотекстиль

Геотекстиль представляет собой одну из двух крупнейших групп геосинтетических материалов. Это ткани, состоящие из синтетических волокон, а не из натуральных, таких как хлопок, шерсть или шелк. Это делает их менее подверженными биоразложению. Эти синтетические волокна превращаются в гибкие пористые ткани с помощью стандартных ткацких станков или сплетаются друг с другом хаотическим нетканым способом. Некоторые из них также связаны спицами. Геотекстиль является пористым для потока жидкости по всей его изготовленной плоскости, а также по толщине, но в разной степени. Разработано не менее 100 конкретных областей применения геотекстиля; однако ткань всегда выполняет по крайней мере одну из четырех отдельных функций: разделение, усиление, фильтрацию и/или дренаж.

Георешетки

Георешетки представляют собой быстрорастущий сегмент геосинтетики. Георешетки представляют собой не тканые, нетканые или трикотажные текстильные материалы, а полимеры, имеющие очень открытую, решетчатую конфигурацию, т.е. они имеют большие отверстия между отдельными ребрами в поперечном и продольном направлениях. Георешетки (а) растягиваются в одном, двух или трех направлениях для улучшения физических свойств, (б) изготавливаются на ткацких или вязальных машинах с использованием стандартных методов текстильного производства, или (в) с помощью лазерного или ультразвукового соединения стержней или лент вместе. Существует множество конкретных областей применения; однако георешетки функционируют почти исключительно как армирующий материал.

Геосетки/Геокосмеры

Геосетки и некоторые связанные с ними геокосмические устройства составляют еще один специализированный сегмент в области геосинтетики. Они образуются путем непрерывной экструзии параллельных наборов полимерных ребер, расположенных под острыми углами друг к другу. Когда ребра открываются, относительно большие отверстия формируются в сетчатую конфигурацию. Наиболее распространены два типа: бипланарный и трехпланарный. В качестве альтернативы доступно множество самых разных типов дренажных сердечников. Они состоят из полимерных листов с выступами, ямочками или выступами, трехмерных сеток жестких полимерных волокон различной конфигурации и перфорированных мини-труб или прокладок внутри геотекстиля. Их конструктивная функция полностью находится в зоне дренажа, где они используются для транспортировки жидкостей или газов всех типов.

Геомембраны

Геомембраны представляют собой другую крупнейшую группу геосинтетических материалов, и в долларовом выражении их продажи превышают продажи геотекстиля. Их рост в США и Германии был стимулирован правительственными постановлениями, первоначально принятыми в начале 1980-х годов для облицовки свалок твердых отходов. Сами материалы представляют собой относительно тонкие, непроницаемые листы полимерного материала, используемые в основном для облицовки и покрытия помещений для хранения жидкостей или твердых веществ. Сюда входят все типы свалок, поверхностные водоемы, каналы и другие сдерживающие сооружения. Таким образом, основной функцией всегда является сдерживание в качестве барьера для жидкости или пара, или того и другого. Однако диапазон применений огромен, и, помимо экологической области, быстро растут области применения в геотехнических, транспортных, гидравлических и частных инженерных разработках (таких как аквакультура, сельское хозяйство, добыча полезных ископаемых с помощью кучного выщелачивания и т. д.).

Геосинтетические глиняные вкладыши

Геосинтетические глиняные вкладыши, или GCL, представляют собой интересное сочетание полимерных материалов и природных грунтов. Они представляют собой рулоны изготовленных на заводе тонких слоев бентонитовой глины, зажатых между двумя геотекстилями или прикрепленных к геомембране. Структурная целостность последующего композита достигается путем иглопробивания, сшивания или клеевого соединения. GCL используются в качестве композитного компонента под геомембраной или сами по себе в геоэкологических и защитных приложениях, а также в транспортных, геотехнических, гидравлических и многих частных применениях.

геопена

Геопеноам — полимерный продукт, созданный путем переработки полистирола в пену, состоящую из множества закрытых ячеек, заполненных воздухом и/или газами. Скелетная природа клеточных стенок напоминает костные структуры из нерасширенного полимерного материала. Получаемый продукт обычно имеет форму больших, но чрезвычайно легких блоков, которые укладываются рядом друг с другом и слоями, обеспечивая легкий наполнитель для многочисленных применений.

Геоячейки

Геоячейки (также известные как ячеистые системы удержания) представляют собой трехмерные ячеистые структуры, которые образуют систему удержания при заполнении уплотненным грунтом. Экструдированные из полимерных материалов в полосы, последовательно сваренные ультразвуком, полосы расширяются, образуя жесткие (обычно текстурированные и перфорированные) стенки гибкого трехмерного сотового матраса. Заполненный почвой новый составной объект создается в результате взаимодействия клеток и почвы. Ячеистое ограничение уменьшает боковое перемещение частиц почвы, тем самым поддерживая уплотнение и образуя жесткий матрас, который распределяет нагрузки по более широкой площади. Георешетки из современных полимеров, традиционно используемые для защиты откосов и удержания грунта, все чаще применяются для долгосрочной поддержки автомобильных и железнодорожных нагрузок. Гораздо более крупные геоячейки также изготавливаются из жесткого геотекстиля, сшитого в аналогичные, но более крупные элементарные ячейки, которые используются для защиты бункеров и стен.

Геодрены

Геодрены представляют собой сборное изделие, состоящее из одного или нескольких полимерных основных элементов, транспортирующих жидкость (перфорированные мини-трубы, геосетки, пластины с выступами) и одного или нескольких геосинтетических материалов, отделяющих область потока от окружающей среды.

Геокомпозиты

Геокомпозит состоит из комбинации геотекстиля, геосеток, геосеток и/или геомембран в блоке заводского изготовления. Кроме того, любой из этих четырех материалов можно комбинировать с другим синтетическим материалом (например, деформированными пластиковыми листами или стальными тросами) или даже с почвой. Например, геосетка или геопрокладка с геотекстилем на обеих поверхностях, а также GCL, состоящий из сэндвича геотекстиль/бентонит/геотекстиль, оба являются геокомпозитами. Эта конкретная категория демонстрирует лучшие творческие усилия инженера и производителя. Области применения многочисленны и постоянно растут. Основные функции охватывают весь диапазон функций, перечисленных для геосинтетических материалов, обсуждавшихся ранее: разделение, армирование, фильтрация, дренаж и сдерживание.

Спрос и производство

Спрос на геосинтетики (млн м ²) ^[1]
Область	2007	2012	2017
Северная Америка	923	965	1300
Западная Европа	668	615	725
Азия/Тихоокеанский регион	723	1200	2330
Центральная и Южная Америка	124	160	220
Восточная Европа	248	305	405
Африка/Ближний Восток	115	155	220
Общий	2801	3400	5200

Мировые продажи геосинтетики ^[1]
Тип	Количество (миллионы м ²)	Цена (долл. США/м ²)	Продажи (в миллионах долларов США)
Геотекстиль	1400	0.75	1050
Георешетки	250	2.50	625
Геосеть	75	2.00	150
Геомембраны	300	6.00	1800
Геосинтетические глиняные вкладыши	100	6.50	650
геопены	5	75.00	375
Геокомпозиты	100	4.00	400
Общий	2230		5050

Функции

Стабилизация окружающей среды инженерным корпусом армии США, работающим в Пуэрто-Рико после урагана Мария

Сопоставление только что описанных различных типов геосинтетических материалов с основной функцией, которую призван выполнять материал, позволяет создать организационную матрицу для геосинтетических материалов; см. таблицу ниже. По сути, эта матрица является «оценочной картой» для понимания всей области геосинтетики и методологии ее проектирования. В таблице представлена основная функция, которую может выполнять каждый геосинтетик. Обратите внимание, что это первичные функции, и во многих случаях (если не в большинстве) случаев существуют второстепенные функции, а возможно, и третичные. Например, геотекстиль, помещенный на мягкую почву, обычно проектируется с учетом его армирующей способности, но разделение и фильтрация, безусловно, могут быть второстепенными и третичными соображениями. Другой пример: геомембрана, очевидно, используется из-за ее сдерживающей способности, но разделение всегда будет второстепенной функцией.Наибольшую вариативность с точки зрения производства и материалов представляет собой категория геокомпозитов. Основная функция будет полностью зависеть от того, что на самом деле создано, изготовлено и установлено.

Основные функции геосинтетических материалов ^[2]
Тип геосинтетики (ГС)	Разделение	Армирование	Фильтрация	Дренаж	Сдерживание
2.1 Геотекстиль (ГТ)	Х	Х	Х	Х
2.2 Geogrid (GG)		Х
2.3 Geonet (GN) или геокосмический аппарат (GR)				Х
2.4 Геомембрана (ГМ)					Х
2.5 Геосинтетический глиняный слой (GCL)					Х
2.6 Геопена (GF)	Х
2.7 Геоячейки (GL)	Х	Х
2.8 Геокомпозит (ГК)	Х	Х	Х	Х	Х

Геосинтетические материалы обычно разрабатываются для конкретного применения с учетом основной функции, которую можно выполнить. Как видно из прилагаемой таблицы, указаны пять основных функций, но некоторые группы предлагают еще больше. ^[3]

Разделение — это размещение гибкого геосинтетического материала, такого как пористый геотекстиль, между разнородными материалами, чтобы целостность и функционирование обоих материалов оставались неизменными или даже улучшались. Дороги с твердым покрытием, дороги без покрытия и железнодорожные базы являются обычными применениями. Также к этой категории относится использование толстого нетканого геотекстиля для амортизации и защиты геомембраны. Кроме того, для большинства применений геопены и геоячеек основной функцией является разделение.

Армирование – это синергетическое улучшение общей прочности системы, создаваемое введением геотекстиля, геосетки или георешетки (все из которых хорошо выдерживают растяжение) в почву (хорошую при сжатии, но плохую при растяжении) или другие несвязанные и разделенные материал. Эта функция применяется в механически стабилизированных и удерживаемых земляных стенах и крутых грунтовых склонах; их можно комбинировать с каменной облицовкой для создания вертикальных подпорных стенок. Также предусматривается применение базальной арматуры на мягких грунтах и глубоких фундаментах для насыпей и тяжелых поверхностных нагрузках. Жесткие полимерные георешетки и геоячейки не нужно удерживать в натяжении для укрепления почвы, в отличие от геотекстиля. Жесткая 2D-георешетка и 3D-геоячейки сцепляются с частицами заполнителя, а механизм армирования заключается в удержании заполнителя. Полученный механически стабилизированный слой заполнителя демонстрирует улучшенные характеристики несущей способности.Жесткие полимерные георешетки с очень открытыми отверстиями, помимо трехмерных георешеток из различных полимеров, все чаще используются в грунтовых и мощеных дорогах, грузовых платформах и железнодорожном балласте, где улучшенные несущие характеристики значительно снижают требования к высокому качеству импортных материалов. заполнителя, тем самым уменьшая Углеродный след строительства.

Фильтрация – это равновесное взаимодействие почвы и геотекстиля, которое обеспечивает адекватный поток жидкости без потери почвы через плоскость геотекстиля в течение срока службы, совместимого с рассматриваемым применением. Применением фильтрации являются подземные дренажные системы на автомагистралях, дренажные системы подпорных стенок, системы сбора фильтрата на свалках , противоиловые ограждения и завесы, а также гибкие формы для мешков, трубок и контейнеров.

Дренаж – это равновесная система «почва-геосинтетик», которая обеспечивает адекватный поток жидкости без потери почвы в плоскости геосинтетика в течение срока службы, совместимого с рассматриваемым применением. Geopipe подчеркивает эту функцию, а также геосетки, геокомпозиты и очень толстый геотекстиль. Для дренажа этих различных геосинтетических материалов используются подпорные стены, спортивные площадки, плотины, каналы, резервуары и капиллярные разрывы. Также следует отметить, что листовые, краевые и фитильные дрены представляют собой геокомпозиты, используемые для различных дренажных систем почвы и камней. ^{[ который? ]}

Для сдерживания используются геомембраны, облицовки из геосинтетической глины или некоторые геокомпозиты, которые действуют как барьеры для жидкости или газа. В облицовке и покрытиях свалок критически используются эти геосинтетики. Во всех гидравлических приложениях (туннелях, плотинах, каналах, поверхностных водоемах и плавучих покрытиях) также используются эти геосинтетики.

Преимущества

Произведенный контроль качества геосинтетических материалов в контролируемых заводских условиях является большим преимуществом перед строительством на открытом воздухе из грунта и камня. Большинство заводов сертифицированы по стандарту ISO 9000, а также имеют собственные программы обеспечения качества.
Небольшая толщина геосинтетических материалов по сравнению с их аналогами из естественного грунта является преимуществом, поскольку они имеют легкий вес на земляном основании, используют меньше воздушного пространства и позволяют избежать использования карьерного песка, гравия и глинистых почвенных материалов. ^[1]
Простота установки геосинтетических материалов значительна по сравнению с толстыми слоями почвы (песок, гравий или глины), требующими большого землеройного оборудования. ^[1]
Опубликованные стандарты (методы испытаний, руководства и спецификации) хорошо развиты в таких организациях, устанавливающих стандарты, как ISO, ASTM и GSI.
Методы проектирования в настоящее время доступны во многих публикациях, а также в университетах, которые преподают отдельные курсы по геосинтетике или интегрировали геосинтетику в традиционные геотехнические, геоэкологические и гидротехнические курсы.
При сравнении геосинтетических конструкций с альтернативными конструкциями с естественным грунтом обычно наблюдается экономическое преимущество и неизменные преимущества в плане устойчивости (меньший выброс CO ₂ ). ^[1]

Недостатки

Долгосрочная эффективность конкретной смолы, используемой для изготовления геосинтетического материала, должна быть обеспечена за счет использования соответствующих добавок, включая антиоксиданты, фильтры для защиты от ультрафиолета и наполнители.
Срок службы геосинтетических материалов, являющихся полимерными, меньше, чем неэкспонированных, как при засыпке грунтом.
Засорение или биологическое засорение геотекстиля, геосеток, геотруб и/или геокомпозитов представляет собой сложную задачу для определенных типов почв или необычных ситуаций. Например, лёссовые почвы, мелкий несвязный ил, сильно мутные жидкости и жидкости, содержащие микроорганизмы (сточные воды с ферм), вызывают проблемы и обычно требуют проведения специальных испытаний.
Обращение, хранение, транспортировка и установка должны обеспечиваться тщательным контролем и обеспечением качества.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Мюллер, WW; Саатофф, Ф. (2015). «Геосинтетики в геоэкологической инженерии» . Наука и технология перспективных материалов . 16 (3): 034605. Бибкод : 2015STAdM..16c4605M . дои : 10.1088/1468-6996/16/3/034605 . ПМК 5099829 . ПМИД 27877792 .
^ Jump up to: ^а ^б Кернер, Р.М. (2012). Проектирование с использованием геосинтетики (6-е изд.). Издательство Xlibris Publishing Co., 914 стр.
^ Батерст, Ричард. «Функции геосинтетики» (PDF) . Международное общество геосинтетиков . Проверено 28 сентября 2018 г.

Дальнейшее чтение

Ван Зантен, Р.В. (1986). Геотекстиль и геомембраны в гражданском строительстве , AA Balkema Publ., Роттердам, Нидерланды.
Международная ассоциация промышленных тканей (1990). Учебник по дизайну: геотекстиль и сопутствующие материалы , IFAI Publ., Розвилл, Миннесота, США.
Ван Сантворт, GPTM, переводчик (1995). Геосинтетика в гражданском строительстве , издательство AA Balkema, Роттердам, Нидерланды.
Джуэлл, РА (1996). Укрепление почвы геотекстилем , Издательство CIRIA, Лондон, Англия.
Хольц Р.Д., Кристофер Б.Р. и Берг Р.Р. (1997). Геосинтетическая инженерия, BiTech Publishers, Ltd., Ричмонд, Британская Колумбия, Канада.
Пиларчик, К.В. (2000). Геосинтетика и геосистемы в гидротехнике и прибрежной инженерии , Публикация А.А. Балкема, Роттердам, Нидерланды.
Роу, Р.К. (ред.) (2001). Справочник по геотехнической и геоэкологической инженерии , Kluwer Academic Publishers, Бостон, США.
Диксон Н., Смит Д.М., Гринвуд Дж.Р. и Джонс, ДРВ (2003). Геосинтетика: защита окружающей среды , Thomas Telford Publ., Лондон, Англия.
Шукла С.К. и Инь Ж.-Х. (2006). Основы геосинтетической инженерии , Издательство Тейлор и Фрэнсис, Лондон, Англия.
Сарсби, RW Эд. (2007). Геосинтетика в гражданском строительстве , Woodhead Publishing Ltd., Кембридж, Англия.

Внешние ссылки

[geo-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Мюллер, WW; Саатофф, Ф. (2015). «Геосинтетики в геоэкологической инженерии» . Наука и технология перспективных материалов . 16 (3): 034605. Бибкод : 2015STAdM..16c4605M . дои : 10.1088/1468-6996/16/3/034605 . ПМК 5099829 . ПМИД 27877792 .

[design-2] Jump up to: ^а ^б Кернер, Р.М. (2012). Проектирование с использованием геосинтетики (6-е изд.). Издательство Xlibris Publishing Co., 914 стр.

[3] Батерст, Ричард. «Функции геосинтетики» (PDF) . Международное общество геосинтетиков . Проверено 28 сентября 2018 г.

[1]

[2]

[3]