Классификации и терминологии геотекстильных материалов

Г.К. Мухамеджанов, зав. лабораторией ОАО «НИИ нетканых материалов, к.т.н.
А.П. Фомин, зав. сектором ФГУП «РосдорНИИ», к.т.н.

Геотекстильные материалы (ГМ) начали применяться в отечественной практике дорожного строительства с 1973 г. под названием «Дорнит», в частности при строительстве и ремонте автодорог, освоении газовых и нефтяных месторождений на Крайнем Севере. Дорнит изготавливался из отходов волокон иглопробивным способом шириной до 180 см и выполнял несколько функций, не всегда отвечая предъявляемым требованиям. В то время как в Западной Европе и США ГМ использовались в более широких масштабах в различных строительных конструкциях. Сейчас в мире выпускаются более 400 видов геосинтетиков и геопластиков, объем производства которых превысил к настоящему времени более 1 млрд.м2 в год; причем примерно 65% всех выпускаемых ГМ используются в дорожном строительстве . Все многообразие видов, структур и способов производства ГМ обуславливает систематизацию и классификацию, а также уточнение и определение понятий и терминов. Появились новые способы производства, например, фильерный непосредственно из расплава полимера, раздувный из расщепленной пленки, гидродинамический (струйный) и новые технологические высокопроизводительные оборудования, позволяющие выпускать ГМ шириной до 6 м. Этому способствуют перспективы строительства новых автодорог и ж/д строительства, прокладки нефте-, газовых магистральных трубопроводов на огромных территориях России. Так, экономика и социальная востребованность страны сегодня особо нуждается в строительстве еще 500 тыс.км автомобильных дорог общего назначения дополнительно к 600 тыс.км имеющихся, из которых треть требует реконструкции, а половина из оставшихся в ликвидации накопившегося недоремонта. Одним словом, перспективы применения ГМ в России для различных целей строительства большие как по номенклатуре, так и по объему. Поэтому расширение областей применения, появление новых способов и технологий производства, использование новых видов сырья обуславливает принятие единой классификации и терминологии. Отсутствие такой классификации и терминологии приводит к путанице, затрудняет кодирование в ОКП, разработки обоснованных технических требований и номенклатуры показателей применительно к групповому ассортименту и областей применения. В терминологии наблюдается полный разнобой с обилием иностранных терминов и понятий.

Терминология в любой области знаний основывается на общепринятой классификации. Прежде всего при разработке классификации ГМ необходимо определить и обосновать её признаки.

Согласно классификации геосинтетических материалов (ГСМ) по версии международного геосинтетического общества GS все ГCМ подразделяются на 10 групп, каждая из них обозначается символами:

GT-геотекстиль;
GG-георешетка;
BT-биотекстиль и биомат;
GA-геомат;
GL-геоячейка;
GN-геосетка;
GCD-геосинтетический материал для дренажа;
GM-геомембрана;
GMS-синтетическая геомембрана;
GMB-битумная геомембрана

Следовательно, к ГСМ относятся различные категории материалов, отличающихся способами производства и структурой: текстиль, полимеры, пластик, бентонит.

Эти материалы выпускаются в рулонах шириной от 1,0 до 6,0 м или в панелях и используются при гео-, гидротехнических работах. Они в свою очередь подразделяются на водопроницаемые и неводопроницаемые. К водопроницаемым относятся ГМ (нетканые полотна, ткани, плетеные и др.) и близкие к ним изделия (геосетки и георешетки). К водонепроницаемым – полимерные герметизирующие полотна, бентониты, битумно-полимерные материалы и изделия на их основе.

Классификация геоматериалов

В ИСО 10318:2005 «Геосинтетические материалы. Термины и определения» используются несколько другие обозначения и классификация ГСМ (рис.1)

На основании анализа классификаций и обозначений международного геосинтетического общества, ИСО 10318:2005 и ОСТ 218.2.0-2-2003 «Геосинтетические материалы. Термины и определения» (РосдорНИИ) и с учетом опыта работы отечественных производителей представляется возможным разработать обоснованную и практически приемлемую классификацию и терминологию ГСМ. Следует при этом отметить, что геосинтетический материал более общий термин, чем геотекстиль, т.к. в это понятие включают все полимерные материалы, используемые в гео-, гидротехнических работах.

Основными признаками классификации ГСМ являются способ производства, способ скрепления однородных и разнородных элементов, состав сырья (волокна, нити, глина, семена трав и др.), области применения.

Геоматериалы

Рис.2 Классификация ГМ по способу производства

В группе ГМ самым распространенным является нетканый геотекстиль, представляющий собой водопроницаемый материал, изготовленный на волокнистой основе, сформированной из синтетических и натуральных волокон, нитей или филаментов, скрепленной механическим, термическим и др. способами.

По способу скрепления: холстопрошивные, нитепрошивные, иглопробивные, термоскрепленные и комбинированные (сочетание различных способов скрепления).

По способу формирования волокнистой основы: из штапельных волокон и фильерный из непрерывных нитей расплава полимера.

По области применения - защитные, фильтрующие, дренирующие, армирующие, теплоизолирующие и для балластирующих устройств, а в сочетании с другими материалами (геомембраны, геокомпозиты, бентониты)-гидроизоляционные.

По исходному сырью – волокна синтетические, натуральные; нити синтетические и из расплава полимера.

По наименованию – Геоком, Геоном, Геотекс, Пинема, Геобел, Армасет и др. ( по предприятиям).

Тканый геотекстиль – это плоские структуры, изготовленные путем переплетения синтетических нитей или расщепленной пленки в определенной закономерности по основе и утку, что позволяет получать сквозные отверстия правильной формы. В основном выполняет функцию армирующего слоя.

Нетканый ГМ – это высокодеформативные полотна с разнообразной структурой и способами изготовления и скрепления.

Тканый ГМ – это низкодеформативные полотна, применяемые в дорожном, транспортном и трубопроводном строительстве в качестве армирующего слоя.

Георешетка – плоский рулонный материал с ячейками линейных размеров от 1 см и толщиной до 2 мм (геосетка) или такой же тонкий материал толщиной 2-30 мм, выполняющие преимущественно армирующие функции, или объемный материал с ячейками (пространственная решетка), выполняющий преимущественно защитные функции по отношению к заполнению ячеек (грунту, крупнопористым минеральным материалам – щебень, гравий, шлак и др.)

Георешетки могут быть штампованными, ткаными, неткаными и связанными. Они применяются в тех конструкциях, которые обеспечивают плотное размещение частиц почвы в решетки.

Тканые и нетканые георешетки представляют объемные или плоские конструкции из сетки высокомодульных синтетических нитей или полимеров (полиэфир, полипропилен), покрытых защитным слоем.

Скрученные георешетки - плоские конструкции, в которых два и более видов синтетических полимеров соединяются между собой путем скручивания на одинаковом расстоянии, обычно состоят из стержней, материалом для которых служит полиэфирное волокно высокой прочности.

Геосетки имеют плоскую структуру в отличие от георешеток и состоят из перекрывающих друг друга нитей (от 3 до 15 мм) под углом (60-900) и образуют одинаковые отверстия размером от 10 до 200 мм. Используются в комбинации с другими ГМ, могут использоваться отдельно в качестве укрепления и армирования.

Геоматы производятся из синтетических волокон (полиэтилен высокой прочности, полиамид, полипропилен), скрепленных между собой для образования слоя 10-20 мм. Применяются на склонах для увеличения устойчивости к эрозии, вызванной дождевыми потоками, и действуют как поверхностное укрепление до появления растительности. Также могут быть использованы в качестве защиты от эрозии на берегах каналов и небольших рек.

Биотекстили и биоматы производятся из натуральных волокон (хлопок, джут, кокосовое волокно, сизаль и т.д.), скрепленных в плоские структуры и применяют для решения временных проблем, как защита склонов, откосов от эрозии до появления растительности.

Геомембрана – сплошное водопроницаемое рулонное полотно из геотекстильного, обработанного вяжущим, в т.ч. на месте производства работ материала, или рулонный пленочный материал для создания гидроизолирующих прослоек. В некоторых случаях геомембраны поставляют с заполнителем, например, геомембрана из нетканого ГМ с заполнителем – порошком из бентонитовой глины.

Геооболочка – ГМ или геосетка, образующие объемные оболочки для заполнения их с другими строительными материалами, на месте производства работ, например, мешки – контейнеры из ГМ, заполненные песком (геоматы для укрепления откосов).

Геоплита – сплошной гидроизоляционный материал в виде плиты, например пенопласт.

Геоэлемент – дискретный синтетический материал в виде волокон различной длины (геоволокна), узких мест (геоленты), предназначенный для армирования и в отдельных случаях - дренирования.

Глинообкладка представляет собой слой глины (бентонита) и ГМ. Между 2-мя слоями иглопробивного полотна помещается бентонит и таким образом скрепляются слои различными способами.

Разработан проект национального стандарта ГОСТ Р «Геотекстиль. Термины и определения», гармонизированный с международным стандартом ИСО 10318:2005.

Ниже приводится текст проекта ГОСТ Р «Геотекстиль. Термины и определения».

Термины, определяющие выполняемые функции:

Армирование: Улучшение механических свойств грунта ли других строительных материалов путем использования механических свойств геотекстильного ли ему подобного материала

Дренирование: Сбор и отвод грунтовых вод, атмосферных осадков и /или других жидкостей в плоскости геотекстиля и подобного ему материала

Защита: Предотвращение или ограничение местных повреждений элемента или материала путем использования геотекстиля или подобного ему материала

Защита от эрозии: Предотвращение или ограничение перемещения частиц грунта или других частиц по поверхности откоса (склона)

Гидроизоляция: Предотвращение или ограничение проникновения воды и другой жидкости в грунт или из грунта путем использования геосинтетического материала, обладающего гидрозащитными свойствами

Разделение: Предотвращение взаимопроникновения частиц контактирующих слоев и/или частиц заполнителя путем использования геотекстиля и подобного ему материала

Фильтрация: Удерживание частиц грунта или других частиц, занесенных в геотекстиль, или подобный ему материал под действием гидродинамических сил в результате прохода потока воды или жидкости

Термины, определяющие вид материала:

Геосинтетический материал: Материал, по крайней мере один компонент которого изготовлен из синтетического полимера в виде полотна, полосы, или трехмерной структуры, используемый на контакте с грунтом и/или другими материалами для создания дополнительных слоев (прослоек) различного назначения (армирующих, защитных, фильтрующих, дренирующих, гидроизолирующих, теплоизолирующих) в транспортном, трубопроводном строительстве и гидротехнических сооружениях

Геотекстиль: Плоский водопроницаемый синтетический или натуральный текстильный материал (нетканый, тканый или трикотажный), используемый на контакте с грунтом и/или другими материалами в транспортном, трубопроводном строительстве и гидротехнических сооружениях

Геотекстиль нетканый: Материал, состоящий из ориентированных и неориентированных (хаотично расположенных) волокон, нитей или других элементов, скрепленных механическим, термическим, физико-химическим способами и их комбинацией в различных сочетаниях

Геотекстиль тканый: Материал, полученный путем переплетения двух систем нитей, филаментов и /или других элементов (основы и утка) в определенной закономерности

Геотекстиль трикотажный (плетеный): Материал, полученный путем провязывания петлями одной и более систем нитей, филаментов и /или других элементов

Материал подобный геотекстильному: Плоский, проницаемый полимерный материал, не попадающий под определение геотекстиля

Георешетка: Плоский полимерный материал сетчатой жесткой структуры из отдельных элементов, с образованием ячеек размерами, большими чем размеры элементов, скрепленный методом экструзии, повязыванием или переплетением

Геосетка: Плоский полимерный материал состоящий из параллельных рядов ребер перекрытых и сплетенных элементами той же структуры под различными углами с образованием эластичной сетчатой структуры

Геомат: Материал трехмерной структуры из синтетических и натуральных волокон и/или других элементов, скрепленных механическим, термическим, химическим и другим способом

Геоячейка (пространственная георешетка): Трехмерная проницаемая синтетическая или натуральная полимерная «сотовая» или схожая с ней ячеистая структура, созданная из соединенных между собой полос геосинтетических материалов

Геополоса: Полимерный материал в виде полосы шириной не более 200 мм, используемый в контакте с грунтом и/или другими материалами

Геооболочка: Трехмерная полимерная структура, предназначенная для создания воздушной прослойки в грунте и/или другом материале

Геосинтетическая мембрана: Плохопроницаемый полимерный материал, предназначенный для уменьшения или предотвращения прохода потока воды и/или жидкости сквозь его структуру. В зависимости от состава сырья различают полимерные геосинтетические мембраны, глиняно- геосинтетические мембраны и битумно- геосинтетические мембраны

Геокомпозит: Многослойный материал из скрепленных в плоскости различных слоев (не менее двух слоев), отличающихся по своей структуре друг от друга. Отдельные компоненты могут быть ткаными, неткаными или другими полотнами. В зависимости от основной выполняемой функции различают армирующие геокомпозиты (армогеокопозиты) и дренирующие геокомпозиты (геодрены)

Фильерный способ холстоформирования: Формирование холста из фильер струй расплава или дисперсии полимера, отверждения их и укладки на приемной поверхности

Экструзия: Процесс плавления и выдавливания под давлением через круглое отверстие термопластического полимера, с рядом добавок со специальными функциями

Иглопрокалывание: Процесс, при котором происходит протаскивание иглами пучков волокон сквозь волокнистый холст или его сочетания с другими материалами (тканью, пленкой, фольгой)

Провязывание: Процесс, при котором происходит скрепление волокнистого холста прошивной нитью (пряжей) с образованием петель

Холстопрошивной безниточный способ: Механический способ изготовления нетканых полотен путем провязывания волокнистого холста пучками самих волокон с образованием петель, например Малифлисс

Нитепрошивной способ: Механический способ изготовления нетканых полотен путем провязывания системы одной (уточной) или двух систем нитей (основной и уточной) прошивной нитью (пряжей)

Физико – химический способ: Изготовление нетканых полотен путем адгезионного или аутогезионного скрепления волокнистого холста из фильер, штапельных волокон, или их сочетания с другими материалами (тканью, полимерной пленкой или фольгой)

Термоскрепление: Процесс, при котором волокнистый холст из термоплавких или бикомпонентных волокон скрепляется путем высокотемпературного воздействия давления или без давления

Термообработка: Процесс, при котором суровое полотно подвергается высокотемпературному воздействию на каландре или в среде горячего воздуха под давлением или без давления с целью уплотнения структуры и улучшения механических свойств материала

Термины и определяющие основные физические свойства геотекстиля и подобного ему материала:

Толщина: d – расстояние между пластиной, на которой размещается образец, и параллельной ей жесткой пластиной, наложенной на образец для создания давления. Толщина выражается в мм – определяется по ГОСТ Р 50276

Поверхностная плотность: Ра-отношение массы образца определенного размера к его площади. Выражается в г/м2. Определяется по ГОСТ Р 50277

Термины, определяющие основные водно-физические свойства геотекстиля и подобного ему материала:

Размер пор: О 90 – размер пор, который соответствует максимальному размеру частиц 90% грунта, прошедшего через геотекстиль. Выражается в мкм

Проницаемость: Ψ – объем воды и (или) другой жидкости, прошедшей через единицу площади образца при определенной величине падения напора при ламинарных условиях. Выражается в с-1

Водопроницаемость: gn – объем воды, прошедшей через единицу площади в направлении, перпендикулярном плоскости геотекстиля, при определенной величине напора. Выражается в дм3/(м2с)

Коэффициент фильтрации в направлении, перпендикулярном плоскости: КП – отношение между скоростью потока v и гидравлическим градиентом I.Выражается в м/с или м/сут. (24ч) – определяется по ГОСТ Р 52606

Коэффициент фильтрации в направлении, горизонтальном плоскости: К р – отношение между водопроницаемостью в плоскости материала к его толщине d и гидравлическому градиенту I. Выражается в м/с или м/сут. (24ч) – определяется по ГОСТ Р 52606

Водопроницаемость в плоскости: gр – объем воды и/или другой жидкости, прошедшей в плоскости материала через единицу ширины образца при определенных градиентах. Выражается в дм3/(м2с)

Гидравлический градиент: I – отношение величины полного падения напора Δh воды, проходящей через образец к его длине в направлении потока

Кольматация: Заиливание и/или блокировка материала, приводящие к ухудшению свойств конструкции

Заиливание: Отложение частиц грунта и/или других твердых частиц на поверхности материала, приводящие к ухудшению гидравлических свойств конструкции

Блокировка: Отложение частиц грунта и/или других твердых частиц на поверхности материала, приводящие к ухудшению гидравлических свойств конструкции

Термины, определяющие основные механические свойства геотекстиля и подобного ему материала (изделия):

Предел прочности при кратковременном растяжении: Максимальное растягивающее усилие, отнесенное к ширине образца. Выражается в кН/м

Относительная деформация при кратковременном растяжении: Отношение удлинения образца к начальной его длине. Выражается в %. Различают относительную деформацию при заданном значении усилия, при максимальном растягивающем усилии и при разрыве

Усилие при кратковременном растяжении до значения деформации Х %: Усилие, при котором относительная деформация достигает Х %. Выражается в кН/м

Деформация сжатия: Процентное уменьшение толщины образца при приложении определенного давления к начальной толщине.

Примечание: Аналогичные приведенным в п. 3.5. определения могут быть применены к условиям длительного растяжения (нагружения)

Долговечность: Способность материала противостоять ухудшению свойств под воздействием атмосферных, механических, химических, биологических и других зависящих от времени факторов и сохранять свойства, обеспечивающие работоспособность изделия или конструкции в течение длительного времени эксплуатации.

Г.К. Мухамеджанов, зав. лабораторией ОАО «НИИ нетканых материалов, к.т.н.

А.П. Фомин, зав. сектором ФГУП «РосдорНИИ», к.т.н.

Вся информация