Геосинтетики и их применение (часть 1)

Геосинтетики и их применение (часть 1)

1. Введение
Технология геосинтетических армированных грунтов является новой геотехнической технологией, но она быстро развивается. Благодаря своей разумной структуре, хорошим стрессовым условиям, простой конструкции и значительным преимуществам, он широко используется в различных проектах заполнения. Он использует синтетические полимеры, такие как пластмассы, химические волокна, синтетический каучук и т. д., в качестве сырья для изготовления различных типов продуктов, которые помещаются в почву, на поверхность или между слоями почвы для укрепления или защиты почвы.
Армирование – это метод укладки определенного стержня с высоким модулем упругости в определенном направлении в почву для увеличения прочности на сдвиг, прочности на растяжение и целостности почвы. Основными армирующими материалами являются геотекстиль, геосетки и др. Геотекстильдля армирования обычно используется тканый геотекстиль . Основными областями применения технологии армирования являются: армирование слабых грунтов, устройство крутых откосов на устойчивых основаниях и строительство подпорных конструкций.

2. Обзор развития грунтовых композиционных материалов

2.1 Произведено от названия

Геосинтетика , геосинтетика — это общий термин для различных изделий из синтетических полимеров, используемых в инженерно-геотехнических работах. Поскольку они в основном используются в геотехнической инженерии, их называют «геотехническими» (гео-) и называют «геосинтетическими материалами», чтобы отличить их от природных материалов.

Его помещают в почву, на поверхность или между слоями почвы для укрепления или защиты почвы.
Ранние продукты в основном представляют собой проницаемый геотекстиль (обычно известный как геотекстиль) и в основном непроницаемые геомембраны и комбинированные продукты, поэтому они называются: геотекстиль, геомембраны и сопутствующие товары.

В связи с потребностью в инженерном строительстве и развитии производственных технологий категория продукции постоянно расширялась. В 1994 году 5-й Международный академический симпозиум по геосинтетике , проходивший в Сингапуре, был официально назван « Геосинтетика» .

2.2 Обзор международного развития

Использование природных растений в качестве инженерно-геологических материалов имеет тысячелетнюю историю. Например, солома до сих пор используется в большинстве районов северного Китая в качестве армирующего материала для почвы.
В проектах по охране водных ресурсов в Нидерландах большое количество ивовых прутьев используется для укрепления насыпей для предотвращения эрозии .
Но естественные растения погибают и недолговечны; ржавчина металлов; а к 1930-м годам появились пластмассы, синтетические волокна и синтетические каучуки.

Геосинтетики появились с развитием химических промышленных полимеров и инженерной экспансии, и технология их применения зависит от основных принципов геомеханики.
Один из основателей, профессор С. Д-р Жиру (JP) однажды назвал это «вероятно важной революцией в истории геотехнической инженерии».

Точный возраст применения синтетических материалов трудно проверить.
Об этом можно узнать только по некоторым ранним знаковым инженерным случаям;
В 1930-х годах геомембрана из поливинилхлорида использовалась в бассейнах для предотвращения просачивания; в 1953 г. Бюро мелиорации США начало использовать полиэтиленовые мембраны для предотвращения просачивания в каналы;
В бывшем Советском Союзе ранее также прокладывали систему каналов полиэтиленовой пленкой низкой плотности;
В 1958 году во Флориде, США, геотекстиль был распространен в качестве фильтрующих прокладок под защитой прибрежных каменных откосов, что считается началом применения геотекстиля в современной истории.

С 1952 по 1953 год в Нидерландах случился сильный шторм, в результате которого погибло много людей и имущества. После катастрофы был запущен знаменитый проект «Дельта». В этом проекте использовалось большое количество раннего геотекстиля, что значительно способствовало развитию геотекстиля. В 1968 году в Нидерландах была разработана и разработана двухслойная сшитая из геотекстиля бетонная опалубка для облицовки.

В 1968 году французская компания Rhone Poulenc (CRhone Poulenc) первой изобрела нетканый геотекстиль , который может заменить традиционные песчано-гравийные материалы в качестве фильтрующих слоев, расширив области применения геотекстиля;

В начале 1980-х годов британская компания Mercer изобрела георешетку, до сих пор являющуюся лучшим материалом для армирования грунта, который изготавливается из полимера.

В конце 1970-х появились пластиковые дренажные ленты, которые заменили песчаные колодцы для укрепления дренажа мягкого основания.

Геотехнические трубчатые мешки большого диаметра и большой длины, изготовленные из текстиля, могут вмещать вынутый песок, ил и т. д., обезвоживаться и уплотняться, образуя непрерывные мешки для грунтовых труб большого объема, которые можно использовать в качестве противоударной стены на грунте. берег или построенная плотина отрога Хэнгун, плотина Шун, а также мелиорация земель и строительство искусственных островов.

В конце 1980-х был произведен большой объем геотекстиля. Геотекстиль размещали на лодках с открытым дном для сбора отходов, драгированного грунта и т. д., а затем закрывали. Они были доставлены в обозначенные воды с помощью системы позиционирования GPS, а дно корабля было открыто для строительства подводных стабильных платформ, волнорезов и т. Д. Или для контроля эрозии морского дна и строительства затопленных плотин.

В целях улучшения экологии и защиты окружающей среды один за другим выходят различные трехмерные маты из геосетки , которые можно использовать для посадки травы на склонах.

Большое внимание, уделяемое охране окружающей среды, не только значительно улучшило противофильтрационную геомембрану и технологию нанесения, но и способствовало успешной разработке геосинтетической бентонитовой подушки (ГКЛ). ГКЛ в сочетании с геомембраной составляет противофильтрационную систему полигона. . И постепенно распространяется на каналы, бассейны и искусственные озера и другие противофильтрационные сооружения.

2.3 Обзор развития Китая

Развитие применения геосинтетических материалов в моей стране можно разделить на четыре этапа.
(1) Период спонтанного применения

Еще в 1960-х годах в ирригационной зоне Даючжан в провинции Шаньдун и в Народном канале Шэнли в провинции Хэнань пластиковые пленки использовались в качестве каналов против просачивания, а позже они были популяризированы для предотвращения утечек в бассейнах и резервуарах;
В 1965 году гидроэлектростанция Ляонин Хуанжэнь использовала битумно-поливинилхлоридную мембрану для предотвращения трещин и утечек на верхней стороне бетонной контрфорсной плотины;
В 1976 году лошадей Цзяндуси на берегу реки Янцзы в Цзянсу взвешивали с помощью плоского шелкового геотекстиля в сочетании с бетонными блоками, чтобы сделать мягкие грузила, чтобы предотвратить обрушение берега реки;
Характерной чертой этого периода является то, что материал применяется в индивидуальных проектах, не используются ни продукты с определенными характеристиками, ни шаблонные методы проектирования.

(2) Период внедрения технологии

В начале 1980-х годов Академия наук о железе использовала 20 000 квадратных метров нетканого геотекстиля, подаренного компанией DuPont, чтобы попытаться справиться с давней болезнью грязеобразования на железных дорогах. Внедрение геотрубы и локализация Wuxi Woolen Dyeing Factory. В 1983 году внедрена армированная технология и армированная георешетка . К середине 1990-х компания самостоятельно исследовала и производила локализованные продукты.

(3) Период создания организации

В 1983 году было создано Международное общество геотекстиля (сокращенно IGS), а в 1994 году оно было переименовано в Международное общество геосинтетики (все еще сокращенно IGS).
В конце 1984 года была создана «Сеть сотрудничества в области геотекстильной науки и технологии».
В 1986 году она была переименована в « Сеть сотрудничества в области технологий геосинтетики » (сокращенно CTAG).
В 1990 году Китай официально присоединился к «Международному обществу геосинтетики » (CIGS) и учредил «Китайский комитет Международного общества геосинтетики » (CCIGS). ;
С 1986 года восемь компаний National GeosyntheticsНаучные конференции последовательно проводились в Тяньцзине, Шэньяне, Ичжэне, Ичане, Сиане и Шанхае.
В 1995 году была официально создана «Китайская техническая ассоциация по геосинтетике » (до сих пор именуемая CTAG).

(4) Начало периода стандартизации

Во время катастрофического наводнения в 1998 г. национальные лидеры и руководители различных ведомств признали значительную роль геосинтетических материалов в борьбе с наводнениями и аварийно-спасательных работах;
Министерство водного хозяйства взяло на себя инициативу по составлению технических спецификаций по применению геосинтетических материалов SL/T225-1998 «Технические спецификации по применению геосинтетических материалов в водном хозяйстве и гидроэнергетике», положив конец состоянию отсутствия стандартов в моей стране;
Впоследствии были выпущены национальные стандарты и отраслевые технические стандарты для железных дорог, автомобильных дорог и водного транспорта;
Далее следуют стандарты продукции и стандарты испытаний материалов.
В конце 1998 года геосинтетикии технология вступила в период стандартизации.

3.Виды и характеристики геосинтетики

3.1 Типы материалов

Особенности геосинтетических полимеров (сырья)

Имя	Функции
Полиэтилен (PE)	Хорошая гибкость, пластичность, прозрачность, морозостойкость, технологичность
Полипропилен(PP)	Термостойкость, химическая стабильность, хорошая изоляция, светостойкость, плохая ударная вязкость
Поливинилхлорид(PVC)	Высокая прочность, износостойкость, огнестойкость, плохая термическая стабильность, легкость старения
Полиэстер (PET)	обладает лучшей прочностью и ударной вязкостью среди пластиков с термической вязкостью, хорошим коэффициентом пропускания света, кислото- и щелочестойкостью, растворим в аммиачной воде
Полиамид (PA)	Самая высокая прочность среди синтетических волокон, износостойкость, негорючесть, щелочестойкость и кислотостойкость
Полистирол (PS)	Химическая стойкость, хорошая водостойкость и электроизоляция, не термостойкость и легкость старения
Неопрен (CR)	Маслостойкость, кислото- и щелочестойкость, высокая прочность на растяжение и воздухонепроницаемость, плохая стабильность при хранении

(1) Нетканый геотекстиль

Геотекстиль , также известный как (геотекстильная ткань или геотекстильная мембрана), относится к мембранам для гражданского строительства, которые сотканы из синтетических волокон или изготовлены из нетканых материалов, таких как цементация, термосклеивание или перфорация иглой.

Нетканые геотекстили обычно содержат термические, химические и механические связи.
Спанбонд – это разновидность склеивания. Это продукт, полученный путем плавления, экструзии, прядения полимерного сырья в ткань и армирующие волокна. Эта ткань тонкая по толщине, обладает высокой прочностью и высокой проницаемостью. Благодаря короткому производственному процессу, хорошему качеству продукции, множеству разновидностей и спецификаций, низкой стоимости и широкому применению, в последние годы он быстро развивался в моей стране.

Метод химического склеивания геотекстиля заключается в равномерном нанесении клея на волокна с помощью различных процессов. После отверждения клея волокна будут склеены друг с другом, так что сетка может быть усилена, а толщина может достигать 3 мм. Обычно используемые клеи представляют собой поливинилацетат, поливинилацетат и так далее. Прокатку также можно выполнить перед нанесением клея, в результате чего получаются более тонкие изделия с меньшим размером пор. Такие изделия редко используются в машиностроении.

В методе механического скрепления используются различные механические инструменты для усиления волокнистого полотна. Наиболее широко используется метод иглопробивания, а также метод спанлейса. В методе иглопробивания используется множество игл с треугольным или призматическим поперечным сечением и крючками по бокам, установленными на нижней пластине иглопробивной машины, которые приводятся в движение машиной для возвратно-поступательного движения вверх и вниз, так что волокна в сетке перепутаны друг с другом, так что сеть армирована. . Толщина продукта обычно составляет более 1 мм, пористость высокая, проницаемость большая, а эффективность обратной фильтрации и дренажа хорошая. Он широко используется в проектах водного хозяйства. Spunlace — это использование струй воды под высоким давлением для простреливания волокнистого полотна, чтобы волокна перепутались друг с другом и укрепились. Его продукция относительно мягкая и в основном используется в качестве санитарно-гигиенических изделий, но не используется в технике.

(2) Геомембрана из полиэтилена высокой плотности

Геомембрана – это основной непроницаемый материал с хорошими свойствами защиты от просачивания и протечек. Он широко используется в плотинах, насыпях, шлюзах, подземных работах, перемычках, свалках и других проектах.

Роль геомембраны: фильтрация, дренаж, защита от просачивания, защита почвы, устойчивость к подземным шламам; для предотвращения смешения верхнего и нижнего слоев, чтобы локальная нагрузка распределялась равномерно. Технология применения геомембраны заключается в:

① Подходящий материал
② Разумная конструкция противофильтрационного слоя
③ Правильная и строгая конструкция

Меры по улучшению характеристик геомембраны и снижению затрат:
(1) добавление сажи может улучшить способность противостоять солнечному свету и ультрафиолетовым лучам и может замедлить старение;
(2) Включение солей свинца, бария, кальция и других производных может улучшить термостойкость и светостойкость материала;
(3) Включение смазок, таких как тальк, может улучшить работоспособность;
(4) Включение бактерицидов может предотвратить разрушение бактерий и т.д.

(3) Двухосная георешетка

Георешетка представляет собой плоский сетчатый материал с открытыми ячейками и высокой прочностью, образованный направленным растяжением полимерных материалов.

Особенности: высокая гибкость, пластичность, сопротивление усталости, химическая коррозионная стойкость почвы и грунтовых вод, устойчивость к плесени, хорошее сцепление с наполнителями. Геосетка в основном используется для армирования грунта и имеет инженерное применение. Широкий спектр армированных материалов.

Применение георешетки :
①Используется для армирования основания из мягкого грунта, увеличения прочности основания на сдвиг, улучшения несущей способности основания и обеспечения равномерной осадки основания;
② Его можно использовать для укрепления уклона фундамента, а крутой уклон можно установить на 1: 1,5, чтобы достичь цели меньшего использования земли и предотвратить водную эрозию;
③ На стыке половинной выемки и половинной засыпки, выемки и засыпки или расширения дорожного полотна укладка георешетки на стыке старого и нового дорожного полотна может уменьшить неравномерную осадку;
④ Его также можно использовать для дорожного покрытия, чтобы уменьшить трещины дорожного покрытия (в основном на нижней поверхности основания) и глубину колеи (в основном на верхней поверхности основания), чтобы продлить период обслуживания дорожного покрытия и уменьшить толщину дорожного покрытия. дорожное покрытие.
⑤ Он используется для задней части опоры моста или других искусственных сооружений, чтобы предотвратить оседание заполняющей части, чтобы уменьшить явление прыжка.

(4) Геокомпозит

Композитные геосинтетики представляют собой продукты, которые сочетают в себе два или более геосинтетических материалов . Эти продукты сочетают в себе свойства каждого комбинированного материала для удовлетворения конкретных потребностей проекта.

Различные проекты имеют разные комплексные функциональные требования, поэтому существует множество разновидностей композитных геотехнических материалов, которые в основном делятся на две категории: композитная геомембрана и композитный дренажный материал.

Композитная геомембрана представляет собой продукт, сочетающий в себе геомембрану и геотекстиль (включая тканые и нетканые формы). Или композитные геотехнические материалы, такие как армированные материалы. Он имеет множество функций и большой потенциал развития. Благодаря эффекту армирования тканью композитная мембрана обладает как характеристиками ткани, так и характеристиками мембраны, а также значительно повышается устойчивость к разрыву, разрыву и проколу. При проектировании приоритет отдается скорости деформации мембраны и прочности ткани.

 Преимущества композитной геомембраны :

① Композит с тканым геотекстилем , геомембрана может быть усилена, а защитная мембрана не будет повреждена внешними силами во время транспортировки или строительства;

② Нетканый геотекстильный композит не только обеспечивает усиление и защиту мембраны, но также играет роль дренажа и отвода воздуха и в то же время улучшает коэффициент трения поверхности мембраны.

Виды композитных дренажных материалов:

Дренажный материал, состоящий из пластиковой дренажной доски, нетканого материала и пластиковой сетчатой ​​трубы;

Дренажный материал, состоящий из нетканого материала, основного материала и геомембраны;

Дренажные материалы из нетканых материалов, сетчатых труб и геомембран;

Нетканые материалы, дренажные трубы из основного материала и т. д.

Мягкая дренажная труба, также известная как дренажный шланг, изготовлена ​​из высокопрочного стального проволочного кольца в качестве несущей стенки + материал для обертывания стенки трубы (с функциями обратной фильтрации, водопроницаемости и защиты).

(5) Другие геосинтетики

(1) Геотрубка

Геотуб представляет собой сплошной (или раздельный) мешкообразный материал из двухслойной полимерной ткани из химических волокон, который можно использовать вместо опалубки. Насос высокого давления обычно используется для проникновения бетона или раствора в геотрубу и, наконец, для формирования материала в виде плиты или другой формы. В основном используется для очистки техники.

(2) Геонет

  Geonet представляет собой плоский сетчатый геосинтетический материал, спрессованный из полос синтетического материала или синтетических смол, характеристики которого могут различаться в зависимости от размера, формы, толщины ячеек и методов производства.

       Основными особенностями геосетки являются низкая прочность на растяжение и высокое удлинение; соединение между геосеткой и наполнителем земляного полотна может повысить прочность земляного полотна на сдвиг; контролировать деформацию основания; предотвратить потерю верхнего слоя почвы на откосе земляного полотна.

Геосетки (geonet) для защиты откосов, озеленения и укрепления мягких оснований

       Он используется при обработке мягкого основания, укреплении дорожного полотна, защите откосов, укреплении опор мостов, защите береговых откосов, укреплении дна водохранилищ и других проектах. Укладка геосетки на откосы дорог может предотвратить скольжение камней и причинение вреда людям или транспортным средствам; обертывание балласта геосетками может предотвратить потерю балласта и деформацию дорожного полотна, а также повысить устойчивость дорожного полотна; укладка геосетокможет укрепить дорожное покрытие, чтобы предотвратить развитие трещин отражения; в качестве армирующего материала при заполнении подпорной стены геосетка может рассеивать напряжение грунта, ограничивать боковое смещение и повышать устойчивость; геосетка используется для изготовления габионов для плотин и каменных поверхностей. защита от эрозии, оползней и эрозии почвы.

(3) Геоячейка

  Георешетки представляют собой сотообразные трехмерные конструкции из полимеров, которые можно складывать для транспортировки и хранения, а затем открывать для использования во время строительства.

        Особенности: Открытая геоячейка может сохранять форму без изменений и наполняться грунтом. За счет ограничения бокового смещения грунта ячейкой можно значительно улучшить жесткость и прочность грунта. Он широко используется в армировании мягких грунтов и защитной инженерии.

3. Характеристический показатель геосинтетики

1. Характеристические показатели
(1) Физические показатели: толщина, эквивалентная апертура и др.;
(2) Механические показатели: прочность на растяжение, относительное удлинение, прочность на разрыв, удерживающая способность, прочность на расширение и т. д.;
(3) Индекс гидравлических характеристик: проницаемость, индекс засорения, поток воды и индекс противофильтрации
(4) Характеристики границы раздела: коэффициент трения грунта и геосинтетики и характеристики интерфейса взаимодействия
(5) Реологические свойства: коэффициент снижения сопротивления ползучести, длительная показатель временной усталостной прочности.
(6) Характеристики старения: коэффициент снижения интенсивности ультрафиолетового старения, индекс химической коррозионной стойкости, индекс ударопрочности при замораживании-оттаивании и сухом-влажном состоянии и т. д.

2. Меры против старения
(1) Факторы, влияющие на старение геосинтетических материалов :
Термическое окисление, вызванное теплом и температурой;
Фотоокисление ультрафиолетовыми лучами при солнечном свете;
Химическая и биологическая эрозия, сухое и мокрое воздействие, морозо-оттаивание и механический износ и др., среди которых сильное разрушающее действие оказывает фотоокисление;
(2) Меры по замедлению старения геосинтетических материалов :
добавление в сырье ингибиторов старения, таких как соответствующее количество антиоксидантов, светостабилизаторов и темного углерода, чтобы противостоять воздействию света, кислорода, тепла и других внешних факторов. на материале;
Примите защитные меры в проекте, такие как минимизация времени воздействия солнечных лучей на материалы, покрытие каменной почвой или глубокой водой и т. д.

Эта статья посвящена обзору развития и распространенным типам геосинтетических материалов . В следующей статье будет рассказано о применении и случаях использования геосинтетики , так что следите за обновлениями.