DE112021001752T5

DE112021001752T5 - Mehrschichtige integrale geogitter mit einer zellulären schichtstruktur, und verfahren zur herstellung und verwendung derselben

Info

Publication number: DE112021001752T5
Application number: DE112021001752.7T
Authority: DE
Inventors: Joseph Cavanaugh; Manoj Kumar Tyagi; Daniel Mark BAKER; Andrew Curson; Tom-Ross JENKINS; Andrew Edward WALLER; Daniel John GALLAGHER
Original assignee: Tensar International Corp
Current assignee: Tensar International Corp
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-01-12
Also published as: GB202216135D0; CO2023012509A2; GB2621936A; US20220275596A1; GB2609349A; ZA202307397B; JP2024507588A; EP4126498A4; AU2021430303A1; IL305380A; CR20230454A; US11753788B2; ZA202308286B; CN115515772A; CO2023010709A2; CN115515772B; BR112023017123A2; GB2609349B; KR20230148368A; GB2614142A

Abstract

Ein mehrschichtiges integrales Geogitter, das eine oder mehrere zelluläre Schichten aufweist, hat eine Vielzahl von orientierten mehrschichtigen Strängen, die durch teilweise orientierte mehrschichtige Verbindungsstellen mit einer Reihe von Öffnungen darin miteinander verbunden sind. Das mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten wird aus einer koextrudierten oder laminierten mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie hergestellt. Das integrale Geogitter hat einen mehrschichtigen Aufbau, wobei zumindest eine Außenschicht die zelluläre Struktur aufweist. Aufgrund der zellulären Schichtstruktur sorgt das mehrschichtige integrale Geogitter für eine erhöhte vertikale Komprimierbarkeit der Schicht unter Last, was zu verbesserten Materialeigenschaften führt, die Leistungsvorteile bei der Verwendung des mehrschichtigen integralen Geogitters zur Stabilisierung und Verstärkung von Boden, Bodenaggregaten oder anderen teilchenförmigen Materialien bieten.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung steht im Zusammenhang mit der US-Patentanmeldung Nr. 17/355,843 mit dem Titel „Multi-Axial Integral Geogrid and Methods of Making and Using Same“, die am 23. Juni 2021 eingereicht wurde, und der internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/ US2021/038863 mit dem Titel „Multi-Axial Integral Geogrid and Methods of Making and Using Same“, die am 24. Juni 2021 eingereicht wurde, und beansprucht deren Priorität; beide Anmeldungen stehen außerdem im Zusammenhang mit der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/043,627 mit dem Titel „Multi-Axial Integral Geogrid and Methods of Making and Using Same“, die am 24. Juni 2020 eingereicht wurde, der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/154,209 mit dem Titel „Multilayer Integral Geogrids Having a Cellular Layer Structure, and Methods of Making and Using Same“, die am 26. Februar 2021 eingereicht wurde, und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/154,588 mit dem Titel „Horizontal Mechanically Stabilizing Geogrid with Improved Geotechnical Interaction“, die am 26. Februar 2021 eingereicht wurde. Diese Anmeldung steht auch im Zusammenhang mit einer Patentanmeldung mit dem Titel „Horizontal Mechanically Stabilizing Geogrid with Improved Geotechnical Interaction“, die gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereicht wurde. Die Offenbarungen der genannten Anmeldungen werden hier durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein integrale Geogitter und andere orientierte Gitter, die zur strukturellen oder baulichen Verstärkung und Stabilisierung sowie für andere geotechnische Zwecke verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung solche integralen Geogitter mit einer mehrschichtigen Struktur, welche eine oder mehrere Schichten mit einer zellulären Struktur beinhaltet, die eine verbesserte vertikale Komprimierbarkeit und verbesserte Reibungseigenschaften des integralen Geogitters bietet. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls solche integralen Geogitter, die in der Lage sind, sich mit einer größeren Vielfalt und einem größeren Qualitätsbereich von Bodenaggregaten zu verbinden und diese zu stabilisieren, sowie andere wünschenswerte Eigenschaften aufweisen, die hier offenbart werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls Bodenstrukturen, die das integrale Geogitter der vorliegenden Erfindung enthalten, die sich durch ein verbessertes technisches Verhalten und verbesserte Eigenschaften auszeichnen, wie z.B. Dichte, Steifigkeit, Festigkeit und Duktilität.
Die Erfindung betrifft ebenfalls das Verfahren zur Herstellung solcher mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung solcher mehrschichtigen integralen Geogitter zur Verstärkung und Stabilisierung von Böden und Partikeln sowie Verfahren zur Verstärkung und Stabilisierung.
Für die Zwecke dieser Erfindung soll der Begriff „integrales Geogitter“ integrale Geogitter und andere integrale Gitterstrukturen umfassen, die durch Orientieren bzw. Ausrichten (d.h. Strecken bzw. Recken) eines polymeren Ausgangsmaterials in Form einer Folie bzw. Platte oder einer folienähnlichen bzw. plattenähnlichen Form mit der erforderlichen Dicke und mit darin hergestellten oder ausgebildeten Löchern oder Vertiefungen hergestellt werden.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Integrale polymere Gitterstrukturen mit Maschenöffnungen, die durch verschiedene geometrische Muster von im Wesentlichen parallelen, orientierten Strängen und dazwischen liegenden Verbindungstellen definiert sind, wie z.B. integrale Geogitter, werden seit über 35 Jahren hergestellt und verkauft. Solche Gitter werden hergestellt, indem eine einstückig gegossene Ausgangsfolie mit einem bestimmten Muster von Löchern oder Vertiefungen extrudiert und geformt wird, woraufhin die Folie kontrolliert uni- oder bi-axial gestreckt und in stark orientierte Stränge (im Folgenden auch als Rippen bezeichnet) und teilweise orientierte Verbindungsstellen umgewandelt wird, die durch die Löcher oder Vertiefungen gebildete Maschenöffnungen definieren. Durch eine solche Streckung und Orientierung der Folie in einer uniaxialen oder bi-axialen Richtung werden die Zugfestigkeit und der Modul der Stränge entwickelt. Diese integral orientierten Polymergitterstrukturen können zur Rückhaltung oder Stabilisierung von partikelförmigem Material in jeder geeigneten Form, wie Erde, Sand, Ton, Kies usw., und an jeder geeigneten Stelle, wie z.B. an der Seite einer Straße oder eines anderen Einschnitts oder einer Böschung, unter einer Straßenoberfläche, einer Landebahnoberfläche usw., verwendet werden.
Es wurde mit verschiedenen Formen und Mustern von Löchern experimentiert, um ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht oder eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit während des Herstellungsprozesses zu erreichen. Die Orientierung erfolgt unter kontrollierten Temperaturen und Verformungsgeschwindigkeiten. Zu den Variablen in diesem Prozess gehören das Streckungsverhältnis, das Molekulargewicht, die Molekulargewichtsverteilung und der Grad der Verzweigung oder Vernetzung des Polymers.
Die Herstellung und Verwendung solcher integralen Geogitter und anderer integraler Gitterstrukturen kann durch bekannte Techniken erfolgen. Wie in den US-Patenten Nr. 4.374.798 (Mercer), Nr. 4.590.029 (Mercer), Nr. 4.743.486 (Mercer und Martin), Nr. 4.756.946 (Mercer) und Nr. 5.419.659 (Mercer) ausführlich beschrieben, wird ein polymeres Ausgangsfolienmaterial zunächst extrudiert und dann gestanzt, um das erforderliche definierte Muster von Löchern oder Vertiefungen zu bilden. Das integrierte Geogitter wird dann durch das erforderliche Strecken und Orientieren des gestanzten Folienmaterials geformt.
Solche integralen Geogitter, sowohl uniaxiale integrale Geogitter als auch bi-axiale integrale Geogitter (zusammen „integrale Geogitter“ oder separat „uniaxiale integrale Geogitter“ oder „bi-axiale integrale Geogitter“) wurden von dem oben genannten Mercer in den späten 1970er Jahren erfunden und waren in den letzten 35 Jahren ein enormer kommerzieller Erfolg, der die Technologie der Verstärkung von Böden, Straßenunterbau und anderen Tiefbaukonstruktionen aus körnigen oder partikelförmigen Materialien völlig revolutionierte.
Mercer entdeckte, dass man mit einer relativ dicken, im Wesentlichen uniplanaren Polymer-Ausgangsfolie, bevorzugt in der Größenordnung von 1,5 mm (0,059055 Zoll) bis 4,0 mm (0,15748 Zoll) dick, mit einem Muster von Löchern oder Vertiefungen, deren Mittelpunkte auf einem fiktiven, im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Gitter aus Reihen und Spalten liegen, beginnen und die Ausgangsfolie entweder uniaxial oder bi-axial strecken kann, so dass sich die Orientierung der Stränge bis in die Verbindungsstellen erstreckt, ein völlig neues, im Wesentlichen uniplanares integrales Geogitter bilden kann. Wie von Mercer beschrieben, bedeutet „uniplanar“, dass alle Zonen des Folienförmigen Materials symmetrisch zur Mittelebene des Folienförmigen Materials sind.
In den US-Patentnummern 3.252.181 (Hureau), 3.317.951 (Hureau), 3.496.965 (Hureau), 4.470.942 (Beretta), 4.808.358 (Beretta) und 5.053.264 (Beretta) wird das Ausgangsmaterial mit dem erforderlichen Muster von Löchern oder Vertiefungen in Verbindung mit einer zylindrischen Polymerextrusion geformt, und eine wesentliche Unebenheit wird erreicht, indem die Extrusion über einen expandierenden Dorn geführt wird. Der aufgeweitete Zylinder wird dann in Längsrichtung geschlitzt, um eine flache, im Wesentlichen uniplanare Ausgangsfolie zu erhalten.
Ein weiteres integrales Geogitter wird in dem US-Patent Nr. 7.001.112 f ür Walsh (im Folgenden „Walsh-Patent '112“) beschrieben, das der Tensar International Limited, einem verbundenen Unternehmen der Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Patentanmeldung, der Tensar International Corporation, Inc. (im Folgenden „Tensar“) aus Atlanta, Georgia, erteilt wurde. Das Walsh-Patent '112 offenbart orientierte Polymer-Integralgeogitter, einschließlich eines bi-axial gestreckten Integralgeogitters, in dem orientierte Stränge dreieckige Maschenöffnungen mit einer teilweise orientierten Verbindungsstelle an jeder Ecke bilden und sechs hochorientierte Stränge an jeder Verbindungsstelle zusammentreffen (im Folgenden manchmal als „triaxiales Integralgeogitter“ bezeichnet). Die triaxialen integralen Geogitter des Walsh-Patents '112 wurden von Tensar mit großem Erfolg vermarktet.
Ein weiteres integrales Geogitter ist in den US-Patenten Nr. 9.556.580 (Walsh), 10.024.002 (Walsh) und 10.501.896 (Walsh) offenbart, die alle an Tensar Technologies Limited, ein weiteres verbundenes Unternehmen der Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Patentanmeldung, erteilt wurden. Die vorgenannten US-Patente Nr. 9.556.580 , 10.024.002 und 10.501.896 von Walsh offenbaren ein integrales Geogitter mit einem Verhältnis, das dem Fachmann als hohes Seitenverhältnis bekannt ist, d.h. ein Verhältnis der Dicke oder Höhe des Strangquerschnitts zur Breite des Strangquerschnitts, das größer als 1,0 ist. Es hat sich zwar gezeigt, dass die Leistung von multiaxialen integralen Geogittern durch die Verwendung einer Geogitterstruktur mit Rippen mit einem Seitenverhältnis von mehr als 1,0 verbessert werden kann, aber die Erhöhung des Seitenverhältnisses geht mit einer Erhöhung der erforderlichen Gesamtmenge an Polymer einher, wodurch sich das Gewicht und die Kosten des Geogitters erhöhen.
Traditionell werden für die Herstellung von integralen Geogittern hochmolekulare Homo- oder Copolymere wie Polypropylen und hochdichtes, hochmolekulares Polyethylen verwendet. Diesen Polymeren werden verschiedene Zusatzstoffe wie UV-Licht-Inhibitoren, Ruß, Verarbeitungshilfsmittel usw. zugesetzt, um die gewünschten Effekte im Endprodukt und/oder die Effizienz der Herstellung zu erzielen.
Und auch das Ausgangsmaterial für die Herstellung solcher integraler Geogitter ist in der Regel aus einer im Wesentlichen ebenen Folie mit einschichtigem Aufbau gebildet, d.h. einer homogenen Einzelschicht aus einem Polymermaterial.
Während ein integrales Geogitter, das aus den oben beschriebenen herkömmlichen Ausgangsmaterialien hergestellt wird, im Allgemeinen zufriedenstellende Eigenschaften aufweist, ist es strukturell und wirtschaftlich vorteilhaft, integrale Geogitter herzustellen, die, wenn sie in Bodenstrukturen eingebaut werden, einen relativ höheren Grad an Steifigkeit aufweisen, der für die Anforderungen bestimmter Anwendungen geeignet ist, wie z.B. geosynthetische Verstärkung, oder andere Eigenschaften haben, die für eine bestimmte geosynthetische Anwendung wünschenswert sind.
Daher bestand ein Bedarf an einem Ausgangsmaterial, das nicht nur für die mit der Herstellung von integralen Geogittern verbundenen Prozessbeschränkungen geeignet ist, sondern das auch, sobald das integrale Geogitter hergestellt und in Betrieb ist, einen höheren Grad an Steifigkeit für den Bodenaufbau bietet als herkömmliche Geogitter-Ausgangsmaterialien oder andere wünschenswerte Eigenschaften aufweist, die bei den derzeitigen einschichtigen integralen Geogittern nicht vorhanden sind, wie z.B. Dichte, Festigkeit und Duktilität.
Während ein integrales Geogitter, das aus den oben beschriebenen herkömmlichen Ausgangsmaterialien und in herkömmlichen Konfigurationen hergestellt wird, im Allgemeinen zufriedenstellende Eigenschaften aufweisen kann, ist es darüber hinaus strukturell und wirtschaftlich vorteilhaft, ein integrales Geogitter herzustellen, das eine Struktur und Geometrie aufweist, die in der Lage ist, sich mit einer größeren Vielfalt und einem größeren Qualitätsbereich von Bodenaggregaten zu verbinden und diese zu stabilisieren, und das für die Anforderungen bestimmter Anwendungen geeignet ist, wie z.B. geosynthetische Verstärkung oder mit anderen Eigenschaften, die für bestimmte geosynthetische Anwendungen wünschenswert sind.
Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf alle integralen Gitter anwendbar ist, unabhängig von dem Verfahren des Beginns der Folienbildung oder des Verfahrens der Orientierung des Ausgangsmaterials in das integrale Geogitter oder die Gitterstruktur. Der Gegenstand der vorstehenden US-Patente Nr. 3,252,181 , 3,317,951 , 3,496,965 , 4,470,942 , 4,808,358 , 5,053,264 , 7,001,112 , 9,556,580 , 10,024,002 und 10,501,896 wird ausdrücklich durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen, als ob die Offenbarungen hier in ihrer Gesamtheit dargelegt wären. Diese Patente werden zur Veranschaulichung zitiert und gelten nicht als allumfassend oder als Ausschluss anderer in der Technik bekannter Techniken zur Herstellung von integralen Polymergittermaterialien.
Trotz der funktionalen Eigenschaften, die mit den aktuellen einschichtigen integralen Geogittern verfügbar sind, gibt es Leistungsverbesserungen, die gegenüber dem Stand der Technik bei integralen Geogittern noch erreicht werden müssen. Eine solche Verbesserung ist in der US-Anmeldung Nr. 15/766,960 (im Folgenden „die '960-Anmeldung“; veröffentlicht als US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2018/0298582 A1 ) offenbart, die ebenfalls Tensar International Limited zugeordnet ist. Die '960-Anmeldung offenbart verschiedene Ausführungsformen für koextrudierte mehrschichtige Polymerfolien als Ausgangsmaterial für die Herstellung von integralen Geogittern. Aufgrund der Struktur des koextrudierten mehrschichtigen Ausgangsmaterials ergeben die koextrudierten mehrschichtigen Folienkomponenten nach der Extrusion und Orientierung integrale Geogitter mit verbesserten Materialeigenschaften, die Leistungsvorteile bei der geosynthetischen Bodenverstärkung bieten.
Eine der in der Anmeldung '960 offenbarten Ausführungsformen ist ein dreischichtiges integrales Geogitter, das aus einer koextrudierten dreischichtigen Ausgangsfolie hergestellt wird, wobei die mittlere Schicht des orientierten integralen Geogitters eine expandierte oder „geschäumte“ Struktur aufweist. Laut der Anmeldung '960 bestehen die einzigen Vorteile der expandierten oder geschäumten Mehrschichtstruktur in geringeren Rohstoffkosten und einem geringeren Gewicht des Geogitters und „können wünschenswerte physikalische und chemische Eigenschaften der geschäumten Schicht an sich beinhalten“. Weitere Vorteile, die mit der expandierten oder geschäumten Mehrschichtstruktur verbunden sind, werden nicht offenbart. Der Gegenstand der Anmeldung '960 wird ausdrücklich durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen, als ob die Offenbarung hier in ihrer Gesamtheit dargelegt wäre.
Bislang können mit den derzeitigen integralen Geogitterprodukten, die mit den derzeitigen Produktions-/Verfahrenstechnologien hergestellt werden, multiaxiale Geogitterprodukte mit den gewünschten Eigenschaften und Merkmalen erzeugt werden; die derzeitige Prozess-/Produktionstechnologie erlaubt jedoch keine Änderungen des Materialtyps innerhalb des Querschnitts des gesamten Geogitters. Um die gewünschten physikalischen, mechanischen und geometrischen Eigenschaften zu erreichen, die die Leistung verbessern, ist daher eine erhebliche Erhöhung der Polymermenge erforderlich.
Darüber hinaus schränkt die derzeitige Prozess-/Produktionstechnologie die Möglichkeit ein, bestimmte leistungssteigernde Parameter zu erhöhen oder zu verbessern und gleichzeitig andere Parameter zu kontrollieren oder nicht zu ändern, die bei einer Änderung die Leistung verringern.
Darüber hinaus ist die derzeitige Prozess-/Produktionstechnologie nicht auf die Verwendung unterschiedlicher Polymermaterialien in verschiedenen Teilen der Geogitterstruktur orientiert, um die Leistung zu maximieren.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an integralen Geogittern, die eine bessere „anfängliche Kompatibilität“ zwischen dem Bodenaggregat und dem Geogitter ermöglichen und somit die Bodenaggregatdichte nach der Verdichtung maximieren und dadurch jede mögliche verbleibende Bodenaggregatbewegung oder Neupositionierung minimieren, die normalerweise nach der Verdichtung und in den Anfangsphasen der „in Betrieb befindlichen“ Lasten auftreten würde. Genauer gesagt besteht ein Bedarf an einem integralen Geogitter, das die oben genannten Eigenschaften aufweist, indem es für eine erhöhte Komprimierbarkeit der Schicht unter Last sorgt. Der Begriff „anfängliche Kompatibilität“ wird hier im Sinne einer Maximierung der Bodenaggregatdichte nach Abschluss der Verdichtung verwendet, um dadurch eine mögliche Bewegung oder Positionierung des Bodenaggregats zu minimieren, die normalerweise nach der Verdichtung und in den Anfangsphasen der „in Betrieb befindlichen“ Lasten auftreten würde.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte funktionelle Leistung von multiaxialen integralen Geogittern durch die Verbesserung bestimmter physikalischer, mechanischer und geometrischer Eigenschaften der multiaxialen integralen Geogitterstruktur zu erreichen, die die funktionelle Leistung verbessert, z.B. durch die Modifizierung und/oder Einbeziehung anderer neuer physikalischer, mechanischer und geometrischer Eigenschaften. Durch sorgfältige physische Positionierung und Manipulation der Menge verschiedener polymerer Materialien, die die gewünschten mechanischen und physikalischen Eigenschaften aufweisen, an bestimmten Stellen der integralen Geogitterstrukturen und durch Optimierung aller anderen physikalischen Parameter der Geogitterstruktur können erhebliche Leistungsverbesserungen erzielt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines mehrschichtigen integralen Geogitters, dessen Schichten modifiziert sind, um die erforderliche Polymermenge zu verringern, indem das Polymer in diesen Schichten von einer festen, d.h. kontinuierlichen Struktur in eine zelluläre Struktur umgewandelt wird, d.h. eine Struktur, in der eine Vielzahl von Hohlräumen, Kavitäten, Poren, Rissen, Blasen, Löchern oder anderen Arten von Öffnungen, d.h. zellulären Öffnungen, dispergiert sind, die gemäß den hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Insbesondere wurde nach der Einreichung der Anmeldung '960 überraschend entdeckt, dass eine verbesserte anfängliche Kompatibilität zwischen dem Bodenaggregat und den Schichten des mehrschichtigen integralen Geogitters mit der zellulären Struktur erreicht werden kann, wenn bestimmte Parameter für die Schichten mit der zellulären Struktur in das Geogitter aufgenommen werden, wie hier offenbart. Diese Parameter umfassen die Folgenden:

1. die minimale Rippendicke oder -höhe des mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt bevorzugt etwa 0,5 mm bis etwa 6 mm, und besonders bevorzugt etwa 1,15 mm bis etwa 4 mm.
2. das Seitenverhältnis der Rippen des mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt bevorzugt etwa 0,75 bis etwa 3,0, und besonders bevorzugt etwa 1 bis etwa 2.
3. die Anfangshöhe oder -dicke der einen oder mehreren zellulärer Schichten an ihrer dünnsten Stelle (wahrscheinlich der Mittelpunkt der Stränge oder Rippen) nach dem Strecken etwa 0,1 mm bis etwa 4 mm und bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 3 mm beträgt;
4. die zellulären Öffnungen der einen oder mehreren zellulären Schichten zumindest 20 % des Volumens der einen oder mehreren zellulären Schichten und bevorzugt etwa 30 % bis etwa 50 % ausmachen;
5. die eine oder mehrere zelluläre Schichten eine minimale „Zerdrückbarkeit“ oder Höhenverringerung unter Last von zumindest 20 % und bevorzugt von etwa 30 % bis etwa 50 % aufweisen; und
6. die eine oder mehrere zelluläre Schichten eine Höhe oder Dicke haben, die zumindest 10 % der Gesamthöhe des endgültigen integralen Geogitters beträgt, und bevorzugt von etwa 20 % bis etwa 35 %.

Durch die Einbeziehung der oben genannten physikalischen Eigenschaften in das mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung wird die anfängliche Kompatibilität zwischen dem Bodenaggregat und dem Geogitter nach Abschluss der Verdichtung verbessert. Und durch die Verbesserung der anfänglichen Kompatibilität wird jede mögliche verbleibende Bewegung oder Neupositionierung des Bodenaggregats, die normalerweise während und nach der Verdichtung in den Anfangsphasen der „in Betrieb befindlichen“ Last auftreten würde, reduziert. Dadurch wird die Fahrbahn oder eine andere Transportfläche, oder Bodenaggregat- oder Bodenschicht zum Zeitpunkt des Baus besser stabilisiert und verbessert, und Verformungen oder Bewegungen, die während der Nutzung oder Last im Betrieb auftreten, werden verringert.
Genauer gesagt sorgt die vorliegende Erfindung durch die Verwendung des mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten für eine verbesserte Mikrointeraktion, da die Schichten aus komprimierbarem Polymer dazu dienen, die Bodenaggregatteilchen zu verschachteln und die maximalen Eigenschaften des Bodenaggregats zu fördern und zu erhalten.
Darüber hinaus kann durch eine sorgfältige Modifizierung des Polymers zur Verringerung der Dichte und/oder des Volumens des Polymers in einer oder mehreren Schichten der extrudierten Folie, die zur Herstellung des mehrschichtigen integralen Geogitters verwendet wird, eine integrale Geogitterstruktur geschaffen werden, die die gleichen physischen Abmessungen wie herkömmliche integrale Geogitter aufweist, jedoch mit weniger Polymermaterial und somit geringeren Kosten.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf integrale Geogitter mit einem mehrschichtigen Aufbau gerichtet, von denen zumindest eine Schicht eine zelluläre Struktur aufweist, um die vorgenannten Aufgaben zu lösen. Diese mehrschichtigen Geogitter werden hier oft als integrale Geogitter bezeichnet, von denen zumindest eine Schicht eine zelluläre Struktur aufweist, oder, einfacher ausgedrückt, als „mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten“ oder „mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten“. Aufgrund der mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten bieten die mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Schichtkomprimierbarkeit unter Last und andere wünschenswerte Eigenschaften.
Genauer gesagt enthalten die Schicht oder Schichten mit der zellulären Struktur eine Verteilung einer Vielzahl von zellulären Öffnungen, d.h. Hohlräume, Kavitäten, Poren, Risse, Blasen, Löcher oder andere Arten von Öffnungen darin. Die zelluläre Struktur kann mit einer geschäumten Struktur der Schicht verbunden sein oder mit einem partikelförmigen Füllstoff, der in der Schicht verteilt ist, oder mit jedem anderen Verfahren zur Erzeugung zellulärer Öffnungen in der zellulären Schicht.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit drei oder mehr Schichten werden die komprimierbaren Schichten mit einer zellulären Struktur bevorzugt zumindest als die beiden äußeren (oder äußeren oder „Kappen“) Schichten des mehrschichtigen integralen Geogitters angeordnet. Es hat einzigartige geomechanische Vorteile, wenn die beiden Außenschichten komprimierbar sind. Ein wichtiger Vorteil ist, dass die komprimierbaren Außenschichten es dem Bodenaggregat ermöglichen, nicht nur durch die Öffnungen zu stoßen und in den Öffnungen eingeschlossen zu werden, sondern auch in den Außenschichten des integralen Geogitters eingebettet zu werden, wodurch ein Phänomen entsteht, das hier manchmal als „Crush-Fit“ bezeichnet wird. Wenn das Bodenaggregat in die Oberfläche der zellulären Außenschichten des integralen Geogitters „eingeklemmt“ ist, kann das integrale Geogitter eine verbesserte seitliche Rückhaltung des Bodenaggregats unter Last bieten, indem es der Bewegung des Bodenaggregats durch verbesserte Reibungseigenschaften der Oberfläche der zellulären Außenschichten und durch die Bindungswirkung, die durch die teilweise in die Oberfläche der zellulären Außenschichten eingeklemmten Bodenaggregatteilchen entsteht, widersteht.
Da sich die zellulären Außenschichten durch ihre Brechbarkeit sowohl plastisch als auch elastisch verformen lassen, drückt sich das Bodenaggregat in die Außenschicht und verbindet sich mit deren Oberfläche. Gleichzeitig drückt die Oberfläche der Außenschicht zurück, wodurch die Bindung und der „Quetschsitz“ zwischen dem Bodenaggregat und dem mehrschichtigen integralen Geogitter verstärkt werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der Erfindung kann der zerdrückbare Charakter der zellulären Außenschichten das Potenzial haben, eine chemische Verbindung mit den umgebenden Böden herzustellen. Durch die Kombination einer verbesserten Geometrie, wie sie hier beschrieben ist, mit einer verbesserten technischen Außenschichtstruktur bietet das mehrschichtige integrale Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Leistung durch verbesserten Einschluss und seitlichen Rückhalt des Bodenaggregats.
Ein Hauptmerkmal des mehrschichtigen integralen Geogitters gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Komprimierbarkeit oder Brechbarkeit der zellulären Schicht oder Schichten. In der oben beschriebenen dreischichtigen Ausführung ist beispielsweise die Komprimierbarkeit der beiden äußeren zellulären Schichten wichtig, damit sich das Bodenaggregat in die Oberfläche des integralen Geogitters einbetten kann. Idealerweise ist jede komprimierbare Schicht haltbar genug, um den Prozess der Einbettung in teilchenförmigem Material zu tolerieren (d.h., sie widersteht der Ablösung von anderen Schichten oder der Zerkleinerung) und wird unter Last um zumindest 20% komprimiert. Außerdem federt die komprimierbare Schicht um zumindest 85 % zurück. Ein grundlegendes Konzept der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die zelluläre Schicht ausreichend komprimierbar ist, um das Bodenaggregat während der Einbettung aufzunehmen, aber auch um „zurückzuprallen“, da die komprimierbare zelluläre Schicht gegen das Bodenaggregat zurückdrückt, um das mehrschichtige integrale Geogitter an Ort und Stelle zu „binden“. Es wird davon ausgegangen, dass die Quetschung und der Rückprall die Leistung durch Reibung und Bindung verbessern, was zu einer verbesserten seitlichen Rückhaltung des Bodenaggregats führt.
Darüber hinaus kann die Struktur der mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten umfassen, die koextrudiert oder laminiert werden. Die Erzeugung der zellulären Öffnungen in der Schicht mit der zellulären Struktur kann während der Extrusion/Laminierung oder während des Streckens/Orientierens oder in beiden Fällen erfolgen.
Und die resultierenden mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer Schicht oder Schichten mit einer zellulären Struktur und mit der Vielzahl von orientierten mehrschichtigen Strängen, die durch die teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen miteinander verbunden sind und eine Reihe von Öffnungen dazwischen aufweisen, können in einer Vielzahl von sich wiederholenden geometrischen Mustern, wie hier beschrieben, konfiguriert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ausgangsmaterial zur Herstellung von mehrschichtigen integralen Geogittern mit einer oder mehreren zellulären Schichten eine mehrschichtige Polymer-Ausgangsfolie mit Löchern oder Vertiefungen darin, die eine Reihe von geformten Öffnungen bilden, wenn das Ausgangsmaterial bi-axial gestreckt wird. Die mehrschichtige polymere Ausgangsfolie umfasst eine oder mehrere Schichten, die in der Lage sind, die zelluläre Struktur zu bilden. Zwei bevorzugte Ausführungsformen werden hier im Einzelnen beschrieben. In der ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Schicht, die die zelluläre Struktur bilden kann, ein Schaummittel, das bei der Extrusion der Schicht und/oder der Streckung/Orientierung der Ausgangsfolie die zelluläre Schicht als Teil des endgültigen mehrschichtigen Geogitters bildet (im Folgenden manchmal „die geschäumte Ausführungsform“).
In der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Schicht, die zur Bildung der zellulären Struktur fähig ist, einen in der Schicht dispergierten partikelförmigen Füllstoff, der beim Strecken/Orientieren der Ausgangsfolie die zelluläre Struktur in der Schicht als Teil des endgültigen mehrschichtigen Geogitters erzeugt (im Folgenden manchmal „Ausführungsform des Füllstoffs“). Gemäß bevorzugten Ausführungsformen können die Schichten der mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie koextrudiert oder miteinander laminiert werden.
Zusätzlich zu den beiden bevorzugten Ausführungsformen, die hier im Einzelnen beschrieben sind, kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch andere Verfahren zur Herstellung der zellulären Öffnungen für die zelluläre(n) Schicht(en) in Betracht, die von Fachleuten erdacht werden können, wie z.B. Gasinjektion oder ähnliches, solange die zellulären Öffnungen, die sich in der zellulären Schicht befinden, mit den hier dargelegten Parametern übereinstimmen.
Gemäß spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten eine Vielzahl von orientierten mehrschichtigen Strängen, die durch teilweise orientierte mehrschichtige orientierte Verbindungsstellen miteinander verbunden sind und eine Reihe von Öffnungen dazwischen aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform hat ein dreischichtiges integrales Geogitter eine nicht zelluläre Schicht, die zwischen zwei Außenschichten mit zellulären Strukturen angeordnet ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform weist ein mehrschichtiges integrales Geogitter ein sich wiederholendes Muster einer nicht zellulären Schicht auf, die zwischen zwei Schichten mit zellulären Strukturen eingefügt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das mehrschichtige integrale Geogitter eine nicht zelluläre Schicht auf, die mit einer benachbarten Schicht mit zellulärer Struktur verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten ein rechteckiges Geogitter mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster von teilweise orientierten Verbindungsstellen, die orientierte Stränge miteinander verbinden, welche rechteckige Öffnungen definieren. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten ein triaxiales Geogitter mit einem sich wiederholenden hexagonalen bzw. sechseckigen geometrischen Muster von teilweise orientierten Verbindungsstellen, die orientierte Stränge miteinander verbinden, welche dreieckige Öffnungen definieren. Und gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten ein Geogitter mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster von teilweise orientierten Verbindungsstellen, die orientierte Stränge miteinander verbinden, welche äußere Hexagone bzw. Sechsecke bilden, wobei jedes der äußeren Hexagone sechs innere miteinander verbundene orientierte Stränge umgibt und trägt, welche in der Form eines inneren Hexagons bzw. Sechsecks geformt sind und eine kleinere hexagonale Öffnung definieren, die hier als ein „sich wiederholendes schwebendes Hexagon innerhalb eines Hexagonalmusters“ bezeichnet wird. „Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die das „sich wiederholende schwebende Hexagon innerhalb eines Hexagonalmusters“ aufweist, wird hier manchmal auch als „hexagonale“ Ausführungsform bezeichnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Bodenstruktur eine Masse aus teilchenförmigem Material, die durch Einbetten eines mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten und mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster der im vorhergehenden Absatz beschriebenen Art verstärkt und stabilisiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für ein mehrschichtiges integrales Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten das Bereitstellen einer mehrschichtigen polymeren Ausgangsfolie mit einer oder mehreren Schichten, die in der Lage sind, solche Schichten mit einer zellulären Struktur als Teil des endgültigen mehrschichtigen Geogitters zu bilden, und das Bereitstellen von Löchern oder Vertiefungen darin, die ein sich wiederholendes geometrisches Muster von teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen bereitstellen, die orientierte mehrschichtige Stränge miteinander verbinden und Öffnungen definieren, wenn das Ausgangsmaterial bi-axial gedehnt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten das Bereitstellen einer mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie mit einer oder mehreren Schichten, die in der Lage sind, solche Schichten mit einer zellulären Struktur als Teil des endgültigen mehrschichtigen Geogitters zu bilden, das Bereitstellen von Löchern oder Vertiefungen darin und das bi-axiale Strecken der mehrschichtigen Polymerfolie mit den Löchern oder Vertiefungen darin, um ein sich wiederholendes geometrisches Muster von teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen bereitzustellen, die orientierte mehrschichtige Stränge miteinander verbinden und Öffnungen darin definieren.
Und gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Verstärkung einer Masse aus teilchenförmigem Material das Einbetten eines mehrschichtigen integralen Geogitters in die Masse aus teilchenförmigem Material, das eine oder mehrere zelluläre Schichten aufweist und ein sich wiederholendes geometrisches Muster aus teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen aufweist, die orientierte mehrschichtige Stränge miteinander verbinden und Öffnungen definieren.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mehrschichtiges integrales Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten bereitzustellen, um ein integrales Geogitter mit erhöhter Schichtkomprimierbarkeit unter Last bereitzustellen. Das mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten kann eine nicht-zelluläre Schicht aufweisen, die zwischen zwei Schichten mit einer zellulären Struktur angeordnet ist, kann ein sich wiederholendes Muster einer nicht-zellulären Schicht aufweisen, die zwischen zwei Schichten mit einer zellulären Struktur angeordnet ist, oder kann eine nicht-zelluläre Schicht aufweisen, die mit einer benachbarten Schicht mit einer zellulären Struktur verbunden ist.
Daher ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausgangsmaterial zur Herstellung eines mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten bereitzustellen. Das mehrschichtige polymere Ausgangsmaterial umfasst eine oder mehrere Schichten, die in der Lage sind, die zelluläre Struktur zu bilden. In einer ersten Ausführungsform, d.h. der geschäumten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, enthält die Schicht, die die zelluläre Struktur bilden kann, ein Schaummittel, das bei der Extrusion der Schicht und/oder beim Strecken/Orientieren der Ausgangsfolie die zelluläre Schicht als Teil des endgültigen mehrschichtigen Geogitters bildet. In einer zweiten Ausführungsform, d.h. der Füllstoff-Ausführungsform, gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Schicht, die zur Bildung der zellulären Struktur fähig ist, einen in der Schicht dispergierten partikelförmigen Füllstoff, der beim Strecken/Orientieren der Ausgangsfolie die zelluläre Struktur in der Schicht als Teil des endgültigen mehrschichtigen Geogitters erzeugt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von mehrschichtigen integralen Geogittern mit einer oder mehreren zellulären Schichten und mit einer Vielzahl von orientierten mehrschichtigen Strängen, die durch teilweise orientierte mehrschichtige Verbindungsstellen miteinander verbunden sind und eine Anordnung von Öffnungen dazwischen aufweisen, die aus einer mehrschichtigen polymeren Ausgangsfolie hergestellt wird. Das mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten kann ein rechteckiges Geogitter sein, das ein sich wiederholendes geometrisches Muster von teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen aufweist, die orientierte mehrschichtige Stränge miteinander verbinden und rechteckige Öffnungen definieren, ein triaxiales Geogitter mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster von teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen, die orientierte mehrschichtige Stränge miteinander verbinden und dreieckige Öffnungen definieren, oder ein Geogitter mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster von teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen, die orientierte mehrschichtige Stränge miteinander verbinden und äußere Hexagone definieren, von denen jedes ein inneres orientiertes Hexagon umgibt und trägt, d.h., das „sich wiederholende schwebende Hexagon innerhalb eines Hexagonalmusters. “
Eine zugehörige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Geometrie bereitzustellen, die mit einer größeren Vielfalt und einem größeren Qualitätsbereich von Bodenaggregaten in Eingriff kommen und diese stabilisieren kann als Geometrien, die mit früheren Geogitterstrukturen verbunden sind, während sie gleichzeitig eine verbesserte Komprimierbarkeit und andere wünschenswerte Eigenschaften bietet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bodenstruktur bereitzustellen, die eine Masse aus teilchenförmigem Material enthält, das durch die Einbettung eines mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten und mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster, wie hier beschrieben, verstärkt und stabilisiert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten bereitzustellen, das das Bereitstellen einer mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie mit einer oder mehreren Schichten, die in der Lage sind, solche Schichten mit einer zellulären Struktur als Teil des endgültigen mehrschichtigen Geogitters zu bilden, und das Bereitstellen von Löchern oder Vertiefungen darin umfasst, die ein sich wiederholendes geometrisches Muster von teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen bereitstellen, die orientierte mehrschichtige Stränge miteinander verbinden und Öffnungen definieren, wenn das Ausgangsmaterial bi-axial gedehnt wird.
Die mehrschichtige Polymer-Ausgangsfolie kann durch Koextrusion der mehreren Schichten oder durch Laminieren der mehreren Schichten aneinander hergestellt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen integralen Geogittern mit einer oder mehreren zellulären Schichten bereitzustellen, das das Bereitstellen einer mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie mit einer oder mehreren Schichten, die in der Lage sind, solche Schichten mit einer zellulären Struktur als Teil des endgültigen mehrschichtigen Geogitters zu bilden, das Bereitstellen von Löchern oder Vertiefungen darin und das bi-axiale Strecken der mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie umfasst, um ein sich wiederholendes geometrisches Muster von teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen, die orientierte mehrschichtige Stränge miteinander verbinden, und Öffnungen bereitzustellen. Das Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen integralen Geogitter mit rechteckigen oder dreieckigen Öffnungen kann auf bekannte Geogitter-Herstellungsverfahren zurückgreifen, wie sie in den oben genannten US-Patenten Nr. 4,374,798 , 4,590,029 , 4,743,486 , 5,419,659 , 7,001,112 , 9,556,580 , 10,024,002 und 10,501,896 sowie in anderen Patenten beschrieben sind. Das Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen integralen Geogitters mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster aus teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungstellen, die orientierte mehrschichtige Stränge miteinander verbinden und äußere Hexagone definieren, von denen jedes ein orientiertes inneres Hexagon umgibt und stützt, kann ein Herstellungsverfahren verwenden, wie es im Folgenden beschrieben wird.
Insbesondere liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen integralen Geogittern mit einer oder mehreren zellulären Schichten bereitzustellen, bei dem die Schicht mit der zellulären Struktur hergestellt wird, indem zunächst eine geschäumte Struktur in einer Schicht der mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie, die zur Bildung solcher Schichten fähig ist, bereitgestellt wird und dann die mehrschichtige Polymer-Ausgangsfolie derart orientiert wird, dass das geschäumte Material gestreckt wird und die zelluläre Struktur entsteht.
Dementsprechend ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen integralen Geogittern mit einer oder mehreren zellulären Schichten bereitzustellen, bei dem die Schicht mit der zellulären Struktur hergestellt wird, indem zunächst ein teilchenförmiger Füllstoff in einer Schicht der mehrschichtigen polymeren Ausgangsfolie dispergiert wird, die in der Lage ist, solche Schichten zu bilden, und dann die mehrschichtige polymere Ausgangsfolie derart orientiert wird, dass die Dispersion des teilchenförmigen Füllstoffs gestreckt wird und die zelluläre Struktur entsteht, während sich der teilchenförmige Füllstoff teilweise von dem polymeren Schichtmaterial ablöst.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verstärkung einer Masse aus teilchenförmigem Material bereitzustellen, das die Einbettung eines mehrschichtigen integralen Geogitters in die Masse aus teilchenförmigem Material umfasst, das eine oder mehrere zelluläre Schichten aufweist und ein sich wiederholendes geometrisches Muster aus teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen hat, die orientierte mehrschichtige Stränge und Öffnungen miteinander verbinden.
Die zahlreichen Vorteile, die mit dem mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind, sind vielfältiger Natur.
Dadurch, dass die mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten der vorliegenden Erfindung nicht nur einen mehrschichtigen Aufbau haben, sondern zumindest eine Schicht davon eine zelluläre Struktur aufweist, sorgen die integralen Geogitter für eine erhöhte Komprimierbarkeit des mehrschichtigen integralen Geogitters unter Last.
Darüber hinaus sorgt die mehrschichtige Beschaffenheit der mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten der vorliegenden Erfindung für eine insgesamt stärkere Einbindung der Bodenaggregate durch das integrale Geogitter im Vergleich zu früheren einschichtigen integralen Geogittern. Darüber hinaus sind die mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung aufgrund der einen oder mehreren zellulären Schichten durch eine strukturelle Nachgiebigkeit gekennzeichnet, d.h. eine anfängliche Nachgiebigkeit oder Flexibilität, die zu einer besseren Verdichtung und höheren Dichte führt, jedoch mit einer endgültigen integralen Geogitter-Verbundsteifigkeit, wenn sie in eine Bodenstruktur eingebaut wird, die als Ergebnis der anfänglichen Nachgiebigkeit des mehrschichtigen integralen Geogitters größer ist.
Darüber hinaus bieten bestimmte Ausführungsformen der mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten der vorliegenden Erfindung höhere Seitenverhältnisse an allen Strängen im Vergleich zu jenen früherer integraler Geogitter. Da das höhere Seitenverhältnis, das mit bestimmten Ausführungsformen der integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung verbunden ist, die Verzahnung der Bodenaggregate erhöht, können die mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten der vorliegenden Erfindung besser die unterschiedlichen Seitenverhältnisse der Bodenaggregate aufnehmen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die zellulären Schichten des mehrschichtigen integralen Geogitters gemäß der vorliegenden Erfindung einzigartige physikalische und mechanische Eigenschaften und Verhaltensweisen im integralen Geogitterprodukt erzeugen. Während des Einbringens und Verdichtens von Bodenaggregaten in das mehrschichtige integrale Geogitter wird angenommen, dass die Beschaffenheit der komprimierbaren, zellulären Außenschichten in den Rippen und Knoten zusammen mit anderen wissenschaftlich entwickelten Aspekten des Geogitters für eine bessere anfängliche Kompatibilität zwischen den Bodenaggregaten und dem Geogitter sorgt, wodurch die Bodenaggregatdichte nach dem Verdichten verbessert wird und jede mögliche verbleibende Bodenaggregatbewegung oder Neupositionierung, die normalerweise nach dem Verdichten und in den anfänglichen Phasen der Betriebslasten auftreten würde, verringert wird. Es wird davon ausgegangen, dass die oben erwähnte anfängliche Kompatibilität des mehrschichtigen integralen Geogitters gemäß der vorliegenden Erfindung einen wesentlichen Beitrag zur Verringerung der Verformung leistet, die bei der Verwendung des Geogitters auftritt, ohne dass damit eine Verpflichtung verbunden ist. Der Vorteil der anfänglichen Kompatibilität, die mit der vorliegenden Erfindung verbunden ist, wird zum Beispiel durch die Testergebnisse auf einem Labor-Handelsgerät belegt, bei dem deutlich weniger Durchgänge erforderlich sind, um einen stabilisierten Zustand des mehrschichtigen integralen Geogitters gemäß der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Darüber hinaus sind verschiedene Ausführungsformen des mehrschichtigen integralen Geogitters gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass mit weniger Material als bei Geogittern des Standes der Technik größere Rippenhöhen und mit weniger Material als bei Geogittern des Standes der Technik ein größeres Seitenverhältnis erreicht wird. Aufgrund der erhöhten Flexibilität und Biegsamkeit der Rippen in der Ebene und der erhöhten Steifigkeit außerhalb der Ebene sorgen die mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung für eine verbesserte Interaktion zwischen Geogitter und Gestein und somit für einen besseren Eingriff.
Somit bieten die mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung durch die ein- oder mehrzellulären Schichten nicht nur eine erhöhte Komprimierbarkeit der Schichten unter Last, sondern auch eine erhöhte Einbindung und Rückhaltung der Bodenaggregate als Produkt zur Stabilisierung der Bodenaggregate.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile, die später ersichtlich werden, liegen in den Einzelheiten der Struktur und des Betriebs, wie sie nachstehend ausführlicher beschrieben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die einen Teil dieses Dokuments bilden, in dem sich gleiche Bezugszeichen durchgehend auf gleiche Teile beziehen. Die beigefügten Zeichnungen dienen der Veranschaulichung der Erfindung, sind aber nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Schnitts eines triaxialen dreischichtigen integralen Geogitters mit zwei Außenschichten mit einer zellulären Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine Querschnittsansicht davon im Vordergrund hervorgehoben ist.
2 zeigt eine uniplanare dreischichtige Polymer-Ausgangsfolie für das in 1 gezeigte triaxiale mehrschichtige integrale Geogitter, bevor darin Löcher oder Vertiefungen ausgebildet werden.
3 ist eine perspektivische Draufsicht auf die in 2 gezeigte Ausgangsfolie, in die Löcher für die Bildung des in 1 gezeigten triaxialen integralen Geogitters gestanzt sind.
4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 3 gezeigten Ausgangsfolie.
5 zeigt eine uniplanare fünfschichtige Polymer-Ausgangsfolie für ein triaxiales fünfschichtiges integrales Geogitter mit zwei Außenschichten und der innersten Schicht mit einer zellulären Struktur, bevor darin Löcher oder Vertiefungen gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
6 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts eines triaxialen, fünfschichtigen integralen Geogitters mit zwei Außenschichten und der innersten Schicht mit einer zellulären Struktur, die mit der in 5 gezeigten Ausgangsfolie assoziiert ist.
7 ist eine Draufsicht auf ein rechteckiges dreischichtiges integrales Geogitter mit zwei Außenschichten mit einer zellulären Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine perspektivische Ansicht des in 7 gezeigten rechteckigen dreischichtigen integralen Geogitters mit zwei Außenschichten und einer zellulären Struktur.
9 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine Ausgangsfolie mit darin ausgebildeten Löchern zur Bildung des in 7 gezeigten rechteckigen dreischichtigen integralen Geogitters mit zwei Außenschichten und einer zellulären Struktur.
10 ist eine Draufsicht auf ein hexagonales dreischichtiges integrales Geogitter mit zwei Außenschichten mit einer zellulären Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine perspektivische Ansicht des in 10 gezeigten hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters mit zwei Außenschichten und einer zellulären Struktur.
12 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine Ausgangsfolie mit darin ausgebildeten Löchern zur Bildung des in 10 gezeigten hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters mit zwei Außenschichten und einer zellulären Struktur.
13 ist eine perspektivische Ansicht eines hexagonalen zweischichtigen integralen Geogitters mit einer zellulären Schicht und einer nichtzellulären Schicht.
14 zeigt eine uniplanare zweischichtige Polymer-Ausgangsfolie für das in 13 gezeigte hexagonale zweischichtige integrale Geogitter, bevor darin Löcher oder Vertiefungen ausgebildet werden.
15 ist eine perspektivische Draufsicht auf die Ausgangsfolie mit den darin ausgebildeten Löchern zur Bildung des in 13 gezeigten hexagonalen zweischichtigen integralen Geogitters.
16 ist eine Draufsicht auf eine mögliche Größe und einen möglichen Abstand für die Löcher, die an der Ausgangsfolie von 12 dargestellt sind.
Die 17A-17E zeigen die Hypothese eines Kompressionsmechanismus eines dreischichtigen integralen Geogitters mit zwei Außenschichten und einer zellulären Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung, das einer Last ausgesetzt ist.
Die 18A-18C zeigen die Hypothese eines biegsamen Rippenmechanismus der beiden Außenschichten eines dreischichtigen integralen Geogitters, das zwei Außenschichten mit einer zellulären Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, die unter einer aufgebrachten Last steht, und demonstrieren sowohl die vertikale als auch die horizontale Biegsamkeit des integralen Geogitters.
19 zeigt Diagramme, die einen Vergleich des nicht-elastischen Rippenverhaltens auf der Grundlage einer Ausgangsfolie eines herkömmlichen einschichtigen integralen Geogitters mit dem elastischen Rippenverhalten einer Ausgangsfolie des mehrschichtigen integralen Geogitters mit zwei Außenschichten mit einer zellulären Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
20 veranschaulicht die isotropen Eigenschaften, die mit den dreieckigen geometrischen Merkmalen eines triaxialen mehrschichtigen integralen Geogitters, wie in den 1 und 6 dargestellt, verbunden sind.
21 veranschaulicht die isotropen Eigenschaften, die mit den durchgehenden Rippen in drei Richtungen verbunden sind, was ein strukturelles geometrisches Merkmal eines hexagonalen mehrschichtigen integralen Geogitters ist, wie es in den 10, 11 und 13 dargestellt ist.
22 zeigt auf einem triaxialen Geogitter eine Überlagerung eines offenen zentralen Hexagons in Verbindung mit dem hexagonalen mehrschichtigen integralen Geogitter, wie es in den 10, 11 und 13 dargestellt ist.
23 zeigt das offene zentrale Hexagon und die sechs Rippenelemente, die mit dem hexagonalen mehrschichtigen integralen Geogitter, wie es in den 10, 11 und 13 dargestellt ist, verbunden sind.
24 ist eine Teilgrundrissansicht, die die verschiedenen Stranglängen des hexagonalen mehrschichtigen integralen Geogitters, wie es in den 10, 11 und 13 dargestellt ist, zeigt.
25 veranschaulicht die Wirkung einer erhöhten Rippenhöhe auf die Oberflächenverformung für ein hexagonales dreischichtiges integrales Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung, das jenem in den 10 und 11 gezeigten ähnlich ist.
26 zeigt die Wirkung einer größeren Rippenhöhe auf die Oberflächenverformung in Verbindung mit den in 25 dargestellten Prüfergebnissen.
27 ist eine Tabelle, in der die Wirkungen einer größeren Rippenhöhe auf die Oberflächenverformung in Verbindung mit den in den 25 und 26 dargestellten Prüfergebnissen zusammengefasst sind.
28 ist ein Diagramm der erhöhten Rippenhöhe, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, im Vergleich zu der Höhe, die mit einem festen einschichtigen Geogitter erreicht werden kann.
29 ist ein Diagramm der reduzierten Masse pro Flächeneinheit, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, im Vergleich zu der Masse, die mit einem festen einschichtigen Geogitter erreicht werden kann
30 ist ein Diagramm der verbesserten Leistung, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, im Vergleich zu der Leistung, die mit einem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter erreicht werden kann.
31 ist eine Tabelle, die die strukturellen Daten des hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten und des hexagonalen festen einschichtigen Geogitters zusammenfasst, das in den in 30 dargestellten Testergebnissen verwendet wurde.
32 ist eine weitere Darstellung der verbesserten Leistung, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der mit einem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter erreichbaren Leistung erzielt werden kann.
33 ist eine Tabelle, in der die strukturellen Daten des hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten und des hexagonalen festen einschichtigen Geogitters, das in den in 32 dargestellten Testergebnissen verwendet wurde, zusammengefasst sind.
34 ist ein Diagramm der verbesserten Komprimierbarkeit, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, im Vergleich zu jener, die mit einem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter erreicht werden kann.
35 ist eine Tabelle, die die Kraft zusammenfasst, die erforderlich ist, um eine bestimmte Komprimierbarkeit zu erzeugen, die mit dem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung und dem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter verbunden ist, das in den in 34 dargestellten Testergebnissen verwendet wurde.
36 ist ein Diagramm der Steifigkeit, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, im Vergleich zu der Steifigkeit, die mit einem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter erreicht werden kann.
37 ist eine Tabelle, welche die Spannungen und Dehnungen zusammenfasst, die mit dem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten und dem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter verbunden sind, das in den in 36 dargestellten Testergebnissen verwendet wurde.
38 ist eine partielle Draufsicht, die die verschiedenen Stranglängen des hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters, wie es in den 10 und 11 dargestellt ist, und die durchgehenden Rippen, die mit der linken Maschinenrichtung, der rechten Maschinenrichtung und der Querrichtung verbunden sind, ähnlich wie in 21 gezeigt, veranschaulicht.
39 ist eine Draufsicht auf eine mögliche Größe und einen möglichen Abstand für die Löcher, die mit der Ausgangsfolie verbunden sind, die verwendet wird, um das in 38 gezeigte hexagonale dreischichtige integrale Geogitter herzustellen.
40 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Teilschnitts eines hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters mit zwei Außenschichten mit einer zellulären Struktur gemäß der in 11 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
41 zeigt eine Versuchsvorrichtung zur Messung der Komprimierbarkeit von integralen Geogittern gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
42 zeigt ein Diagramm, das einen Vergleich der Komprimierbarkeit verschiedener Ausführungsformen von integralen Geogittern gemäß der vorliegenden Erfindung mit integralen Geogittern ohne eine Schicht mit einer zellulären Struktur unter Verwendung der in 41 dargestellten Vorrichtung veranschaulicht.
43 zeigt ein Diagramm, das einen Vergleich der Komprimierbarkeit verschiedener Ausführungsformen integraler Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung mit anderen integralen Geogittern, die keine Schicht mit einer zellulären Struktur aufweisen, unter Verwendung der in 41 dargestellten Vorrichtung veranschaulicht.
44 zeigt ein weiteres Versuchsgerät, einen Folienlastprüfstand („PLTR“), der zur Messung der Verschiebung von integralen Geogittern gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
45 zeigt ein Diagramm, das einen Vergleich der Verdrängung verschiedener Ausführungsformen von integralen Geogittern gemäß der vorliegenden Erfindung mit anderen integralen Geogittern ohne eine Schicht mit einer zellulären Struktur unter Verwendung der in 44 gezeigten Vorrichtung veranschaulicht.
46 zeigt ein weiteres Diagramm, das einen Vergleich der Verdrängung verschiedener Ausführungsformen von integralen Geogittern gemäß der vorliegenden Erfindung mit anderen integralen Geogittern ohne Schicht mit zellulärer Struktur unter Verwendung der in 44 gezeigten Vorrichtung veranschaulicht.
47 zeigt ein Diagramm zum Vergleich der Wirkung der Komprimierbarkeit auf das Verhältnis zwischen Rippenquerschnittsverhältnis und Oberflächenverformung für zwei integrale Geogitter, von denen eines eine Schicht mit zellulärer Struktur aufweist.
48 zeigt ein Diagramm zum Vergleich der Wirkung der Komprimierbarkeit auf das Verhältnis zwischen Rippenquerschnittsverhältnis und Oberflächenverformung für zwei andere integrale Geogitter, von denen eines eine Schicht mit einer zellulären Struktur aufweist.
49 zeigt ein Diagramm, das einen Vergleich der Basisgeometrie mit der Fähigkeit des Rippenquerschnittsverhältnisses zur Beeinflussung der Oberflächenverformung für zwei integrale Geogitter ohne Schicht mit zellulärer Struktur veranschaulicht.
50 zeigt eine Tabelle, die einen Vergleich der Vorteile der Basisgeometrie bei ähnlich komprimierbaren integralen Geogittern veranschaulicht.
51 zeigt ein Diagramm, das einen Vergleich der Wirkung der Basisgeometrie auf das Verhältnis zwischen Rippenquerschnittsverhältnis und Oberflächenverformung in ähnlich komprimierbaren integralen Geogittern veranschaulicht.
52 zeigt eine Tabelle, die einen Vergleich der Wirkung der Lage der Schicht mit einer zellulären Struktur in mehrschichtigen integralen Geogittern auf die Oberflächenverformung für eine einzelne Basisgeometrie veranschaulicht.
53 zeigt ein Diagramm, das für die in 52 dargestellte einfache Basisgeometrie einen Vergleich der Wirkung der Position der Schicht mit einer zellulären Struktur auf das Verhältnis zwischen Rippen-Seitenverhältnis und Oberflächenverformung veranschaulicht.
54 zeigt eine weitere Tabelle, die einen Vergleich der Wirkungen der Lage der Schicht mit zellulärer Struktur in mehrschichtigen integralen Geogittern auf die Oberflächenverformung für die in 52 dargestellte Geometrie mit einer einzigen Basis veranschaulicht.
55 zeigt ein weiteres Diagramm, das für die in 52 dargestellte Geometrie mit einer einzigen Basis die Wirkung der Position der Schicht mit einer zellulären Struktur auf das Verhältnis zwischen Rippen-Seitenverhältnis und Oberflächenverformung vergleicht.
56 zeigt eine Tabelle, die einen Vergleich zwischen dem integralen Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung mit der in 52 dargestellten einfachen Basisgeometrie und einem Geogitter des Standes der Technik ohne eine Schicht mit einer zellulären Struktur hinsichtlich der Wirkung auf die Oberflächenverformung der Schicht mit einer zellulären Struktur veranschaulicht.
57 zeigt ein Diagramm, das für das integrale Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung mit der in 52 dargestellten einfachen Basisgeometrie und ein Geogitter nach dem Stand der Technik ohne eine Schicht mit einer zellulären Struktur den Einfluss der Komprimierbarkeit der Schicht mit einer zellulären Struktur auf das Verhältnis zwischen Rippenquerschnittsverhältnis und Oberflächenverformung vergleicht.
58 zeigt ein Diagramm, das die Druckkraft in Abhängigkeit von der Verschiebung für eine Weichschaum-Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt.
59 zeigt ein Diagramm, das die Druckkraft in Abhängigkeit von der Verschiebung für eine Hartschaum-Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Obwohl nur bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden, versteht es sich, dass die Erfindung in ihrem Umfang nicht auf die Details der Struktur und Anordnung der Komponenten, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen dargestellt sind, beschränkt ist. Wie im Folgenden beschrieben, kann die vorliegende Erfindung auch in anderen Ausführungsformen und auf verschiedene Weise ausgeführt werden.
Auch bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen wird der Klarheit halber auf eine bestimmte Terminologie zurückgegriffen. Es ist beabsichtigt, dass jeder Begriff seine weiteste Bedeutung hat, wie sie von Fachleuten verstanden wird, und alle technischen Äquivalente einschließt, die in ähnlicher Weise funktionieren, um einen ähnlichen Zweck zu erreichen.
Der Begriff „zellulär“ wird hier gemäß einer allgemein anerkannten Definition verwendet, d.h. er bezieht sich auf ein Material, in dem eine Vielzahl von Hohlräumen, Kavitäten, Poren, Rissen, Blasen, Löchern oder anderen Arten von Öffnungen verteilt sind, die nach den hier beschriebenen Verfahren hergestellt wurden. In ähnlicher Weise bedeutet der Begriff „nicht-zellulär“ ein Material, das keine Hohlräume, Poren, Blasen, Löcher oder andere Arten von Öffnungen enthält, die nach den hier beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, d.h. eine Struktur aufweist, die im Allgemeinen kontinuierlich oder fest ist. Die vorgenannten Hohlräume, Poren, Risse, Blasen, Löcher oder andere Arten von Öffnungen, die nach den hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden und die zelluläre Struktur bilden, werden hier manchmal als „zelluläre Öffnungen“ bezeichnet.
Die Begriffe „koextrudiert“, „koextrudieren“ und „koextrudieren“ werden hier gemäß ihrer allgemein anerkannten Definition verwendet, d.h. sie beziehen sich auf ein Verfahren, das mit zwei oder mehr polymeren Materialien beginnt, die zusammen extrudiert und in einer einzigen Düse geformt werden, um eine mehrschichtige Folie (Englisch „sheet“, Deutsch auch „Folie“) zu bilden.
Die Begriffe „laminiert“, „laminieren“ und „Laminierung“ werden hier entsprechend ihrer allgemein anerkannten Definition verwendet, d.h. sie beziehen sich auf ein Verfahren, bei dem zunächst zwei oder mehr Polymerfolien in einem Herstellungsprozess einzeln hergestellt und dann in einem weiteren Herstellungsschritt miteinander verbunden oder verklebt werden, um so eine mehrschichtige Folie aus zwei oder mehr Schichten zu schaffen.
Der hier verwendete Begriff „Crush Fit“ beschreibt ein Material, das ausreichend komprimierbar ist, so dass es sich an die Form und Beschaffenheit eines stärkeren und/oder steiferen Materials über oder auf ihm anpasst, sobald eine ausreichende Kraft aufgebracht wird, und sich physisch anpasst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten eine nicht zelluläre Schicht auf, die zwischen zwei Außenschichten mit einer zellulären Struktur angeordnet ist, um ein dreischichtiges integrales Geogitter zu bilden. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten ein sich wiederholendes Muster einer nicht zellulären Schicht auf, die zwischen zwei Schichten mit zellulären Strukturen eingefügt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten eine nicht zelluläre Schicht auf, die mit einer benachbarten Einzelschicht mit zellulärer Struktur verbunden ist.
Genauer gesagt umfassen die mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten eine Vielzahl von orientierten mehrschichtigen Strängen, die durch teilweise orientierte mehrschichtige Verbindungsstellen miteinander verbunden sind und eine Reihe von Öffnungen dazwischen aufweisen, wobei jeder der orientierten mehrschichtigen Stränge und jede der teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen eine Vielzahl von Schichten aufweist, die eine oder mehrere zelluläre Schichten umfassen, und wobei die Vielzahl von Schichten sowohl entlang jedes der orientierten mehrschichtigen Stränge als auch entlang jeder der teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen in Kontakt sind.
Noch spezifischer ist, dass die eine oder mehrere zelluläre Schicht(en) eine Verteilung einer Vielzahl von Hohlräumen, Kavitäten, Poren, Blasen, Löchern oder anderen Arten von Öffnungen darin enthalten. Diese zelluläre Struktur kann mit einer geschäumten Struktur der Schicht verbunden sein oder mit einem partikelförmigen Füllstoff, der in der gesamten Schicht verteilt ist, um eine Ausdehnung der zellulären Schicht in dem endgültigen mehrschichtigen integralen Geogitter zu erzeugen.
Und, wie hier ebenfalls verwendet, bezieht sich der Begriff „Ausdehnung“ bzw. „Expansion“, wenn er verwendet wird, um die oben erwähnte(n) eine(n) oder mehrere zelluläre(n) Schicht(en) zu beschreiben, auf die Fähigkeit der zellulären Schicht(en), sich während der verschiedenen Stufen der Bildung des mehrschichtigen integralen Geogitters gemäß der vorliegenden Erfindung auszudehnen bzw. zu expandieren. Der Begriff „expandiert“, wenn er zur Beschreibung der vorgenannten einen oder mehreren zellulären Schichten verwendet wird, bezeichnet die Struktur der zellulären Schicht nach der Bildung des mehrschichtigen integralen Geogitters durch Dehnung, um das Geogitter auszurichten, einschließlich der damit verbundenen Verformung (einschließlich einer Vergrößerung) der Vielzahl von Hohlräumen, Hohlräumen, Poren, Rissen, Blasen, Löchern oder anderen Arten von Öffnungen, die in der zellulären Schicht vorhanden sind, d.h. die zellulären Öffnungen.
Darüber hinaus kann die mehrschichtige Struktur Schichten aufweisen, die koextrudiert oder laminiert werden. Die Ausdehnung der Schicht mit der zellulären Struktur kann während der Extrusion/Laminierung oder der Streckung/Orientierung oder beidem erfolgen. Und das resultierende mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten und einer Vielzahl von orientierten mehrschichtigen Strängen, die durch die teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen miteinander verbunden sind und eine Reihe von Öffnungen dazwischen aufweisen, kann in einer Vielzahl von sich wiederholenden geometrischen Mustern konfiguriert sein, wie hier beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst ein dreischichtiges integrales Geogitter 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (hier ein triaxiales integrales Geogitter), das zwischen einer ersten zellulären Außenschicht 210 und einer zweiten zellulären Außenschicht 230 angeordnet ist, eine dritte Schicht, d.h. eine nicht-zelluläre Innenschicht 220.
Wie oben erwähnt, enthalten die erste zelluläre Außenschicht 210 und die zweite zelluläre Außenschicht 230 eine Verteilung von zellulären Öffnungen 250 darin. Die zellulären Öffnungen 250 können mit einer geschäumten Struktur der ersten zellulären Außenschicht 210 und der zweiten zellulären Außenschicht 230 verbunden sein, wobei die zellulären Öffnungen ursprünglich während der Koextrusion der Ausgangsfolie gebildet wurden und anschließend durch das Strecken der perforierten Ausgangsfolie während der Bildung des integralen Geogitters in ihrer Form verformt, d.h. in ihrer Größe erweitert wurden. Oder die zellenförmigen Öffnungen 250 können mit einem partikelförmigen Füllstoff verbunden sein, der in der ersten zellenförmigen Außenschicht 210 und der zweiten zellenförmigen Außenschicht 230 verteilt ist, wobei die zellenförmigen Öffnungen in der Nähe des partikelförmigen Füllstoffs durch das Dehnen der perforierten Ausgangsfolie während der Bildung des integralen Geogitters entstanden sind.
Gemäß der geschäumten Ausführungsform der ersten zellulären Außenschicht 210 und der zweiten zellulären Außenschicht 230 kann die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Schaummittels aufweisen, um eine expandierte erste zelluläre Außenschicht 210 und eine expandierte zweite zelluläre Außenschicht 230 bereitzustellen, d.h. jede mit einer zellulären geschäumten Struktur. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die Schichten des integralen Geogitters durch Koextrusion hergestellt werden (siehe unten), besteht ein mögliches Verfahren darin, ein chemisches Treibmittel mit dem Polymer zu mischen, das zur Bildung der expandierten ersten zellulären Außenschicht 210 und der expandierten zweiten zellulären Außenschicht 230 extrudiert wird. Die zum Schmelzen des Polymers erzeugte Wärme zersetzt den chemischen Schaumbildner, wodurch ein Gas freigesetzt wird. Das Gas wird dann in der Polymerschmelze dispergiert und dehnt sich beim Austritt aus der Düse aus. Dadurch werden die erste Außenschicht 210 und die zweite Außenschicht 230 aufgeschäumt, um die zellulären Schichten zu bilden, d.h. Schichten, die eine Vielzahl von zellulären Öffnungen aufweisen. Ähnlich wie beim chemischen Schäumen wird auch das Einblasen eines Gases, das zur Bildung der ersten zellulären Außenschicht 210 und der zweiten zellulären Außenschicht 230 führt, als ein Schäumungsprozess gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung betrachtet.
Gemäß der Ausführungsform des partikelförmigen Füllstoffs in der ersten zellulären Außenschicht 210 und der zweiten zellulären Außenschicht 230 wird bei der vorliegenden Erfindung eine Dispersion eines partikelförmigen Füllstoffs verwendet, um eine expandierte erste zelluläre Außenschicht 210 und eine zweite zelluläre Außenschicht 230 bereitzustellen, d.h. jeweils mit einer zellulären Struktur. Die Einbeziehung eines solchen teilchenförmigen Füllstoffs in die erste zelluläre Außenschicht 210 und die zweite zelluläre Außenschicht 230 schafft ein Produkt mit einem dickeren, d.h. höheren Profil, das zu einer verbesserten Leistung des integrierten Geogitters in bestimmten Anwendungsbereichen führen kann. Je nach Anwendungsbereich, in dem das mehrschichtige integrale Geogitter eingesetzt werden soll, können solche partikelförmigen Füllstoffe beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Elemente enthalten: CaCO₃ (Calciumcarbonat), wasserhaltige Magnesiumsilikate (Talk), CaSiO₃ (Wollastonit), Calciumsulfat (Gips), Kieselgur, Titandioxid, Nano-Füllstoffen (wie Nano-Ton), mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen („MWCNT“), einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen („SWCNT“), natürlichen oder synthetischen Fasern, Metallfasern, Glasfasern, Dolomit, Kieselerde, Glimmer und Aluminiumhydrat.
Sowohl bei der geschäumten als auch bei der gefüllten Ausführung können das Strukturmaterial der ersten zellulären Außenschicht 210 und das Strukturmaterial der zweiten zellulären Außenschicht 230 identisch oder unterschiedlich sein, wobei dasselbe Material bevorzugt wird. Im Allgemeinen unterscheidet sich das Strukturmaterial der nicht zellulären Innenschicht 220 von dem Strukturmaterial der ersten zellulären Außenschicht 210 und dem Strukturmaterial der zweiten zellulären Außenschicht 230.
Vorgeschlagene Ausführungsformen der Erfindung umfassen eine, in der eine oder mehrere der geschäumten Schichten in Verbindung mit einer oder mehreren festen Schichten verwendet werden, eine, in der eine oder mehrere der Füllstoffschichten in Verbindung mit einer oder mehreren festen Schichten verwendet werden, und eine, in der eine oder mehrere der geschäumten Schichten und eine oder mehrere der Füllstoffschichten in Verbindung mit einer oder mehreren festen Schichten verwendet werden.
2 zeigt eine uniplanare dreischichtige Polymer-Ausgangsfolie 100 für das in 1 gezeigte dreischichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten 200, bevor darin Löcher oder Vertiefungen gebildet werden.
Wie in 2 dargestellt, handelt es sich bei der mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie 100 um eine dreischichtige Folie im Sinne der Erfindung. Das heißt, bevorzugt umfasst die Folie 100 eine erste äußere Expansionsschicht 110, eine zweite äußere Expansionsschicht 130 und eine nicht-zelluläre Innenschicht 120. Die erste äußere Expansionsschicht 110 und die zweite äußere Expansionsschicht 130 sind auf gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der nichtzellulären Innenschicht 120 angeordnet, bevorzugt in einer uniplanaren oder im Wesentlichen uniplanaren Konfiguration. Darüber hinaus, während die dreischichtige Konfiguration der Folie 100 zu Zwecken der Veranschaulichung gezeigt ist, erwägt die Erfindung die Verwendung einer Folie mit mehreren Schichten, die in verschiedenen Konfigurationen angeordnet sind, mehreren Schichten mit verschiedenen Kombinationen von Dicken, und mehreren Schichten mit verschiedenen Materialien der Struktur, die alle als durch die besondere Anwendung vorgegeben werden, in der das integrale Geogitter verwendet werden soll. Während die dreischichtige Konfiguration der Folie 100 zur Veranschaulichung gezeigt wird, kann die Erfindung auch für Folien mit mehr als drei Schichten verwendet werden. Im Allgemeinen werden die Schichtkonfiguration, die Schichtdicken und die Strukturmaterialien der Schichten so ausgewählt, dass nicht nur eine einfache Herstellung des integralen Geogitters möglich ist, sondern auch ein integrales Geogitter mit dem gewünschten Grad an Komprimierbarkeit, Steifigkeit und anderen Leistungseigenschaften.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das mehrschichtige integrale Geogitter zwei Schichten aufweisen, d.h. eine nicht zelluläre Schicht, die mit einer einzigen angrenzenden Schicht mit zellulärer Struktur verbunden ist. Geogitter werden üblicherweise auf einer Bodenformation wie Ton, Schluff oder Sand verlegt. Bei allen genannten Materialien handelt es sich um „feinkörnige“ Materialien, d.h. um Materialien, deren Partikelgröße nur einen sehr kleinen Teil der Größe der Geogitteröffnungen ausmacht. Und dann werden typischerweise „große“ (d.h. 0,25 Zoll bis 3 Zoll Durchmesser) körnige Bodenaggregate an dem Geogitter installiert. Es wird angenommen, dass die komprimierbare, d.h. zelluläre Schicht am besten so angeordnet ist, dass die körnigen Bodenaggregate an der komprimierbaren Schicht platziert werden. Es wird angenommen, dass es weniger wichtig ist, dass die komprimierbaren Schichten in Kontakt mit den feinkörnigen Böden stehen. Dementsprechend würde ein solches zweischichtiges integrales Geogitter beim Einbau eine feste Schicht an der Unterseite und eine kompressible Schicht an der Oberseite aufweisen.
Wie in 13 gezeigt (unten im Detail beschrieben), hat das mehrschichtige integrale Geogitter 1500 gemäß der vorliegenden Erfindung die oben beschriebene nicht-zelluläre Schicht, die mit einer einzigen benachbarten Schicht mit einer zellulären Struktur verbunden ist. Das heißt, anstatt eine nicht-zelluläre Schicht zwischen zwei zellulären Schichten aufzuweisen, weist ein zweischichtiges integrales Geogitter 1500 gemäß der vorliegenden Erfindung eine zelluläre Schicht 1510 und eine nicht-zelluläre Schicht 1520 auf. Wie in 14 gezeigt, umfasst die zweischichtige Polymer-Ausgangsfolie 1700, die mit der zweischichtigen integralen Geogitter-Ausführungsform der Erfindung verbunden ist, eine äußere Expansionsschicht 1710 und eine nichtzelluläre Schicht 1720.
Wie oben beschrieben, ist die dreischichtige Polymer-Ausgangsfolie 100, die als Ausgangsmaterial für ein dreischichtiges integrales Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bevorzugt durchgestanzt, obwohl es möglich sein kann, stattdessen darin ausgebildete Vertiefungen zu verwenden. Gemäß der Ausführungsform, bei der Vertiefungen in der Folie ausgebildet sind, sind die Vertiefungen auf jeder Seite der Folie 100 vorgesehen, d.h. sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite der Folie. Außerdem erstrecken sich die Vertiefungen in jede Schicht der mehrschichtigen Folie.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Gesamtdicke der dreischichtigen Polymer-Ausgangsfolie 100 etwa 2 mm bis etwa 12 mm und gemäß einer noch bevorzugteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Gesamtdicke der Folie 100 etwa 4 mm bis etwa 10 mm.
Was die einzelnen Dicken der Folienschichten betrifft, so beträgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Dicke der ersten expandierenden Außenschicht 110 etwa 0,5 mm bis etwa 4 mm, die Dicke der nicht expandierenden Innenschicht 120 etwa 0,5 mm bis etwa 4 mm und die Dicke der zweiten expandierenden Außenschicht 130 etwa 0,5 mm bis etwa 4 mm, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Gesamtdicke der Ausgangsfolie 100 etwa 2 mm bis etwa 12 mm beträgt. Und gemäß einer noch bevorzugteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Dicke der ersten expandierten Außenschicht 110 etwa 1 mm bis etwa 3 mm, die Dicke der nicht expandierten Innenschicht 120 etwa 1 mm bis etwa 3 mm und die Dicke der zweiten expandierten Außenschicht 130 etwa 1 mm bis etwa 3 mm.
Im Allgemeinen sind die Schichten der Ausgangsfolie polymerer Natur. Das polymere Material der ersten äußeren Expansionsschicht 110, der nicht zellulären Innenschicht 120 und der zweiten äußeren Expansionsschicht 130 kann das gleiche sein oder sich voneinander unterscheiden. Bevorzugt sind das Strukturmaterial der ersten Expansionsaußenschicht 110 und das Strukturmaterial der zweiten Expansionsaußenschicht 130 dasselbe. Bevorzugt ist das Strukturmaterial der nichtzellulären Innenschicht 120 ein anderes als das Strukturmaterial sowohl der ersten expandierenden Außenschicht 110 als auch des Strukturmaterials der zweiten expandierenden Außenschicht 130.
Zu den Strukturmaterialien können beispielsweise Polyolefine mit hohem Molekulargewicht und Polymere mit breiter Molekulargewichtsverteilung gehören. Der Begriff „hochmolekulares“ Polyolefin bezeichnet bekanntlich ein Harz mit einer Schmelzflussrate („MFR“; auch bekannt als Schmelzflussindex („MFI“)) gemäß ASTM D 1238-20 von weniger als 1. Der Begriff „Polymer mit breiter Molekulargewichtsverteilung“ bezeichnet bekanntlich ein Harz mit Molekülketten, die in ihrer Größe variieren und durch eine breite binomische Verteilungskurve in einem Molekulargewichtsverteilungsdiagramm dargestellt werden. Darüber hinaus kann es sich bei den polymeren Materialien um Neuware oder um recycelte Materialien handeln, wie z.B. postindustrielle oder post-consumer recycelte polymere Materialien. Auch die Verwendung einer oder mehrerer Polymerschichten, die kostengünstiger sind als die oben genannten hochmolekularen Polyolefine und Polymere mit breiter Spezifikation, wird in Betracht gezogen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Strukturmaterial der ersten Expansions-Außenschicht 110 und das Strukturmaterial der zweiten Expansions-Außenschicht 130 ein Polymer mit breiter Spezifikation, wie z.B. ein neues Polypropylen („PP“), oder ein recyceltes PP, wie z.B. ein postindustrielles PP oder ein anderes recyceltes PP. Der hier verwendete Begriff „Polymer mit breiter Spezifikation“ bedeutet ein Polymer mit einem MFR (oder MFI), gemessen nach ASTM D 1238-20, von 1 bis 6 und einem Aschegehalt, gemessen nach ASTM D 4218-20, von weniger als 6 %. Gemäß derselben bevorzugten Ausführungsform ist das Strukturmaterial der nichtzellulären Innenschicht 120 ein hochmolekulares Polyolefin, wie z.B. ein PP. Je nach der besonderen Anwendung des integralen Geogitters können jedoch polymere Komponenten mit einem anderen Strukturmaterial als Polypropylen in die mehrschichtige polymere Ausgangsfolie 100 aufgenommen werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die mehrschichtige Polymer-Ausgangsfolie 100 durch Koextrusion der Schichten, wie sie in der oben genannten Anmeldung '960 offenbart ist, oder durch Laminierung getrennt hergestellter Schichten hergestellt werden. Beispielsweise kann die Laminierung getrennt hergestellter Schichten durch Wiedererwärmen und Erweichen einer Oberfläche jeder der getrennt hergestellten Schichten erreicht werden, wobei eine Schicht auf die andere gelegt wird, so dass die wiedererwärmten und erweichten Oberflächen aneinander angrenzen, und dann Druck ausgeübt wird, der zur Verschmelzung der getrennt hergestellten Folien miteinander führt.
3 ist eine perspektivische Draufsicht auf die in 2 gezeigte mehrschichtige Polymer-Ausgangsfolie 100, in die Löcher 140 zur Bildung des in 1 gezeigten triaxialen integralen Geogitters 200 gestanzt sind. 4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 3 gezeigten dreischichtigen Polymer-Ausgangsfolie 100.
Die Größe und der Abstand der in 4 gezeigten Löcher 140 entsprechen den Angaben im Walsh-Patent 112. Gemäß 1 enthält das triaxiale dreischichtige integrale Geogitter 200 mit einer oder mehreren zellulären Schichten hoch orientierter Stränge 205 und teilweise orientierter Verbindungsstellen 235, wie ebenfalls im Walsh-Patent '112 offenbart. Die zweite äußere Expansionsschicht 130 der dreischichtigen Polymer-Ausgangsfolie 100 (in 3 dargestellt) wurde gestreckt und in die zweite zelluläre Außenschicht 230 der Stränge 205 und der Verbindungsstellen 235 orientiert. In ähnlicher Weise wurde die erste äußere Expansionsschicht 110 der dreischichtigen Polymer-Ausgangsfolie 100 gestreckt und in die zweite zelluläre Außenschicht 210 der Stränge 205 und der Verbindungsstellen 235 orientiert. Während die zweite äußere Expansionsschicht 130 und die erste äußere Expansionsschicht 110 gedehnt und orientiert werden, wird die nichtzelluläre Innenschicht 120 ebenfalls gedehnt und in die mittlere Schicht 220 sowohl der Stränge 205 als auch der Verbindungsstellen 235 orientiert.
Wie oben erwähnt, wurde die dreischichtige Konfiguration der mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie 100 zur Veranschaulichung dargestellt, doch die vorliegende Erfindung umfasst auch mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten, die mehr als drei Schichten aufweisen, und die Verwendung von Ausgangsfolien mit mehr als drei Schichten.
Beispielsweise kann die Ausgangsfolie eine fünfschichtige Konfiguration aufweisen, wie die in 5 gezeigte mehrschichtige Polymer-Ausgangsfolie 400. Die Ausgangsfolie 400 umfasst eine mittlere Expansionsschicht 420, eine erste nicht zelluläre Innenschicht 410, eine zweite nicht zelluläre Innenschicht 430, eine erste expandierende Außenschicht 440 und eine zweite expandierende Außenschicht 450. Die erste nicht-zelluläre Innenschicht 410 und die zweite nicht-zelluläre Innenschicht 430 sind auf gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der mittleren Expansionsschicht 420 angeordnet, bevorzugt in einer uniplanaren oder im Wesentlichen uniplanaren Konfiguration. Die erste äußere Expansionsschicht 440 und die zweite äußere Expansionsschicht 450 sind auf gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der ersten nicht zellulären Innenschicht 410 bzw. der zweiten nicht zellulären Innenschicht 430 angeordnet, bevorzugt in einer uniplanaren oder im Wesentlichen uniplanaren Konfiguration.
In der konkreten Ausführungsform der Erfindung, die in 5 dargestellt ist, wird die mehrschichtige Polymer-Ausgangsfolie 400 durch Koextrudieren oder Laminieren eines ersten Materials, das die mittlere Expansionsschicht 420 bildet, eines zweiten Materials, das die erste nicht zelluläre Innenschicht 410 bildet, eines dritten Materials, das die zweite nicht zelluläre Innenschicht 430 bildet, eines vierten Materials, das die erste Expansionsschicht 440 bildet, und eines fünften Materials, das die zweite expansive Außenschicht 450 bildet, hergestellt.
Im Allgemeinen kann das polymere Material der mittleren Expansionsschicht 420, der ersten nicht zellulären Innenschicht 410, der zweiten nicht zellulären Innenschicht 430, der ersten Expansionsaußenschicht 440 und der zweiten Expansionsaußenschicht 450 dasselbe sein oder sich voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann die mittlere Expansionsschicht 420 aus einem ersten Material gebildet sein, die erste nicht zelluläre Innenschicht 410 und die zweite nicht zelluläre Innenschicht 430 können aus einem zweiten Material gebildet sein, und die erste Expansionsaußenschicht 440 und die zweite Expansionsaußenschicht 450 können aus einem dritten Material gebildet sein. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung, in der das fünfschichtige integrale Geogitter mit einer Schicht oder Schichten mit einer zellulären Struktur aus der Folie 400 verwendet werden soll, verschiedene Kombinationen von Strukturmaterialien für die oben beschriebenen fünf Schichten verwendet werden können.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Schnitts eines triaxialen fünfschichtigen integralen Geogitters 500 mit drei oder mehr zellulären Schichten, das mit der in 5 gezeigten fünfschichtigen Polymer-Ausgangsfolie 400 verbunden ist. Das triaxiale fünfschichtige integrale Geogitter 500 mit drei oder mehr zellulären Schichten umfasst hoch orientierte mehrschichtige Stränge 505 und teilweise orientierte mehrschichtige Verbindungsstellen 535. Nachdem Löcher in die Folie 400 gestanzt wurden, wurden die erste äußere Expansionsschicht 440 und die zweite äußere Expansionsschicht 450 der Folie 400 gedehnt und in die erste zelluläre Außenschicht 540 bzw. die zweite zelluläre Außenschicht 550 der mehrschichtigen Stränge 505 und der mehrschichtigen Verbindungsstellen 535 orientiert. In ähnlicher Weise wurden die erste nicht-zelluläre Innenschicht 410 und die zweite nicht-zelluläre Innenschicht 430 der Folie 400 gedehnt und zu der ersten nicht-zellulären Innenschicht 510 bzw. der zweiten nicht-zellulären Innenschicht 530 der Stränge 505 und der Verbindungsstellen 535 orientiert. Und während die erste äußere Expansionsschicht 440 und die zweite äußere Expansionsschicht 450 sowie die erste nicht-zelluläre Innenschicht 410 und die zweite nicht-zelluläre Innenschicht 430 gestreckt und orientiert werden, wird die mittlere Expansionsschicht 420 auch gleichzeitig in die mittlere zelluläre Schicht 520 sowohl der mehrschichtigen Stränge 505 als auch der mehrschichtigen Verbindungsstellen 535 gestreckt und orientiert.
Wie bei der mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie 100 (d.h. der dreischichtigen Ausführung) kann auch die mehrschichtige Polymer-Ausgangsfolie 400 mit fünf Schichten Expansionsschichten aufweisen, die geschäumt sind oder einen Füllstoff enthalten, und kann durch Koextrusion oder Laminierung hergestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Gesamtdicke des fünfschichtigen integralen Geogitters 500 etwa 1 mm bis etwa 6 mm und gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Gesamtdicke des fünfschichtigen integralen Geogitters 500 etwa 1,5 mm bis etwa 3,5 mm.
Was die einzelnen Dicken der Schichten des fünfschichtigen integralen Geogitters 500 betrifft, so beträgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Dicke der ersten zellulären Außenschicht 540 etwa 0,1 mm bis etwa 2 mm, die Dicke der zweiten zellulären Außenschicht 550 etwa 0,1 mm bis etwa 2 mm, die Dicke der ersten nicht-zellulären Innenschicht 510 etwa 0,1 mm bis etwa 2 mm, die Dicke der zweiten nicht-zellulären Innenschicht 530 etwa 0,1 mm bis etwa 2 mm und die Dicke der mittleren nicht-zellulären Schicht 520 etwa 0,1 mm bis etwa 2 mm beträgt.
Was nun die Geometrie der mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten betrifft, so sieht die Erfindung zumindest drei allgemeine Kategorien vor: dreieckig (z.B. „triaxial“), rechteckig und hexagonal.
Die Geometrie des triaxial expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters 200 ist in den 1 (dreischichtig) und 6 (fünfschichtig) dargestellt.
Die Geometrie eines rechteckigen mehrschichtigen integralen Geogitters 700 mit einer oder mehreren zellulären Schichten ist in 7 dargestellt. Das rechteckige mehrschichtige integrale Geogitter 700 mit einer oder mehreren zellulären Schichten umfasst hoch orientierte mehrschichtige Stränge 705 und teilweise orientierte mehrschichtige Verbindungsstellen 710. Wie in 8 gezeigt, enthält ein rechteckiges dreischichtiges integrales Geogitter 700 mit zwei oder mehr zellulären Schichten zwischen einer ersten zellulären Außenlage 710 und einer zweiten zellulären Außenlage 730 eine dritte Schicht, d.h. eine nichtzelluläre Innenschicht 720. Wie bei der hier beschriebenen dreieckigen Geometrie enthalten die erste zelluläre Außenschicht 710 und die zweite zelluläre Außenschicht 730 eine Verteilung von zellulären Öffnungen 750 darin. Die zellulären Öffnungen 750 können mit einer geschäumten Struktur der ersten zellulären Außenschicht 710 und der zweiten zellulären Außenschicht 730 oder mit einem partikelförmigen Füllstoff, der in der ersten zellulären Außenschicht 710 und der zweiten zellulären Außenschicht 730 verteilt ist, verbunden sein.
Die zweite äußere Expansionsschicht 630 einer dreischichtigen Polymer-Ausgangsfolie 600 (siehe unten) wurde gestreckt und in die zweite zelluläre Außenschicht 730 der mehrschichtigen Stränge 705 und der mehrschichtigen Verbindungsstellen 740 orientiert. In ähnlicher Weise wurde die erste äußere Expansionsschicht 610 der mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie 600 gestreckt und in die erste zelluläre Außenschicht 710 der mehrschichtigen Stränge 705 und der mehrschichtigen Verbindungsstellen 740 orientiert. Während die zweite zelluläre Außenschicht 730 und die erste zelluläre Außenschicht 710 gedehnt und orientiert werden, wird die nichtzelluläre Innenschicht 620 auch gleichzeitig in die nichtzelluläre Innenschicht 720 sowohl der mehrschichtigen Stränge 705 als auch der mehrschichtigen Verbindungsstellen 740 gedehnt und orientiert.
9 ist eine perspektivische Draufsicht auf einen dreischichtigen Polymer-Ausgangsfolienabschnitt 600, in den Löcher 640 gestanzt sind, um das in den 7 und 8 gezeigte rechteckige dreischichtige integrale Geogitter 700 zu bilden. Die mehrschichtige Polymer-Ausgangsfolie 600 enthält zwischen einer ersten äußeren Expansionsschicht 610 und einer zweiten äußeren Expansionsschicht 630 eine dritte Schicht, d.h. eine nicht-zelluläre Innenschicht 620. Wie bei der hier beschriebenen dreieckigen Geometrie bilden die erste äußere Expansionsschicht 610 und die zweite äußere Expansionsschicht 630 eine Verteilung von zellulären Öffnungen 650 in dem in den 7 und 8 dargestellten endgültigen integralen Geogitter 700.
Und wie bei der dreieckigen Ausführungsform des mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten hat die rechteckige Ausführungsform des mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten eine zelluläre Schicht, die entweder geschäumt ist oder einen teilchenförmigen Füllstoff enthält. Und die Ausgangsfolie der rechteckigen Ausführungsform des mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten ist die gleiche wie zuvor hier für die dreieckige Ausführungsform offenbart, und kann durch Koextrusion oder Laminierung gebildet werden.
Und schließlich ist die Geometrie eines hexagonalen mehrschichtigen (hier dreischichtigen) integralen Geogitters 1100 mit einer oder mehreren zellulären Schichten in den 10 und 11 dargestellt. Der Antrieb für die Entwicklung des hexagonalen mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten besteht darin, dass es strukturell und wirtschaftlich vorteilhaft ist, ein integrales Geogitter mit einer Struktur und Geometrie herzustellen, die in der Lage ist, sich mit einer großen Vielfalt und einem breiten Qualitätsbereich von Bodenaggregaten zu verbinden und diese zu stabilisieren, die für die Anforderungen von Serviceanwendungen wie geosynthetische Verstärkung geeignet sind oder andere Eigenschaften aufweisen, die für bestimmte geosynthetische Anwendungen wünschenswert sind.
Das hexagonale mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten soll ein triaxiales integrales Geogitter verbessern, indem es die isotropen Eigenschaften der triaxialen Geometrie beibehält und gleichzeitig die Unterstützung und Interaktion der Bodenaggregate wesentlich verbessert. Die wichtigsten Verbesserungen des hexagonalen mehrschichtigen integralen Geogitters gegenüber der triaxialen Geometrie und anderen Geometrien des Standes der Technik beziehen sich auf zumindest zwei wesentliche Strukturmerkmale. Erstens behält das hexagonale mehrschichtige integrale Geogitter die 360-Grad-Eigenschaften der triaxialen Geometrie bei, indem jede zweite Rippe in jeder der drei Rippenrichtungen als durchgehende Rippen erhalten bleibt. Allerdings wandelt das hexagonale mehrschichtige integrale Geogitter jeden zweiten Knoten entlang der nicht durchgehenden Rippen von einem nicht funktionalen Element (einem Knoten) in ein funktionales Merkmal um - ein neues offenes Hexagon, das sechs neue Rippenelemente umfasst. Diese sechs neuen Rippenelemente sind nun funktionale Merkmale anstelle eines nicht-funktionalen Knotens. Das offene Hexagon und die sechs Rippenelemente erhöhen das Ausmaß, in dem das hexagonale mehrschichtige integrale Geogitter mit dem Bodenaggregat interagieren und dieses tragen kann, erheblich. Darüber hinaus bietet die hexagonale, mehrschichtige, integrale Geogittergeometrie durchgängige Rippen in drei Richtungen, die für 360-Grad-Festigkeit und Stabilität sorgen. Dies wird auf verschiedene Weise erreicht, unter anderem, wie oben beschrieben, durch die Umwandlung von nicht funktionalen Knoten in funktionale Elemente und durch die Verbesserung der Makro-Interaktion durch den Einbau von höheren Rippen.
Zweitens nutzt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das koextrudierte, hexagonale, mehrschichtige, integrale Geogitter die hier beschriebene mehrschichtige Struktur und die Schaum- oder Füllstoffverbesserungen. Das heißt, aufgrund des koextrudierten Mehrschichtaufbaus und der zellulären Strukturen der beiden Außenschichten sorgt die Erfindung für eine Mikrointeraktion, die mit den oberen und unteren Schichten des komprimierbaren Polymers verbunden ist, um die Bodenaggregatteilchen zu verschachteln und maximale Eigenschaften des Bodenaggregats zu ermöglichen und zu erhalten. Diese fortschrittliche Koextrusionsprozess-Technologie bringt auch andere Vorteile bei der Produktion und Herstellung mit sich, wie z.B. eine verbesserte Haftung zwischen den Schichten aufgrund der gleichzeitigen Extrusion, die kontrollierte Schaffung einer zellulären Struktur unter Beibehaltung einer angemessenen relativen Geschwindigkeit und Scherrate zwischen den Schichten und eine Kostenreduzierung aufgrund des einstufigen Prozesses zur Herstellung der mehrschichtigen Folie. Kurz gesagt, die Kombination dieser Strukturmerkmale in dem hexagonalen, mehrschichtigen, integralen Geogitter führt zu einer deutlich besseren Leistung als ein triaxiales Geogitter und bietet verschiedene Produktions- und Herstellungsvorteile, die es ermöglichen, dieses neue und neuartige Geogitter mit nur geringem Kostenanstieg herzustellen.
Um die oben erwähnte Fähigkeit zu erreichen, mit einer größeren Vielfalt und einem größeren Qualitätsbereich von Bodenaggregaten in Kontakt zu treten und diese zu stabilisieren als Geometrien, die mit früheren Geogitterstrukturen verbunden sind, während gleichzeitig eine Vielzahl von Graden von lokalisierter Steifigkeit außerhalb der Ebene und innerhalb der Ebene bereitgestellt wird, das hexagonale mehrschichtige integrale Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten der vorliegenden Erfindung hat ein sich wiederholendes Muster von miteinander verbundenen orientierten mehrschichtigen Strängen und teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen, die ein sich wiederholendes Muster von äußeren Hexagonen bilden, von denen jedes ein orientiertes mehrschichtiges inneres Hexagon trägt und umgibt, um drei unterschiedlich geformte Öffnungen eines multiaxialen integralen Geogitters zu definieren. Um zusätzliche Festigkeit und Stabilität zu erreichen, bildet die Geometrie der äußeren Hexagone lineare Strängen, die sich kontinuierlich durch das gesamte multiaxiale integrale Geogitter in drei verschiedenen Richtungen erstrecken.
In dieser Form ist das innere mehrschichtige Hexagon aus sechs orientierten mehrschichtigen Strängen gebildet und wird von sechs orientierten mehrschichtigen Verbindungssträngen getragen, die sich von den teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen des äußeren Hexagons zu einer entsprechenden Ecke des inneren Hexagons erstrecken, um orientierte mehrschichtige Dreifachknoten zu bilden. Die mehrschichtigen Dreifachknoten haben einen viel höheren Orientierungsgrad als die mehrschichtigen Verbindungsstellen und neigen dazu, vollständig orientiert zu sein. Durch diese Konfiguration entsteht ein inneres, mehrschichtiges Hexagon, das im Verhältnis zur äußeren, mehrschichtigen Hexagonalstruktur schwebt, d.h., sie schwebt. Diese Struktur ermöglicht es dem inneren mehrschichtigen Hexagon, sich nach oben oder unten zu verschieben, so dass es während des Einbaus und der Verdichtung des Bodenaggregats relativ zur Hauptebene des integralen Geogitters „schwimmt“ oder sich verformt, was die Fähigkeit des integralen Geogitters verbessert, das Bodenaggregat zu erfassen und zu stabilisieren. Wie oben erwähnt, wird die vorstehende integrale Geogitterstruktur hier als ein mehrschichtiges integrales Geogitter mit einem „sich wiederholenden schwimmenden Hexagon innerhalb eines Hexagonalmusters“ oder einfach als ein „hexagonales“ mehrschichtiges integrales Geogitter bezeichnet.
Bezug nehmend auf die 10 und 11 umfasst das hexagonale dreischichtige integrale Geogitter 1100 mit einer oder mehreren zellulären Schichten eine Vielzahl von miteinander verbundenen, orientierten mehrschichtigen Strängen mit einer Anordnung von Öffnungen darin, ein sich wiederholendes, schwimmendes Hexagon innerhalb eines Hexagonalmusters der miteinander verbundenen, orientierten mehrschichtigen Stränge und der Öffnungen, und einschließlich linearer mehrschichtiger Stränge, die sich kontinuierlich durch die Gesamtheit des multiaxialen integralen Geogitters erstrecken. Diese linearen mehrschichtigen Stränge, die sich kontinuierlich durch die Gesamtheit des multiaxialen Integrals erstrecken, bilden Stränge mit starker Achse. Genauer gesagt, das hexagonale dreischichtige integrale Geogitter 1100 mit einer oder mehreren zellulären Schichten enthält ein sich wiederholendes Muster von schwimmenden inneren Hexagonen 1130 innerhalb jedes äußeren Hexagons 1110. Das äußere Hexagon 1110 umfasst eine Vielzahl von äußeren orientierten Mehrschichtsträngen oder Rippen 1120, die durch teilweise orientierte mehrschichtige Verbindungsstellen 1115 miteinander verbunden sind. Das innere Hexagon 1130 umfasst eine Vielzahl von orientierten mehrschichtigen Verbindungssträngen 1145 und 1150, die durch mehrschichtige Dreifachknoten 1135 miteinander verbunden sind, und definiert eine hexagonale zentrale Öffnung 1170. Das äußere Hexagon 1110 ist mit dem kleineren inneren Hexagon 1130 durch eine Vielzahl von mehrschichtigen Stützsträngen 1140 und 1160 verbunden, die eine Vielzahl von trapezförmigen Öffnungen 1180 bilden. In der Mitte jedes Musters von drei benachbarten äußeren Hexagonen 1110 befindet sich eine dreieckige Öffnung 1190. Wie dargestellt, sind die Verbindungsstellen 1115 viel größer als die Dreiecksknoten 1135.
In einem anderen Aspekt der hexagonalen Geometrie der vorliegenden Erfindung stellen die Stützstränge 1140 und 1160, die sich von den teilweise orientierten Verbindungsstellen 1115 nach innen erstrecken und mit den Tri-Nodes 1135 des schwimmenden inneren Hexagons 1130 (oder anderen hierin beschriebenen inneren geometrischen Konfigurationen), das von solchen Stützsträngen gestützt wird, verbunden sind, „technische Diskontinuitäten“ oder „schwimmende technische Diskontinuitäten“ dar.
Wie aus 10 ersichtlich ist, ist ein weiteres Merkmal des hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters 1100 mit einer oder mehreren zellulären Schichten der vorliegenden Erfindung die linear kontinuierliche Natur der äußeren mehrschichtigen Stränge 1120 des sich wiederholenden äußeren Hexagonalmusters. Das heißt, die orientierten mehrschichtigen Stränge 1120 sind linear kontinuierlich, über teilweise orientierte mehrschichtige Verbindungsstellen 1115, da sie sich kontinuierlich durch die Gesamtheit des multiaxialen integralen Geogitters in drei verschiedenen Richtungen erstrecken, die voneinander durch ungefähr 120° getrennt sind und durch Pfeile 120A, 120B und 120C in den 10 und 11 angezeigt werden. Diese linearen, mehrschichtigen Strängen, die sich kontinuierlich über die Gesamtheit des multiaxialen integralen Geogitters erstrecken, bilden starke Achsenstränge. Fachleute wissen, dass verschiedene Orientierungen derselben Grundgeometrie nach dem Strecken möglich sind, wenn eine entsprechende Drehung der gestanzten Ausgangsgeometrie vorgenommen wird. Die linear kontinuierliche Beschaffenheit der mehrschichtigen Strängen 1120 verleiht dem hexagonalen mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten der vorliegenden Erfindung sowohl eine erhöhte Festigkeit als auch eine Steifigkeit in der Ebene.
Bevorzugt beträgt die Dicke des hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters 1100 mit zwei äußeren zellulärer Schichten an seiner dicksten Abmessung (an den Verbindungsstellen 1115) etwa 1,5 mm bis etwa 10 mm, und besonders bevorzugt beträgt diese Dicke des multiaxialen expandierten dreischichtigen integralen Geogitters 1100 etwa 4 mm bis etwa 8 mm.
Im Hinblick auf die Geometrie des integralen Geogitters veranschaulicht 20 die isotropen Eigenschaften, die mit den dreieckigen geometrischen Merkmalen eines triaxialen mehrschichtigen integralen Geogitters wie dem in den 1 und 6 dargestellten verbunden sind. Und 21 zeigt die isotropen Eigenschaften, die mit den durchgehenden Rippen in drei Richtungen verbunden sind, die ein strukturelles geometrisches Merkmal eines hexagonalen mehrschichtigen integralen Geogitters sind, wie es in den 10, 11 und 13 dargestellt ist.
Zusätzlich zeigt 22 auf einem triaxialen Geogitter eine Überlagerung eines offenen zentralen Hexagons, das mit dem hexagonalen mehrschichtigen integralen Geogitter, wie es in den 10, 11 und 13 dargestellt ist, verbunden ist. 23 zeigt das offene zentrale Hexagon und sechs Rippenelemente, die mit dem hexagonalen mehrschichtigen integralen Geogitter, wie es in den 10, 11 und 13 dargestellt ist, verbunden sind.
24 ist eine Teilgrundrissansicht, die die verschiedenen Stranglängen des hexagonalen mehrschichtigen integralen Geogitters, wie es in den 10, 11 und 13 dargestellt ist, zeigt.
Zusätzlich ist 38 eine Teilgrundrissansicht, die die verschiedenen Stranglängen des hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters, wie in den 10 und 11 dargestellt, und die durchgehenden Rippen, die mit der linken Maschinenrichtung, der rechten Maschinenrichtung und der Querrichtung verbunden sind, ähnlich wie in 21 gezeigt, veranschaulicht. 39 ist eine Draufsicht auf eine mögliche Größe und einen möglichen Abstand für die Löcher, die mit der Ausgangsfolie verbunden sind, die zur Herstellung des in 38 dargestellten hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters verwendet wird. 40 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Teilabschnitts eines hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters mit zwei Außenschichten mit einer zellulären Struktur gemäß der in 11 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 24 hat in einer Ausführungsform eines hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 24 dargestellt, das mehrschichtige integrale Geogitter eine Höhe der Rippe A mit einem breiten Bereich von 1 mm bis 4 mm, bevorzugt 2 mm bis 3 mm, und eine bevorzugte Abmessung von 1,97 mm. Die Breite der Rippe A reicht von 0,75 mm bis 3 mm, bevorzugt von 1 mm bis 2 mm, und hat eine bevorzugte Abmessung von 1,6 mm. Die Länge der Rippe A reicht von 30 mm bis 45 mm, bevorzugt von 35 mm bis 40 mm, und beträgt bevorzugt 37 mm. Das Seitenverhältnis der Rippe A reicht von 1:1 bis 3:1, bevorzugt von 1,5:1 bis 1,8:1, und beträgt bevorzugt 1,7:1.
Die Höhe der Rippe B liegt in einem weiten Bereich von 1 mm bis 3 mm, bevorzugt in einem Bereich von 1,5 mm bis 2,5 mm und bevorzugt in einer Abmessung von 1,6 mm. Die Breite der Rippe B reicht von 0,75 mm bis 3,5 mm, bevorzugt von 1 mm bis 3 mm, und hat eine bevorzugte Abmessung von 1,8 mm. Die Länge der Rippe B reicht von 15 mm bis 25 mm, bevorzugt von 18 mm bis 22 mm, und beträgt bevorzugt 21 mm. Das Seitenverhältnis der Rippe B hat einen weiten Bereich von 0,75:1 bis 2:1, einen bevorzugten Bereich von 1,2:1 bis 1,4:1 und einen bevorzugten Wert von 1,3:1.
Die Höhe der Rippe C liegt in einem weiten Bereich von 1 mm bis 4 mm, bevorzugt in einem Bereich von 2 mm bis 3 mm und bevorzugt bei 2,7 mm. Die Breite der Rippe C reicht von 0,75 mm bis 3,5 mm, bevorzugt von 1 mm bis 2,5 mm, und beträgt bevorzugt 1,6 mm. Die Länge der Rippe C liegt in einem weiten Bereich von 15 mm bis 30 mm, bevorzugt zwischen 20 mm und 25 mm, und beträgt bevorzugt 23 mm. Das Seitenverhältnis der Rippe C reicht von 1:1 bis 3:1, bevorzugt von 1,5:1 bis 2,5:1, und beträgt bevorzugt 1,7:1.
Die Höhe der Rippe D liegt in einem weiten Bereich von 1,5 mm bis 4 mm, bevorzugt in einem Bereich von 2 mm bis 3,5 mm und bevorzugt bei 2,3 mm. Die Breite der Rippe D reicht von 1 mm bis 4 mm, bevorzugt von 1,5 mm bis 2,5 mm, und beträgt bevorzugt 1,5 mm. Die Länge der Rippe D reicht von 10 mm bis 30 mm, bevorzugt von 15 mm bis 25 mm, und beträgt bevorzugt 18 mm. Das Seitenverhältnis der Rippe D reicht von 1:1 bis 3:1, bevorzugt von 1,4:1 bis 1,7:1, und beträgt bevorzugt 1,6:1.
Die Höhe der Rippe E reicht von 1 mm bis 4 mm, bevorzugt von 1,5 mm bis 3,0 mm, und hat eine bevorzugte Abmessung von 1,9 mm. Die Breite der Rippe E reicht von 0,75 mm bis 3,5 mm, bevorzugt von 1 mm bis 3 mm, und hat eine bevorzugte Abmessung von 1,7 mm. Die Länge der Rippe E reicht von 15 mm bis 30 mm, bevorzugt von 20 mm bis 25 mm, und beträgt bevorzugt 22 mm. Das Seitenverhältnis der Rippe E reicht von 0,75:1 bis 2:1, bevorzugt von 1:1 bis 1,5:1, und beträgt bevorzugt 1,3:1. Die Dicke des Hauptknotens liegt in einem weiten Bereich von 1,5 mm bis 10 mm, bevorzugt in einem Bereich von 3 mm bis 8 mm und bevorzugt bei 5,1 mm.
Und, wie in 40 gezeigt, hat für eine Ausführungsform des hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine erste und eine zweite komprimierbare, zelluläre Außenschicht aufweist, die auf gegenüberliegenden Oberflächen einer inneren nicht-zellulären Schicht angeordnet sind, das mehrschichtige integrale Geogitter eine untere Verbindungsstelle (d.h. Verbindungsstelle 1115; siehe 11) mit einer Kappendicke (Abmessung „A“), die einen breiten Bereich von 1 mm bis 3 mm, einen bevorzugten Bereich von 1,5 mm bis 2,5 mm und eine bevorzugte Abmessung von 1,7 mm aufweist; eine obere Verbindungsstellenkappendicke (Abmessung „B“), die einen breiten Bereich von 1 mm bis 3 mm, einen bevorzugten Bereich von 1.5 mm bis 2,5 mm und einer bevorzugten Abmessung von 1,7 mm; eine zentrale Verbindungs-Kerndicke (Abmessung „C“) mit einem weiten Bereich von 1 mm bis 3 mm, einem bevorzugten Bereich von 1,5 mm bis 2,5 mm und einer bevorzugten Abmessung von 1.7 mm; eine untere Kappendicke der Rippe A (siehe 24) (Abmessung „D“) mit einem breiten Bereich von 0,4 mm bis 1 mm, einem bevorzugten Bereich von 0,5 mm bis 0,8 mm und einer bevorzugten Abmessung von 0,7 mm; eine obere Kappendicke der Rippe A (Abmessung „F“) mit einem breiten Bereich von 0.4 mm bis 1 mm, einem bevorzugten Bereich von 0,5 mm bis 0,8 mm und einer bevorzugten Abmessung von 0,7 mm; und eine Dicke des zentralen Kerns der Rippe A (Abmessung „E“) mit einem breiten Bereich von 0,4 mm bis 1 mm, einem bevorzugten Bereich von 0,5 mm bis 0,8 mm und einer bevorzugten Abmessung von 0,6 mm.
12 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine dreischichtige Polymer-Ausgangsfolie 1300 mit darin ausgebildeten Löchern zur Bildung des in den 10 und 11 gezeigten hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters 1100 mit zwei äußeren zellulären Schichten. Die dreischichtige Polymer-Ausgangsfolie 1300 enthält zwischen einer ersten äußeren Expansionsschicht 1310 und einer zweiten äußeren Expansionsschicht 1330 eine dritte Schicht, d.h. eine nicht-zelluläre Innenschicht 1320.
Und wie bei den dreieckigen und rechteckigen Ausführungsformen des mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten hat die hexagonale Ausführungsform des mehrschichtigen integralen Geogitters 1100 mit einer oder mehreren zellulären Schichten eine zelluläre Schicht, die entweder geschäumt ist oder einen teilchenförmigen Füllstoff enthält. Und die Ausgangsfolie der hexagonalen Ausführungsform des mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten ist die gleiche, die zuvor hier für die Ausführungsformen mit dreieckiger und rechteckiger Geometrie offenbart wurde, und kann durch Koextrusion oder Laminierung gebildet werden.
Die mehrschichtige Polymer-Ausgangsfolie 1300, die als Ausgangsmaterial für ein hexagonales mehrschichtiges integrales Geogitter 1100 mit einer oder mehreren zellulären Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist bevorzugt durchgestanzt, obwohl es möglich ist, stattdessen darin gebildete Vertiefungen zu verwenden. Gemäß der Ausführungsform des Ausgangsmaterials, bei der Vertiefungen in der Folie ausgebildet sind, sind die Vertiefungen auf jeder Seite der Folie vorgesehen, d.h. sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite der Folie.
Wie in 12 gezeigt, enthält die dreischichtige Polymer-Ausgangsfolie 1300 ein sich wiederholendes Muster 1310 von Löchern 1320 und Abständen 1330, die, wenn sie orientiert sind, das schwimmende Hexagon innerhalb eines Hexagonalmusters des hexagonalen expandierten dreischichtigen integralen Geogitters 1100 ergeben, das in den 10 und 11 gezeigt ist.
Genauer gesagt, ein bevorzugtes hexagonales dreischichtiges integrales Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 38 dargestellt, die auch die kontinuierlichen Strängen (oder „Rippen“) zeigt, die mit der linken Maschinenrichtung („MD Links“), der rechten Maschinenrichtung („MD Rechts“) und der Querrichtung („TD“) verbunden sind. Wie in 38 gezeigt, ist die Abmessung „quer zu den Ebenen“ (hier manchmal als „A/F“ bezeichnet) der äußeren Hexagon-Wiederholungseinheit der hexagonalen Ausführungsform des integralen Geogitters gemäß der vorliegenden Erfindung der Abstand zwischen den parallelen starken Achsensträngen des äußeren Hexagons, d.h. den starken Achsensträngen, die sich parallel zueinander in jeder der linken Maschinenrichtung, der rechten Maschinenrichtung und der Querrichtung erstrecken. Noch spezifischer, gemäß der Darstellung der hexagonalen Ausführungsform der Erfindung in den 10, 11 und 38, ist die A/F-Abmessung der Abstand zwischen jedem der parallelen Stränge 1120, d.h. in jeder der linken Maschinenrichtung, der rechten Maschinenrichtung und der Querrichtung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des in 38 gezeigten hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters beträgt das A/F-Maß, d.h. der Abstand von einer mehrschichtigen Verbindungsstelle 1115, die einen Strang 1120 des äußeren Hexagons zugeordnet ist (siehe auch 10 und 11), zur gegenüberliegenden mehrschichtigen Verbindungsstelle 1115, die einen parallelen Strang 1120 des äußeren Hexagons zugeordnet ist, etwa 80 mm. Und bei derselben Ausführungsform beträgt die Abmessung über die Flächen, d.h. der Abstand von einem mehrschichtigen Dreifachknoten 1135 des inneren Hexagons (siehe 11) zum gegenüberliegenden mehrschichtigen Dreifachknoten 1135 des inneren Hexagons, etwa 33 mm. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform des mehrschichtigen integralen Geogitters gemäß der vorliegenden Erfindung liegt die Gesamtdicke der Ausgangsfolie in einem weiten Bereich von 2 mm bis 12 mm, bevorzugt in einem Bereich von 4 mm bis 8 mm und bevorzugt bei 5,5 mm. Die Größe/der Durchmesser des Stempels bzw. der Stanze hat einen weiten Bereich von 2 mm bis 7 mm, einen bevorzugten Bereich von 3 mm bis 5 mm und eine bevorzugte Abmessung von 3,68 mm. Die Hauptteilung in der ersten Streckrichtung hat einen weiten Bereich von 5 mm bis 9 mm, einen bevorzugten Bereich von 6 mm bis 8 mm und eine bevorzugte Abmessung von 6,7088 mm. Die kleine Teilung in der ersten Streckrichtung hat einen weiten Bereich von 1 mm bis 4 mm, einen bevorzugten Bereich von 2 mm bis 3 mm, und eine bevorzugte Abmessung von 2,58 mm. Die zweite Haupt-/Nebenteilung in der ersten Streckrichtung hat einen weiten Bereich von 4 mm bis 8 mm, einen bevorzugten Bereich von 5 mm bis 7 mm und eine bevorzugte Abmessung von 5,934 mm. Die Hauptteilung in der zweiten Streckrichtung hat einen weiten Bereich von 4 mm bis 8 mm, einen bevorzugten Bereich von 5 mm bis 7 mm und eine bevorzugte Abmessung von 6,192 mm.
Und im Allgemeinen ist die dreischichtige Polymer-Ausgangsfolie 1300 von polymerer Natur. Das Strukturmaterial kann zum Beispiel Polyolefine mit hohem Molekulargewicht und Polymere mit breiter Spezifikation umfassen. Darüber hinaus kann es sich bei den polymeren Materialien um Neuware oder um recycelte Materialien handeln, wie z.B. postindustrielle oder post-consumer recycelte polymere Materialien. Auch die Verwendung einer oder mehrerer Polymerschichten, die kostengünstiger sind als die oben erwähnten hochmolekularen Polyolefine und Polymere mit breiter Spezifikation, wird in Betracht gezogen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das hochmolekulare Polyolefin ein Polypropylen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben die mehrschichtigen Stränge 1120, 1140, 1145, 1150 und 1160 des hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters 1100 das, was dem Fachmann als hohes Seitenverhältnis bekannt ist, d.h., ein Verhältnis der Dicke oder Höhe des mehrschichtigen Strangquerschnitts zur Breite des mehrschichtigen Strangquerschnitts, das größer als 1,0 ist, in Übereinstimmung mit den vorgenannten Walsh-Patenten, d.h. U.S. Patent Nr. 9,556,580 , 10,024,002 und 10,501,896 . Obwohl für die vorliegende Erfindung nicht unbedingt erforderlich, ist ein hohes Längenverhältnis für die Stränge oder Rippen bevorzugt. Somit bietet das multiaxiale integrale Geogitter der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Kompatibilität zwischen Geogitter und Bodenaggregat, was zu einer verbesserten Verzahnung, seitlichen Rückhaltung und Einschließung des Bodenaggregats führt.
Wie bereits erwähnt, kann ein mehrschichtiges integrales Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung anstelle der oben beschriebenen Ausführungsformen mit drei oder mehr Schichten eine nichtzelluläre Schicht aufweisen, die mit einer einzigen benachbarten zellulären Schicht verbunden ist. Das heißt, wie in 13 gezeigt, hat ein hexagonales zweischichtiges integrales Geogitter 1500 gemäß der vorliegenden Erfindung eine zelluläre Schicht 1510 und eine nicht-zelluläre Schicht 1520. Die übrigen Elemente des hexagonalen zweischichtigen integralen Geogitters 1500 sind wie oben beschrieben, mit der Ausnahme, dass die mehrschichtige Struktur nur die zwei Schichten aufweist, d.h. die zelluläre Schicht 1510 und die nicht-zelluläre Schicht 1520.
Wie in 14 gezeigt, umfasst die zweischichtige Polymer-Ausgangsfolie 1700, die mit der zweischichtigen integralen Geogitter-Ausführungsform der Erfindung verbunden ist, eine Expansionsschicht 1710 und eine nicht-zelluläre Schicht 1720. Die Expansionsschicht 1710 und die nicht-zelluläre Schicht 1720 sind bevorzugt in einer uniplanaren oder im Wesentlichen uniplanaren Konfiguration angeordnet. 15 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine zweischichtige Polymer-Ausgangsfolie 1900, in die ein Muster von Löchern 1940 gestanzt ist, um das in 13 gezeigte hexagonale zweischichtige integrale Geogitter 1500 zu bilden.
Genauer gesagt enthält das hexagonale, zweischichtige, integrale Geogitter 1500 mit einer zellulären Schicht ein sich wiederholendes Muster aus schwimmenden inneren Hexagonen 1530 innerhalb jedes äußeren Hexagons 1510 (siehe 13). Das äußere Hexagon 1510 enthält eine Vielzahl von äußeren orientierten Mehrschichtsträngen oder Rippen 1520, die durch teilweise orientierte mehrschichtige Verbindungsstellen 1515 miteinander verbunden sind. Das innere Hexagon 1530 umfasst eine Vielzahl von orientierten mehrschichtigen Verbindungssträngen 1545 und 1550, die durch mehrschichtige Dreifachknoten 1535 miteinander verbunden sind, und definiert eine hexagonale mittlere Öffnung 1570. Das äußere Hexagon 1510 ist mit dem kleineren inneren Hexagon 1530 durch eine Vielzahl von mehrschichtigen Stützsträngen 1540 und 1560 verbunden, die eine Vielzahl von trapezförmigen Öffnungen 1580 definieren. In der Mitte jedes Musters von drei benachbarten äußeren Hexagonen 1510 befindet sich eine dreieckige Öffnung 1590. Wie gezeigt, sind die Kreuzungen 1515 viel größer als die Dreiecksknoten 1535.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen der mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten.
Genauer gesagt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen integralen Geogittern mit einer oder mehreren zellulären Schichten bereitzustellen, bei dem die Schicht mit der zellulären Struktur hergestellt wird, indem zunächst eine geschäumte Struktur, d.h. eine Vielzahl von zellulären Öffnungen in einer Schicht der mehrschichtigen polymeren Ausgangsfolie bereitgestellt wird, und dann die mehrschichtige polymere Ausgangsfolie bi-axial orientiert wird, um das geschäumte Material zu strecken und eine Verteilung von verformten zellulären Öffnungen des geschäumten Materials zu erzeugen.
Dementsprechend ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen integralen Geogittern mit einer oder mehreren zellulären Schichten bereitzustellen, bei dem jede Schicht mit der zellulären Struktur hergestellt wird, indem zunächst ein partikelförmiger Füllstoff in einer Schicht der mehrschichtigen polymeren Ausgangsfolie dispergiert wird und dann die mehrschichtige polymere Ausgangsfolie bi-axial orientiert wird, um die Dispersion des partikelförmigen Füllstoffs zu strecken und eine Verteilung von zellulären Öffnungen zu erzeugen, während sich der partikelförmige Füllstoff teilweise von dem polymeren Schichtmaterial ablöst.
Zum Beispiel umfasst das Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen triaxialen mehrschichtigen integralen Geogitters 200 mit einer oder mehreren zellulären Schichten das Bereitstellen der mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie 100; Bilden einer Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen in der mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie 100 in einem ausgewählten Muster, wie beispielsweise gemäß der Offenbarung des Walsh '112-Patents; und bi-axiales Strecken und Orientieren der mehrschichtigen Polymer-Ausgangsfolie mit der gemusterten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen darin, um ein mehrschichtiges integrales Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten und mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen, orientierten mehrschichtigen Strängen zwischen teilweise orientierten mehrschichtigen Verbindungsstellen zu bilden und die Löcher oder Vertiefungen als Gitteröffnungen zu konfigurieren.
Sobald die mehrschichtige polymere Ausgangsfolie 100 mit Löchern oder Vertiefungen versehen ist, kann das triaxiale mehrschichtige integrale Geogitter 200 mit einer oder mehreren zellulären Schichten aus der Folie 100 gemäß den in den oben genannten Patenten beschriebenen und dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden.
Des Weiteren umfasst das Verfahren zur Herstellung der multiaxialen „sich wiederholenden, schwimmenden Hexagone innerhalb eines Hexagonalmusters“-Ausführung des mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten die Bereitstellung einer Polymerfolie 1300; die Bereitstellung einer gemusterten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen 1310 in der Polymerfolie 1300; und das Orientieren der Polymerfolie 1300 mit der gemusterten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen 1310 darin, um eine Vielzahl von miteinander verbundenen, orientierten Mehrschichtsträngen 1120, 1140, 1145, 1150 und 1160 mit einer Anordnung von Öffnungen 1170, 1180 und 1190 darin bereitzustellen, ein sich wiederholendes schwimmendes Hexagon 1130 innerhalb eines äußeren Hexagonalmusters 1110 der miteinander verbundenen, orientierten mehrschichtigen Strängen und der Öffnungen, einschließlich dreier linearer mehrschichtiger Stränge, die sich kontinuierlich durch die Gesamtheit des multiaxialen, mehrschichtigen, integralen Geogitters mit einer Schicht oder Schichten mit einer zellulären Struktur 1100 erstrecken.
Im Allgemeinen kann, nachdem die Ausgangsfolie 1300 mit Löchern oder Vertiefungen versehen wurde, das multiaxiale, mehrschichtige integrale Geogitter 1100 mit einer oder mehreren zellulären Schichten aus der Ausgangsfolie 1300 gemäß den in den oben genannten Patenten beschriebenen und dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden.
Was das Laminieren der Schichten des mehrschichtigen integralen Geogitters anstelle der Koextrusion anbelangt, so kann eine Annäherung an die Koextrusion durch eines der folgenden Verfahren erreicht werden, obwohl das resultierende Produkt aller Wahrscheinlichkeit nach nicht alle Vorteile der bevorzugten koextrudierten Ausführungsform aufweisen wird. Erstens können separate Schichten von individuell gegossenen Ausgangsfolien als einzelne Monoschichten extrudiert werden, wobei jede Schicht die erforderliche Extrusionsmaterialrezeptur aufweist. In einem Nachextrusionsverfahren können diese Schichten dann durch eines der folgenden Verfahren zu einer Annäherung an ein integral gegossenes koextrudiertes Material verbunden werden. Beispielsweise kann ein Klebe-/Verbindungsprozess angewandt werden, bei dem ein geeigneter Klebstoff auf die Oberflächen der miteinander zu verbindenden Folien aufgetragen wird, z.B. durch ein Polsterwalzenverfahren, und die Folien dann unter geeignetem Druck und/oder Wärme zusammengepresst werden, um eine Verbindung herzustellen. In einem anderen Ansatz kann ein Erwärmungs-/Laminierungsverfahren angewandt werden, bei dem eine geeignete Wärmequelle auf die Oberflächen der miteinander zu verbindenden Folien aufgebracht wird, z.B. durch eine induktiv beheizte Walze oder ein Gas, und die Folien dann unter geeignetem Druck und/oder Wärme zusammengepresst werden, um eine Verbindung zu erzeugen. In einem weiteren Ansatz kann ein mechanisches Schweiß-Nerbindungsverfahren angewandt werden, bei dem eine kontinuierliche, örtlich begrenzte Schweißung durchgeführt wird, z.B. durch Ultraschall- oder Reibschweißen. Und in einem weiteren Ansatz kann ein chemisches Schweiß-/Verbindungsverfahren angewandt werden, bei dem ein geeignetes Lösungsmittel auf die Oberflächen der miteinander zu verbindenden Folien aufgebracht wird, z.B. durch ein Polsterwalzenverfahren, und die Folien dann unter geeignetem Druck und/oder Wärme zusammengepresst werden, um eine Verbindung zu erzeugen.
Wie oben angedeutet ist die hexagonale geometrische Form des äußeren Hexagons 1110 und des kleineren inneren Hexagons 1130 eine bevorzugte Ausführungsform für die Bereitstellung der schwimmenden geometrischen Konfiguration der vorliegenden Erfindung. Andere geometrische Formen sind jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Zum Beispiel könnten die geometrischen Formen rechteckig oder quadratisch sein mit vier Stütz- oder Verbindungssträngen, die jede innere Ecke des äußeren Rechtecks oder Quadrats mit der entsprechenden äußeren Ecke des kleineren inneren Rechtecks oder Quadrats verbinden. Oder die geometrischen Formen könnten dreieckig sein, mit nur drei Stütz- oder Verbindungssträngen zwischen benachbarten inneren Ecken des äußeren Dreiecks und äußeren Ecken des kleineren inneren Dreiecks.
In der rechteckigen oder quadratischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die im vorhergehenden Absatz beschrieben wurde, gibt es bevorzugt zwei lineare Stränge, die sich kontinuierlich über die Gesamtheit des Geogitters für jedes äußere Rechteck oder Quadrat erstrecken, wobei sich diese kontinuierlichen Strängen in einem Winkel von etwa 90° zueinander erstrecken. In der dreieckigen Ausführungsform wird es wahrscheinlich drei lineare Stränge für jedes äußere Dreieck geben, die sich in einem Winkel von etwa 120° zueinander erstrecken, ähnlich wie die linearen Stränge 1120 der bevorzugten hexagonalen Ausführungsform, die hier ausführlich beschrieben wird.
Es sind auch andere geometrische Formen möglich, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel könnte die innere geometrische Form ein kreisförmiger Ring sein, der innerhalb der bevorzugten äußeren hexagonalen Form mit sechs Stützsträngen ähnlich der hierin offenbarten bevorzugten Ausführungsform gehalten wird. Es ist also beabsichtigt, dass die geometrischen Formen der äußeren sich wiederholenden Struktur und der inneren oder inneren schwimmenden Struktur nicht auf identische geometrische Formen beschränkt sind.
Die 17A-17E veranschaulichen die Hypothese eines Kompressionsmechanismus eines dreischichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung, die mit zellulären Öffnungen in der ersten zellulären Außenschicht 1710 und der zweiten zellulären Außenschicht 1730 unter einer aufgebrachten Last verbunden ist. Wie in 17A dargestellt, sind die zellulären Öffnungen 1750 und das sie umgebende Polymer 1740 vor einer Last ungestört. Wenn die Last beginnt (17B), beginnt das Polymer 1740 um die Zellöffnungen 1750 herum zu komprimieren. Wenn die Last fortgesetzt wird (17C), gibt das Polymer 1740 um die zellulären Öffnungen 1750 nicht mehr nach, und die zellulären Öffnungen 1750 beginnen zu komprimieren. Bei weiterer Last (17D) werden die zellenförmigen Öffnungen 1750 noch stärker zusammengedrückt, und das Polymer 1740 um die zellenförmigen Öffnungen beginnt erneut nachzugeben. Und schließlich, wie in 17E gezeigt, wird die Rippe des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters dekomprimiert, wobei eine permanente Verformung der zellulären Öffnungen verbleibt, weil die zellulären Öffnungen 1750 bis zu einem gewissen Grad kollabiert sind, zusammen mit einer permanenten Verformung des Polymers 1740 um die zellulären Öffnungen.
Die 18A-18C veranschaulichen die Hypothese eines biegsamen Rippenmechanismus der expandierten, zellulären Schichten eines dreischichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten. Die Hypothese des biegsamen Rippenmechanismus ist auch mit dem Vorhandensein von zellulären Öffnungen in der ersten zellulären Außenschicht 1810 und der zweiten zellulären Außenschicht 1830 verbunden und zeigt sowohl die vertikale als auch die horizontale Biegsamkeit des integralen Geogitters unter angewandter Last. Wie in 18A gezeigt, sind die zellulären Öffnungen 1850 und das Polymer 1840 um die zellulären Öffnungen 1850 herum vor einer aufgebrachten Last ungestört. Wenn eine Last aufgebracht wird (18B), beginnt das System eine elastische Kompression zu erfahren, da sich die zellenförmigen Öffnungen 1850 zu verformen beginnen. Wie in 18C zu sehen ist, gibt das System schließlich nicht mehr nach, da die zellenförmigen Öffnungen 1850 zu komprimieren und sich zu verdichten beginnen. Aufgrund der zellulären Öffnungen 1850 in der ersten zellulären Außenschicht 1810 und der zweiten zellulären Außenschicht 1830 des dreischichtigen integralen Geogitters wird somit sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Biegsamkeit des integralen Geogitters unter Last erreicht.
19 zeigt Diagramme, die einen Vergleich des nicht-elastischen Rippenverhaltens auf der Grundlage einer Ausgangsfolie eines herkömmlichen integralen Geogitters mit dem elastischen Rippenverhalten einer Ausgangsfolie des vorliegenden mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten veranschaulichen. Es ist offensichtlich, dass die Rippen des mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer oder mehreren zellulären Schichten, die vertikal und horizontal biegsam sind, eine optimalere Positionierung und Verdichtung der Bodenaggregate ermöglichen. Diese Eigenschaft des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters ermöglicht die Verwendung „großer“ Rippen, ohne dass die Rippen das Bodenaggregatsystem „stören“.
Weitere Versuchsergebnisse, die die Leistungsvorteile der vorliegenden Erfindung demonstrieren, sind in den 25, 26 und 27 zu sehen. 25 veranschaulicht für ein hexagonales dreischichtiges integrales Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung, das dem in den 10 und 11 gezeigten ähnelt, die Wirkung einer erhöhten Rippenhöhe auf die Oberflächenverformung während eines Kriechversuchs. Die einzige Abweichung bei allen drei Proben in 25 ist die Dicke der Ausgangsfolie, die natürlich die resultierende Rippenhöhe des integralen Geogitters bestimmt. 26 ist eine Darstellung der Wirkung einer größeren Rippenhöhe auf die Oberflächenverformung in Verbindung mit den in 25 dargestellten Testergebnissen. 27 ist eine Tabelle, in der die Wirkung einer größeren Rippenhöhe auf die Oberflächenverformung im Zusammenhang mit den in den 25 und 26 dargestellten Prüfergebnissen zusammengefasst ist. Wie aus den in den 25, 26 und 27 dargestellten Versuchsergebnissen ersichtlich ist, nimmt mit zunehmender Rippenhöhe die Oberflächenverformung des integralen Geogitters vorteilhafterweise ab.
Darüber hinaus weist das integrale Geogitter mit den Schichten mit der zellulären Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung weitere vorteilhafte Eigenschaften auf. 28 ist ein Diagramm der erhöhten Rippenhöhe, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, im Vergleich zu derjenigen, die mit einem festen einschichtigen Geogitter erreicht werden kann. Und für die gleichen integralen Geogitter, die mit den Ergebnissen in 28 verbunden sind, ist 29 ein Diagramm der reduzierten Masse pro Flächeneinheit, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, im Vergleich zu der Masse, die mit einem festen einschichtigen Geogitter erreicht werden kann. Wie aus den 28 und 29 ersichtlich ist, hat das integrale Geogitter mit den äußeren „Kappen“-Schichten mit der zellulären Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung eine durchschnittliche Rippenhöhe von mehr als 10 % derjenigen, die mit einem festen einschichtigen Geogitter erreicht werden kann, während es auch ein Stückgewicht hat, das 11 % geringer ist als das des festen einschichtigen Geogitters.
Weitere experimentelle Ergebnisse, die die Leistungsvorteile der vorliegenden Erfindung zeigen, sind in den 30 und 31 dargestellt. 30 ist ein Diagramm der verbesserten Leistung, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu derjenigen, die mit einem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter erreicht werden kann, erreicht werden kann. 31 ist eine Tabelle, die die strukturellen Daten des hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten und des hexagonalen festen einschichtigen Geogitters zusammenfasst, die in den in 30 dargestellten Testergebnissen verwendet wurden. Die zu jeder Probe gehörenden Ausgangsfolien haben eine Dicke von 6,2 mm für das dreischichtige integrale Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten und 6,3 mm für das feste einschichtige Geogitter. Wie aus den in den 30 und 31 gezeigten Ergebnissen der Beanspruchungsprüfung ersichtlich ist, weist das dreischichtige integrale Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten vorteilhafterweise eine geringere Oberflächenverformung auf als das feste einschichtige Geogitter. Tatsächlich ist das dreischichtige integrale Geogitter der vorliegenden Erfindung mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten in Bezug auf die Anzahl der Befahrungsversuche zur Begrenzung der Verformung etwa 9-mal besser als das feste einschichtige Geogitter.
In ähnlicher Weise zeigen die 32 und 33 experimentelle Ergebnisse aus dem Verkehr, die die Leistungsvorteile der vorliegenden Erfindung demonstrieren. 32 ist eine weitere Darstellung der verbesserten Leistung, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter erzielt werden kann. 33 ist eine Tabelle, die die strukturellen Daten des hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitters mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten und des hexagonalen festen einschichtigen Geogitters zusammenfasst, die in den in 32 dargestellten Testergebnissen verwendet wurden. Die Ausgangsfolien, die mit jeder Probe in den 32 und 33 verbunden sind, sind dicker, mit einer Dicke von 7,5 mm für das dreischichtige integrale Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten und 7,5 mm für das feste einschichtige Geogitter. Wie aus den in den 32 und 33 dargestellten Ergebnissen der Beanspruchungsprüfung ersichtlich ist, weist das dreischichtige integrale Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten vorteilhafterweise eine geringere Oberflächenverformung auf als das feste einschichtige Geogitter. Tatsächlich ist das dreischichtige integrale Geogitter der vorliegenden Erfindung mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten in Bezug auf die Anzahl der Befahrungsversuche zur Begrenzung der Verformung etwa fünfmal besser als das feste einschichtige Geogitter.
Um nun auf die Komprimierbarkeit des erfindungsgemäßen integralen Geogitters einzugehen, zeigt 34 eine Darstellung der verbesserten Komprimierbarkeit, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der mit einem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter erzielbaren Komprimierbarkeit erreicht wird. Und 35 ist eine Tabelle, die die Kraft zusammenfasst, die erforderlich ist, um eine bestimmte Komprimierbarkeit zu erzeugen, die mit dem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung und dem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter, das in den in 34 dargestellten Testergebnissen verwendet wurde, verbunden ist. Die in den 34 und 35 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass das dreischichtige integrale Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung deutlich weniger Kraft zum Komprimieren benötigt als ein festes einschichtiges Geogitter. Genauer gesagt, benötigt das dreischichtige integrale Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen 12% und 54% der Kraft zum Komprimieren als das feste einschichtige Geogitter.
Die 36 und 37 zeigen experimentelle Spannungs-Dehnungs-Ergebnisse, die die Leistungsvorteile der vorliegenden Erfindung demonstrieren. 36 ist ein Diagramm der Steifigkeit, die mit einem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, im Vergleich zu der Steifigkeit, die mit einem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter erreicht werden kann. 37 ist eine Tabelle, die die Spannungen und Dehnungen zusammenfasst, die mit dem hexagonalen dreischichtigen integralen Geogitter mit komprimierbaren, zellulären Außenschichten und dem hexagonalen festen einschichtigen Geogitter verbunden sind, das in den in 36 dargestellten Testergebnissen verwendet wurde. Die Gitter A und C sind Probekörper mit der dreischichtigen komprimierbaren zellulären Außenschichtstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung. Gitter E ist ein Probekörper mit einer festen einschichtigen Struktur. Aus den 36 und 37 geht hervor, dass die dreischichtige, komprimierbare, zelluläre Außenschichtstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung weder an Steifigkeit noch an Festigkeit verliert.
Um nun weitere Vergleiche der Komprimierbarkeit anzustellen, zeigt 41 ein Versuchsgerät, das zur Messung der Komprimierbarkeit einer integralen Geogitter 1100-Probe verwendet wird. Das Gerät verwendet eine 1,6 mm breite Metallsonde 1910 und die Anwendung einer Kraft von 125 N, um die integralen Geogitter 1100-Proben zusammenzudrücken. Wie in 42 gezeigt, ist die Komprimierbarkeit der integralen Geogitterproben mit einer Schicht mit einer zellulären Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung, d.h. NX750, NX850 und NX950, wesentlich größer als die der Proben ohne eine Schicht mit einer zellulären Struktur, d.h. TX160 und Hexagonal Mono.
Und wie in 43 gezeigt, ist sowohl die Komprimierbarkeit als auch die Rückprallfähigkeit der integralen Geogitterproben mit einer Schicht mit einer zellulären Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung, d.h., Hexagonal UK 7,5 mm, NX750, NX850, Hexagonal UK 5,45 mm, NGA 4,5 mm und NGB 5 mm, wesentlich größer ist als die der Proben ohne eine Schicht mit einer zellulären Struktur, d.h. TX5, TX7, BX 1200 MD, BX1100 MD, BX1100 TD, TX160 und BX1200 TD.
44 zeigt ein weiteres Versuchsgerät zur Bestimmung der Komprimierbarkeit, einen Plate Load Test Rig („PLTR“), mit dem die Verschiebung einer integralen Geogitterprobe gemessen wird. Bei der Prüfung wird eine integrale Geogitterprobe zwischen einer 4-Zoll-Schicht aus Bodenaggregaten und einer Schaumstoffschicht geschichtet, wobei sich unter der Schaumstoffschicht eine Stahlplatte befindet. Um die Komprimierbarkeit einer integralen Geogitterprobe zu bestimmen, wird eine Kraft von 1.000 Ib über 10 Zyklen auf den Stapel aus Bodenaggregat, integralem Geogitter und Schaumstoff ausgeübt. Die integrale Geogitterprobe wird dann aus dem Gerät entfernt und auf Rippenkomprimierbarkeit und Oberflächenschäden untersucht.
Aus den Tests mit der in 44 gezeigten Vorrichtung ist die durchschnittliche Verschiebung verschiedener integraler Geogitterproben bei Verwendung eines Weichschaums bzw. eines Hartschaums in 45 bzw. 46 dargestellt. Zur Bedeutung der Begriffe „Weichschaum“ und „Hartschaum“, wie sie in den vorgenannten Versuchen verwendet wurden, zeigen die 58 und 59 Diagramme, die die Druckkraft in Abhängigkeit von der Verschiebung für solche Weich- und Hartschaumausführungen darstellen. Um die in den 58 und 59 gezeigten Daten zu erzeugen, wird eine Vorrichtung mit einer quadratischen Metallplatte von 3 Zoll x 3 Zoll über ein Drehgelenk, das den Winkel der Probe aufnehmen kann, mit einem Kraftmessgerät (wie z.B. einer Instron-Prüfmaschine) verbunden und so angebracht, dass die Schaumstoffprobe mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/Minute zusammengedrückt werden kann. Das Gerät ist so angeordnet, dass die Probe auf einer ebenen horizontalen Folie aufliegt.
Wie aus den 45 und 46 ersichtlich ist, ist die Verschiebung der integralen Geogitterproben mit einer Schicht mit einer zellulären Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung, d.h. NX750, NX850, NGA und NGB, vorteilhafterweise geringer als die der Proben ohne eine Schicht mit einer zellulären Struktur, d.h. TX5, TX160 und TX7.
Die 47-57 zeigen experimentelle Daten, die verschiedene strukturelle Merkmale und Parameter eines integralen Geogitters widerspiegeln, die sich auf die strukturelle Verformung eines integralen Geogitters im Gebrauch auswirken können, und wenden sich nun den Versuchsergebnissen zu. Die 47-51 und die zugehörigen Beschreibungen werden hier lediglich als Hintergrundinformation dargestellt, d.h. um zu beschreiben, wie die Forschungs- und Entwicklungsbemühungen der Erfinder zu den hier beschriebenen integralen Geogitterstrukturen als Ausführungsformen der Erfindung geführt haben. Die experimentellen Daten zu den genannten Ausführungsformen der Erfindung sind in den 52-57 dargestellt.
In Bezug auf die Hintergrundinformationen bietet 47 einen Vergleich der Wirkung der Komprimierbarkeit auf das Verhältnis zwischen Rippenlängenverhältnis und Oberflächenverformung für zwei integrale Geogitter, d.h. ein einschichtiges integrales Geogitter und ein koextrudiertes mehrschichtiges integrales Geogitter, bei dem eine Schicht eine zelluläre Struktur aufweist. 47 zeigt, dass ein integrales Geogitter mit einer koextrudierten mehrschichtigen Struktur mit einem gewissen Grad an Komprimierbarkeit während der Befahrung, zumindest in der Richtung, einen gewissen Vorteil in Bezug auf die Beziehung zwischen Oberflächenverformung und Rippenquerschnittsverhältnis hat. Das heißt, dass bei einer koextrudierten Mehrschichtstruktur mit einem gewissen Grad an Komprimierbarkeit eine geringere Oberflächenverformung ohne Rückgriff auf ein sehr hohes Seitenverhältnis von Vorteil sein kann.
Ein weiterer Vergleich der Wirkung der Komprimierbarkeit auf das Verhältnis zwischen Rippenquerschnittsverhältnis und Oberflächenverformung für zwei integrale Geogitter, d.h. ein einschichtiges integrales Geogitter und ein koextrudiertes mehrschichtiges integrales Geogitter, bei dem eine Schicht eine zelluläre Struktur aufweist, zeigt jedoch, dass der in 47 gezeigte Vorteil je nach Geometrie des integralen Geogitters weniger ausgeprägt sein kann. Während die integralen Geogitter, die im Test in 47 verwendet wurden, eine Abmessung von 66 mm über die Flächen haben, haben die integralen Geogitter, die im Test in 48 verwendet wurden, eine Abmessung von 80 mm über die Flächen. Im Wesentlichen zeigen die Daten aus 48, dass ein gewisser Nutzen aus der Optimierung sowohl der Materialeigenschaften als auch der Geometrie gezogen werden kann, da eine Geometrie von 80 mm im Allgemeinen für die Vielzahl der körnigen Materialien, die in typischen Geogitteranwendungen vorkommen, besser geeignet ist als eine Geometrie von 66 mm.
Um nun zu einem Vergleich zu kommen, der nur auf der Geometrie basiert, zeigt 49 die Wirkung der Basisgeometrie auf die Fähigkeit des Rippen-Seitenverhältnisses, die Oberflächenverformung für zwei integrale Geogitter zu beeinflussen, die keine Schicht mit einer zellulären Struktur haben, d.h. ein triaxiales integrales Geogitter und ein hexagonales integrales Geogitter, wie hier beschrieben. 49 zeigt, dass ein integrales Geogitter mit einer hexagonalen Geometrie während des Befahrens zumindest in der Richtung einen gewissen Vorteil in Bezug auf die Beziehung zwischen Oberflächenverformung und Rippenlängenverhältnis hat. Das heißt, bei einer hexagonalen Geometrie kann es von Vorteil sein, eine geringere Oberflächenverformung zu erreichen, ohne auf ein sehr hohes Seitenverhältnis zurückgreifen zu müssen. Und schließlich bietet 50 im Hinblick auf die Hintergrundinformationen einen Vergleich der Vorteile der Grundgeometrie bei ähnlich komprimierbaren integralen Geogitterprodukten. Das heißt, 50 zeigt, dass bei einem triaxialen integralen Geogitter und einem hexagonalen integralen Geogitter, von denen jedes eine einzige Innenschicht mit einer zellulären Struktur aufweist, die zwischen einer ersten und einer zweiten Außenschicht mit einer nicht-zellulären Struktur angeordnet ist, die Verwendung der hexagonalen Geometrie während der Befahrung insofern vorteilhaft ist, als sie eine geringere Oberflächenverformung mit einem geringeren Rippen-Seitenverhältnis bewirkt. In ähnlicher Weise bietet 51 einen grafischen Vergleich der Wirkung der Basisgeometrie auf das Verhältnis zwischen Rippenlängenverhältnis und Oberflächenverformung in ähnlich komprimierbaren integralen Geogittern, d.h. dem oben beschriebenen triaxialen integralen Geogitter und dem hexagonalen integralen Geogitter.
Die in den 52-57 gezeigten Versuchsergebnisse demonstrieren die Vorteile eines integralen Geogitters mit einer ersten und einer zweiten Außenschicht aus einer zellulären Struktur, wie sie hier beschrieben ist, und einer Innenschicht aus einer nicht-zellulären Struktur, die mit den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbunden sind.
52 zeigt einen Vergleich der Wirkungen der Position der Schicht mit einer zellulären Struktur im mehrschichtigen integralen Geogitter auf die Oberflächenverformung für eine einzelne Basisgeometrie. 53 zeigt einen grafischen Vergleich für die in 52 dargestellte einfache Basisgeometrie der Wirkung der Position der Schicht mit einer zellulären Struktur auf das Verhältnis zwischen Rippenquerschnittsverhältnis und Oberflächenverformung. Wie aus den 52 und 53 ersichtlich ist, weist das erfindungsgemäße integrale Geogitter mit den Außenschichten aus einer zellulären Struktur und einer Innenschicht aus einer nicht zellulären Struktur eine geringere Oberflächenverformung während der Beanspruchung auf als ein integrales Geogitter mit der zellulären Strukturlage als Innenschicht.
54 zeigt einen weiteren Vergleich der Wirkungen der Position der Schicht mit der zellulären Struktur in dem mehrschichtigen integralen Geogitter auf die Oberflächenverformung für die in 52 dargestellte einfache Basisgeometrie. Die zugehörige 55 zeigt einen weiteren grafischen Vergleich für die in 52 dargestellte einschichtige Geometrie der Wirkung der Lage der Schicht mit Zellstruktur auf das Verhältnis zwischen Rippenquerschnittsverhältnis und Oberflächenverformung. In den in den 54 und 55 dargestellten Experimenten wird die Leistung eines dreischichtigen integralen Geogitters mit Außenschichten mit Zellstruktur sowohl mit einem fünfschichtigen integralen Geogitter mit zwei „zwischengeschalteten“ Innenschichten mit Zellstruktur als auch mit einem integralen Geogitter mit einer einzigen Schicht ohne Zellstruktur verglichen. Wie aus den 54 und 55 ersichtlich ist, weist von den drei vorgenannten integralen Geogitterstrukturen das integrale Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Außenschichten aus einer zellulären Struktur und einer Innenschicht aus einer nicht-zellulären Struktur die geringste Oberflächenverformung während der Befahrung auf.
Und schließlich zeigen die 56 und 57 experimentelle Daten, die die kombinierte vorteilhafte Wirkung des Einbaus der verschiedenen Merkmale des integralen Geogitters gemäß der vorliegenden Erfindung in ein integrales Geogitter widerspiegeln. 56 zeigt einen Vergleich zwischen dem erfindungsgemäßen integralen Geogitter mit der in 52 dargestellten einfachen Basisgeometrie und einem Geogitter des Standes der Technik, das keine Schicht mit einer zellulären Struktur aufweist, hinsichtlich der Wirkung auf die Oberflächenverformung der Schicht mit der zellulären Struktur. Und die zugehörige 57 zeigt für das integrale Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung mit der in 52 dargestellten einfachen Basisgeometrie und ein Geogitter des Standes der Technik ohne eine Schicht mit einer zellulären Struktur einen grafischen Vergleich der Wirkung der Komprimierbarkeit der Schicht mit einer zellulären Struktur auf das Verhältnis zwischen Rippenlängenverhältnis und Oberflächenverformung. Die 56 und 57 zeigen, dass das erfindungsgemäße integrale Geogitter durch die Optimierung der Geometrie und der Materialeigenschaften mittels Koextrusion und durch die korrekte Positionierung der Schichten mit der komprimierbaren, zellulären Struktur eine Verringerung der Oberflächenverformung des Bodenaggregats um etwa 25 % ermöglicht. Darüber hinaus wird das vorgenannte Ergebnis mit Ausgangsfoliendicken erreicht, die zwischen 12 % und 28 % derjenigen von Geogittern des Standes der Technik liegen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten der vorliegenden Erfindung nicht nur einen mehrschichtigen Aufbau haben, sondern dass zumindest eine Schicht davon aufgrund der Verteilung der zellulären Öffnungen darin eine zelluläre Struktur aufweist, so dass die integralen Geogitter für eine erhöhte Schichtkomprimierbarkeit unter Last sorgen.
Darüber hinaus sorgt die mehrschichtige Beschaffenheit der mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten der vorliegenden Erfindung für eine insgesamt stärkere Einbindung der Bodenaggregate durch das integrale Geogitter im Vergleich zu früheren einschichtigen integralen Geogittern. Darüber hinaus sind die mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung aufgrund der einen oder mehreren zellulären Schichten durch eine strukturelle Nachgiebigkeit, d.h. eine anfängliche Nachgiebigkeit oder Flexibilität, gekennzeichnet, die zu einer besseren Verdichtung und höheren Dichte führt, jedoch mit einer endgültigen integralen Geogitterverbundsteifigkeit, wenn sie in eine Bodenstruktur eingebaut wird, die als Ergebnis der anfänglichen Nachgiebigkeit des mehrschichtigen integralen Geogitters größer ist.
Darüber hinaus bieten bestimmte Ausführungsformen der mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten der vorliegenden Erfindung höhere Seitenverhältnisse auf allen Strängen im Vergleich zu denen früherer integraler Geogitter. Da das höhere Seitenverhältnis, das mit bestimmten Ausführungsformen der integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung verbunden ist, die Verzahnung der Bodenaggregate erhöht, können die mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer oder mehreren zellulären Schichten der vorliegenden Erfindung besser die unterschiedlichen Seitenverhältnisse der Bodenaggregate aufnehmen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein mehrschichtiges integrales Geogitter zur Verriegelung, Stabilisierung und Verstärkung von Bodenaggregaten, umfassend: eine Vielzahl von orientierten Strängen, die durch teilweise orientierte Verbindungsstellen miteinander verbunden sind und eine Anordnung von Öffnungen dazwischen aufweisen, wobei das integrale Geogitter eine Vielzahl von Schichten jeweils aus einem polymeren Material aufweist, wobei zumindest eine erste Außenschicht und eine zweite Außenschicht der Vielzahl von Schichten eine zelluläre Struktur aufweisen. Die zelluläre Struktur verbessert die anfängliche Wechselwirkung und Kompatibilität zwischen einem Boden oder Bodenaggregat und dem integralen Geogitter, um die Boden- oder Bodenaggregatdichte und/oder zusätzliche Eigenschaften nach der Verdichtung zu maximieren.
Die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht können ein Hohlraumvolumen von etwa 20 % bis etwa 70 % aufweisen. Die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht können einen Verdichtungsfaktor von etwa 20 % bis etwa 60 % aufweisen. Die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht können eine Schaumstruktur aufweisen. Der Schaum kann mit einem Schaumbildner oder einer Gasinjektion verbunden sein. Die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht können eine Struktur aufweisen, die einen teilchenförmigen Füllstoff enthält. Bei dem partikelförmigen Füllstoff kann es sich um Kalziumkarbonat handeln. Das mehrschichtige integrale Geogitter kann aus einer koextrudierten mehrschichtigen Polymerfolie hergestellt werden. Das mehrschichtige integrale Geogitter kann aus einer laminierten mehrschichtigen Polymerfolie hergestellt werden. Die orientierten Stränge können bi-axial gestreckt worden sein. Das mehrschichtige integrale Geogitter kann die erste zelluläre Außenschicht, eine nichtzelluläre Innenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht aufweisen, wobei die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht auf gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der nicht-zellulären Innenschicht angeordnet sind. Das mehrschichtige integrale Geogitter kann ein triaxiales integrales Geogitter sein. Das mehrschichtige integrale Geogitter kann ein rechteckiges integrales Geogitter sein. Das mehrschichtige integrale Geogitter kann ein hexagonales integrales Geogitter sein.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Ausgangsmaterial zur Herstellung eines mehrschichtigen integralen Geogitters, wobei das Ausgangsmaterial eine mehrschichtige Polymerfolie mit einer Vielzahl von Schichten, jeweils aus einem polymeren Material, umfasst, wobei zumindest eine erste Außenschicht und eine zweite Außenschicht der Vielzahl von Schichten eine Expansionsstruktur aufweist, die in der Lage ist, eine zelluläre Struktur in einer ersten Außenschicht und einer zweiten Außenschicht des mehrschichtigen integralen Geogitters zu bilden, wobei die mehrschichtige Polymerfolie Löcher oder Vertiefungen darin aufweist, die Öffnungen bereitstellen, wenn die Folie bi-axial gestreckt wird.
Die mehrschichtige Polymerfolie kann koextrudiert werden. Die mehrschichtige Polymerfolie kann laminiert sein. Die mehrschichtige Polymerfolie kann die erste Außenschicht, eine Innenschicht, die keine Expansionsstruktur aufweist, die in der Lage ist, eine zelluläre Struktur zu bilden, und die zweite Außenschicht umfassen, wobei die erste Außenschicht und die zweite Außenschicht auf gegenüberliegenden planaren Oberflächen der Innenschicht angeordnet sind. In Ausführungsformen hat die erste Außenschicht eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4 mm, die Innenschicht hat eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4 mm und die zweite Außenschicht hat eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4 mm. Die mehrschichtige Polymerfolie kann eine Anfangsdicke von etwa 2 mm bis etwa 12 mm aufweisen. Die mehrschichtige Polymerfolie kann eine Anfangsdicke von etwa 4 mm bis etwa 10 mm haben.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Bodenstruktur, die eine Masse aus teilchenförmigem Material umfasst, die durch Einbetten eines mehrschichtigen integralen Geogitters gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verstärkt wird.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verfestigung einer Masse aus teilchenförmigem Material, das die Einbettung des mehrschichtigen integralen Geogitters gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung in die Masse aus teilchenförmigem Material umfasst.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen integralen Geogitters, umfassend: Bereitstellen einer mehrschichtigen Polymerfolie mit einer Vielzahl von Schichten jeweils aus einem polymeren Material, wobei zumindest eine erste Außenschicht und eine zweite Außenschicht der Vielzahl von Schichten eine Expansionsstruktur aufweisen, die in der Lage ist, eine zelluläre Struktur in der ersten und zweiten Außenschicht des mehrschichtigen integralen Geogitters zu bilden; Bereitstellen einer gemusterten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen in der mehrschichtigen Polymerfolie; und bi-axiales Orientieren bzw. Ausrichten der mehrschichtigen Polymerfolie mit der gemusterten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen darin, um eine Vielzahl von orientierten Strängen bereitzustellen, die durch teilweise orientierte Verbindungsstellen miteinander verbunden sind, und um die Löcher oder Vertiefungen als Gitteröffnungen zu konfigurieren, wobei die erste und zweite Außenschicht eine zelluläre Struktur aufweisen.
Die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht des mehrschichtigen integralen Geogitters können eine Schaumstruktur aufweisen. Die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht des mehrschichtigen integralen Geogitters können einen teilchenförmigen Füllstoff enthalten. Der Schritt der Bereitstellung der mehrschichtigen Polymerfolie kann eine Koextrusion sein. Der Schritt der Bereitstellung der mehrschichtigen Polymerfolie kann eine Laminierung sein. Das mehrschichtige integrale Geogitter kann die erste zelluläre Außenschicht, eine nicht-zelluläre Innenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht umfassen, wobei die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht auf gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der nichtzellulären Innenschicht angeordnet sind. In bestimmten Ausführungsformen ist die erste zelluläre Außenschicht aus einem Polymer mit breiter Spezifikation gebildet, die nicht zelluläre Innenschicht aus einem Polyolefin mit hohem Molekulargewicht und die zweite zelluläre Außenschicht aus einem Polymer mit breiter Spezifikation. Die mehrschichtige Polymerfolie kann eine Anfangsdicke von zumindest 2 mm haben. Das mehrschichtige integrale Geogitter kann ein rechteckiges integrales Geogitter sein. Das mehrschichtige integrale Geogitter kann ein rechteckiges integrales Geogitter sein. Das mehrschichtige integrale Geogitter kann ein hexagonales integrales Geogitter sein.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bereitstellung eines mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer Schicht oder Schichten mit einem zellulären Strukturaufbau, umfassend: bi-axiales Strecken eines Ausgangsmaterials, das eine mehrschichtige Polymerfolie mit einer Schicht oder Schichten mit einer zellulären Struktur und einer gemusterten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen darin ist, um ein mehrschichtiges integrales Geogitter mit einer Schicht oder Schichten mit der zellulären Struktur und mit einer Vielzahl von orientierten Strängen, einer Vielzahl von teilweise orientierten Verbindungsstellen und einer Vielzahl von Gitteröffnungen bereitzustellen; und Einbetten des integralen Geogitters in eine Masse aus teilchenförmigem Material.
Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein mehrschichtiges integrales Geogitter, welches aufweist: eine Vielzahl von miteinander verbundenen orientierten ersten Strängen und teilweise orientierten Verbindungsstellen, die ein sich wiederholendes Muster von äußeren Hexagonen mit einer Anordnung von Öffnungen darin bilden; wobei jedes der äußeren Hexagone ein kleineres inneres Hexagon mit orientierten zweiten Strängen trägt und umgibt, wobei die orientierten ersten Stränge und die teilweise orientierten Verbindungsstellen des äußeren Hexagons eine Vielzahl von linearen Strängen bilden, die sich kontinuierlich durch die Gesamtheit des mehrschichtigen integralen Geogitters erstrecken, wobei das integrale Geogitter eine Vielzahl von Schichten jeweils aus einem polymeren Material aufweist, die sich durch das Geogitter erstrecken, und wobei zumindest eine Schicht der Vielzahl von Schichten eine zelluläre Struktur aufweist.
Die vorstehenden Ausführungen dienen lediglich der Veranschaulichung der Grundsätze der Erfindung. Darüber hinaus, da zahlreiche Modifikationen und Änderungen können leicht zu den Fachleuten in der Technik auftreten, ist es nicht erwünscht, die Erfindung auf die genaue Struktur und Betrieb beschrieben und gezeigt zu begrenzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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US 3252181 [0010]
US 7001112 F [0011]
US 9556580 B [0012, 0018, 0054, 0134]
US 10024002 B [0012, 0018, 0054, 0134]
US 10501896 B [0012, 0018, 0054, 0134]
US 3252181 A [0018]
US 3317951 A [0018]
US 3496965 A [0018]
US 4470942 A [0018]
US 4808358 A [0018]
US 5053264 A [0018]
US 7001112 B [0018, 0054]
US 15/766960 [0019]
US 2018/0298582 A1 [0019]
US 4590029 A [0054]
US 4743486 A [0054]
US 5419659 A [0054]

Claims

Mehrschichtiges integrales Geogitter zum Ineinandergreifen mit und zur Stabilisierung und Verstärkung von Bodenaggregat, aufweisend: eine Vielzahl von orientierten Strängen, die durch teilweise orientierte Verbindungsstellen miteinander verbunden sind und eine Reihe von Öffnungen dazwischen aufweisen, wobei das integrale Geogitter eine Vielzahl von Schichten jeweils aus einem Polymermaterial aufweist, wobei zumindest eine erste Außenschicht und eine zweite Außenschicht der Vielzahl von Schichten eine zelluläre Struktur aufweisen, um die anfängliche Wechselwirkung zwischen und die Kompatibilität von einem Boden oder Bodenaggregat und dem integralen Geogitter zu verbessern, um die Boden- oder Bodenaggregatdichte und die Eigenschaften nach der Verdichtung zu maximieren.
Mehrschichtiges integrales Geogitter nach Anspruch 1, wobei die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht ein Hohlraumvolumen von etwa 20% bis etwa 70% aufweisen.
Mehrschichtiges integrales Geogitter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht einen Verdichtungsfaktor von etwa 20 % bis etwa 60 % aufweisen.
Mehrschichtiges integrales Geogitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht eine Schaumstruktur aufweisen.
Mehrschichtiges integrales Geogitter nach Anspruch 4, wobei der Schaum mit einem Schaumbildner oder einer Gasinjektion verbunden ist.
Mehrschichtiges integrales Geogitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht eine Struktur aufweisen, die einen teilchenförmigen Füllstoff enthält.
Mehrschichtiges integrales Geogitter nach Anspruch 6, wobei der teilchenförmige Füllstoff Calciumcarbonat ist.
Mehrschichtiges integrales Geogitter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das mehrschichtige integrale Geogitter aus einer koextrudierten mehrschichtigen Polymerfolie hergestellt ist.
Mehrschichtiges integrales Geogitter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das mehrschichtige integrale Geogitter aus einer laminierten mehrschichtigen Polymerfolie hergestellt ist.
Mehrschichtiges integrales Geogitter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die orientierten Stränge bi-axial gestreckt wurden.
Mehrschichtiges integrales Geogitter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das mehrschichtige integrale Geogitter die erste zelluläre Außenschicht, eine nichtzelluläre Innenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht aufweist, wobei die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht auf gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der nichtzellulären Innenschicht angeordnet sind.
Mehrschichtiges integrales Geogitter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das integrale Geogitter ein triaxiales integrales Geogitter, ein rechteckiges integrales Geogitter oder ein hexagonales integrales Geogitter ist.
Ausgangsmaterial zur Herstellung eines mehrschichtigen integralen Geogitters, wobei das Ausgangsmaterial eine mehrschichtige Polymerfolie mit einer Vielzahl von Schichten jeweils aus einem Polymermaterial aufweist, wobei zumindest eine erste Außenschicht und eine zweite Außenschicht der Vielzahl von Schichten eine Expansionsstruktur aufweisen, die in der Lage ist, eine zelluläre Struktur in einer ersten Außenschicht und einer zweiten Außenschicht des mehrschichtigen integralen Geogitters zu bilden, wobei die mehrschichtige Polymerfolie Löcher oder Vertiefungen darin aufweist, die Öffnungen bereitstellen, wenn die Folie bi-axial gestreckt wird.
Ausgangsmaterial nach Anspruch 13, wobei die mehrschichtige Polymerfolie koextrudiert ist.
Ausgangsmaterial nach Anspruch 13, wobei die mehrschichtige Polymerfolie laminiert ist.
Ausgangsmaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die mehrschichtige Polymerfolie die erste Außenschicht, eine Innenschicht, die keine Expansionsstruktur aufweist, die in der Lage ist, eine zelluläre Struktur zu bilden, und die zweite Außenschicht aufweist, wobei die erste Außenschicht und die zweite Außenschicht auf gegenüberliegenden planaren Oberflächen der Innenschicht angeordnet sind.
Ausgangsmaterial nach Anspruch 16, wobei die erste Außenschicht eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4 mm hat, die Innenschicht eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4 mm hat und die zweite Außenschicht eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4 mm aufweist.
Ausgangsmaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die mehrschichtige Polymerfolie eine Anfangsdicke von etwa 2 mm bis etwa 12 mm aufweist.
Ausgangsmaterial nach Anspruch 18, wobei die mehrschichtige Polymerfolie eine Anfangsdicke von etwa 4 mm bis etwa 10 mm aufweist.
Bodenaufbau mit einer Masse aus teilchenförmigem Material, die durch Einbetten eines mehrschichtigen integralen Geogitters nach einem der Ansprüche 1 bis 12 verstärkt ist.
Verfahren zur Verstärkung einer Masse aus teilchenförmigem Material, umfassend das Einbetten des mehrschichtigen integralen Geogitters nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in die Masse aus teilchenförmigem Material.
Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen integralen Geogitters, umfassend: Bereitstellen einer mehrschichtigen Polymerfolie mit einer Vielzahl von Schichten jeweils aus einem Polymermaterial, wobei zumindest eine erste Außenschicht und eine zweite Außenschicht der Vielzahl von Schichten eine Expansionsstruktur aufweisen, die in der Lage ist, eine zelluläre Struktur in der ersten und zweiten Außenschicht des mehrschichtigen integralen Geogitters zu bilden; Bereitstellen einer gemusterten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen in der mehrschichtigen Polymerfolie; und bi-axiales Orientieren der mehrschichtigen Polymerfolie mit der gemusterten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen darin, um eine Vielzahl von orientierten Strängen bereitzustellen, die durch teilweise orientierte Verbindungsstellen miteinander verbunden sind, und um die Löcher oder Vertiefungen als Gitteröffnungen zu konfigurieren, wobei die erste und zweite Außenschicht eine zelluläre Struktur aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht des mehrschichtigen integralen Geogitters eine Schaumstruktur aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht des mehrschichtigen integralen Geogitters einen teilchenförmigen Füllstoff enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei der Schritt des Bereitstellens der mehrschichtigen Polymerfolie eine Koextrusion ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei der Schritt des Bereitstellens der mehrschichtigen Polymerfolie eine Laminierung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei das mehrschichtige integrale Geogitter die erste zelluläre Außenschicht, eine nichtzelluläre Innenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht aufweist, wobei die erste zelluläre Außenschicht und die zweite zelluläre Außenschicht auf gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der nichtzellulären Innenschicht angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die erste zelluläre Außenschicht ein Strukturmaterial aus einem Polymer mit breiter Spezifikation aufweist, die nichtzelluläre Innenschicht ein Strukturmaterial aus einem hochmolekularen Polyolefin aufweist und die zweite zelluläre Außenschicht ein Strukturmaterial aus einem Polymer mit breiter Spezifikation aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, wobei die mehrschichtige Polymerfolie eine Anfangsdicke von zumindest 2 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, wobei das mehrschichtige integrale Geogitter ein triaxiales integrales Geogitter, ein rechteckiges integrales Geogitter oder ein hexagonales integrales Geogitter ist.
Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer Schicht oder Schichten mit einem zellulären Strukturaufbau, umfassend: bi-axiales Strecken eines Ausgangsmaterials, das eine mehrschichtige Polymerfolie ist, die eine Schicht oder Schichten mit einer zellulären Struktur und eine gemusterte Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen darin aufweist, um ein mehrschichtiges integrales Geogitter bereitzustellen, das eine Schicht oder Schichten mit der zellulären Struktur und eine Vielzahl von orientierten Strängen, eine Vielzahl von teilweise orientierten Verbindungsstellen und eine Vielzahl von Gitteröffnungen aufweist; und Einbetten des integralen Geogitters in eine Masse aus teilchenförmigem Material.
Mehrschichtiges integrales Geogitter, aufweisend: eine Vielzahl miteinander verbundener orientierter erster Strängen und teilweise orientierter Verbindungsstellen, die ein sich wiederholendes Muster äußerer Hexagone mit einer Anordnung von Öffnungen darin bilden; wobei jedes der äußeren Hexagone ein kleineres inneres Hexagon mit orientierten zweiten Strängen trägt und umgibt, wobei die orientierten ersten Stränge und die teilweise orientierten Verbindungsstellen des äußeren Hexagons eine Vielzahl von linearen Strängen bilden, die sich kontinuierlich durch die Gesamtheit des mehrschichtigen integralen Geogitters erstrecken, wobei das integrale Geogitter eine Vielzahl von Schichten jeweils aus einem polymeren Material aufweist, die sich durch das Geogitter hindurch erstrecken, und zumindest eine Schicht der Vielzahl von Schichten eine zelluläre Struktur aufweist.