EA015761B1

EA015761B1 - Система трехмерных геоячеек для несущих конструкций

Info

Publication number: EA015761B1
Application number: EA201000218A
Authority: EA
Inventors: Ицхар Халахми; Одед Эрез; Ади Эрез
Original assignee: Прс Медитерранеан Лтд.
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2011-12-30
Also published as: EA014204B1; EA201000218A1; US8025457B2; US20110304080A1; US8157472B2; EA200802334A1; US20100080659A1

Abstract

Трехмерные геоячейки имеют высокую прочность и упругость, при этом трехмерные геоячейки содержат полимерные полосы, которые имеют долговременное расчетное усилие 2,6 МПа или выше, определенное согласно процедуре PRS СИМ. Трехмерные геоячейки могут быть использованы в несущих конструкциях, в частности для армирования основных и/или вспомогательных конструкций автодорог, дорожных одежд, площадок хранения и железнодорожных магистралей.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к ячеистой (сотовой) системе ограничения, также известной, как Я(С)СО или трехмерные геоячейки (георешетки), которая предназначена для использования в несущих конструкциях на автодорогах, железнодорожных магистралях, в местах стоянок и в дорожных одеждах. В частности объемные геоячейки (георешетки) настоящего изобретения отличаются тем, что сохраняют свои размеры и форму под воздействием большого количества циклических нагрузок и температур, что необходимо для удержания материала заполнителя в течение всего срока эксплуатации конструкции трехмерной геоячейки (георешетки).

Сведения о предшествующем уровне техники

Ячеистая (сотовая) система ограничения (Я(С)СО) является совокупностью множества удерживающих ячеек, похожая на конструкцию пчелиных сот, которая засыпается гранулированным заполняющим материалом, таким как несвязанный грунт, песок, гравий, щебень, дробленый камень или другие типы гранулированных материалов. Я(С)СО, также называемые трехмерные геоячейки (георешетки), в основном используются в гражданском строительстве, там, где требуется не самая высокая механическая прочность и жесткость, а также в конструкциях для защиты склонов от эрозии или для обеспечения боковой устойчивости откосов.

Я(С)СО отличается от других геосинтетиков, таких как двухмерные георешетки или геотекстили, тем, что двухмерные георешетки/геотекстили являются плоскими (двухмерными) конструкциями и используются для планарного армирования. Двухмерные георешетки/геотекстили обеспечивают удержание гранулированного материала только в очень ограниченном вертикальном интервале (обычно в 1-2 раза от среднего размера гранулированного материала) и при этом средний размер гранулированного материала должен быть более чем примерно 20 мм. Ограничение в использовании таких двухмерных геосинтетиков требует применения более дорогих гранулированных материалов (щебень, дробленый камень и гравий), потому что только они обеспечивают какое-либо удержание или армирование по сравнению с низкосортными гранулированными материалами, такими как переработанный асфальт, дробленый бетон, шлак и карьерные отходы. В отличие от вышесказанного, Я(С)СО - это трехмерные конструкции и обеспечивают удержание материала во всех направлениях (т.е. вдоль всего поперечного сечения каждой ячейки). Более того, многоячеистая геометрия обеспечивает пассивное сопротивление, тем самым повышая величину допустимой нагрузки. В отличие от двухмерных геосинтетиков трехмерные геоячейки (георешетки) позволяют удерживать и армировать гранулированные материалы, имеющие средний размер частиц меньше чем примерно 20 мм, а в некоторых случаях материалы, имеющие средний размер частиц примерно 10 мм и меньше.

Трехмерные геоячейки (георешетки) производятся несколькими компаниями по всему миру, включая компанию Рте81о. Трехмерные геоячейки (георешетки) фирмы Ргс51о. как и большинство их прототипов, изготавливаются из полиэтилена (ПЭ). Полиэтилен может быть высокой плотности (ПЭВП) или полиэтилен средней плотности (ПЭСП). Термин ПЭВП в дальнейшем относится к полиэтилену, имеющему плотность больше чем 0,940 г/см³. Термин полиэтилен средней плотности (ПЭСП) в дальнейшем относится к полиэтилену, имеющему плотность от 0,925 до 0,940 г/см³. Термин полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) в дальнейшем относится к полиэтилену, имеющему плотность от 0,91 до 0,925 г/см³.

Трехмерные геоячейки (георешетки) сделанные из ПЭВП и ПЭСП бывают гладкими или текстурированными. Текстурированные трехмерные геоячейки (георешетки) более распространены на рынке, так как текстура может обеспечивать дополнительное трение стенок ячеек с заполнителем. Хотя ПЭВП теоретически может иметь предел прочности (напряжение при растяжении до разрыва) больше чем 15 МПа, на практике у образца, вырезанного из стенки ячейки и испытанного по методике стандарта ЛБТМ Ό638 Американского общества по испытанию материалов, прочность недостаточна для использования в несущих конструкциях на автодорогах и железнодорожных магистралях и даже при высокой скорости растяжения 150% в минуту едва достигает 14 МПа.

Низкие свойства ПЭВП и ПЭСП ясно видны при Динамическом механическом анализе (ДМА) согласно стандарту ЛБТМ Ό4065, когда модуль упругости при температуре 23°С составляет меньше чем примерно 400 МПа. Модуль упругости заметно снижается при росте температуры и достигает низкого приемлемого значения при температурах примерно 75°С, тем самым, ограничивая диапазон применений геоситентиков в несущих армирующих конструкциях. Эти умеренные механические свойства достаточны для использования таких геоматериалов при защите склонов, но не для применения в условиях продолжительных нагрузок в конструкциях, рассчитанных для эксплуатации более чем 5 лет.

Другим способом для исследования срока эксплуатации, связанным с текучим поведением полимеров, является ускоренный тест на текучесть ступенчатым изотермическим методом (СИМ) согласно стандарту ЛБТМ 6992. В этом методе полимерный образец подвергается постоянной нагрузке по ступенчатой температурной программе. Ступенчатое повышение температуры ускоряет текучесть. Метод позволяет экстраполировать характеристики образца на долгий период времени, даже на 100 лет. Обычно, при испытании полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП), нагрузку, приводящую к пластической деформации в 10%, называют долговременным расчетным усилием и используют для проектирования

- 1 015761 конструкций из геосинтетиков, как предельно допустимое усилие. Нагрузка, приводящая к пластической деформации больше чем 10%, избегается, потому что такая деформация приводит ПЭ и ПН к текучести второго порядка. Поведение ПЭ и ПП в условиях текучести второго порядка непредсказуемо, так как они имеют тенденцию к трещинообразованию в этом состоянии.

Для использования в таких конструкциях как автодороги, железнодорожные магистрали, парковочные площадки и склады, работающие в условиях повышенных нагрузок, вышеописанный показатель прочности равный лишь 14 МПа является недостаточным. Обычно, трехмерные геоячейки (георешетки) с такими умеренными механическими характеристиками имеют тенденцию к сравнительно низкой жесткости и пластической деформации при удлинении менее чем 8%. Пластическая деформация становится причиной потери ячейкой удерживающей способности, основной сущности механизма армирования, за короткие промежутки времени или за небольшое количество проездов автомашин (небольшое число циклических нагрузок). Например, когда образец полосы, взятый из типовой трехмерной геоячейки (георешетки), в продольном направлении (перпендикулярном плоскости шва) испытывается по стандарту Л8ТМ Ό638 на растяжение со скоростью 20%/мин или даже 150%/мин, напряжение при удлинении 6% составляет меньше чем 13 МПА, при удлинении 8% - меньше чем 13,5 МПа, а при удлинении 12% меньше чем 14 МПа. В результате трехмерные геоячейки (георешетки) из ПЭВП имеют ограниченное применение там, где они подвергаются невысоким нагрузкам и сохранение несущей способности заполнителя не обязательно (например, при стабилизации грунта). Трехмерные геоячейки (георешетки) не имеют широкого применения в несущих конструкциях на автодорогах, железнодорожных магистралях, парковочных площадках и площадках хранения тяжелых контейнеров, из-за высокой склонности к пластической деформации при растяжении.

Когда вертикальная нагрузка направлена к основанию гранулированного материала, часть этой нагрузки переходит в горизонтальную нагрузку или давление. Величина горизонтальной нагрузки равна вертикальной нагрузке умноженной на коэффициент горизонтального давления грунта (также известный, как коэффициент бокового давления грунта к_бдг) гранулированного материала. Коэффициент бокового давления грунта может иметь значения примерно от 0,2 для материалов, таких как гравий или дробленый камень (главным образом состоящих из твердых частиц с гранулометрическим составом, который имеет низкое уплотнение и пластичность), до примерно 0,3-0,4 для более пластичных материалов, таких как каменная мука или вторичный асфальт (материалы, имеющие самые высокие показатели наполнения и пластичности). Когда гранулированный материал намокает (например, в результате дождя или подъема воды в подстилающем слое или основании дорожного покрытия), его пластичность возрастает, при этом увеличиваются горизонтальные нагрузки, создавая кольцевое напряжение на стенку ячейки.

Когда гранулированный материал ограничен трехмерной геоячейкой, а вертикальная нагрузка направлена сверху под действием статического или динамического напряжения (как, например, давление, передаваемое колесом автомобиля или рельса под действием поезда), горизонтальное давление создаст кольцевое напряжение на стенку ячейки. Кольцевое напряжение пропорционально горизонтальному давлению к среднему радиусу ячейки и обратно пропорционально толщине стенки ячейки.

Рвер * & бдг * ^г ~

где п_кц - среднее кольцевое напряжение на стенку ячейки;

Р_вер - вертикальное давление, передаваемое на поверхность гранулированного материала под действием нагрузки;

к_бдг - коэффициент бокового давления грунта;

г - средний радиус ячейки;

- номинальная толщина стенки ячейки.

Например, трехмерные геоячейки (георешетки), изготовленные из ПЭВП и ПЭСП, имеющие толщину стенки ячейки 1,5 мм (включая текстуру, а в дальнейшем термин толщина стенки будет относиться к расстоянию между двумя вершинами поперечного сечения стенки ячейки), средним диаметром (когда они заполнены гранулированным материалом), равным 230 мм, высотой, равной 200 мм, заполненные песком или каменной мукой (к_бдг = 0,3), при вертикальной нагрузке 700 кПа, испытывают кольцевое напряжение примерно 16 МПа. Как видно из формулы кольцевого усилия, увеличение диаметра или снижение толщины стенки, которое предпочтительно с точки зрения производственной экономии, приводят к значительному увеличению кольцевого усилия, а это, в свою очередь, неблагоприятно с точки зрения работы армирующих конструкций из ПЭВП и ПЭСП.

Вертикальная нагрузка в 550 кПа является обычной для грунтовых дорог. Значительно большие нагрузки, порядка 700 кПа или более, могут испытываться на автодорогах (с покрытием и без покрытия) под действием тяжелых грузовых машин, на подъездных дорогах к индустриальным предприятиям или на парковочных площадках.

Поэтому для применения в несущих конструкциях, особенно на автодорогах и железнодорожных магистралях, обычно испытывающих миллионы циклических нагрузок, трехмерные геоячейки (георешетки) должны сохранять свои исходные размеры под воздействием циклических нагрузок при очень

- 2 015761 низкой пластической деформации. Коммерческое использование трехмерных геоячеек (георешеток) из ПЭВП ограничивается конструкциями, не испытующими больших нагрузок, и при напряжениях ниже типовых напряжений в несущих конструкциях, так как ПЭВП обычно достигает предела пластичности при удлинении 8%.

Было бы желательно, чтобы трехмерные геоячейки (георешетки) имели более высокие показатели прочности и жесткости, низкую склонность к деформации при повышенных температурах, лучшую способность сохранения упругости при температуре окружающей среды (23 °С), низкую склонность к пластической деформации под воздействием повторяющихся и продолжительных нагрузок, а также долгий срок эксплуатации.

Сущность изобретения

Ниже описаны варианты исполнения трехмерных геоячеек (георешеток), которые обладают достаточной жесткостью и могут выдерживать высокие напряжения без пластической деформации. Такие геоячейки (георешетки) пригодны для использования в несущих конструкциях дорожных одежд, автодорог, железнодорожных магистралей, парковочных площадок, взлетно-посадочных полос аэродромов, а также площадок складирования. Здесь также раскрываются способы производства и использования трехмерных геоячеек (георешеток).

Трехмерные геоячейки (георешетки) изготовлены из полимерных полос, где по крайней мере одна полимерная полоса имеет долговременное расчетное усилие 2,6 МПа и выше при испытании согласно РКБ СИМ процедуре.

По крайней мере одна полимерная полоса может иметь долговременное расчетное усилие 3 МПа и выше, включая долговременное расчетное усилие 4 МПа и выше.

В одном из исполнений по крайней мере одна полимерная полоса имеет удлинение 12% при напряжении 14,5 МПа или выше, определенным по процедуре Ιζ1ι;·ιγ при температуре 23°С.

В одном из исполнений по крайней мере одна полимерная полоса имеет удлинение 12% при напряжении 16 МПа или выше, определенным по процедуре ΙζΙκιγ при температуре 23°С.

В одном из исполнений по крайней мере одна полимерная полоса имеет удлинение 12% при напряжении 18 МПа или выше, определенным по процедуре ΙζΙκιγ при температуре 23 °С.

В одном из исполнений по крайней мере одна полимерная полоса имеет коэффициент теплового расширения 120-10^-6/°С или меньше при температуре 25°С согласно стандарту Л8ТМ Ό696.

Объектами изобретения также являются дорожная одежда, автодорога, железнодорожная магистраль или зона парковки, содержащие по крайней мере один слой описанных трехмерных геоячеек. Причем трехмерные геоеячейки (георешетки) могут быть заполнены гранулированными материалами, выбранными из следующей группы, состоящей из песка, дробленого камня, щебня, карьерных отходов, переработанного асфальта, дробленого кирпича, строительных отходов и булыжника, дробленого стекла, шлака электростанций, золы, угольной пыли, доменного шлака, шлака цементного производства, шлака сталелитейного производства и их смесей.

Эти и другие варианты исполнения настоящего изобретения более детально описаны ниже.

Описание чертежей

Ниже приведены краткие описания чертежей, которые представлены для иллюстрации описанных здесь примеров исполнения, но тем самым их не ограничивающие.

Фиг. 1 - вид в перспективе трехмерной геоячейки (георешетки).

Фиг. 2 - схема, показывающая пример исполнения полимерной полосы, используемой в трехмерных геоячейках (георешетках) настоящего изобретения.

Фиг. 3 - схема, показывающая еще один пример исполнения полимерной полосы, используемой в трехмерных геоячейках (георешетках) по настоящему изобретению.

Фиг. 4 - схема, показывающая другой пример исполнения полимерной полосы, используемой в трехмерных геоячейках (георешетках) по настоящему изобретению.

Фиг. 5 - диаграмма сопоставления результатов испытаний на растяжение различных образцов ячеек по отношению к сравнительному образцу.

Фиг. 6 - диаграмма испытаний на растяжение трехмерных геоячеек (георешеток) настоящего изобретения.

Фиг. 7 - диаграмма результатов испытаний воздействия вертикальной нагрузки на образец ячейки настоящего изобретения по отношению к сравнительному образцу.

Фиг. 8 - диаграмма модуля упругости и Тап Эс11а в зависимости от температуры для контрольного образца полосы.

Фиг. 9 - диаграмма модуля упругости и Тап Ос11а в зависимости от температуры для образца полимерной полосы, используемой в трехмерных геоячейках (георешетках) настоящего изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Следующее детальное описание представлено таким образом, чтобы позволить человеку с обычной квалификацией в области техники сделать и использовать описанные здесь устройства и выбрать в дальнейшем наилучшие способы исполнения этих устройств. Всевозможные модификации, несмотря на это,

- 3 015761 будут очевидными для тех, кто имеет обычные навыки в области техники, и должны рассматриваться, как существующие в пределах сферы применения настоящего изобретения.

Более полное представление о раскрытых здесь компонентах, процессах и приборах может быть получено по ссылкам к сопроводительным чертежам. Эти чертежи являются простыми схематическими изображениями, основанными на удобстве и простоте представления настоящего изобретения, а поэтому не предназначены для обозначения относительных и линейных размеров устройств и их компонентов и/или для определения масштаба примеров их исполнения.

Фиг. 1 является видом в перспективе единичной секции трехмерной геоячейки (георешетки). Трехмерные геоячейки (георешетки) 10 состоят из множества полимерных полос 14. Соседние полосы соединены между собой на чередующихся соединительных участках 16. Соединение может быть выполнено склеиванием, прошивкой или сваркой, но основным способом является сварка. Часть каждой полосы между двумя соединениями 16 формирует стенку 18 отдельной ячейки 20. Каждая ячейка 20 имеет стенки ячейки, образованные двумя различными полимерными полосами. Полосы 14, соединенные вместе, образуют в своем множестве структуру по принципу пчелиных сот. Например, наружная сторона полосы 22 и внутренняя сторона полосы 24 соединены вместе соединениями 16, которые равномерно расположены по длине полосы 22 и 24. Пара внутренних полос 24 соединена вместе в соединительных участках 32. Каждое соединение 32 расположено между двумя соединениями 16. В результате, когда множество полос 14 растягиваются в направлении, перпендикулярном их лицевой части, полосы изгибаются по синусоиде, образуя трехмерные геоячейки (георешетки).10. На краю трехмерной геоячейки (георешетки), где концы двух полимерных полос 22, 24 соприкасаются, крайний сварной шов 26 (также рассматриваемый как соединение) выполняется на коротком расстоянии от края 28, формируя короткую хвостовую часть, которая создает устойчивость двум полимерным полосам 22, 24.

Трехмерные геоячейки (георешетки) настоящего изобретения изготавливаются из полимерных полос, имеющих определенные физические характеристики. В частности, полимерная полоса имеет предел текучести 14,5 МПа или выше при растяжении в 12% до начала пластической деформации при испытании в продольном направлении (перпендикулярно плоскости соединительных швов трехмерной геоячейки (георешетки)) со скоростью растяжения 20%/мин или 150%/мин. В другом исполнении полимерная полоса имеет удлинение 10% или меньше при напряжении 14,5 МПа при вышеописанном испытании. Другими словами, полимерная полоса может выдерживать напряжение 14МПа или выше до достижения предела текучести. Другими синонимами предела текучести, равного напряжению начала пластического течения, являются предел упругости или предел пластичности.

Так как большинство трехмерных геоячеек (георешеток) перфорируются, то испытание прочности на растяжение согласно стандартам Л8ТМ Ό638 или Ι8Θ 527, как правило, невозможно. Данные испытания производятся согласно процедуре по модифицированной методике вышеописанных стандартов, в дальнейшем называемой ΙζΗατ процедура. Образец полосы длинной 50 мм и шириной 10 мм вырезается в направлении, параллельном уровню земли и перпендикулярном соединительному шву ячейки (т.е. в продольном направлении). Образец полосы устанавливается на расстоянии 30 мм между зажимами. Затем образец растягивается при передвижении зажимов со скоростью 45 мм/мин, что соответствует растяжению 150%/мин при температуре 23 °С. Сопротивление, создаваемое полосой в ответ на вышеописанную деформацию, соответствует нагрузке на ячейку. Напряжение (Н/мм²) измеряется при различных удлинениях (удлинение - это увеличение длины, деленное на исходную длину). Напряжение вычисляется делением нагрузки при соответствующем растяжении на исходное поперечное сечение (ширина полосы, умноженная на толщину полосы). Так как поверхность полос трехмерных геоячеек (георешеток) обычно текстурируется, толщина образца определяется расстоянием между вершинами текстуры, при этом выбирается среднее значение в трех точках полосы (например, полоса, имеющая ромбовидное теснение и расстояние между выступами текстуры 1,5 мм, рассматривается как толщина 1,5 мм). Данный показатель скорости деформации 150%/мин наиболее характерен для дорожных одежд или железнодорожных магистралей, когда каждый цикл нагрузки очень короткий.

В другом исполнении полимерная полоса может иметь удлинение примерно 1,9% при напряжении 8 МПа;

примерно 3,7% при напряжении 10,8 МПа; примерно 5,5% при напряжении 12,5 МПа; примерно 7,5% при напряжении 13,7 МПа; примерно 10% при напряжении 14,5 МПа; примерно 11% при напряжении 15,2 Мпа и примерно 12,5% при напряжении 15,8 МПа.

Полимерная полоса, кроме того, дополнительно может иметь удлинение примерно 14% при напряжении 16,5 МПа и/или удлинение примерно 17% при напряжении 17,3 МПа.

В одном из исполнений полимерная полоса может выдерживать усилие 14,5 МПа при удлинении 12%; кроме того, усилие 15,5 МПа при удлинении 12% и/или по крайней мере 16,5 МПа при удлинении 12%.

- 4 015761

В другом исполнении полимерная полоса может иметь модуль упругости 500 МПа или выше при температуре 23 °С в поперечном направлении при Динамическом механическом анализе (ДМА) с частотой 1 Гц. Как и при испытании на растяжение, толщина полосы при ДМА определяется по среднему расстоянию между вершинами, измеренному в трех точках. Испытания ДМА, описанные в настоящем изобретении, производятся согласно стандарту Л8ТМ Ό4065.

В одном из исполнений полимерная полоса может иметь модуль упругости 250 МПа и выше при температуре 50°С в поперечном направлении при Динамическом механическом анализе (ДМА) с частотой 1 Гц.

Еще в одном исполнении полимерная полоса может иметь модуль упругости 150 МПа и выше при температуре 63 °С в поперечном направлении при Динамическом механическом анализе (ДМА) с частотой 1Гц.

В другом исполнении полимерная полоса может иметь коэффициент механических потерь (или коэффициент затухания механических колебаний) Тап Эс11а. равный,0,32 или меньше при температуре 75°С в поперечном направлении при Динамическом механическом анализе (ДМА) с частотой 1 Гц.

Динамический механический анализ (ДМА) является методом, обычно используемым для изучения вязкоупругих свойств полимеров. В общих чертах он заключается в следующем: осциллирующая нагрузка прикладывается к образцу материала и результирующее циклическое смещение образца измеряется в сравнении с циклической нагрузкой. Наивысший показатель упругости при наименьших промежутках времени (фазах) между нагрузкой и смещением может позволить определить истинную упругость (динамический модуль упругости (накопления)) образца, а также механизм рассеивания (потерь) энергии на внутреннее движение и на трение (модуль потерь (вязкости)) и соотношение между этими показателями, являющееся коэффициентом механических потерь (или коэффициентом затухания механических колебаний) Тап Эс11а.

Другой характеристикой трехмерных геоячеек (георешеток) настоящего изобретения является их низкий коэффициент теплового расширения (КТР) по сравнению с существующими ПЭВП или ПЭСП. КТР является важным показателем, так как расширение/сжатие во время циклов изменения температуры является еще одним механизмом, создающим дополнительные кольцевые напряжения. ПЭВП и ПЭСП имеют КТР примерно 200-10^-6/°С в условиях окружающей среды (23°С), а при повышении температуры КТР возрастает. Трехмерные геоячейки (георешетки) настоящего изобретения имеют КТР примерно 150-10^-6/°С или меньше при температуре 23°С, а в отдельных исполнениях 120-10^-6/°С или меньше при испытании согласно стандарту Л8ТМ Ό696. КТР трехмерных геоячеек (георешетки) настоящего изобретения имеет невысокую тенденцию к росту при повышении температуры.

С другой стороны, трехмерные геоячейки (георешетки) имеют низкую тенденцию к текучести под действием постоянной нагрузки. Низкая тенденция к текучести определяется при укоренном испытании по ступенчатому изотермическому методу (СИМ) согласно стандарту Л8ТМ 6992. При этом испытании полимерный образец подвергается постоянной нагрузке по ступенчатой температурной программе (т.е. температура повышается и остается постоянной на определенный период). Ступенчатое повышение температуры ускоряет текучесть. Процедура СИМ испытания проводится на образцах шириной 100 мм и длиной 50 мм (расстояние между зажимами). Образец нагружается статическим усилием и нагревается согласно процедуре, включающей следующие шаги:

Данная СИМ процедура в дальнейшем будет называться РКБ СИМ процедура. В конце процедуры определяется удлинение пластикового образца (необратимое увеличение длины, деленное на исходную длину). Удлинение определяется при различных нагрузках, а нагрузку, вызывающую удлинение пластикового образца 10% или меньше, называют долговременной расчетной нагрузкой. Усилие, связанное с долговременной расчетной нагрузкой (когда вышеописанная нагрузка делится на площадь сечения образца), является долговременным расчетным усилием и обуславливает допустимое кольцевое напряжение в трехмерных геоячейках (георешетках), которое они способны выдерживать длительный

- 5 015761 период времени в условиях статических нагрузок.

Обычные трехмерные геоячейки (георешетки) из ПЭВП при испытании по РК.8 СИМ процедуре могут обеспечить долговременное расчетное усилие менее 2,2 МПа.

В некоторых исполнениях полимерная полоса из настоящего изобретения имеет долговременное расчетное усилие 2,6 МПа или выше, включая долговременное расчетное усилие 3 МПа и выше или даже 4 МПа и выше.

В отличие от трехмерных геоячеек (георешеток) из ПЭСП, трехмерные геоячейки (георешетки) из настоящего изобретения могут иметь значительно лучшие характеристики при удлинении в 16%, а в некоторых исполнениях при удлинении в 22%. В частности, трехмерные геоячейки (георешетки) могут сохранять упругость при усилиях выше чем 14,5 МПа, что обеспечивает требуемые свойства для их использования в несущих конструкциях. Под упругостью подразумевается способность к восстановлению исходных размеров после снятия нагрузки. Такие трехмерные геоячейки (георешетки) создают заполнение с высокой способностью выдерживать нагрузки и с повышенными свойствами к восстановлению исходных размеров под воздействием чередующихся (циклических) нагрузок. Кроме того, трехмерные геоячейки (георешетки) из настоящего изобретения могут быть использованы с гранулированными материалами, которые дополнительно описаны ниже и обычно не применяются в основных и вспомогательных конструкциях. Трехмерные геоячейки (георешетки) настоящего изобретения также имеют лучшую способность выдерживать нагрузки и усталостное сопротивление от воздействия влажной среды, особенно при использовании зернистых гранулированных материалов.

Полимерная полоса может быть изготовлена из полиэтилена (ПЭ), например из модифицированных, как описано ниже, ПЭВП, ПЭСП или ПЭНП.

Полимерная полоса также может быть изготовлена из полипропилена (ПП). Хотя многие ПП гомополимеры слишком хрупкие, а большинство ПП сополимеров слишком мягкие для применения в несущих конструкциях, некоторые сорта ПП полимеров могут быть использованы. Такие ПП полимеры могут быть достаточно жесткими для применения в несущих конструкциях, и в то же время достаточно гибкими с тем, чтобы трехмерные геоячейки (георешетки) могли растягиваться. Отдельные сорта полипропиленовых полимеров пригодны для применения в настоящем изобретении, включая полипропилен статистические сополимеры, полипропилен блок-сополимеры пропилена и этилена, смеси полипропиленов либо с тройным сополимером этилена, пропилена и диена (СКЭПТ), либо с этилен α-олефин сополимером на основе эластомера, а также с полипропилен блок-сополимерами. Следующие ПП полимеры выпускаются серийно: Κ.338-02Ν фирмы Боте Сйетюа1 Сотрапу; РР71ЕК71Р8 блок-сополимер фирмы 8АВ1С 1ппоуа11уе Р1а8ЙС8; а также РР РЛ1Е10 статистический сополимер фирмы 8АВ1С ΙηηοναΙίνο Р1аз11С8. Отдельные марки этилен α-олефин сополимеров на основе эластомеров включают Ехас1® эластомеры, производимые фирмой Еххоп МоЫ1, и Татег® эластомеры, производимые фирмой Мйзш. Так как РР полимеры являются хрупкими при низких температурах (ниже, чем примерно -20°С) и склонны к текучести по воздействием статических или циклических нагрузок, трехмерные геоячейки (георешетки) настоящего изобретения, изготовленные из ПП, могут иметь низкую способность выдерживать нагрузки и более ограничены в рамках рабочих температур по сравнению с трехмерными геоячейками (георешетками) настоящего изобретения, изготовленными из ПЭВП.

ПП и ПЭ полимеры или какие-либо полимерные композиции настоящего изобретения в основном модифицируются различными способами обработки и/или путем внесения добавок с тем, чтобы получить требуемые физические свойства. Наиболее эффективным способом обработки является постэкструзия либо в нижней части экструдера, либо в последующем отдельном процессе. Обычно, полимеры с низкой упорядоченностью структуры (кристалличностью), такие как ПЭНП, ПЭСП, а также некоторые ПП полимеры, требуют применения таких пост-экструзивных методов, как ориентация, образование поперечных связей (сшивки) полимера и/или термической нормализации (отпуска), в то время как полимеры с высокой кристалличностью могут быть отформованы в полосы и сварены вместе для образования трехмерной геоячейки (георешетки) без применения пост-экструзивной обработки.

В некоторых исполнениях полимерная полоса включает смесь (обычно компатибилизированный сплав) (ί) высококачественного полимера и (и) полиэтиленового и полипропиленового полимера. Смесь обычно неподдающаяся смешению (сплав), в которой высококачественный полимер распределен в матрице образованной полиэтиленом или полипропиленовым полимером. Высококачественный полимер это полимер, имеющий (1) модуль упругости 1400 МПа или выше при температуре 23°С, определенный при Динамическом механическом анализе (ДМА) в продольном направлении с частотой 1 Гц согласно стандарту Л8ТМ Б4065; или (2) предел прочности при растяжении по крайней мере 25 МПа. Отдельные сорта высококачественных полимеров включают полиамидные смолы, смолы полиэстера, а также полиуретановые смолы. В основном являются пригодными высококачественные полимеры: полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиамид 6, полиамид 66, полиамид 12 и их сополимеры. Высококачественные полимеры обычно составляют примерно от 5 до 85% веса полимерной полосы. В отдельных исполнениях высококачественный полимер составляет примерно от 5 до 30 вес.% полимерной полосы, в том числе примерно от 7 до 25 вес.%.

- 6 015761

Свойства полимерных полос могут быть изменены либо предварительно до изготовления трехмерных геоячеек (георешеток) (путем сварки полос), либо после их изготовления. Полимерные полосы обычно изготавливают экструзией в листовой полимерный материал с последующей нарезкой полос из вышеописанного листа полимерного материала, а модификация производится в листе для повышения производительности. Модификация может быть выполнена в процессе экструзии, или отдельно после получения полосы в фильере экструдера. Модификация может быть выполнена обработкой листа, полосы и/или трехмерных геоячек (георешеток) путем образования поперечных связей (сшивки), кристаллизации, нормализации (отпуска), ориентации и их комбинациями.

Например, лист шириной от 5 до 100 см может быть растянут (т.е. ориентирован) в диапазоне температур примерно на 25-10°С ниже температуры точки плавления (Тп) полимерной смолы, обычно используемой для производства полос. Метод ориентации изменяет длину полосы таким образом, что полоса может увеличиться в длину от 2 до 500% по сравнению с исходной длиной. После растягивания полоса может быть нормализована (отпущена). Нормализация может быть выполнена при температуре на 2-60°С ниже температуры точки плавления (Тп) полимерной смолы, используемой для производства листа. Например, листы, полученные из ПЭВП, ПЭСП или ПП, растягиваются и нормализуются при температуре примерно от 24 до 150°С. При нормализации полимерного сплава температура отпуска на 2-60°С ниже точки плавления (Тп) ПЭВП, ПЭСП или ПП фаз.

В некоторых отдельных исполнениях полимерный лист или полоса растягиваются до 50% в длину (т.е. окончательная длина составляет 150% исходной длины). Растяжение выполняется при температуре на поверхности полимерного листа или полосы примерно 100-125°С.

В других исполнениях полимерные листы или полосы облучаются пучком электронов для образования поперечных связей (сшивки) после экструзии или присадкой свободных радикалов в полимерную композицию до или во время смешивания при плавлении в экструдере.

Еще в одних исполнениях требуемые свойства для трехмерных геоячейки (георешетки) могут быть достигнуты применением многослойных полимерных полос. В некоторых исполнениях полимерные полосы имеют по крайней мере два, три, четыре или пять слоев.

В некоторых исполнениях, как показано на фиг. 2, полимерная полоса 100 имеет по крайней мере два слоя 110, 120, которые изготовлены из одинаковых или разных составов и где по крайней мере один слой изготовлен из высококачественного полимера или полимерной смеси, имеющей (1) модуль упругости 1400 МПа или выше при температуре 23°С при Динамическом механическом анализе (ДМА) в продольном направлении с частотой 1 Гц; или (2) предел прочности при растяжении по крайней мере 25 МПа. В других исполнениях один слой состоит из высококачественного полимера, а другой слой изготовлен из полиэтилена или полипропиленового полимера, которые смешаны и сплавлены с другими полимерами, наполнителями, добавками, волокнами и эластомерами. Отдельные образцы высококачественных смол включают полиамиды, полиэстеры, полиуретаны; сплавы (1) полиамидов, полиэстеров или полиуретанов с (2) ПЭНП, ПЭСП, ПЭВП или ПП и сополимеры, блок-сополимеры, смеси или комбинации с любыми двумя из трех полимеров (полиамидов, полиэстеров, полипропиленов).

В других исполнениях, как показано на фиг. 3, полимерная полоса 200 имеет пять слоев. Два слоя являются наружными слоями 210, один слой является срединным слоем 230, а два промежуточных слоя 220 соединены со срединным слоем и каждый со своим наружным слоем (т. е. промежуточные слои служат связующими слоями). Эта пятислойная полоса может быть изготовлена соэкструзией.

В других вариантах исполнений полимерная полоса 200 может иметь три слоя. Два наружных слоя 210 и третий внутренний слой 230. В этом исполнении промежуточные слои 220 не представлены. Эта трехслойная полоса может быть изготовлена соэструзией.

Наружные слои могут обеспечивать сопротивление разложению под воздействием ультрафиолетового излучения и гидролиза, а также повышать способность к сварке. Наружный слой может быть изготовлен из полимеров, выбранных из следующей группы: ПЭВП, ПЭСП, ПЭНП, полипропилены, их смеси, а также их сплавы с вышеописанными составами и полимерами. Эти полимеры могут быть смешаны с эластомерами, в частности с СКЭПТ и этилен-а-олефин-сополимерами. Внутренний и/или наружный слой может также быть изготовлен из сплавов (1) ПЭВП, ПЭСП, ПЭНП или ПП с (2) полиамидом или полиэстером. Каждый наружный слой может иметь толщину примерно от 50 до 1500 мкм.

Промежуточные (связующие) слои могут быть изготовлены из функционализированных ПЭВП сополимеров или терполимеров, функционализированных ПП сополимеров или терполимеров, полярных этиленсополимеров или полярных этилентерполимеров. В основном ПЭВП и ПП сополимеры/терполимеры содержат реакционноспособные концевые группы и/или боковые группы, которые обеспечивают химическую связь между промежуточными (связующими) слоями и наружным слоем. Типичные реакционноспособные боковые группы включают карбоксилы, ангидриды, оксираны, амины, амиды, эфиры, оксазолины, изоцианаты и их комбинации. Каждый промежуточный слой может иметь толщину примерно от 5 до 500 мкм. Типовые смолы для промежуточных слоев включают Ьо1абег® смолы, производимые фирмой Агкета, а также смолы марок Е1уа1оу®, ЕикаЬоиб® или §иг1уи®, производимые фирмой ЭиРот.

- 7 015761

Внутренний и/или наружный слой может содержать полиэстеры или их сплавы с ПЭ или ПП, полиамиды или их сплавы с ПЭ и ПП, а также смеси полиэстеров и полиамидов и их сплавов с ПЭ и ПП. Типовые полиамиды включают полиамид 6, полиамид 66 и полиамид 12. Характерные полиэстеры включают полиэтилентерефталаты (ПЭТ) и полибутилентерефталат (ПБТ). Внутренний и/или наружный слой могут иметь толщину примерно от 50 до 2000 мкм.

В других исполнениях, как показано на фиг. 4, полимерная полоса 300 может иметь три слоя, верхний слой 310, центральный слой 320 и нижний слой 330. Верхний и нижний слои - это те же самые вышеописанные наружные слои, центральный - это вышеописанный внутренний (средний) слой.

Трехмерные геоячейки (георешетки) в основном имеют тиснение (текстурирование), выполненное прокаткой после экструзии между полутвердыми текстурными валками, с целью повышения трения с гранулированным заполнителем или грунтом. Трехмерные геоячейки (георешетки) могут также быть перфорированы с целью повышения трения с гранулированным заполнителем и дренажа влаги. Однако и теснение и перфорация снижают упругость и прочность трехмерных геоячеек (георешеток). Так как эти дополнительные показатели для трения и дренажа обычно необходимы, нужно обеспечить улучшенные показатели прочности и упругости с помощью полимерных составов и/или строения.

Полимерная полоса может дополнительно содержать добавки для получения требуемых свойств. Такие добавки могут быть выбраны из нуклеирующих агентов (зародышеобразователей), наполнителей, волокон, наночастиц, пространственно затрудненных аминовых светостабилизаторов (ПЗАС), антиоксидантов, абсорбентов УФ-излучения, а также углеродной сажи.

Наполнители могут быть в виде порошка, волокон или стружки. Типичные наполнители включают оксиды металлов, такие как оксид алюминия; карбонаты металлов, как карбонат кальция, карбонат магния или карбонат кальция и магния; сульфаты металлов, как сульфат кальция; фосфаты металлов; силикаты металлов, в частности тальк, каолин, слюду или волластонит; бораты металлов; гидроксиды металлов; кварц; силикаты; алюмосиликаты; мел; доломит; органические и неорганические волокна или стружку; металлы; покрытые металлом неорганические частицы; глину; промышленный шлак; бетонную пудру; цемент или их смеси. В некоторых исполнениях наполнитель в среднем имеет размер меньше чем 10 мкм, а в других исполнениях этот показатель может быть выше. В отдельных исполнениях наполнителями являются слюда, тальк, каолин и/или волластонит. В других исполнениях наполнитель имеет диаметр меньше чем 1 мкм.

Наночастицы могут быть добавлены в полимерный состав с различными целями. Например, неорганические УФ-абсорбенты в виде твердых наночастиц обычно имеют низкую подвижность и поэтому обладают высоким сопротивлением против выщелачивания (вымывания) и/или испарения. УФабсорбенты из твердых наночастиц также прозрачны в видимом спектре и распределяются очень равномерно. Поэтому они обеспечивают защиту без какого-либо изменения цвета или оттенка полимеров. Типичными УФ-абсорбентами из наночастиц являются материалы группы, состоящей из солей титана, оксидов титана, оксидов цинка, галогенидов цинка и солей цинка. В отдельных исполнениях УФабсорбенты из наночастиц являются диоксидами титана. Например, промышленно выпускаются следующие УФ-абсорбенты из наночастиц: δΑΟΗΊΕΕΒΕΝ™ НошЬйес КМ 130Е ΤΝ фирмы 8асШеЬеп, ΖΑΝΟ™ оксид цинка фирмы ишюоге, ΝαηοΖ™ оксид цинка фирмы Абуапсеб NаηοΐесЬηο1ο§у Ышбеб и Аб№по Ζίικ Ох1бе™ фирмы Эеди^а.

Полимерные полосы для трехмерных георешеток (геоячеек) могут изготавливаться разными способами. В основном процесс изготовления включает расплавление полимерной композиции, экструзию смеси через фильеру экструдера для формовки листа, дополнительно, при необходимости, нанесение текстуры на полученном листе, обработку листа для придания ему требуемых свойств, разрезку листа на полосы и сварку, сшивку, склеивание или склепывание полос вместе для создания трехмерных геоячеек (георешеток). Сначала различные компоненты, такие как полимерная смола и какие-либо требуемые добавки, смешиваются при расплавлении, обычно в экструдере или в смесителе. Это может быть произведено в экструдере, например в двухшнековом экструдере или одношнековом экструдере с достаточным количеством месильных частей, который обеспечивает необходимую температуру нагрева и сдвиговую деформацию с минимальным расщеплением полимера. Состав смешивается при расплавлении таким образом, чтобы любые добавки полностью были распределены. Затем состав формуется через фильеру экструдера и прессуется между металлическими глезерами до получения листа. Типовые методы обработки производятся в нижней части экструдера, в зоне фильеры, включая текстурирование поверхности листа, его перфорацию, ориентацию (одностороннюю или двухстороннюю), облучение потоком электронов или рентгеновскими лучами, а также термическую нормализацию. В некоторых исполнениях полоса термически обрабатывается для повышения кристалличности и снижения внутренних напряжений. В других исполнениях полоса обрабатывается для образования поперечных межмолекулярных связей (сшивания) в полимерной смоле пучком электронов, рентгеновскими лучами, термообработки и их комбинациями. Также подразумеваются сочетания вышеописанных методов обработки.

Полосы могут быть изготовлены из полученного листа и сварены, сшиты или склеены вместе для получения трехмерных геоячеек (георешеток). Эти способы известны в области техники. Полученные

- 8 015761 трехмерные геоячейки (георешетки) способны сохранять упругость под действием непрерывных циклических нагрузок в течение длительного периода времени.

Трехмерные геоячейки (георешетки) из настоящего изобретения пригодны для использования в несущих конструкциях в отличие от существовавших до настоящего времени трехмерных георешеток, которые не могут применяться в указанных конструкциях. В частности, настоящие трехмерные геоячейки (георешетки) могут использоваться с наполнительными материалами, которые обычно не пригодны в несущих конструкциях в подстилающем слое, нижних слоях основания дорожных покрытий, а также основных площадках железнодорожного полотна.

В особенности трехмерные геоячейки (георешетки) настоящего изобретения позволяют использовать заполняющие материалы, которые до этого времени не применялись в несущих конструкциях, таких как подстилающие слои и нижние слои оснований дорожных покрытий, из-за их недостаточной упругости и сравнительно низкого сопротивления усталости (для гранулированных материалов сопротивление усталости (выносливость) также известна, как модуль упругости). Типичные гранулированные заполняющие материалы, которые могут использоваться в настоящем изобретении, включают карьерные отходы (мелкие фракции, оставшиеся после сортировки высококачественных гранулированных материалов), дробленый бетон, переработанный асфальт, дробленый кирпич, строительные отходы и булыжник, дробленое стекло, шлак электростанций, золу, угольную пыль, доменный шлак, шлак цементного производства, шлак сталелитейного производства и их смеси.

Далее будут приведены следующие рабочие примеры, не ограничивающие настоящее изобретение, имеется в виду, что эти примеры предназначены только для пояснения изобретения, и не лимитируются материалами, условиями, параметрами процесса и т.п., здесь изложенными.

Примеры

Было изготовлено несколько образцов трехмерных геоячеек, которые были испытаны на растяжение, также были определены ДМА характеристики и их влияние на несущую способность гранулированных материалов.

В целом прочностные характеристики при растяжении определялись по 1х11аг процедуре, описанной выше.

Нагрузка при различных деформациях измерялась или переводилась в Ньютоны (Н). Деформация измерялась или переводилась в миллиметры (мм). Напряжение вычислялось делением нагрузки при определенной деформации на исходное поперечное сечение полосы (исходная ширина, деленная на исходную толщину, где толщина является номинальным расстоянием между выступами на верхней и нижней поверхности полосы). Удлинение (%) определялось делением определенной деформации (мм) на исходную длину (мм) и умножением на 100.

Сравнительный образец 1.

Трехмерные геоячейки, изготовленные из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), серийно выпускаемые РтеМо Ссо5у51сш5 (штат Висконсин, США), была исследованы на свои характеристики. Средняя толщина стенки ячейки составляла 1,5 мм, а на полосах была нанесена ромбовидная текстура. Трехмерная георешетка (геоячейки) не была перфорирована. Её показатели испытаний на растяжение согласно 1х11аг процедуре и показаны в табл. 1.

Таблица 1

Напряжение (МПа)	7,874	10,499	12,336	13,386	13,911	14	14	14
Удлинение (%)	2	4	6	8	10	12	14	16

При удлинении примерно 8% и напряжении примерно 13,4 МПа сравнительный образец начинает подвергаться нежелательной пластической деформации и фактически достигает предела текучести при удлинении 8%. Другими словами, после снятия нагрузки образец не восстанавливает свою исходную длину, а становится длиннее навсегда (приобретает постоянную остаточную деформацию). Это явление является нежелательным для ячеистых удерживающих систем, применяемых в несущих конструкциях, особенно в тех, которые подвержены многочисленным (от 10000 до 1000000 и более) циклическим нагрузкам в течение срока эксплуатации. Трехмерные геоячейки (георешетки) из ПЭВП имеют низкие показатели для применения в несущих конструкциях дорожных одежд и железнодорожных магистралей.

Образец 1.

Полоса ПЭВП была изготовлена с теснением для получения текстуры подобной на сравнительном образце 1. Полоса имела толщину 1,7 мм и затем растянута при температуре 100°С (на поверхности полосы), так что её длина увеличилась на 50%, а толщина уменьшилась на 25%. Испытания на растяжение данной полосы из ПЭВП проводились по процедуре а их результаты представлены в табл. 2.

- 9 015761

Таблица 2

Напряжение, (МПа)	8	10,8	12,5	13,7	14,5	15,2	15,8	16,5	17,3
Удлинение, (%)	1,9	3,3	4,8	6	6,6	7,6	8,8	10,5	12

Полоса образца 1 сохранила упругие свойства при растяжении 12% без достижения предела текучести и без достижения его предела пластичности при напряжении свыше 17 МПа. Восстановление исходных размеров после снятия нагрузки было близко к 100%.

Образец 2.

Полимерный состав с высокими эксплуатационными показателями, содержащий 12 вес.% полиамида, 10 вес.% полибутилентерефталата, 5 вес.% полиэтилена, привитого малеиновым ангидридным компатибилизатором (Воибутат® 5001 фирмы Ро1угат), и 73% ПЭВП, был отформован в текстурированную полосу толщиной 1,5 мм. Испытания на растяжение полосы проводились по процедуре 1х11аг. а их результаты представлены в табл. 3.

Таблица 3

Напряжение, (МПа)	8	10,8	12,5	13,7	14,5	15,2	15,8	16,5	17,3
Удлинение, 1%)	1,9	3,6	5,2	6,8	7,9	8,9	10	12	14

Полоса образца 2 сохранила упругие свойства при растяжении 14% и при напряжении свыше 17 МПа без достижения предела текучести и без достижения предела пластичности. Восстановление исходных размеров после снятия нагрузки было близко к 100%.

На фиг. 5 показаны диаграммы результатов испытаний на растяжение для сравнительного образца 1, образца 1, образца 2. Дополнительная точка (0,0) была внесена для каждой диаграммы. Как видно, образец 1 и образец 2 не имеют четко выраженного предела текучести и при повышении напряжения сохранили упругость при удлинении 12-14% при нагрузке больше чем 17 МПа, в то время как сравнительный образец 1 достиг предела текучести при удлинении 8-10% и напряжении примерно 14 МПа. Это означает, что был расширен диапазон упругих показателей материалов. Фактически то, что исследованные образцы 1 и 2 не достигли предела текучести, является важным фактором для условий циклических нагрузок, а способность сохранять исходные размеры (и максимальное удержание заполнителя) становится значимым.

На фиг. 6 показаны диаграммы результатов испытаний на растяжение сравнительного образца 1 и образца полимерной полосы из настоящего изобретения, имеющего удлинение почти 1,9% при напряжении 8 МПа;

удлинение почти 3,7% при напряжении 10,8 МПа;

удлинение почти 5,5% при напряжении 12,5 МПа; удлинение почти 7,5% при напряжении 13,7 МПа; удлинение почти 10% при напряжении 10,8 МПа; удлинение почти 11% при напряжении 15,2 МПа; удлинение почти 12,5% при напряжении 15,8 МПа; удлинение почти 14% при напряжении 16,5 МПа; и удлинение почти 17% при напряжении 17,3 МПа.

Область слева от пунктирной линии определяет границы изменения растягивающих напряжений согласно настоящему изобретению.

Образец 3.

Два образца ячеек трехмерных геоячеек (георешеток) были испытаны для определения армирующих показателей в гранулированных материалах и их несущей способности. Эти образцы ячеек состояли из одной ячейки каждый, а не были собственно трехмерными геоячейками (георешеткой). Один контрольный образец ячейки относится к сравнительному образцу 1. Для сравнения был сделан образец 3 ячейки из состава, соответствующего образцу 2 с текстурой, толщиной 1,5 мм.

Стенки каждой ячейки были высотой 10 см, с расстоянием между швами 33 см, с текстурой, без перфорации, толщиной 1,5 мм. Ячейки были раскрыты таким образом, что их длинный радиус составлял примерно 260 мм и короткий радиус равнялся примерно 185 мм. Ящик с песком длиной 800 мм и 800 мм шириной был заполнен песком глубиной 20 мм. Распределение гранулометрического состава представлено в табл. 4.

Таблица 4

Размер ячеек сита, (мм)	0,25	0,5	0,75	1	2	4
Суммарный просев, %	10-20	35-55	50-70	60-80	80-90	90-100

Ячейка устанавливалась на поверхность данной песчаной подушки и заполнялась тем же песком.

Растянутая ячейка имела приближенную к эллипсу форму примерно 260 мм по длинной оси и примерно

- 10 015761

180 мм по короткой оси. Дополнительный песок был засыпан в ящик с песком с наружной стороны ячейки и закрывал ячейку так, что верхний слой песка покрывал ячейку на 25 мм. Песок затем был утрамбован до относительной плотности 70%.

Цилиндрический стержень диаметром 150 мм устанавливался примерно в центре ячейки и нагружался с увеличением давления на песчаную поверхность с приростом 50 кПа (т.е. давление увеличивалось каждую минуту на 50 кПа) и при этом измерялись проникновение (глубина погружения цилиндрического стержня в удерживаемый песок) и давление (вертикальная нагрузка, распределенная в области пуансона).

Цилиндрический стержень испытывался (1) только на песке, (2) на ячейке сравнительного образца 1 и (3) на ячейке образца 3. Результаты испытаний показаны в табл. 5.

Таблица 5

Вертикальная нагрузка (кПа)	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550
Проникновение только в песке (мм)	1	2	3	>10	>15	>20	>20	>20	>20	>20
Проникновение в ячейке сравнительного Образца 1 (мм)	0,7	1,3	2	2,5	3	4	5	>10	>15	>20
Проникновение в ячейке Образца 3 (мм)	0,6	1	1,1	1,7	2	2,5	2,9	4	5	7

Ячейка образца 3 продолжала сохранять упругость при давлении больше, чем 400 кПа, тогда как ячейка сравнительного образца 1 её потеряла. Из-за текучести стенки из ПЭВП отмечалась низкая удерживающая способность ячейки сравнительного образца 1. Сравнительный образец 1 достиг предела текучести при давлении примерно 250 кПа, и если при этой вертикальной нагрузке вычислить среднее кольцевое напряжение (при среднем диаметре ячейки 225 мм), оно составит 13,5 МПа. Эта величина очень сильно связана с показателем предела текучести, полученного при испытании на растяжении по процедуре 1х11аг. Результаты показывают строгую и важную зависимость между упругостью и сопротивлением течению (способность выдерживать кольцевое напряжение выше 14 МПа) и способностью выдерживать большие вертикальные нагрузки. Можно отметить, что это испытание проводилось только при единичной нагрузке, в то время как в практическом использовании нагрузки прикладываются циклично. Ячейка сравнительного образца 1 не обеспечила сопротивление пластической деформации, являющееся очень важным показателем.

На фиг. 7 показаны диаграммы результатов из табл. 5. Разница между образцами по сопротивлению проникновению (погружению цилиндрического стержня), т.е. несущая способность ячейки переносить вертикальную нагрузку, видна очень четко.

Образец 4.

Был изготовлен полимерный образец 4 полосы из состава согласно образцу 2.

Для сравнения был изготовлен контрольный образец полимерной полосы толщиной 1,5 мм из ПЭВП согласно сравнительному образцу 1.

Два образца полос были исследованы при динамическом механическом анализе (ДМА) с частотой 1 Гц согласно стандарту А8ТМ Ό4065. Контрольный образец полосы из ПЭВП был испытан в температурном диапазоне примерно от -150 до 91°С. Контрольный образец нагревался со скоростью 5°С/мин и при этом измерялось усилие, смещение, модуль упругости и Тап Эе11а. Образец 4 полимерной полосы был испытан в диапазоне температур примерно от -65 до 120°С. Образец 4 нагревался со скоростью 5°С/мин и при этом измерялось усилие, смещение, модуль упругости и Тап Эе11а.

На фиг. 8 показаны диаграммы модуля упругости (накопления) и Тап Эе11а (коэффициента механических потерь) в зависимости от температуры для контрольного образца полосы из ПЭВП.

На фиг. 9 показаны диаграммы модуля упругости (накопления) и Тап Эе11а (коэффициента механических потерь) в зависимости от температуры для образца 4.

Модуль упругости образца из ПЭВП изменяется быстрее, чем у образца 4. Модуль упругости полосы образца 4 в три раза выше модуля упругости полосы образца из ПЭВП при температуре 23 °С. Модуль упругости полосы образца и ПЭВП при температуре 23 °С равен модулю упругости полосы образца 4 при температуре 60°С, т.е. этот показатель лучше у образца 4.

Коэффициент механических потерь (или коэффициент затухания механических колебаний) Тап Эе11а образца из ПЭВП экспоненциально растет, начиная с температуры около 75°С, что указывает на низкие показатели упругости (т.е. материал становится слишком пластичным и не может сохранять достаточную жесткость и упругость), при этом полоса становится вязкой и пластичной. Это нежелательно, так как трехмерные геоячейки (георешетки) могут нагреваться даже под землей (например, в дорожном покрытии). Тап Эе11а для полосы образца 4 сохранил свой показатель при температуре выше 100°С. Эти характеристики являются желательными для обеспечения дополнительного запаса прочности. Так как они проявляются при работе в условиях повышенных температур, то можно предположить долгосрочные эксплуатационные показатели в условиях умеренных температур (соответствующих стандарту А8ТМ 6992). Тот факт, что образец из ПЭВП резко начинает терять упругость и несущую способность при тем

- 11 015761 пературе примерно 75°С, предполагает его низкое сопротивление течению и склонность к пластической деформации. В отличие от образца из ПЭВП образец 4 из состава по настоящему изобретению сохраняет свою упругость (низкий показатель Тап Эс11а) при очень высоких температурах, таким образом, предполагается, что он будет сохранять свои характеристики долгий период и при большом количестве циклических нагрузок.

Образец 5.

Три образца полос были испытаны согласно процедуре РК8 СИМ с целью определения их долговременного расчетного усилия (ДРУ). Для сравнения был изготовлен контрольный образец полимерной полосы из ПЭВП согласно сравнительному образцу 1. Был изготовлен полимерный образец 4 полосы из состава согласно образцу 2. Был изготовлен полимерный образец 5 полосы из состава согласно образцу 2, который затем был ориентирован при температуре 115°С, чтобы увеличить исходную длину на 40%. Результаты испытаний показаны в табл. 6.

Таблица 6

	Сравнительный Образец 1	Образец 4	Образец 5
Долговременное расчетное усилие (МПа)	2.2	3	3.6

Как видно, образец 4 и ориентированный образец 5 имеют более высокий показатель ДРУ, чем у сравнительного образца 1.

Одновременно с тем, как здесь были описаны частные случаи исполнения изобретения, для тех, кто его применяет или тех, кто имеет опыт в области техники, могут стать понятными его альтернативные варианты, модификации, изменения, усовершенствования и вещественные эквиваленты, которые являются или могут быть в настоящий момент непредвиденными, согласно приведенным ниже пунктам патентной формулы изобретения в том порядке, как они поданы, и по мере того, как они могут быть уточнены, охватываются все его альтернативные варианты, модификации, изменения, усовершенствования и вещественные эквиваленты.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Система трехмерных геоячеек, содержащая полимерные полосы, где по крайней мере одна полимерная полоса имеет долговременное расчетное усилие 2,6 МПа или выше, определенное согласно процедуре РК.8 СИМ, включающей определение ступенчатым изотермическим методом по стандарту А8ТМ 6992 удлинение образца, определение отношения нагрузки, вызывающей удлинение образца на 10% и меньше, к площади сечения образца.
2. Система по п.1, где по крайней мере одна полимерная полоса имеет долговременное расчетное усилие 3 МПа или выше, определенное согласно процедуре РК8 СИМ.
3. Система по п.1, где по крайней мере одна полимерная полоса имеет долговременное расчетное усилие 4 МПа или выше, определенное согласно процедуре РК8 СИМ.
4. Система по п.1, где по крайней мере одна полимерная полоса имеет удлинение 12% при напряжении 14,5 МПа или выше, определенном по процедуре ΙζΙκ-ιγ включающей определение напряжения при скорости деформации 150%/мин при температуре 23°С.
5. Система по п.1, где по крайней мере одна полимерная полоса имеет удлинение 12% при напряжении 16 МПа или выше, определенном по процедуре ΙζΙκ-ιγ при температуре 23°С.
6. Система по п.1, где по крайней мере одна полимерная полоса имеет удлинение 12% при напряжении 18 МПа или выше, определенном по процедуре ΙζΙκιγ при температуре 23 °С.
7. Система по п.1, где по крайней мере одна полимерная полоса имеет коэффициент теплового расширения 120-10^-6/°С или меньше при температуре 25°С согласно стандарту А8ТМ Ό696.
8. Применение системы по пп.1-7 при изготовлении дорожной одежды, автодороги, железнодорожной магистрали или зоны парковки.
9. Применение по п.8 с заполнением геоячеек гранулированными материалами, выбранными из следующей группы, состоящей из песка, дробленого камня, щебня, карьерных отходов, переработанного асфальта, дробленого кирпича, строительных отходов и булыжника, дробленого стекла, шлака электростанций, золы, угольной пыли, доменного шлака, шлака цементного производства, шлака сталелитейного производства и их смесей.