EA017603B1 - Дренажный геокомпозит, способ его изготовления, технологическая линия для этого и строительный элемент на основе дренажного геокомпозита - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области транспортного строительства. Подготовленную смесь подают к экструдеру 9 (фиг. 4), в котором происходит получение расплава полимера 10, который через экструзионную головку 11 подается в фильеру 12, где выдавливается с получением нитей 13, вращающихся и пересекающихся в пространстве с образованием сетчатой структуры. Она поступает на формирующий барабан 15, охлаждается в ванне 14 с образованием сетки 16 объемной формы, которая в сложенном состоянии огибает тянущий барабан 17, образуя двуслойную сеточную ленту 18. Далее происходит каландрование ленты 18 в каландре 19 с получением на нем необходимой ленты 20 с георешетками. После этого происходит разогрев ленты 20 при прохождении ее между элементами 22 нагревательного устройства 23, соединение ленты с выходящими из размоточных барабанов 25 лентами 26 из геоткани с получением ленты 28 дренажного геокомпозита и скрутка ее в рулон на намоточном барабане 27. Завершает техпроцесс отделение устройством резки 29 необходимого количества ленты в рулон на намоточном барабане 27, снятие такого рулона и его упаковка. Для формирования строительного элемента из распакованного рулона отматывается определенное количество полотна дренажного геокомпозита, который укладывается на опорный слой. При этом дренажный геокомпозит представляет собой трехслойное полотно, состоящее из среднего слоя георешетки и крайних слоев геоткани. Георешетка имеет двухуровневую структуру размещения ее элементов, образующих ячейки. Причем как минимум один из углов таких ячеек снабжен перегородкой, а элементы уровней структуры георешетки выполнены в форме трехгранных призм.

Description

Изобретение относится к специальным строительным элементам - дренажным геокомпозитам, которые нашли широкое применение в качестве высокоэффективной альтернативы традиционным дренажным системам из щебня. Такой композит устойчив к воздействию ультрафиолетовых лучей и выхлопных газов и применяется в основном для дренажа транспортных сооружений и, в частности, для сооружений укрепляющих прослоек в земляном полотне автомобильных и железных дорог.

Технические решения по изобретению могут также найти применение в укреплении грунта при строительстве аэродромов, при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, при строительстве тоннелей, подземных конструкций. Также возможно их применение для защиты изоляции трубопроводов и их балластировке, для создания армирующей прослойки в фильтрующих системах, например, при строительстве торговых комплексов, участков парковки, садов и спортивных полей, а также в конструкциях полигонов для захоронения твердых бытовых отходов.

Известен дренажный геокомпозит [1], содержащий с возможностью скручивания в рулон георешетку с двухуровневой структурой размещения ее элементов, образующих ячейки, и два слоя геоткани, закрепленных на обеих плоскостях георешетки.

Аналог [1] обладает существенными недостатками, а именно в ходе эксплуатации, под воздействием значительных вертикальных нагрузок слои геоткани могут прогибаться, смыкаться друг с другом в пределах ячеек георешетки, которые имеют прямоугольную форму. Из-за этого те в процессе эксплуатации дренажного геокомпозита заиливаются. Поэтому он снижает свои фильтрующие свойства.

Более лучшими фильтрующими свойствами обладает дренажный геокомпозит [2], принятый за прототип полезной модели. В нем значительно уменьшены последствия упомянутого выше нежелательного прогиба слоев геоткани.

Дренажный геокомпозит по прототипу [2] содержит с возможностью скручиваться в рулон георешетку с трехуровневой структурой размещения ее цилиндрических элементов, образующих ячейки, и два слоя геоткани, закрепленных на обеих плоскостях георешетки. Цилиндрические элементы среднего уровня структуры георешетки являются дополнительной опорой, принимающей нагрузку через прогибающийся слой геоткани, что снижает вероятность ее соприкосновения с опорным слоем геоткани.

В прототипе [2] рекомендуется также выполнять слои геоткани из разных материалов и толщины, а элементы уровней георешетки - из разных материалов и различного размера поперечного сечения.

Однако недостатками прототипа [2] являются сложность конструкции дренажного геокомпозита и сравнительно большая его толщина из-за применения вместо традиционной двухуровневой трехуровневой структуры размещения элементов своей георешетки, а также из-за рекомендуемой неодинаковости выполнения элементов уровней георешетки и слоев геоткани. Это усложняет также технологию производства дренажного композита и уменьшает его гибкость, что снижает универсальность применения такого устройства для защиты конструкций с криволинейной поверхностью, например труб, а также снижает способность хранения геокомпозита в компактных рулонах.

Другим недостатком прототипа [2] являются недостаточно эффективные фильтрующие свойства дренажного геокомпозита из-за выполнения цилиндрическими элементов трех уровней структуры георешетки. В результате снижается способность просачивания жидкости, которой необходимо огибать поверхность таких элементов по окружности их поверхности, уменьшая свою скорость течения.

При изготовлении дренажного геокомпозита традиционно применяют технологию соединения слоев геоткани с георешеткой, которую получают согласно известному способу [3]. Для его осуществления служит устройство для изготовления неоднородного материала, содержащее штамп, включающий первую и вторую части. Эти части имеют поверхности, находящиеся во взаимном скольжении в области средства для выдавливания материала, расположенного вокруг продольной оси штампа и, по меньшей мере, частично ограниченного первой частью штампа, приводной механизм для приведения в относительное движение частей штампа и придания при этом второй его части раскачивающего движения вдоль, по меньшей мере, части кругового пути вокруг продольной оси, тем самым периодически влияя на выход выдавленного продукта из каждой секции средства для выдавливания.

Недостатком известного способа по аналогу [3] является то, что для его осуществления необходимо специальное приспособление - камера, соединенная с экструдером, при этом управление штампом осуществляется в автономном от экструдера режиме, что усложняет конструктивное решение технологической линии в целом и увеличивает время выполнения операций.

Более проще и лучше в быстродействии по своему осуществлению способ - прототип изготовления дренажного геокомпозита, в котором применяют соединение слоев геоткани с георешеткой после отдельной технологии оперативного изготовления георешетки [4]. Такая технология состоит из последовательно выполняемых операций, включающих в себя экструзию расплава полимера, выдавливание его через фильеру, формирование сетчатого материала, его охлаждение, каландрование, с получением на нем ленты с георешетками, обрезку ее на полосы заданного размера, транспортировку полученных полос георешеток к устройству их соединения с полосами геоткани аналогичных размеров. Заканчивается технологический процесс формированием полос дренажного геокомпозита и их скруткой в рулон.

Хотя прототип [4] лучше по быстродействию аналога [3], однако его оперативность осуществления все же недостаточна для массового производства дренажного геокомпозита из-за наличия лишней опера

- 1 017603 ции - транспортировки полос георешетки к специальному оборудованию и отдельной формовки на нем вместе с полосами геоткани полос дренажного геокомпозита.

Технологическая линия - прототип для осуществления известного способа [4] - содержит экструдер, экструзионная головка которого соединена с фильерой, расположенной перед погруженным в охлаждающую ванну формирующим барабаном, под которым расположен направляющий барабан, связанный через получаемый сеточный материал с каландром, который через полученную на нем ленту с георешетками соединен с намоточным барабаном, над которым расположены отрезные ножи. Технологическая линия также включает транспортировочные тележки и устройство для раскрутки рулонов с георешетками в полосы, а также устройство соединения этих полос с полосами геоткани.

Недостатком технологической линии прототипа [4] является усложненная конструкция и габариты описанной в нем технологической линии для получения дренажного геокомпозита из-за наличия больших разрывов в технологической цепочке между каландром и устройством соединения полос георешеток с полосами геоткани.

Известен строительный элемент [5], состоящий из опорного полотна и уложенного на него полотна дренажного геокомпозита, выполненного в виде непроницаемой циновки, заполненной бентонитом и фракциями глины. При этом такая циновка покрыта сетчатым слоем из вспененного геоматериала. Данный слой скреплен с непроницаемой циновкой с помощью сварных швов.

Недостатком аналога [5] является усложненная его конструкция из-за наличия множества компонентов в полотне геокомпозита.

Более проще по своей конструкции принятый за прототип изобретения строительный элемент [2], состоящий из опорного полотна и уложенного на него полотна дренажного геокомпозита, выполненного в виде георешетки с трехуровневой структурой размещения ее цилиндрических элементов, образующих ячейки, и двух слоев геоткани, закрепленных на обеих плоскостях георешетки.

Однако недостатком прототипа [2] является сложность строительного элемента из-за применения вместо традиционной двухуровневой - трехуровневой структуры размещения деталей георешетки, а также из-за рекомендуемой неодинаковости выполнения элементов уровней георешетки и слоев геоткани. Это усложняет также технологию производства строительного элемента из-за необходимости, например, снятия более толстого слоя грунта для укладки на опорное полотно такой утолщенной конструкции дренажного геокомпозита с трехуровневой георешеткой или, например, для применения большего количества утеплителя, для обертывания строительных труб, расположенных в грунте вместе с утолщенным слоем дренажного геокомпозита.

В результате усложняется технология возведения строительного сооружения с применением такого строительного элемента, что приводит к удорожанию и лишним трудозатратам строительных работ.

Задачи изобретения состоят в упрощении конструкции, повышении гибкости и фильтрационных свойств дренажного геокомпозита, а также в повышении оперативности, в упрощении осуществления способа его изготовления и в упрощении конструкции технологической линии для этого, а также в повышении технологичности и упрощении конструкции строительного элемента с применением дренажного геокомпозита.

Поставленная задача для изобретения - устройства - решается тем, что дренажный геокомпозит, содержащий с возможностью скручивания в рулон георешетку с двухуровневой структурой размещения ее элементов, образующих ячейки, и два слоя геоткани, закрепленных на плоскостях георешетки, имеет следующие отличительные признаки: как минимум один из углов ячеек снабжен перегородкой, а элементы уровней структуры георешетки выполнены в форме трехгранных призм.

Снабжение как минимум одного угла ячеек перегородкой направлено на создание дополнительной опоры, принимающей нагрузку через прогибающийся слой геоткани, что снизит вероятность его соприкосновения с другим слоем геоткани. Но в отличие от прототипа [2] такая дополнительная опора будет являться не отдельным третьим уровнем, а продолжением одного из двух уровней дренажного геокомпозита, что уменьшает его толщину, повышает гибкость и уменьшает расход материала при изготовлении.

Выполнение элементов уровней структуры георешетки в форме трехгранных призм позволит уменьшить гидравлическое сопротивление дренажного геокомпозита, так как путь прохождения влаги через поверхности таких элементов будет короче, чем у элементов структуры георешетки цилиндрической формы, как в прототипе [2].

Рекомендуемые размеры дренажного геокомпозита в рулоне: ширина - 2 м, длина - 30 м и толщина 5,5-7,5 мм. Возможные варианты выполнения элементов георешетки:

перегородка охватывает основания призм элементов уровней структуры георешетки с образованием закругленных углов ее ячеек;

ребра упомянутых призм также закруглены;

тело перегородки имеет расположенную на элементе одного из уровней структуры георешетки винтовую поверхность, переходящую в плоскость, примыкающую к элементу другого уровня структуры георешетки.

Поставленная задача для изобретения - способа - решается тем, что способ изготовления дренажного геокомпозита, состоящий из последовательно выполняемых операций, включающих в себя экструзию

- 2 017603 расплава полимера, выдавливание его через фильеру, формирование сетчатого материала, его охлаждение, каландрование, с получением на нем ленты с георешетками, ее соединение с геотканью и скрутку этого соединения в рулон, а также обрезку, имеет отличительные признаки: соединение дренажного геокомпозита с геотканью осуществляют на ленте с георешетками путем пропускания этой ленты с предварительным разогревом между двух лент геоткани и последующим обжатием их в валках с подачей сформированной ленты геокомпозита на намоточный барабан, на котором осуществляют ее обрезку.

Соединение дренажного геокомпозита с геотканью на ленте с георешетками позволит избежать разрыва технологической цепочки изготовления дренажного геокомпозита в отличие от прототипа [4].

Пропускание ленты с георешетками предварительным разогревом ее между двух лент геоткани и последующим обжатием их в валках направлено на ускорение непрерывного процесса получения ленты дренажного геокомпозита.

Усилению этого же положительного свойства служит подача сформированной ленты геокомпозита на намоточный барабан, на котором осуществляют ее обрезку.

Данные эффекты позволят повысить оперативность и упростить технологию изготовления дренажного геокомпозита.

Поставленная задача для изобретения - технологической линии - решается тем, что технологическая линия по изготовлению дренажного геокомпозита содержит экструдер, экструзионная головка которого соединена с фильерой, которая расположена над погруженным в водяную ванну формирующим барабаном, под которым расположен направляющий барабан, связанный с каландром, соединенным с намоточным барабаном, над которым расположены отрезные ножи, имеет отличительные признаки: дополнительно между намоточным барабаном и каландром установлены обжимные валки, под ними нагревательное устройство, а с их двух сторон - валы для закрепления на них рулонов геотекстиля.

Дополнительная установка между намоточным барабаном и каландром обжимных валков направлена на создание условий для непрерывного соединения слоев дренажного геокомпозита со слоями геоткани, что значительно упростит технологическую линию получения дренажного геокомпозита, так как не потребуется дополнительных сложных агрегатов для этого, как в прототипе [4].

Установка под обжимными валками нагревательного устройства позволит ускорить процесс получения дренажного геокомпозита на такой упрощенной технологической линии.

Закрепление с двух сторон валов с размещенным на них рулонов геотекстиля также направлено на достижение упомянутых выше положительных эффектов по упрощению технологической линии и повышению оперативности ее работы.

В изобретении заявляется также дренажный геокомпозит, который может быть получен согласно изобретенному способу и/или на изобретенной технологической линии.

Поставленная задача для изобретения относительно строительного элемента решается тем, что строительный элемент, состоящий из опорной поверхности и уложенного на нее полотна дренажного геокомпозита, выполненного в виде георешетки с духуровневой структурой размещения ее цилиндрических элементов, образующих ячейки, и двух слоев геоткани, закрепленных на обеих плоскостях георешетки, имеет отличительные признаки: как минимум один из углов ячеек полотна дренажного геокомпозита снабжен перегородкой, а элементы двухуровневой структуры его георешетки выполнены в форме трехгранных призм.

Снабжение как минимум одного угла упомянутых ячеек перегородкой направлено на создание дополнительной опоры, принимающей сверху в строительной конструкции нагрузку через прогибающийся слой геоткани, что снизит вероятность его соприкосновения с другим слоем геоткани. Но в отличие от прототипа [2] такая дополнительная опора будет являться не отдельным третьим уровнем, а продолжением одного из двух уровней дренажного геокомпозита, что уменьшает его толщину, повышает гибкость и уменьшает расход материала при изготовлении.

Выполнение элементов уровней структуры георешетки в форме трехгранных призм позволит уменьшить гидравлическое сопротивление дренажного геокомпозита, так как путь прохождения влаги через поверхности таких элементов будет короче, чем у элементов структуры георешетки цилиндрической формы, как в прототипе [2].

Перечисленные выше положительные свойства будут способствовать повышению эффективности применения и упрощению строительного элемента сооружения на основе дренажного геокомпозита.

Сущность изобретения поясняется иллюстрациями.

На фиг. 1 показан общий вид дренажного геокомпозита.

На фиг. 2 - общий вид его георешетки.

На фиг. 3 - вид на торец дренажного геокомпозита.

На фиг. 4 показана принципиальная схема технологической линии по производству дренажного геокомпозита.

На фиг. 5 - общий вид строительного элемента с применением дренажного геокомпозита в строительном сооружении.

Дренажный геокомпозит в рулоне (фиг. 1) имеет ширину 2 м, длину 30 м и толщину 5,5-7,5 мм. Он содержит в своей конструкции георешетку 1 с двухуровневой структурой размещения ее элементов 2 и 3,

- 3 017603 образующих ячейки 4, и два слоя геоткани 5, закрепленных на плоскости георешетки 1.

Как минимум один из углов ячеек 4 (фиг. 2) снабжен перегородкой 6, а элементы 2 и 3 уровней структуры георешетки 1 выполнены в форме трехгранной призмы 7 (фиг. 3). Ребра такой призмы 7 могут быть скруглены. Перегородка 6 охватывает основания призм 7 элементов 2 и 3 уровней структуры георешетки 1 с образованием закругленных углов ее ячеек 4.

С целью повышения скорости водооттока через элементы георешетки 1 тело перегородки 6 может иметь расположенную на элементе 2 одного уровня георешетки 1 винтовую поверхность, переходящую в плоскость, примыкающую к элементу 3 другого уровня структуры георешетки 1.

Технологическая линия для производства дренажного геокомпозита (фиг. 4) включает в себя загрузочный бункер 8, экструдер 9 для создания расплава полимера 10. Экструзионная головка 11 экструдера 9 соединена с фильерой 12, предназначенной для создания из расплава полимера 10 нитей 13, вращающихся и пересекающихся в пространстве с образованием сетчатой структуры. Фильера 12 расположена над погруженным в охлаждающую ванну 14 формирующим барабаном 15, с которого из охлажденной сетки объемной формы 16 складывается с помощью тянущего барабана 17 двухслойная сеточная лента 18.

С помощью двухслойной ленты 18 тянущий барабан 17 связан с каландром 19, в котором происходит соединение и формование слоев двухслойной сеточной ленты 18 и ориентирование элементов ее сеточной структуры с получением ленты 20, у которой сформированы георешетки 1 (фиг. 1-3) с двухуровневой структурой размещения ее элементов 2 и 3, образующих ячейки 4.

Каландр 19 (фиг. 4) соединен с промежуточным барабаном 21, над которым расположены элементы 22 нагревательного устройства 23. Над нагревательным устройством 23 расположены обжимные валки 24.

С двух сторон нижних обжимных валков 24 расположены размоточные барабаны 25 для закрепления на них рулонов лент 26 из геоткани 5 (фиг. 1, 3).

Замыкает технологическую цепочку намоточный барабан 27, который через ленту 28 дренажного геокомпозита связан с верхними обжимными валками 24. Перед намоточным барабаном 27 и над лентой 28 расположено устройство резки 29, например отрезные ножи или дисковая пила.

В качестве примера в нижеприведенной таблице представлены основные показатели параметров и свойств дренажного геокомпозита (фиг. 1-3), получаемого на описанной выше технологической линии (фиг. 4).

№ пп	Показатель	Толщина (мм) без нагрузки и условный (диагональный) размер ячеек 4 (мм)
5,5(10X10)	7,5(10X10)
1	2	3	4
1	Толщина при нагрузке 2 кПа, мм	5±0,35	7±0,49
2	Поверхностная плотность, г/м2	250±25	250±25
3	Разрывная нагрузка для каркаса, кН/м, не менее	5	5,5
4	Разрывная нагрузка для фильтра, кН/м	23±1	23±1
5	Относительное удлинение при разрыве, не менее	120	120
6	Коэффициент фильтрации в плоскости геодрены при нагрузке 2 кПа, м/сутки, не менее	450	450
7	Коэффициент фильтрации нормально к плоскости геодрены при нагрузке 2 кПа, м/сутки, не менее	25	25

Такой дренажный геокомпозит 30 вместе с опорным слоем 31 (слоем щебня, стенкой дренажной или другой трубы, другим геотехническим материалом, мембраной и т.д.) составляет строительный элемент 32 (фиг. 5), применяемый в строительном сооружении, например, в качестве укрепляющей и дренирующей прослойки транспортного сооружения с асфальтовым покрытием 33. В данном примере опорный слой 31 выполнен из щебня на земляном полотне 34. Сверху строительного элемента 32 уложена основа 35 из специального строительного состава, на которой расположено асфальтовое покрытие 33. При этом часть дренажного геокомпозита 30 уложена на дно водоотводящей траншеи 36.

- 4 017603

Способ изготовления дренажного геокомпозита 30 с заданными конструктивными параметрами (фиг. 2, 3) состоит из последовательно выполняемых операций на технологической линии (фиг. 4).

Вначале к экструдеру 9 подают исходное сырье: полимер - полиэтилен, пигменты, возможно стабилизатор. После этого смешивают эти компоненты в емкости и полученную смесь вакуум-загрузчиком (не показано) подают в загрузочный бункер 8, а оттуда в экструдер 9. В нем происходит получение гомогенного расплава полимера 10, который через экструзионную головку 11 подается в фильеру 12, где выдавливается с получением нитей 13, вращающихся и пересекающихся в пространстве с образованием сетчатой структуры. Сетчатая структура поступает на формирующий барабан 15, скользит по его поверхности, повторяя ее форму поверхности, и охлаждается в ванне 14. В результате образуется объемной формы сетка 16, которая сходит с поверхности формирующего барабана 15, постепенно складываясь по конусу, и в сложенном состоянии огибает тянущий барабан 17, образуя двухслойную сеточную ленту 18, охлаждаемую в ванне 14.

Далее происходит каландрование охлажденной двухслойной сеточной ленты 18 в каландре 19, с получением на нем ленты 20 с георешетками 1 (фиг. 1-3).

После этого происходит разогрев ленты 20 при прохождении ее между элементами 22 нагревательного устройства 23, соединение ленты 20 с выходящими из размоточных барабанов 25 лентами 26 из геоткани с получением ленты 28 дренажного геокомпозита, и скрутка ее в рулон на намоточном барабане 27. Завершает техпроцесс отделение устройством резки 29 необходимого количества ленты 28 в рулон на намоточном барабане 27, снятие такого рулона и его упаковка.

Для формирования строительного элемента 32 (фиг. 5) из распакованного рулона отматывается определенное количество полотна дренажного геокомпозита 30, который укладывается на опорный слой 31, находящийся на земляном полотне 34. Конец полотна дренажного геокомпозита отводится с укладкой в водоотводящую траншею 36. Сверху строительного элемента 32 укладывается основа 35 из специального строительного состава, на которой располагается асфальтовое покрытие 33.

Благодаря применению специальной конструкции (фиг. 1-3) дренажного геокомпозита, получаемого описанным выше способом на технологической линии (фиг. 4), обеспечивается улучшенный отвод влаги и воды из различных строительных конструкций.

Источники информации.

1. Патент И8 5877096, МПК Е02В 11/00; Ε02Ό 29/02; Е02В 11/00, приоритет 05.05.1997, публикация 02.03.1999.

2. Свидетельство КП 61725 и, МПК Е01С 9/00, Е01С 5/22, приоритет 26.03.2006, публикация 10.03.2007 (прототип для устройства дренажного геокомпозита и для строительной конструкции с его применением).

3. Патент КБ 2104156 С1, МПК Β29Ό 28/00 публикация 10.02.1998.

4. Патент КП 2333102 С1, МПК Β29Ό 28/00, приоритет 26.07.2007, публикация 10.09.2008 (прототип для способа изготовления и технологической линии).

5. Патент Ε8 2278782 (Т3), МПК Ε02Ό 31/00, В32В 5/18, приоритет 22.08.2001, публикация 16.08.2007.

Claims (6)

1. Скручиваемый в рулон дренажный геокомпозит, содержащий георешетку с двухуровневой структурой размещения ее элементов, образуя ячейки, и два слоя геоткани, закрепленных на плоскостях георешетки, отличающийся тем, что как минимум один из углов ячеек снабжен перегородкой, а элементы уровней структуры георешетки выполнены в форме трехгранных призм.

2. Композит по п.1, отличающийся тем, что перегородка охватывает основания трехгранных призм элементов разных уровней структуры георешетки с образованием закругленных углов ее ячеек.

3. Композит по п.1, отличающийся тем, что ребра трехгранных призм закруглены.

4. Композит по п.1, отличающийся тем, что тело перегородки имеет расположенную на элементе одного из уровней структуры георешетки винтовую поверхность, переходящую в плоскость, примыкающую к элементу другого уровня структуры георешетки.

5. Композит по п.1, отличающийся тем, что его размеры в рулоне: ширина - 2 м, длина - 30 м и толщина - 5,5-7,5 мм.

6. Строительный элемент, состоящий из опорного слоя и уложенного на него полотна дренажного геокомпозита, выполненного в виде георешетки с двухуровневой структурой размещения ее цилиндрических элементов, образующих ячейки, и двух слоев геоткани, закрепленных на обеих плоскостях георешетки, отличающийся тем, что как минимум один из углов ячеек полотна дренажного геокомпозита снабжен перегородкой, а элементы двухуровневой структуры его георешетки выполнены в форме трехгранных призм.