JP5397790B2 - Geocell for load bearing applications - Google Patents

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Description

本開示は、車道、鉄道、駐車区域、および歩道に存在するもののように、荷重支持での使用に好適なCCSまたはジオセルとしても既知のセル状閉じ込めシステムに関する。特に、本開示のジオセルは、多数の荷重サイクルおよび温度サイクルの後にそれらの寸法を保持する。従って必要とされるインフィルの閉じ込めは、ジオセルの設計寿命サイクルの間にわたって保持される。   The present disclosure relates to cellular confinement systems, also known as CCS or geocells suitable for use in load bearings, such as those present in roadways, railways, parking areas, and sidewalks. In particular, the geocells of the present disclosure retain their dimensions after multiple load and temperature cycles. Thus, the required infill containment is maintained throughout the design life cycle of the geocell.

セル状の閉じ込めシステム(CCS)は、非粘性土、砂、小石、砂利、砕石、または他のいずれかのタイプの顆粒状の粒塊であることができる顆粒状のインフィルで満たされた「ハニカム」構造に似た封じ込めセルの配列である。ジオセルとしても知られるCCSは、機械的強度および剛性をほとんど必要としない土木工学用途、例えば傾斜の保護(浸食を防ぐため)または傾斜の側面支持に主に使用される。   Cellular containment system (CCS) is a “honeycomb filled with granular infill, which can be non-viscous soil, sand, pebbles, gravel, crushed stone, or any other type of granular agglomerates An array of containment cells resembling a structure. CCS, also known as geocell, is mainly used for civil engineering applications that require little mechanical strength and rigidity, such as slope protection (to prevent erosion) or slope side support.

CCSは、ジオグリッド/ジオテキスタイルが平坦(すなわち二次元)であり、平面状の補強として使用される点において、ジオグリッド/ジオテキスタイルのような他のジオシンセティックスとは異なる。ジオグリッド/ジオテキスタイルは、非常に限られた垂直距離(普通は、顆粒状材料の平均サイズの1〜2倍)に関してだけ閉じ込めを行い、約20mmを超える平均サイズを有する顆粒状材料に制限される。このことがこのような二次元のジオシンセティックスの使用を比較的高価な顆粒状材料(砂利、砕石および小石)に制限するが、それは低品質の顆粒状材料、例えばリサイクルされたアスファルト、粉砕されたコンクリート、飛散灰および採石場廃棄物に対しては閉じ込めも補強もほとんど行わないからである。反対に、CCSは、三次元構造であり、あらゆる方向(すなわち、各セルの断面全体に沿って)での閉じ込めを行う。さらに、マルチセルの幾何学形状は、保持力を増大させる受動抵抗を与える。二次元のジオシンセティックスとは異なり、ジオセルは、約20mm未満の平均粒径を有する顆粒状材料および場合によっては約10mm以下の平均粒径を有する材料に対して閉じ込めおよび補強を行う。   CCS differs from other geosynthetics such as geogrid / geotextile in that the geogrid / geotextile is flat (ie, two-dimensional) and used as a planar reinforcement. Geogrids / geotextiles confine only for very limited vertical distances (usually 1-2 times the average size of the granular material) and are limited to granular materials having an average size greater than about 20 mm . This limits the use of such two-dimensional geosynthetics to relatively expensive granular materials (gravels, crushed stones and pebbles), which are low quality granular materials such as recycled asphalt, ground This is because there is little confinement or reinforcement of the concrete, fly ash and quarry waste. Conversely, CCS is a three-dimensional structure that provides confinement in all directions (ie, along the entire cross section of each cell). Furthermore, the multi-cell geometry provides a passive resistance that increases the holding force. Unlike two-dimensional geosynthetics, geocells contain and reinforce granular materials that have an average particle size of less than about 20 mm and, in some cases, materials that have an average particle size of about 10 mm or less.

ジオセルは、Prestoを含む一部の世界的な企業によって製造されている。Prestoのジオセル、ならびに大部分のその模倣品はポリエチレン(PE)で製造されている。ポリエチレン(PE)は、高密度ポリエチレン(HDPE)または中密度ポリエチレン(MDPE)であることができる。「HDPE」という用語は、以下、0.940g/cmを超える密度によって特徴付けられるポリエチレンを指す。中密度ポリエチレン(MDPE)という用語は、0.925g/cmを超えて0.940g/cmまでの密度によって特徴付けられるポリエチレンを指す。低密度ポリエチレン(LDPE)という用語は、0.91〜0.925g/cmの密度によって特徴付けられるポリエチレンを指す。 Geocells are manufactured by some global companies including Presto. Presto's geocell, as well as most of its imitations, are made of polyethylene (PE). The polyethylene (PE) can be high density polyethylene (HDPE) or medium density polyethylene (MDPE). The term “HDPE” refers hereinafter to polyethylene characterized by a density greater than 0.940 g / cm 3 . The term medium density polyethylene (MDPE) refers to a polyethylene characterized by density of up to 0.940 g / cm 3 greater than the 0.925 g / cm 3. The term low density polyethylene (LDPE) refers to polyethylene characterized by a density of 0.91 to 0.925 g / cm 3 .

HDPEおよびMDPEから製造されるジオセルは、滑らかであるか、またはテクスチャライズされているかのいずれかである。テクスチャライズされたジオセルは、そのテクスチャがインフィルとジオセル壁との摩擦をある程度増すことができるので、市場では最も一般的である。理論的にはHDPEは15メガパスカル(MPa)を超える引張強度(降伏または破壊点での引張応力)を有することができるが、実際はサンプルをジオセル壁からとり、ASTM D638に従って試験する場合、その強度は、車道および鉄道のような荷重支持用途には不十分であり、さらに150%/分の高い歪速度ではほとんど14MPaに到達しない。   Geocells made from HDPE and MDPE are either smooth or textured. Textured geocells are most common on the market because their texture can add some friction between the infill and the geocell walls. Theoretically, HDPE can have a tensile strength (yield or tensile stress at the point of failure) of greater than 15 megapascals (MPa), but in practice its strength when samples are taken from the geocell wall and tested according to ASTM D638. Is insufficient for load bearing applications such as roadways and railways, and hardly reaches 14 MPa at a high strain rate of 150% / min.

HDPEおよびMDPEの低い特性は、ASTM D4065に従う動的機械分析(DMA)によって分析される場合に明らかに視覚可能である:23℃での貯蔵弾性率は約400MPa未満である。貯蔵弾性率は、温度が上昇するにつれて劇的に劣化し、約75℃の温度では有用なレベル未満になるため、荷重支持補強としての利用が制限される。これらの高くない機械的特性は、傾斜の保護には十分であるが、5年を超える業務用に設計される長期間の荷重支持用途には十分でない。   The low properties of HDPE and MDPE are clearly visible when analyzed by dynamic mechanical analysis (DMA) according to ASTM D4065: the storage modulus at 23 ° C. is less than about 400 MPa. Storage modulus degrades dramatically with increasing temperature and is below useful levels at temperatures of about 75 ° C., limiting its use as a load bearing reinforcement. These low mechanical properties are sufficient for slope protection, but not for long-term load bearing applications that are designed for business use over 5 years.

ポリマーの長期間にわたるクリープ関連挙動を予測する別の方法は、ASTM 6992に従う段階的定温法(SIM)による加速クリープ試験である。この方法において、ポリマー試料は、段階的な温度プログラムの下で一定の荷重に供される。高温段階は、クリープを加速する。この方法は、長期間、さらには100年にわたる試料の特性の外挿を可能にする。普通は、PEおよびPPが試験される場合、10%の塑性変形を生じる荷重を「長期設計強度」と称し、設計のために許容される強度としてジオシンセティックスに使用される。PEおよびPPは、10%の塑性変形を超える二次クリープの影響下にあるので、10%を超える塑性変形を生じる荷重は避けられる。二次クリープは、予測できず、PEおよびPPは、このモードで「貫入」を生じる傾向がある。   Another way of predicting the long term creep-related behavior of polymers is the accelerated creep test by the stepwise isothermal method (SIM) according to ASTM 6992. In this method, the polymer sample is subjected to a constant load under a stepwise temperature program. The high temperature stage accelerates creep. This method allows extrapolation of the properties of the sample over a long period of time and even over 100 years. Normally, when PE and PP are tested, the load that results in 10% plastic deformation is referred to as “long-term design strength” and is used in geosynthetics as an acceptable strength for design. Since PE and PP are under the influence of secondary creep exceeding 10% plastic deformation, loads that cause plastic deformation exceeding 10% are avoided. Secondary creep is unpredictable and PE and PP tend to cause “penetration” in this mode.

車道、鉄道およびより重い荷重が与えられる貯蔵場および駐車場のような用途に関して、このようなほとんど14MPaに満たない強度は不十分である。特に、これらの高くない機械的特性を有するジオセルは、比較的低い剛性を有する傾向にあり、8%程度の低い歪において塑性変形する傾向がある。塑性変形は、セルのその閉じ込め潜在力、本質的には短期間または少数の車両通過(少数の周期的荷重)後の主要な補強機構を喪失させる。例えば、機械方向(縫合面に対して垂直)において典型的なジオセルからとったストリップを20%/分の歪速度またはさらに150%/分の歪速度でASTM D638に従って試験する場合、6%歪での応力は13MPa未満であり、8%歪での応力は13.5MPa未満であり、12%歪では14MPa未満である。結果として、HDPEジオセルは、ジオセルが低荷重の下にあり、荷重保持インフィルの閉じ込めが必須でない(例えば土壌の安定化においての)場合の用途に限られる。ジオセルは、低歪時に塑性変形する傾向が高いため、車道、鉄道、駐車区域、または重容器貯蔵場のような荷重支持用途には広くは許容されない。   For applications such as roadways, railways, and storage and parking lots that are subject to heavier loads, such strengths of almost less than 14 MPa are insufficient. In particular, these geocells with low mechanical properties tend to have relatively low stiffness and tend to plastically deform at strains as low as 8%. Plastic deformation loses its containment potential of the cell, essentially the main reinforcement mechanism after a short period or a few vehicle passes (a few periodic loads). For example, when a strip taken from a typical geocell in the machine direction (perpendicular to the stitching surface) is tested according to ASTM D638 at a strain rate of 20% / min or even 150% / min, at 6% strain Is less than 13 MPa, the stress at 8% strain is less than 13.5 MPa, and at 12% strain is less than 14 MPa. As a result, HDPE geocells are limited to applications where the geocell is under low load and no load-carrying infill containment is essential (eg, in soil stabilization). Geocells are not widely accepted for load bearing applications such as roadways, railways, parking areas, or heavy container storage because they tend to plastically deform at low strains.

垂直荷重が顆粒状材料の基材に適用される場合、垂直荷重の一部が水平荷重または圧力に変換される。水平荷重の大きさは、垂直荷重に、顆粒状材料の水平土圧係数(横土圧係数またはLEPCとしても知られる)を乗じたものに等しい。LEPCは、小石および砕石(一般に低級の硬質粒子であるため、圧縮は非常に良好であり、可塑性も最小である)のような良好な材料に関しては約0.2から、砕石場廃棄物またはリサイクルされたアスファルト(細粒含有量が高く、可塑性が高い材料)のようなより可塑性の材料では約0.3〜0.4まで変動し得る。顆粒状材料が湿潤している場合(例えば雨または洪水により路盤および車道の下層路盤が飽和している)、その可塑性は増大し、より高い水平荷重が生じ、セル壁に増大したフープ応力を与える。   When a vertical load is applied to a granular material substrate, a portion of the vertical load is converted to a horizontal load or pressure. The magnitude of the horizontal load is equal to the vertical load multiplied by the horizontal earth pressure coefficient of the granular material (also known as the transverse earth pressure coefficient or LEPC). LEPC is about 0.2 to quarry waste or recycled for good materials such as pebbles and crushed stones (generally lower hard particles, so compression is very good and least plastic) For more plastic materials such as processed asphalt (material with high fines content and high plasticity), it can vary from about 0.3 to 0.4. When the granular material is moist (eg, the roadbed and the lower roadbed are saturated due to rain or flood), its plasticity increases, resulting in higher horizontal loads and increasing hoop stress on the cell walls .

顆粒状材料が、ジオセルによって閉じ込められ、垂直荷重が静的または動的応力(例えば、車両の車輪または列車のレールによって与えられる圧力)によって上部から適用される場合、水平圧力は、ジオセル壁においてフープ応力に変換される。フープ応力は、水平圧力および平均セル半径に比例し、セル壁の厚さに反比例する。

Figure 0005397790
式中、HSは、ジオセル壁の平均フープ応力であり、VPは荷重によって顆粒状材料に対外的に適用される垂直圧力である。LEPCは、横方向の土圧係数であり、rは平均セル半径であり、dは公称セル壁厚さである。 If the granular material is confined by the geocell and the vertical load is applied from the top by static or dynamic stress (eg pressure applied by vehicle wheels or train rails), the horizontal pressure will hoop in the geocell wall Converted to stress. The hoop stress is proportional to the horizontal pressure and the average cell radius and inversely proportional to the cell wall thickness.
Figure 0005397790
Where HS is the mean hoop stress of the geocell wall and VP is the normal pressure applied externally to the granular material by the load. LEPC is the lateral earth pressure coefficient, r is the average cell radius, and d is the nominal cell wall thickness.

例えば、1.5ミリメートルのセル壁厚さ(テクスチャを含み、この「壁厚さ」という用語は以下、セル壁断面のピークからピークまでの距離を指す)、230ミリメートルの平均直径(顆粒状材料でインフィルされている場合)、200ミリメートルの高さを有し、砂または砕石場廃棄物(LEPC0.3)および700キロパスカル(kPa)の垂直荷重を有するHDPEまたはMDPE製のジオセルは、約16メガパスカル(MPa)のフープ応力を受ける。フープ応力の式からわかるように、より大きい直径またはより薄い壁(経済的な製造の観点から有利である)は、顕著により高いフープ応力に供され、従ってHDPEまたはMDPEで製造される場合に補強としてあまり作用しない。   For example, a cell wall thickness of 1.5 millimeters (including texture, the term “wall thickness” hereinafter refers to the cell wall cross-sectional peak-to-peak distance), an average diameter of 230 millimeters (granular material Geocells made of HDPE or MDPE having a height of 200 millimeters, sand or quarry waste (LEPC 0.3) and a vertical load of 700 kilopascals (kPa) are about 16 mm. Subject to megapascal (MPa) hoop stress. As can be seen from the hoop stress equation, larger diameters or thinner walls (advantageous from an economic manufacturing point of view) are subject to significantly higher hoop stress and are therefore reinforced when manufactured with HDPE or MDPE. Does not work as much.

550kPの垂直荷重は、舗装されていない車道に一般的である。700KPa以上の顕著に高い荷重は、重量車両のための車道(舗装されたおよび舗装されていない)、産業用道路、または駐車区域で遭遇することがある。   A vertical load of 550 kP is common on unpaved roadways. Significantly higher loads of 700 KPa or higher may be encountered on roadways (paved and unpaved), industrial roads, or parking areas for heavy vehicles.

荷重支持用途、特に車道および鉄道は一般に、多量の周期的荷重に供されるので、ジオセル壁は、非常に低い塑性変形を伴って、周期的荷重下で元々の寸法を保持することが必要である。HDPEジオセルの商業的な利用は、HDPEが、通常は約8%の歪および荷重支持用途にて一般的に見出される典型的な応力にてその塑性限界に到達するので、非荷重保持用途に制限される。   Because load bearing applications, especially roadways and railways, are typically subjected to a large amount of cyclic loading, the geocell walls need to retain their original dimensions under cyclic loading with very low plastic deformation. is there. The commercial use of HDPE geocells is limited to unload-holding applications as HDPE reaches its plastic limit at typical stresses typically found in strain and load bearing applications typically around 8% Is done.

増大した剛性および強度、高温での低い変形傾向、周囲温度(23℃)を超える温度でのその弾性の良好な保持、繰り返され連続する荷重下および/または長期間の業務の下での塑性変形を生じる低い傾向を有するようなジオセルを提供することが望ましい。   Increased stiffness and strength, low tendency to deform at high temperature, good retention of its elasticity above ambient temperature (23 ° C.), plastic deformation under repeated and continuous loads and / or long-term service It would be desirable to provide such a geocell that has a low tendency to yield.

塑性変形を生じることなく、十分な剛性を提供し、高い応力を受容できるジオセルが実施形態において開示される。このようなジオセルは、例えば舗装道路、車道、鉄道、駐車区域、空港滑走路、および貯蔵場区域のような荷重支持用途に好適である。このようなジオセルを製造する方法および使用方法も開示される。   Disclosed in embodiments are geocells that provide sufficient rigidity and can accept high stress without causing plastic deformation. Such geocells are suitable for load bearing applications such as paved roads, roadways, railways, parking areas, airport runways, and storage areas. Methods for making and using such geocells are also disclosed.

一部の実施形態において、ポリマーストリップから形成されるジオセルが開示され、少なくとも1つのポリマーストリップは、23℃にて、1Hzの周波数でASTM D4065に従う動的機械分析(DMA)によって機械方向にて測定される場合に、500MPa以上の貯蔵弾性率を有する。   In some embodiments, a geocell formed from a polymer strip is disclosed, wherein at least one polymer strip is measured in the machine direction by dynamic mechanical analysis (DMA) according to ASTM D4065 at a frequency of 1 Hz at 23 ° C. When having a storage elastic modulus of 500 MPa or more.

少なくとも1つのポリマーストリップは、700MPa以上の貯蔵弾性率(1000MPa以上の貯蔵弾性率を含む)を有してもよい。   The at least one polymer strip may have a storage modulus of 700 MPa or more (including a storage modulus of 1000 MPa or more).

少なくとも1つのポリマーストリップは、23℃にてIzhar手順に従って測定される場合に12%の歪における応力が14.5MPa以上(12%の歪における応力が16MPa以上、または12%の歪における応力が18MPa以上を含む)であってもよい。   At least one polymer strip has a stress at 12% strain of 14.5 MPa or higher (stress at 12% strain of 16 MPa or higher, or 18 MPa at 12% strain when measured according to the Izhar procedure at 23 ° C. Including the above).

少なくとも1つのポリマーストリップは、ASTM D696に従って25℃において120×10−6/℃以下の熱膨張係数を有してもよい。 The at least one polymer strip may have a coefficient of thermal expansion of no greater than 120 × 10 −6 / ° C. at 25 ° C. according to ASTM D696.

ジオセルは、舗装道路、車道、鉄道または駐車区域の層に使用できる。ジオセルは、砂、小石、砕石、砂利、砕石場廃棄物、粉砕されたコンクリート、リサイクルされたアスファルト、砕石ブリックス、建築残骸および粗石、粉砕されたガラス、発電所アッシュ、飛散灰、石炭灰、高炉鉄スラグ、セメント製造スラグ、スチールスラグおよびこれらの混合物からなる群から選択される顆粒状材料で充填することができる。   Geocells can be used for paved roads, roadways, railways or parking areas. Geocell is composed of sand, pebbles, crushed stone, gravel, quarry waste, crushed concrete, recycled asphalt, crushed bricks, building debris and rough stone, crushed glass, power plant ash, fly ash, coal ash, It can be filled with a granular material selected from the group consisting of blast furnace iron slag, cement production slag, steel slag and mixtures thereof.

ポリマーストリップから形成されたジオセルが他の実施形態において開示されており、63℃および1Hzの周波数にてASTM D4065に従って動的機械分析(DMA)によって機械方向にて測定される場合に、少なくとも1つのポリマーストリップは150MPa以上の貯蔵弾性率を有する。   A geocell formed from a polymer strip is disclosed in another embodiment and has at least one when measured in the machine direction by dynamic mechanical analysis (DMA) according to ASTM D4065 at a frequency of 63 ° C. and 1 Hz. The polymer strip has a storage modulus of 150 MPa or more.

少なくとも1つのポリマーストリップは、250MPa以上の貯蔵弾性率(400MPa以上の貯蔵弾性率を含む)を有してもよい。   The at least one polymer strip may have a storage modulus of 250 MPa or more (including a storage modulus of 400 MPa or more).

ポリマーストリップから形成されたジオセルがさらに他の実施形態において開示されており、PRS SIM手順に従って測定される場合、少なくとも1つのポリマーストリップは、26MPa以上の長期設計応力を有する。   Geocells formed from polymer strips are disclosed in yet other embodiments, and when measured according to the PRS SIM procedure, at least one polymer strip has a long-term design stress of 26 MPa or greater.

少なくとも1つのポリマーストリップは、3MPa以上の長期設計応力(4MPa以上の長期設計応力を含む)を有してもよい。   The at least one polymer strip may have a long-term design stress of 3 MPa or more (including a long-term design stress of 4 MPa or more).

これらおよび他の実施形態を以下により詳細に記載する。   These and other embodiments are described in more detail below.

本明細書に開示されている例示的な実施形態を例示する目的のためであり、それを限定する目的ではなく示した図面の簡単な説明は次の通りである。   For purposes of illustrating exemplary embodiments disclosed herein, and not for purposes of limitation, a brief description of the drawings is as follows.

ジオセルの斜視図である。It is a perspective view of a geocell.

本開示のジオセル中に使用されるポリマーストリップの例示的な実施形態を示すダイアグラムである。2 is a diagram illustrating an exemplary embodiment of a polymer strip used in a geocell of the present disclosure.

本開示のジオセルに使用されるポリマーストリップの別の例示的な実施形態を示すダイアグラムである。6 is a diagram illustrating another exemplary embodiment of a polymer strip used in the geocell of the present disclosure.

本開示のジオセルに使用されるポリマーストリップの別の例示的な実施形態を示すダイアグラムである。6 is a diagram illustrating another exemplary embodiment of a polymer strip used in the geocell of the present disclosure.

比較例に対する本開示の種々のセルの応力−歪結果を含むグラフである。6 is a graph including stress-strain results of various cells of the present disclosure for a comparative example.

本開示のジオセルに関する応力−歪ダイアグラムを示すグラフである。2 is a graph showing a stress-strain diagram for a geocell of the present disclosure.

比較例に対する本開示の例示的なセルの垂直荷重試験の結果を示すグラフである。6 is a graph illustrating the results of an exemplary cell vertical load test of the present disclosure relative to a comparative example.

コントロールストリップに関する温度に対する貯蔵弾性率およびTan Deltaのグラフである。FIG. 6 is a graph of storage modulus and Tan Delta versus temperature for a control strip.

本開示のジオセルに使用されるポリマーストリップに関する温度に対する貯蔵弾性率およびTan Deltaのグラフである。2 is a graph of storage modulus and Tan Delta versus temperature for a polymer strip used in the geocell of the present disclosure.

次の詳細な説明は、当業者が本明細書に開示される実施形態を製造および使用できるように与えられ、これらの実施形態を実行することを想定した最良の様式を示す。しかし、種々の改質がなおも、当業者に明らかであり、この開示の範囲内であると考えられるべきである。   The following detailed description is presented to enable one of ordinary skill in the art to make and use the embodiments disclosed herein, and illustrates the best mode envisioned for carrying out these embodiments. However, various modifications are still apparent to those skilled in the art and should be considered within the scope of this disclosure.

本明細書に開示されるコンポーネント、プロセスおよび装置のより完全な理解は、添付の図面を参照して得ることができる。これらの図面は、単に簡便さおよび本開示を示す容易さに基づく概略図であり、そのため、デバイスまたはそれらのコンポーネントの相対的な大きさおよび寸法を示すこと、および/または例示的な実施形態の範囲を規定または限定することを意図しない。   A more complete understanding of the components, processes, and apparatus disclosed herein can be obtained by reference to the accompanying drawings. These drawings are schematic illustrations based solely on convenience and ease of illustrating the present disclosure, thus showing the relative sizes and dimensions of the devices or their components, and / or exemplary embodiments. It is not intended to define or limit the scope.

図1は、単一層のジオセルの斜視図である。ジオセル10は、複数のポリマーストリップ14を含む。隣接するストリップは、区別できる物理的ジョイント16によって共に結合される。結合は、結合、縫合まはた溶接によって行うことができるが、一般に溶接によって行われる。2つのジョイント16間の各ストリップ部分は、個々のセル20のセル壁18を形成する。各セル20は、2つの異なるポリマーストリップから製造されるセル壁を有する。ストリップ14は、共に結合して、複数のストリップからのハニカムパターンを形成する。例えば、外側ストリップ22および内側ストリップ24は物理的ジョイント16によって共に結合されて、それがストリップ22および24の長さに沿って規則的に空間をあける。内側ストリップ24の対は、物理的ジョイント32によって共に結合される。各ジョイント32は、2つのジョイント16間にある。結果として、複数のストリップ14がストリップの面に垂直な方向に延伸される場合、ストリップは、正弦曲線の様式で曲がり、ジオセル10を形成する。2つのポリマーストリップ22、24の端部が出会うジオセル縁部において、端部ウエルド26(ジョイントととも考えられる)は、端部28からの距離が短く、2つのポリマーストリップ22、24を安定化する短いテール30を形成する。   FIG. 1 is a perspective view of a single layer geocell. The geocell 10 includes a plurality of polymer strips 14. Adjacent strips are joined together by distinguishable physical joints 16. The connection can be made by joining, stitching or welding, but is generally done by welding. Each strip portion between the two joints 16 forms a cell wall 18 of an individual cell 20. Each cell 20 has a cell wall made from two different polymer strips. The strips 14 are joined together to form a honeycomb pattern from multiple strips. For example, the outer strip 22 and the inner strip 24 are joined together by the physical joint 16 so that it regularly spaces along the length of the strips 22 and 24. The pair of inner strips 24 are joined together by a physical joint 32. Each joint 32 is between two joints 16. As a result, when multiple strips 14 are stretched in a direction perpendicular to the plane of the strip, the strips bend in a sinusoidal fashion to form the geocell 10. At the geocell edge where the ends of the two polymer strips 22, 24 meet, the end weld 26 (also considered a joint) is short distance from the end 28 and stabilizes the two polymer strips 22, 24. A short tail 30 is formed.

本開示のジオセルは、特定の物理的特性を有するポリマーストリップで製造される。特に、ポリマーストリップは、20%/分または150%/分の歪速度にて、機械方向(ジオセルの縫合面に垂直)において測定される場合に、降伏点またはポリマーストリップが降伏点を有していない場合は12%の歪時に、14.5MPa以上の応力を有する。他の実施形態において、ポリマーストリップは、記載したように測定される場合に、14.5MPaの応力にて10%以下の歪を有する。換言すれば、ポリマーストリップは、降伏点に到達することなく、14MPa以上の応力に耐えることができる。降伏点に関する他の類義語は、降伏点応力、弾性限界、または塑性限界を含む。ポリマーストリップが、降伏点を有していない場合、応力は12%歪におけるものを考慮する。これらの測定値は、その曲げ特性ではなく、23℃における機械方向のポリマーストリップの引張特性に関する。   The geocells of the present disclosure are manufactured with polymer strips having specific physical properties. In particular, a polymer strip has a yield point when measured in the machine direction (perpendicular to the stitching surface of the geocell) at a strain rate of 20% / min or 150% / min. If not, it has a stress of 14.5 MPa or more at 12% strain. In other embodiments, the polymer strip has a strain of 10% or less at a stress of 14.5 MPa when measured as described. In other words, the polymer strip can withstand a stress of 14 MPa or more without reaching the yield point. Other synonyms for yield point include yield point stress, elastic limit, or plastic limit. If the polymer strip does not have a yield point, the stress is taken into account at 12% strain. These measurements relate to the tensile properties of the polymer strip in the machine direction at 23 ° C., not its bending properties.

多くのジオセルが穿孔されているので、ASTM D638またはISO527標準に従って応力および歪を測定することは一般に不可能である。従って、測定値は、次の手順に従って測定され、その手順はこの標準の変更されたバージョンであり、「Izhar手順」として本明細書では称される。長さ50mmおよび幅10mmのストリップは、地面に対して平行であり、セルの縫合面に垂直な方向(すなわち、機械方向)においてサンプル化される。ストリップは、クランプ間の距離が30mmとなるようにクランプする。次いでストリップは、1分あたり45ミリメートル(mm)の速度にて互いに離れるようにクランプを動かすことによって延伸され、23℃において150%/分の歪速度に変換される。この変形に対応してストリップによって与えられる荷重をロードセルによってモニターする。応力(N/mm)は、異なる歪にて計算される(歪は、長さの増加分を元々の長さで除したものである)。応力は、特定歪での荷重を元々の公称断面(ストリップの幅にストリップの厚さを乗じたもの)で除することによって計算される。ジオセルのストリップの表面は普通はテクスチャライズされているので、サンプルの厚さは、ストリップにおいて3つの点間で平均された「ピークからピーク」の距離として簡単に測定される。(例えば、エンボス加工されたダイアモンド様テクスチャを有し、上方側の最上部テクスチャと底部側の最下部テクスチャとの間の距離1.5mmを有するストリップは、厚さ1.5mmとみなされる)。このような150%/分の歪速度は、各荷重サイクルが非常に短い舗装道路および鉄道により関連している。 Because many geocells are perforated, it is generally not possible to measure stress and strain according to ASTM D638 or ISO 527 standards. Thus, the measured values are measured according to the following procedure, which is a modified version of this standard and is referred to herein as the “Izhar procedure”. A 50 mm long and 10 mm wide strip is sampled in a direction (ie, machine direction) that is parallel to the ground and perpendicular to the stitching surface of the cell. The strips are clamped so that the distance between the clamps is 30 mm. The strip is then stretched by moving the clamps away from each other at a rate of 45 millimeters (mm) per minute and converted to a strain rate of 150% / min at 23 ° C. The load applied by the strip in response to this deformation is monitored by a load cell. The stress (N / mm 2 ) is calculated at different strains (the strain is the increase in length divided by the original length). The stress is calculated by dividing the load at a specific strain by the original nominal cross section (strip width multiplied by strip thickness). Since the surface of a geocell strip is usually textured, the thickness of the sample is simply measured as the “peak to peak” distance averaged between three points in the strip. (For example, a strip having an embossed diamond-like texture with a distance of 1.5 mm between the top texture on the top side and the bottom texture on the bottom side is considered 1.5 mm thick). Such a strain rate of 150% / min is associated with paved roads and railways where each load cycle is very short.

他の実施形態において、ポリマーストリップは、
8MPaの応力において最大1.9%の歪;
10.8MPaの応力において最大3.7%の歪;
12.5MPaの応力において最大5.5%の歪;
13.7MPaの応力において最大7.5%の歪;
14.5MPaの応力において最大10%の歪;
15.2MPaの応力において最大11%の歪;および
15.8MPaの応力において最大12.5%の歪
を有するものとして特徴付けることができる。ポリマーストリップはまた、場合により16.5MPaの応力において最大14%の歪;および/または;17.3MPaの応力において最大17%の歪を有することができる。
In other embodiments, the polymer strip is
A strain of up to 1.9% at a stress of 8 MPa;
A strain of up to 3.7% at a stress of 10.8 MPa;
Strain of up to 5.5% at a stress of 12.5 MPa;
A strain of up to 7.5% at a stress of 13.7 MPa;
A strain of up to 10% at a stress of 14.5 MPa;
It can be characterized as having a strain of up to 11% at a stress of 15.2 MPa; and a strain of up to 12.5% at a stress of 15.8 MPa. The polymer strip can also optionally have a strain of up to 14% at a stress of 16.5 MPa; and / or a strain of up to 17% at a stress of 17.3 MPa.

他の実施形態において、ポリマーストリップは、12%の歪において少なくとも14.5MPaの応力;12%の歪において少なくとも15.5MPaの応力;および/または12%の歪において少なくとも16.5MPaの応力を有するものとして特徴付けることができる。   In other embodiments, the polymer strip has a stress of at least 14.5 MPa at 12% strain; a stress of at least 15.5 MPa at 12% strain; and / or a stress of at least 16.5 MPa at 12% strain. Can be characterized as a thing.

他の実施形態において、ポリマーストリップは、1Hzの周波数にて動的機械分析(DMA)によって機械方向で測定される場合に、23℃にて500MPa以上の貯蔵弾性率を有するものとして特徴付けることができる。引張応力−歪測定に関して、DMA分析のための厚さは、3つの点間で平均化された「ピークからピークの」距離として測定される。本開示に記載されるDMA測定は、ASTM D4065に従って行われる。   In other embodiments, the polymer strip can be characterized as having a storage modulus greater than or equal to 500 MPa at 23 ° C. when measured in the machine direction by dynamic mechanical analysis (DMA) at a frequency of 1 Hz. . For tensile stress-strain measurements, the thickness for DMA analysis is measured as the “peak to peak” distance averaged between three points. The DMA measurements described in this disclosure are performed according to ASTM D4065.

他の実施形態において、ポリマーストリップは、1Hzの周波数にて動的機械分析(DMA)によって機械方向に測定される場合に、50℃にて250MPa以上の貯蔵弾性率を有するものとして特徴付けることができる。   In other embodiments, the polymer strip can be characterized as having a storage modulus greater than 250 MPa at 50 ° C. when measured in the machine direction by dynamic mechanical analysis (DMA) at a frequency of 1 Hz. .

他の実施形態において、ポリマーストリップは、1Hzの周波数にて動的機械分析(DMA)によって機械方向に測定される場合に、63℃にて150MPa以上の貯蔵弾性率を有するものとして特徴付けることができる。   In other embodiments, the polymer strip can be characterized as having a storage modulus of 150 MPa or more at 63 ° C. when measured in the machine direction by dynamic mechanical analysis (DMA) at a frequency of 1 Hz. .

他の実施形態において、1Hzの周波数にて動的機械分析(DMA)によって機械方向で測定される場合に、75℃にて0.32以下のTan Deltaを有するものとして特徴付けることができる。これらの新規な特性は、典型的なHDPEまたはMDPEジオセルの特性を超える。   In other embodiments, it can be characterized as having a Tan Delta of 0.32 or less at 75 ° C. when measured in the machine direction by dynamic mechanical analysis (DMA) at a frequency of 1 Hz. These novel properties exceed those of typical HDPE or MDPE geocells.

動的機械分析(DMA)は、ポリマーの粘弾性特性を試験し、特徴付けるために使用される技術である。一般に、振動力が材料サンプルに適用され、サンプルの得られた周期的変位が周期的荷重に対して測定される。弾性が高くなるにつれて、荷重と変位との間のタイムラグ(位相)が小さくなる。これから、サンプルの純粋な剛性(貯蔵弾性率)、ならびに解離機構(損失弾性率)およびそれらの比(Tan Delta)を決定できる。DMAはまた、ASTMにて議論されている。   Dynamic mechanical analysis (DMA) is a technique used to test and characterize the viscoelastic properties of polymers. In general, an oscillating force is applied to a material sample and the resulting periodic displacement of the sample is measured against a periodic load. As the elasticity increases, the time lag (phase) between load and displacement decreases. From this, the pure stiffness (storage modulus) of the sample, as well as the dissociation mechanism (loss modulus) and their ratio (Tan Delta) can be determined. DMA is also discussed at ASTM.

本開示のジオセルの別の態様は、現在のHDPEまたはMDPEに対して低い熱膨張係数(CTE)である。CTEは、熱サイクリング中の膨張/収縮が、同様にさらなるフープ応力を与える別の機構であるため重要である。HDPEおよびMDPEは、周囲(23℃)にて約200×10−6/℃のCTEを有し、CTEは周囲よりも高い温度にてさらに高くなる。本開示のジオセルは、23℃にて約150×10−6/℃以下のCTEを有し、特定の実施形態においてASTM D696に従って測定される場合、23℃において約120×10−6/℃以下である。本開示のCTEは、高温にて上昇する傾向が低い。 Another aspect of the geocell of the present disclosure is a low coefficient of thermal expansion (CTE) relative to current HDPE or MDPE. CTE is important because expansion / contraction during thermal cycling is another mechanism that imparts additional hoop stress as well. HDPE and MDPE have a CTE of about 200 × 10 −6 / ° C. at ambient (23 ° C.), and the CTE is even higher at higher temperatures than ambient. The geocells of the present disclosure have a CTE of about 150 × 10 −6 / ° C. or less at 23 ° C., and in certain embodiments about 120 × 10 −6 / ° C. or less at 23 ° C. as measured according to ASTM D696. It is. The CTE of the present disclosure has a low tendency to rise at high temperatures.

本開示のジオセルの別の態様は、一定の荷重下でそのクリープ傾向が低い。低いクリープ傾向は、ASTM 6992に記載されるように、段階的等温法(SIM)による加速クリープ試験に従って測定される。この方法において、ポリマー試料は、段階的温度プログラム(すなわち、温度は所定の期間にわたって増大し、一定に保持される)の下で一定荷重に供される。高温段階はクリープを加速する。SIM試験の手順は、幅100mmおよび正味の長さ50mm(クランプ間の距離)を有するサンプルに適用される。サンプルは、次の段階を含む手順に従って静的荷重によって荷重され、加熱される:

Figure 0005397790
Another aspect of the geocell of the present disclosure has a low creep tendency under constant load. The low creep tendency is measured according to the accelerated creep test by the stepwise isothermal method (SIM) as described in ASTM 6992. In this method, the polymer sample is subjected to a constant load under a stepped temperature program (ie, the temperature increases over a predetermined period and is held constant). The high temperature stage accelerates creep. The SIM test procedure is applied to samples having a width of 100 mm and a net length of 50 mm (distance between clamps). The sample is loaded and heated by a static load according to a procedure that includes the following steps:
Figure 0005397790

このSIM手順は、本明細書において、「PRS SIM手順」と称される。手順の終わりの塑性歪(長さの不可逆性の増大を初期長さで除したもの)を測定する。塑性歪は、異なる荷重に対して測定され、10%以下の塑性歪を生じる荷重は、「長期設計荷重」と呼ばれる。長期設計荷重((元の幅を乗じた元の幅)で除した荷重)に関連する応力は、「長期設計応力」であり、ジオセルが静的荷重下で長期間耐えることができる許容フープ応力を与える。   This SIM procedure is referred to herein as the “PRS SIM procedure”. The plastic strain at the end of the procedure (the increase in length irreversibility divided by the initial length) is measured. Plastic strain is measured for different loads, and a load that produces a plastic strain of 10% or less is called a “long-term design load”. The stress associated with the long-term design load (the load divided by the original width multiplied by the original width) is the “long-term design stress”, the allowable hoop stress that the geocell can withstand for long periods under static loads. give.

典型的なHDPEジオセルは、PRS SIM手順に供される場合に、2.2MPaの長期設計応力をほとんど与えることができない。   A typical HDPE geocell can afford little long term design stress of 2.2 MPa when subjected to the PRS SIM procedure.

一部の実施形態において、本開示に従うポリマーストリップは、2.6MPa以上の長期設計応力(3MPa以上、またはさらには4MPa以上の長期設計応力を含む)によって特徴付けられる。   In some embodiments, a polymer strip according to the present disclosure is characterized by a long-term design stress of 2.6 MPa or more (including a long-term design stress of 3 MPa or more, or even 4 MPa or more).

HDPEジオセルとは異なり、本開示のジオセルは、16%歪まで、一部の実施形態では22%歪までの非常に良好な特性を与えることができる。特にジオセルは、14.5MPaを超える応力に対して弾性応答し得るため、荷重支持用途のために必要とされる特性を与える。弾性応答は、荷重が取り除かれたときに元の寸法に完全に回復することを保証する。ジオセルは、より高い荷重保持能力と、繰り返される荷重(すなわち周期的荷重)の下で元の直径に戻る増大した反発力とを有するインフィルを提供する。さらに、本開示のジオセルは、本明細書にさらに記載されるように、一般に路盤および下層路盤に使用できない顆粒状材料と共に使用することができる。本開示のジオセルはまた、特に微細グレイン化された顆粒状材料を使用する場合に、加湿条件下での良好な荷重保持および疲労耐性を可能にする。   Unlike HDPE geocells, the geocells of the present disclosure can provide very good properties up to 16% strain, and in some embodiments up to 22% strain. In particular, geocells can provide an elastic response to stresses above 14.5 MPa, thus providing the properties required for load bearing applications. The elastic response ensures that the original dimensions are fully restored when the load is removed. Geocells provide infills with higher load holding capacity and increased repulsive force that returns to its original diameter under repeated loads (ie, cyclic loads). Furthermore, the geocells of the present disclosure can be used with granular materials that are generally not available for the roadbed and lower roadbed, as further described herein. The geocells of the present disclosure also allow good load retention and fatigue resistance under humid conditions, especially when using fine grained granular materials.

ポリマーストリップは、さらに以下に記載されるように改質されている、ポリエチレン(PE)ポリマー、例えばHDPE、MDPE、またはLDPEを含んでもよい。   The polymer strip may further comprise a polyethylene (PE) polymer, such as HDPE, MDPE, or LDPE, which has been modified as described below.

ポリマーストリップはまた、ポリプロピレン(PP)ポリマーを含んでもよい。大抵のPPホモポリマーは脆性が高く、大抵のPPコポリマーは、荷重支持用途のためには柔らか過ぎるが、一部の等級のPPポリマーは有用である。このようなPPポリマーは、荷重支持用途に対して十分剛性であるが、ジオセルは折り畳むことができる程十分柔らかい。本開示に好適な例示的なポリプロピレンポリマーは、ポリプロピレンランダムコポリマー、ポリプロピレン衝撃コポリマー、ポリプロピレンとエチレン−プロピレン−ジエン−モノマー(EPDM)またはエチレンα−オレフィンコポリマーに基づくエラストマーとのブレンド、およびポリプロピレンブロックコポリマーを含む。このようなPPポリマーは、Dow Chemical CompanyからR338−02Nとして;SABIC Innovative PlasticsからPP71EK71PS等級衝撃コポリマー;およびSABIC Innovative PlasticsからPP RA1E10ランダムコポリマーとして市販されている。例示的なエチレンα−オレフィンコポリマーに基づくエラストマーは、Exxon Mobilによって製造されるExact(登録商標)エラストマーおよびMitsuiによって製造されるTafmer(登録商標)エラストマーを含む。PPポリマーは、低温(約−20℃未満)にて脆弱性であり、静的または周期性荷重下でクリープする傾向があるので、PPを組み込む本開示のジオセルは、荷重保持性が低い場合があり、HDPEを組み込む本開示のジオセルよりも操作温度についてさらにより制限される場合がある。   The polymer strip may also include a polypropylene (PP) polymer. Most PP homopolymers are highly brittle and most PP copolymers are too soft for load bearing applications, but some grades of PP polymers are useful. Such PP polymers are stiff enough for load bearing applications, but geocells are soft enough to be folded. Exemplary polypropylene polymers suitable for this disclosure include polypropylene random copolymers, polypropylene impact copolymers, blends of polypropylene and elastomers based on ethylene-propylene-diene-monomer (EPDM) or ethylene alpha-olefin copolymers, and polypropylene block copolymers. Including. Such PP polymers are commercially available as R338-02N from Dow Chemical Company; PP71EK71PS grade impact copolymers from SABIC Innovative Plastics; and PP RA1E10 random copolymers from SABIC Innovative Plastics. Exemplary elastomers based on ethylene α-olefin copolymers include Exact® elastomers manufactured by Exxon Mobil and Tafmer® elastomers manufactured by Mitsui. Because PP polymers are brittle at low temperatures (below about −20 ° C.) and tend to creep under static or periodic loads, the disclosed geocells incorporating PP may have poor load retention. Yes, it may be even more limited in operating temperature than the geocell of the present disclosure incorporating HDPE.

本開示に従うPPおよび/またはPEポリマーまたはその他のいずれかのポリマー組成物は、一般に、種々の処理プロセスおよび/または添加剤を通して改質され、必要とされる物理的特性を得る。最も有効な処理は、押出成型機から下流またはその後の別のプロセスのいずれかにおける押出成型後処理である。通常、結晶性が低いポリマー、例えばLDPE、MDPE、および一部のPPポリマーは、押出成型後プロセス、例えば配向、架橋および/または熱徐冷を必要とすると一方で、結晶性の高いポリマーは、ストリップとして押出成型され、共に溶接されて、押出成型後処理を適用する必要がないジオセルを形成する。   PP and / or PE polymers or any other polymer composition according to the present disclosure are generally modified through various processing processes and / or additives to obtain the required physical properties. The most effective treatment is post-extrusion processing either downstream from the extruder or in another process thereafter. Typically, low crystallinity polymers such as LDPE, MDPE, and some PP polymers require post-extrusion processes such as orientation, cross-linking and / or thermal annealing while high crystallinity polymers are Extruded as a strip and welded together to form a geocell that does not require the application of post extrusion processing.

一部の実施形態において、ポリマーストリップは、(i)高性能ポリマーおよび(ii)ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーのブレンド(通常、相溶化されたアロイとして)を含む。ブレンドは、一般に不混和性ブレンド(アロイ)であり、高性能ポリマーは、ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーによって形成されるマトリックス中に分散される。高性能ポリマーは、(1)ASTM D4065に従って1Hzの周波数において動的機械分析(DMA)によって機械方向にて測定される場合に23℃で1400MPa以上の貯蔵弾性率;または(2)少なくとも25MPaの最終的な引張強度を有するポリマーである。例示的な高性能ポリマーはポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、およびポリウレタン樹脂を含む。特に好適な高性能ポリマーは、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド6/66、ポリアミド12、およびそれらのコポリマーを含む。高性能ポリマーは、通常、ポリマーストリップの約5〜約85重量%で含まれる。特定の実施形態において、高性能ポリマーは、ポリマーストリップの約5〜約30重量%(約7〜約25重量%を含む)で含まれる。   In some embodiments, the polymer strip comprises (i) a high performance polymer and (ii) a blend of polyethylene or polypropylene polymer (usually as a compatibilized alloy). The blend is generally an immiscible blend (alloy) and the high performance polymer is dispersed in a matrix formed by a polyethylene or polypropylene polymer. A high performance polymer has (1) a storage modulus greater than 1400 MPa at 23 ° C. when measured in the machine direction by dynamic mechanical analysis (DMA) at a frequency of 1 Hz according to ASTM D4065; or (2) a final of at least 25 MPa It is a polymer having a tensile strength. Exemplary high performance polymers include polyamide resins, polyester resins, and polyurethane resins. Particularly suitable high performance polymers include polyethylene terephthalate (PET), polyamide 6, polyamide 66, polyamide 6/66, polyamide 12, and copolymers thereof. High performance polymers are typically included at about 5 to about 85 weight percent of the polymer strip. In certain embodiments, the high performance polymer comprises about 5 to about 30% (including about 7 to about 25%) of the polymer strip.

ポリマーストリップの特性は、(ストリップの溶接による)ジオセルを形成する前またはジオセルを形成後のいずれかにて改質できる。ポリマーストリップは、一般に、ポリマー材料のシートを押出成型し、このポリマー材料シートからストリップを切断することによって製造され、改質は、一般に効率のためにシートに対して行われる。改質は、溶融物をシートの形状に成形し、シートを融点未満に冷却した後、押出成型プロセスにおいてインラインで行うことができ、またはシートが押出成型機ダイから分離した後の二次プロセスとして行うことができる。改質は、シート、ストリップおよび/またはジオセルを、架橋、結晶化、徐冷、配向、およびこれらの組み合わせによって処理することによって行うことができる。   The properties of the polymer strip can be modified either before forming the geocell (by welding the strip) or after forming the geocell. Polymer strips are generally manufactured by extruding a sheet of polymer material and cutting the strip from the polymer material sheet, with modifications generally being made to the sheet for efficiency. The modification can be performed in-line in the extrusion process after the melt is formed into a sheet shape and the sheet is cooled below the melting point, or as a secondary process after the sheet has been separated from the extruder die. It can be carried out. The modification can be performed by treating the sheet, strip and / or geocell by crosslinking, crystallization, slow cooling, orientation, and combinations thereof.

例えば、幅が5〜500cmであるシートは、シートを製造するために使用されるポリマー樹脂のピーク融点(Tm)より約25℃〜約10℃低い範囲の温度にて延伸(すなわち配向)されてもよい。配向プロセスは、ストリップ長さを変更するので、ストリップは、その元の長さに対して長さが2%〜500%増大し得る。延伸後、シートを徐冷することができる。徐冷は、シートを製造するために使用されるポリマー樹脂のピーク融点(Tm)より2℃〜60℃低い温度にて行うことができる。例えば、HDPE、MDPEまたはPPシートが得られる場合、延伸および/または徐冷は、約24℃〜150℃の温度にて行われる。ポリマーアロイを徐冷する場合、徐冷温度は、HDPE、MDPE、またはPP相のピーク融点(Tm)より2〜60℃低い。   For example, a sheet having a width of 5 to 500 cm is stretched (ie, oriented) at a temperature in the range of about 25 ° C. to about 10 ° C. below the peak melting point (Tm) of the polymer resin used to produce the sheet. Also good. Since the orientation process changes the strip length, the strip can increase in length by 2% to 500% relative to its original length. After stretching, the sheet can be gradually cooled. The slow cooling can be performed at a temperature 2 to 60 ° C. lower than the peak melting point (Tm) of the polymer resin used for producing the sheet. For example, when an HDPE, MDPE or PP sheet is obtained, stretching and / or slow cooling is performed at a temperature of about 24 ° C to 150 ° C. When the polymer alloy is slowly cooled, the annealing temperature is 2 to 60 ° C. lower than the peak melting point (Tm) of the HDPE, MDPE, or PP phase.

一部の特定の実施形態において、ポリマーシートまたはストリップは、延伸されて、その長さが50%増大する(すなわち、そうして最終長さは元の長さの150%になる)。延伸は、ポリマーシートまたはストリップの表面において約100〜125℃の温度にて行われる。厚さは、延伸のために10%〜20%まで低下する。   In some specific embodiments, the polymer sheet or strip is stretched to increase its length by 50% (ie, so the final length is 150% of the original length). Stretching is performed at a temperature of about 100-125 ° C on the surface of the polymer sheet or strip. The thickness decreases from 10% to 20% due to stretching.

他の実施形態において、ポリマーシートまたはストリップは、押出成型後に電子ビームを用いる照射により、あるいは溶融の前または押出成型機における溶融混錬中に、ポリマー組成物にフリーラジカル供給源を添加することによって架橋される。   In other embodiments, the polymer sheet or strip is added by adding a free radical source to the polymer composition by irradiation with an electron beam after extrusion, or prior to melting or during melt kneading in an extruder. Cross-linked.

他の実施形態において、ジオセルに必要とされる特性は、多層ポリマーストリップを提供することによって得ることができる。一部の実施形態において、ポリマーストリップは少なくとも2つ、3つ、4つ、または5つの層を有する。   In other embodiments, the properties required for the geocell can be obtained by providing a multilayer polymer strip. In some embodiments, the polymer strip has at least 2, 3, 4, or 5 layers.

図2に示されるような一部の実施形態において、ポリマーストリップ100は、少なくとも2つの層110、120を有し、ここでこの2つの層は、同一または異なる組成物から製造され、少なくとも1つの層は、(1)ASTM D4065に従って1Hzの周波数において、動的機械分析(DMA)によって機械方向において測定される場合に23℃で1400MPa以上の貯蔵弾性率;または(2)少なくとも25MPaの最終的な引張強度を有する高性能ポリマーまたはポリマー化合物で製造される。実施形態において、一方の層は、高性能ポリマーを含み、他方の層は、ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーを含み、それはポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーと他のポリマー、充填剤、添加剤、繊維およびエラストマーとのブレンドまたはアロイであってもよい。例示的な高性能樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン;(1)ポリアミド、ポリエステル、またはポリウレタンと、(2)LDPE、MDPE、HDPE、またはPPとのアロイ;およびコポリマー、ブロックコポリマー、3つのポリマー(ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン)のいずれか2つのブレンドもしくは組み合わせが挙げられる。   In some embodiments as shown in FIG. 2, the polymer strip 100 has at least two layers 110, 120, wherein the two layers are made from the same or different compositions and have at least one The layer is (1) a storage modulus greater than or equal to 1400 MPa at 23 ° C. when measured in the machine direction by dynamic mechanical analysis (DMA) at a frequency of 1 Hz according to ASTM D4065; or (2) a final of at least 25 MPa Manufactured with high performance polymers or polymer compounds with tensile strength. In an embodiment, one layer comprises a high performance polymer and the other layer comprises a polyethylene or polypropylene polymer, which is a blend of polyethylene or polypropylene polymer with other polymers, fillers, additives, fibers and elastomers or It may be an alloy. Exemplary high performance resins include polyamides, polyesters, polyurethanes; (1) alloys of polyamides, polyesters, or polyurethanes with (2) LDPE, MDPE, HDPE, or PP; and copolymers, block copolymers, three polymers Any two blends or combinations of (polyamide, polyester, polyurethane) may be mentioned.

図3に示されるような他の実施形態において、ポリマーストリップ200は5つの層を有する。層のうち2つは、外層210であり、1つの層はコア層230であり、2つの中間層220はコア層と各外側層とを結合させる(すなわち、そうして中間層はタイ層として作用する)。この5層ストリップは共押出成型によって形成できる。   In other embodiments as shown in FIG. 3, the polymer strip 200 has five layers. Two of the layers are the outer layer 210, one layer is the core layer 230, and the two intermediate layers 220 join the core layer and each outer layer (ie, the intermediate layer as a tie layer). Act). This five-layer strip can be formed by coextrusion.

他の実施形態において、ポリマーストリップ200は3つの層だけを有する。層のうち2つは外側層210であり、第3の層はコア層230である。この実施形態において、中間層220は存在しない。この3つの層ストリップは共押出成型によって形成できる。   In other embodiments, the polymer strip 200 has only three layers. Two of the layers are outer layers 210 and the third layer is a core layer 230. In this embodiment, the intermediate layer 220 is not present. The three layer strips can be formed by coextrusion.

外側層は、紫外線分解および加水分解に対して耐性を提供でき、良好な溶接性を有する。外側層は、HDPE、MDPE、LDPE、ポリプロピレン、それらと他の化合物およびポリマーとのブレンド、およびアロイからなる群から選択されるポリマーから製造できる。このようなポリマーは、エラストマー、特にEPDMおよびエチレン−αオレフィンコポリマーとのブレンドであってもよい。コアおよび/または外側層はまた、(1)HDPE、MDPE、LDPE、またはPPと、(2)ポリアミドまたはポリエステルとのアロイから製造できる。各外側層は、約50〜約1500マイクロメートル(ミクロン)の厚さを有してもよい。   The outer layer can provide resistance to UV degradation and hydrolysis and has good weldability. The outer layer can be made from a polymer selected from the group consisting of HDPE, MDPE, LDPE, polypropylene, blends thereof with other compounds and polymers, and alloys. Such polymers may be blends with elastomers, especially EPDM and ethylene-alpha olefin copolymers. The core and / or outer layer can also be made from an alloy of (1) HDPE, MDPE, LDPE, or PP and (2) polyamide or polyester. Each outer layer may have a thickness of about 50 to about 1500 micrometers (microns).

中間(タイ)層は、機能化HDPEコポリマーまたはターポリマー、機能化PPコポリマーまたはターポリマー、極性エチレンコポリマー、または極性エチレンターポリマーから製造できる。一般に、HDPEおよびPPコポリマー/ターポリマーは、中間層(タイ層)と外側層との化学的結合形成を可能にする反応性末端基および/または側鎖基を含有する。例示的反応性側鎖基としては、カルボキシル、無水物、オキシラン、アミノ、アミド、エステル、オキサゾリン、イソシアナート、またはこれらの組み合わせが挙げられる。各中間層は、約5〜約500マイクロメートルの厚さを有してもよい。例示的な中間層樹脂としては、Arkemaによって製造されるLotader(登録商標)およびDuPontによって製造されるElvaloy(登録商標)、Fusabond(登録商標)、またはSurlyn(登録商標)樹脂が挙げられる。   The intermediate (tie) layer can be made from a functionalized HDPE copolymer or terpolymer, a functionalized PP copolymer or terpolymer, a polar ethylene copolymer, or a polar ethylene terpolymer. In general, HDPE and PP copolymers / terpolymers contain reactive end groups and / or side groups that allow chemical bond formation between the intermediate layer (tie layer) and the outer layer. Exemplary reactive side groups include carboxyl, anhydride, oxirane, amino, amide, ester, oxazoline, isocyanate, or combinations thereof. Each intermediate layer may have a thickness of about 5 to about 500 micrometers. Exemplary interlayer resins include Lotader® manufactured by Arkema and Elvaloy®, Fusabbond®, or Surlyn® resin manufactured by DuPont.

コアおよび/または外側層は、ポリエステルおよびPEまたはPPとのそれらのアロイ、ポリアミドおよびPEまたはPPとのそれらのアロイ、ポリエステルとポリアミドとのブレンドおよびPEまたはPPとそれらのアロイを含んでもよい。例示的なポリアミドとしては、ポリアミド6、ポリアミド66、およびポリアミド12が挙げられる。例示的なポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)およびポリブチレンテレフタレート(PBT)が挙げられる。コアおよび/または外側層は、約50〜約2000マイクロメートルの厚さを有してもよい。   The core and / or outer layer may comprise polyesters and their alloys with PE or PP, polyamides and their alloys with PE or PP, polyester and polyamide blends and PE or PP and their alloys. Exemplary polyamides include polyamide 6, polyamide 66, and polyamide 12. Exemplary polyesters include polyethylene terephthalate (PET) and polybutylene terephthalate (PBT). The core and / or outer layer may have a thickness of about 50 to about 2000 micrometers.

図4に示されるように他の実施形態において、ポリマーストリップ300は、3つの層、上層310、中心層320、および下層330を有する。上層は、前述の外側層と同一であり、中心層は前述の中間層と同一であり、下層は前述のコア層と同一である。   In another embodiment, as shown in FIG. 4, the polymer strip 300 has three layers, an upper layer 310, a central layer 320, and a lower layer 330. The upper layer is the same as the aforementioned outer layer, the central layer is the same as the aforementioned intermediate layer, and the lower layer is the same as the aforementioned core layer.

ジオセルは、一般にエンボス加工され(押出成型後の半固体状物をテクスチャライズされたロールに加圧することによってテクスチャライズされる)、顆粒状インフィルまたは土壌との摩擦を増大させる。ジオセルはまた、顆粒状インフィルおよび排水との摩擦を改善するために穿孔されてもよい。しかし、エンボス加工および穿孔はジオセルの剛性および強度を低下させる。これらの摩擦補助は通常存在するので、そのポリマー組成および/またはモルホロジーを変更することによってジオセルに向上した強度および剛性を与える必要がある。   Geocells are generally embossed (texturized by pressing the extruded semi-solid into a textured roll) to increase friction with the granular infill or soil. The geocell may also be perforated to improve friction with the granular infill and drainage. However, embossing and drilling reduces the stiffness and strength of the geocell. Since these friction aids are usually present, it is necessary to give the geocell improved strength and stiffness by changing its polymer composition and / or morphology.

ポリマーストリップはさらに、必要とされている物理的特性を得るために添加剤を含んでもよい。このような添加剤は、特に、核形成剤、充填剤、繊維、ナノ粒子、硬化アミン光安定剤(HALS)、酸化防止剤、UV光吸収剤、およびカーボンブラックから選択されてもよい。   The polymer strip may further contain additives to obtain the required physical properties. Such additives may in particular be selected from nucleating agents, fillers, fibers, nanoparticles, cured amine light stabilizers (HALS), antioxidants, UV light absorbers, and carbon black.

充填剤は、粉末、繊維、またはウィスカーの形態であってもよい。例示的な充填剤としては、金属酸化物、例えば酸化アルミニウム;金属炭酸塩、例えば炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムまたは炭酸カルシウム−マグネシウム;金属硫酸塩、例えば硫酸カルシウム;金属リン酸塩;金属ケイ酸塩、特にタルク、カオリン、雲母、またはケイ灰石;金属ホウ酸塩;金属水酸化物;シリカ;ケイ酸塩;アルモケイ酸塩;チョーク;タルク;ドロマイト;有機または無機繊維またはウィスカー;金属;金属コーティングされた無機粒子;粘土;カオリン;産業灰;コンクリート粉末;セメント;またはこれらの混合物が挙げられる。一部の実施形態において、充填剤は、10ミクロン未満の平均粒径を有し、一部の実施形態においてはまた、1を超えるアスペクト比を有する。特定の実施形態において、充填剤は、雲母、タルク、カオリンおよび/またはケイ灰石である。他の実施形態において、繊維は1ミクロン未満の直径を有する。   The filler may be in the form of a powder, fiber, or whisker. Exemplary fillers include metal oxides such as aluminum oxide; metal carbonates such as calcium carbonate, magnesium carbonate or calcium carbonate-magnesium; metal sulfates such as calcium sulfate; metal phosphates; In particular talc, kaolin, mica or wollastonite; metal borate; metal hydroxide; silica; silicate; alumosilicate; chalk; talc; dolomite; organic or inorganic fiber or whisker; Inorganic particles; clay; kaolin; industrial ash; concrete powder; cement; or mixtures thereof. In some embodiments, the filler has an average particle size of less than 10 microns, and in some embodiments, also has an aspect ratio greater than 1. In certain embodiments, the filler is mica, talc, kaolin and / or wollastonite. In other embodiments, the fibers have a diameter of less than 1 micron.

ナノ粒子は、種々のプロセスに関してポリマー組成物に添加できる。例えば、無機UV吸収固体ナノ粒子は、実際には移動性を有しておらず、そのため浸出および/または蒸発に対して非常に抵抗性である。UV吸収性固体ナノ粒子はまた、視覚スペクトルにおいて透明であり、非常に均一に分配される。そのため、それらは、ポリマーの色または色調に寄与することなく保護を行う。例示的なUV吸収性ナノ粒子は、チタン塩、酸化チタン、酸化亜鉛、ハロゲン化亜鉛、および亜鉛塩からなる群から選択される材料を含む。特定の実施形態において、UV吸収性ナノ粒子は、二酸化チタンである。市販のUV吸収性粒子の例は、SachtlebenによるSACHTLEBEN(商標)Hombitec RM 130F TN、UmicoreによるZANO(商標)酸化亜鉛、Advanced Nanotechnology LimitedによるNanoZ(商標)酸化亜鉛、およびDegussaによるAdNano酸化亜鉛(商標)である。   The nanoparticles can be added to the polymer composition for various processes. For example, inorganic UV-absorbing solid nanoparticles are not actually mobile and are therefore very resistant to leaching and / or evaporation. UV-absorbing solid nanoparticles are also transparent in the visual spectrum and are very uniformly distributed. As such, they provide protection without contributing to the color or tone of the polymer. Exemplary UV-absorbing nanoparticles comprise a material selected from the group consisting of titanium salts, titanium oxide, zinc oxide, zinc halides, and zinc salts. In certain embodiments, the UV-absorbing nanoparticles are titanium dioxide. Examples of commercially available UV-absorbing particles include Sachtleben ™ Hombitec RM 130F TN by Sachtleben, ZANO ™ Zinc Oxide by Umicore, NanoZ ™ Zinc Oxide by Advanced Nanotechnology Limited, and Zinc Oxide by azide by Advanced Nanotechnology Limited. It is.

ジオセルが形成されるポリマーストリップは、種々のプロセスによって製造される。一般にプロセスは、ポリマー組成物を溶融し、溶融シートとして押出成型機ダイを通して組成物を押出成型し、成形し、場合により得られたシートをテクスチャライズし、所望の特性を得るために必要に応じてシートを処理し、シートをストリップに切断し、およびシートから形成されたストリップを互いに溶接し、縫合し、結合し、リベットで留めてジオセルを得ることを含む。まず、種々の構成成分、例えばポリマー樹脂およびいずれかの所望の添加剤は、通常押出成型機または共混錬機において溶融混錬される。これは、例えば溶融押出成型機、例えばポリマーに必要とされる熱を与え、分解を最小限にして剪断するのに十分な混合要素を備えた二軸スクリュー押出成型機または単軸スクリュー押出成型機にて行うことができる。組成物は溶融混錬されて、あらゆる添加剤が完全に分散するようにする。次いで組成物は、ダイを通して押出成型され、金属カレンダー間をシート形態に加圧される。押出成型機ダイの下流に与えられる例示的な処理は、シートの表面のテクスチャライズ、シートの穿孔、配向(一方向または二方向)、電子ビームまたはx線の照射および熱徐冷を含む。一部の実施形態において、シートは熱処理されて結晶性を増大させ、内部応力を低減する。他の実施形態において、シートは、電子ビーム、x線、熱処理およびこれらの組み合わせによって処理されてポリマー樹脂中に架橋を誘導させる。上述の処理の組み合わせも想定される。   The polymer strip from which the geocell is formed is manufactured by various processes. In general, the process involves melting the polymer composition, extruding the composition through an extruder die as a molten sheet, shaping, optionally texturing the resulting sheet, and as required to obtain the desired properties. Processing the sheet, cutting the sheet into strips, and welding the strips formed from the sheets together, stitching, joining and riveting to obtain a geocell. First, various components, such as polymer resins and any desired additives, are usually melt kneaded in an extruder or co-kneader. This is for example a melt extruder, for example a twin screw extruder or a single screw extruder with sufficient mixing elements to provide the heat required for the polymer and shear with minimal degradation. Can be done. The composition is melt kneaded so that any additives are completely dispersed. The composition is then extruded through a die and pressed into a sheet form between metal calendars. Exemplary treatments provided downstream of the extruder die include sheet surface texturing, sheet perforation, orientation (unidirectional or bi-directional), electron beam or x-ray irradiation and thermal annealing. In some embodiments, the sheet is heat treated to increase crystallinity and reduce internal stress. In other embodiments, the sheet is treated by electron beam, x-ray, heat treatment, and combinations thereof to induce crosslinking in the polymer resin. Combinations of the above processes are also envisioned.

ストリップは、得られたシートから形成され、および共に溶接され、縫合され、または結合されてジオセルを形成できる。このような方法は、当分野において既知である。得られたジオセルは、長期間にわたって持続した荷重サイクリングの下で、その剛性を保持できる。   Strips can be formed from the resulting sheet and welded together, stitched, or joined to form a geocell. Such methods are known in the art. The resulting geocell can retain its rigidity under load cycling that lasts for a long period of time.

本開示のジオセルは、現在のジオセルでは使用できない荷重支持用途に有用である。特に、本ジオセルはまた、路盤、下層路盤および路床のための荷重支持用途に通常は向かないインフィル材料を使用できる。   The geocell of the present disclosure is useful for load bearing applications that cannot be used with current geocells. In particular, the geocell can also use infill materials that are not normally suitable for load bearing applications for roadbeds, subbases and roadbeds.

特に、本開示のジオセルは、不十分な剛性および比較的低い疲労抵抗性(顆粒状材料において、疲労抵抗性はまた弾性率として知られている)のために、荷重支持用途、例えば路盤および下層路盤に使用するのに以前は不向きであったインフィル用の材料を使用できる。ここで使用できる例示的な顆粒状のインフィル材料としては、砕石場廃棄物(良好な品質の顆粒状材料の分類後に残る微細な画分)、粉砕されたコンクリート、リサイクルされたアスファルト、粉砕ブリックス、建築残骸および粗石、粉砕されたガラス、発電所アッシュ、飛散灰、石炭灰、高炉鉄スラッグ、セメント製造スラッグ、スチールスラッグ、およびこれらの混合物が挙げられる。   In particular, the geocells of the present disclosure are suitable for load bearing applications such as roadbeds and underlayers due to insufficient stiffness and relatively low fatigue resistance (in granular materials, fatigue resistance is also known as modulus). Infill materials that were previously unsuitable for use in roadbeds can be used. Exemplary granular infill materials that can be used here include quarry waste (fine fraction remaining after classification of good quality granular materials), ground concrete, recycled asphalt, ground brix, Examples include building debris and rough stone, ground glass, power plant ash, fly ash, coal ash, blast furnace iron slug, cement manufacturing slug, steel slug, and mixtures thereof.

本開示はさらに、次の非限定作用例にて例示され、これらの実施例は、単に例示を目的とし、この開示は、本明細書に記載される材料、条件、プロセスパラメータなどを制限することを目的としないことが理解される。   The present disclosure is further illustrated in the following non-limiting working examples, which are for purposes of illustration only, and this disclosure limits the materials, conditions, process parameters, etc. described herein. It is understood that the purpose is not.

一部のジオセルが製造され、それらの応力−歪応答、DMA特性および顆粒状材料保持能力に対するそれらの影響に関して試験された。   Some geocells were manufactured and tested for their impact on their stress-strain response, DMA properties and granular material retention capacity.

一般に、引張応力−歪特性は、前述のIzhar手順によって測定した。   In general, tensile stress-strain properties were measured by the Izhar procedure described above.

様々な偏向における荷重を測定またはニュートン(N)に変換した。偏向は、ミリメートル(mm)にて測定されるまたはミリメートル(mm)に変換される。応力は、特定偏向での荷重をストリップの元の断面(元の幅に元の厚さを乗じたもの、ここで厚さは上方面と底部面との間のピークからピークまでの公称距離である)で除することによって計算した。歪(%)は、特定偏向(mm)を元の長さ(mm)で除し、100を乗じることによって計算した。   Loads at various deflections were measured or converted to Newton (N). The deflection is measured in millimeters (mm) or converted to millimeters (mm). Stress is the original cross-section of the strip (the original width multiplied by the original thickness, where the thickness is the peak-to-peak nominal distance between the top and bottom surfaces, with the load at a specific deflection. Calculated by dividing by. Strain (%) was calculated by dividing the specific deflection (mm) by the original length (mm) and multiplying by 100.

比較例1
Presto Geosystems(Wisconsin,USA)から市販の高密度ポリエチレン(HDPE)から製造されるジオセルを得て、その特性を試験した。平均セル壁厚さは1.5mmであり、ストリップはダイアモンド様垂直セルのテクスチャを有していた。ジオセルは非穿孔であった。Izhar手順に従うその応力−歪応答を表2に示す。

Figure 0005397790
Comparative Example 1
Geocells made from high density polyethylene (HDPE) commercially available from Presto Geosystems (Wisconsin, USA) were obtained and tested for their properties. The average cell wall thickness was 1.5 mm and the strip had a diamond-like vertical cell texture. The geocell was non-perforated. Its stress-strain response according to the Izhar procedure is shown in Table 2.
Figure 0005397790

約8%の歪および約13.4MPaの応力において、比較例は、深刻な塑性変形を生じ始め、実際、約8%の歪にて降伏点に到達する。換言すれば、応力の解放後、サンプルはその元の長さを回復しなかったが、より長く永久的に維持された(永久残留歪)。この現象は、荷重支持用途、特に多く(製品寿命サイクル中に10,000〜1,000,000またはこれ以上のサイクル)に供される用途のためのセル状閉じ込めシステムに不向きであり、舗道および鉄道のための荷重支持体としてHDPEジオセルの性能が劣化する理由である。   At a strain of about 8% and a stress of about 13.4 MPa, the comparative example begins to experience severe plastic deformation and in fact reaches the yield point at a strain of about 8%. In other words, after releasing the stress, the sample did not recover its original length, but remained longer (permanent residual strain). This phenomenon is unsuitable for load-bearing applications, especially cellular containment systems for applications that are subject to many (10,000 to 1,000,000 or more cycles during the product life cycle), pavement and This is the reason why the performance of HDPE geocell deteriorates as a load support for railways.

HDPEストリップは、押出成型され、エンボス加工されて比較例1と同様のテクスチャを与える。ストリップは、1.7mmの厚さを有し、次いで100℃の温度にて延伸され(ストリップ面において)、長さが50%増大し、厚さが25%低減した。このHDPEストリップの応力−歪応答はIzhar手順に従って測定されたものであり、表3に示される。

Figure 0005397790
The HDPE strip is extruded and embossed to give a texture similar to Comparative Example 1. The strip had a thickness of 1.7 mm and was then stretched (at the strip surface) at a temperature of 100 ° C., increasing its length by 50% and reducing its thickness by 25%. The stress-strain response of this HDPE strip was measured according to the Izhar procedure and is shown in Table 3.
Figure 0005397790

実施例1のストリップは、17MPaを超える応力にて降伏点を有さず、その塑性限界に到達せずに、12%の歪まで弾性応答を維持していた。荷重を解放した後の初期寸法の回復率は、100%に近かった。   The strip of Example 1 did not have a yield point at stresses above 17 MPa and did not reach its plastic limit and maintained an elastic response up to 12% strain. The initial dimension recovery after releasing the load was close to 100%.

12重量%のポリアミド12、10重量%のポリブチレンテレフタレート、5%の無水マレイン酸相溶化剤がグラフト化したポリエチレン(Polyramによって製造されたBondyram(登録商標)5001)、および73%のHDPEを含む高性能ポリマーアロイ組成物を押出成型し、1.5mm厚さを有するテクスチャライズされたシートを形成した。組成物から形成されたストリップの応力−歪応答は、Izhar手順に従って測定されたものであり、表4に示される。

Figure 0005397790
12% by weight polyamide 12, 10% by weight polybutylene terephthalate, 5% maleic anhydride compatibilizer polyethylene grafted (Bondyram® 5001 manufactured by Polyram), and 73% HDPE The high performance polymer alloy composition was extruded to form a textured sheet having a thickness of 1.5 mm. The stress-strain response of the strip formed from the composition was measured according to the Izhar procedure and is shown in Table 4.
Figure 0005397790

実施例2のストリップは降伏点を有さず、その塑性限界に到達せずに、14%の歪まで17MPaを超える応力にて弾性応答を維持した。荷重を解放した後の初期寸法の回復率は、100%に近かった。   The strip of Example 2 did not have a yield point and did not reach its plastic limit and maintained an elastic response at stresses above 17 MPa up to 14% strain. The initial dimension recovery after releasing the load was close to 100%.

図5は、比較例1、実施例1、および実施例2に関する応力−歪結果を示すグラフである。(0,0)における追加点をそれぞれの結果に加えた。示されるように、実施例1および実施例2は、シャープな降伏点を有しておらず、17MPaを超える応力にて12〜14%の歪まで降伏なく応力の増大が維持されたが、比較例1は、8〜10%の歪および約14MPaの応力にて降伏点に到達した。これは、弾性応答が維持される範囲がより広いと解釈される。実施例1および実施例2では降伏点が観察されなかった事実は、周期的荷重が予測される場合に重要であり、元の寸法に戻る能力(およびひいてはインフィルの最大閉じ込め)も極めて重要である。   FIG. 5 is a graph showing the stress-strain results for Comparative Example 1, Example 1, and Example 2. An additional point at (0,0) was added to each result. As shown, Example 1 and Example 2 did not have a sharp yield point and maintained an increase in stress without yielding to a strain of 12-14% at stresses above 17 MPa. Example 1 reached the yield point with a strain of 8-10% and a stress of about 14 MPa. This is interpreted as a wider range in which the elastic response is maintained. The fact that no yield point was observed in Example 1 and Example 2 is important when periodic loads are expected, and the ability to return to the original dimensions (and thus maximum infill containment) is also extremely important. .

図6は、比較例1と、8MPaの応力において最大1.9%の歪;10.8MPaの応力において最大3.7%の歪;12.5MPaの応力において最大5.5%の歪;13.7MPaの応力において最大7.5%の歪;14.5MPaの応力において最大10%の歪;15.2MPaの応力において最大11%の歪;15.8MPaの応力において最大12.5%の歪;16.5MPaの応力にて最大14%の歪;および17.3MPaの応力にて最大17%の歪を有するものとして特徴付けられる本開示のポリマーストリップの応力歪結果間の相違を示すグラフである。破線の左側領域は、本開示に従う応力−歪の組み合わせを規定する。   FIG. 6 shows Comparative Example 1 and a maximum strain of 1.9% at a stress of 8 MPa; a maximum strain of 3.7% at a stress of 10.8 MPa; a strain of maximum 5.5% at a stress of 12.5 MPa; Up to 7.5% strain at a stress of 7 MPa; Up to 10% strain at a stress of 14.5 MPa; Up to 11% strain at a stress of 15.2 MPa; Up to 12.5% strain at a stress of 15.8 MPa A graph showing the difference between the stress-strain results of the disclosed polymer strips characterized as having a strain of up to 14% at a stress of 16.5 MPa; and a strain of up to 17% at a stress of 17.3 MPa; is there. The left-hand region of the dashed line defines the stress-strain combination according to the present disclosure.

顆粒状材料の補強における改善および増大した荷重保持能力を示すために2つのセルを試験した。これらのセルは、完全なジオセルではない単一セルであった。コントロールとして、比較例1に対応する1つのセルを使用した。比較のために、セルは、実施例2に従う組成物から製造され、テクスチャライズされ、厚さが1.5mmであった。   Two cells were tested to show an improvement in the reinforcement of the granular material and an increased load holding capacity. These cells were single cells that were not complete geocells. As a control, one cell corresponding to Comparative Example 1 was used. For comparison, a cell was produced from the composition according to Example 2, textured and had a thickness of 1.5 mm.

各セルの壁は高さ10cmであり、縫合間が33cmであり、エンボス加工され、穿孔はされず、1.5mmの厚さを有していた。セルは、開放しており、その長い「半径」は約260mmであり、その短い半径は約185mmであった。長さ800mmおよび幅800mmの砂箱は20mmの深さまで砂で埋められた。砂の漸次的分布を表5に示す。

Figure 0005397790
The wall of each cell was 10 cm high, 33 cm between stitches, embossed, not perforated and had a thickness of 1.5 mm. The cell was open, its long “radius” was about 260 mm and its short radius was about 185 mm. A sand box 800 mm long and 800 mm wide was filled with sand to a depth of 20 mm. Table 5 shows the gradual distribution of sand.
Figure 0005397790

セルをこの砂の表面に配置し、同じ砂を用いて埋めた。膨張したセルは、大まかに楕円形の形状を有しており、長軸が約260mmであり、単軸が約180mmであった。次いで追加の砂を砂箱に配置し、セルを囲み、セルを埋め、25mmの上部層がセルを覆うようにした。次いで砂を圧縮し、70%の相対密度にした。   A cell was placed on the surface of the sand and filled with the same sand. The expanded cell had a roughly elliptical shape with a major axis of about 260 mm and a uniaxial of about 180 mm. Additional sand was then placed in the sandbox, surrounding the cell and filling the cell, with a 25 mm top layer covering the cell. The sand was then compressed to a relative density of 70%.

直径150mmのピストンをセルの中央上方に配置し、荷重を増大させて、50kPa増大分にて砂表面上に圧力を加えた(すなわち、圧力は1分毎に50KPa増大させた)。偏向(閉じ込められた砂へのピストンの侵入)および圧力(ピストン面積で除した垂直荷重)を測定した。   A 150 mm diameter piston was placed above the center of the cell, increasing the load and applying pressure on the sand surface in increments of 50 kPa (ie, the pressure was increased by 50 KPa every minute). Deflection (piston penetration into the trapped sand) and pressure (vertical load divided by piston area) were measured.

ピストンを(1)砂のみ;(2)比較例1のセル;および(3)比較例2のセルに使用した。結果を表6に示す。

Figure 0005397790
Pistons were used for (1) sand only; (2) the cell of Comparative Example 1; and (3) the cell of Comparative Example 2. The results are shown in Table 6.
Figure 0005397790

実施例2のセルは、400kPaを超える圧力にて弾性挙動を継続したが、比較例1のセルは示さなかった。HDPE壁の降伏により、閉じ込めの劣化が比較例1のセルにて観察された。比較例1の降伏点は、約250kPaの垂直圧力におけるものであったが、平均フープ応力をその垂直圧力にて計算する場合(セルの平均直径は225mmである)、約13.5MPaの値が得られる。この数は、Izhar手順に従って応力−歪引張測定によって得られる降伏点値と非常に良好に一致する。結果は、剛性および降伏抵抗(14MPaを超えるフープ応力を保持する能力)と、大きな垂直荷重を支持する能力の間に強い顕著な相間があることを示していた。この試験は、単一荷重のみを与えたが、実際の適用では支持されるべき荷重は周期的であることに留意すべきである。結果として、塑性変形に対する抵抗性は非常に重要であり、比較例1のセルには存在しなかった。   The cell of Example 2 continued elastic behavior at pressures above 400 kPa, but did not show the cell of Comparative Example 1. Due to the yielding of the HDPE wall, confinement degradation was observed in the cell of Comparative Example 1. The yield point of Comparative Example 1 was at a vertical pressure of about 250 kPa, but when the average hoop stress was calculated at that vertical pressure (the average diameter of the cell was 225 mm), the value of about 13.5 MPa was can get. This number agrees very well with the yield point values obtained by stress-strain tensile measurements according to the Izhar procedure. The results showed that there was a strong significant correlation between stiffness and yield resistance (ability to hold hoop stress above 14 MPa) and ability to support large vertical loads. It should be noted that this test provided only a single load, but in practical applications the load to be supported is periodic. As a result, resistance to plastic deformation was very important and was not present in the cell of Comparative Example 1.

図7は、表6の結果を示すグラフである。侵入に対する抵抗性の相違(すなわちセルがどの程度垂直荷重を支持したか)は非常に明瞭である。   FIG. 7 is a graph showing the results of Table 6. The difference in resistance to penetration (ie, how much vertical load the cell supported) is very clear.

ポリマーストリップは実施例2に従って製造された。   A polymer strip was produced according to Example 2.

コントロールとして、比較例1に従う厚さ1.5mmのHDPEストリップを提供した。   As a control, a 1.5 mm thick HDPE strip according to Comparative Example 1 was provided.

次いで、2つのストリップは、ASTM D4065に従って周波数1Hzでの動的機械分析(DMA)によって分析された。コントロールHDPEストリップは、約−150℃〜約91℃の温度範囲にわたって試験した。コントロールストリップは、5℃/分にて加熱され、力、変位、貯蔵弾性率、およびtan deltaを測定した。実施例2のポリマーストリップは、約−65℃〜約120℃の温度範囲にわたって試験した。コントロールストリップは、5℃/分にて加熱され、力、変位、貯蔵弾性率、およびtan deltaを測定した。   The two strips were then analyzed by dynamic mechanical analysis (DMA) at a frequency of 1 Hz according to ASTM D4065. The control HDPE strip was tested over a temperature range of about -150 ° C to about 91 ° C. The control strip was heated at 5 ° C./min and the force, displacement, storage modulus, and tan delta were measured. The polymer strip of Example 2 was tested over a temperature range of about -65 ° C to about 120 ° C. The control strip was heated at 5 ° C./min and the force, displacement, storage modulus, and tan delta were measured.

図8はコントロールHDPEストリップに関する貯蔵弾性率(弾性率)およびTan Delta対温度のグラフである。   FIG. 8 is a graph of storage modulus (modulus) and Tan Delta vs. temperature for the control HDPE strip.

図9は、実施例2のポリマーストリップに関する貯蔵弾性率(弾性率)およびTan Delta対温度のグラフである。   9 is a graph of storage modulus (modulus) and Tan Delta vs. temperature for the polymer strip of Example 2. FIG.

HDPEの貯蔵弾性率は、実施例2の貯蔵弾性率よりも迅速に低下する。実施例2のストリップに関する貯蔵弾性率は、23℃にて、HDPEストリップの貯蔵弾性率よりも約3倍高かった。23℃にてHDPEストリップが有するのと同じ貯蔵弾性率を得るためには、実施例2のストリップは、約60℃に加熱すべきであり、すなわち実施例2のストリップはその貯蔵弾性率が良好なままであった。   The storage modulus of HDPE decreases more rapidly than the storage modulus of Example 2. The storage modulus for the strip of Example 2 was about 3 times higher at 23 ° C. than the storage modulus of the HDPE strip. In order to obtain the same storage modulus that the HDPE strip has at 23 ° C., the strip of Example 2 should be heated to about 60 ° C., ie the strip of Example 2 has a good storage modulus. It remained.

HDPEストリップのTan Deltaは、約75℃にて指数関数的に増大し始め、それは弾性損失を示すものであり(すなわち、材料は可塑性となり過ぎ、十分な剛性および弾性を保持しない)、ストリップは粘稠となり、可塑性となった。これは、ジオセルが地下に配置される場合であっても(例えば車道中)加熱され得るので、望ましくない。実施例2のストリップに関するTan Deltaは、100℃程度の高い温度でその特性を維持した。この特性は、それが追加の安全性因子を与えるので望ましい。高温での性能は高くない温度での長期間の性能を予測する方法であるので(ASTM 6992に記載されるように)、HDPEがその弾性を失い始め、ひいては約75℃にて数秒以内にその荷重支持能力を失うという事実は、その低いクリープ耐性および塑性変形傾向に関する特定の見識を与える。HDPEとは異なり、本開示に従う組成物は、非常に高温でその弾性を維持し(低Tan Delta)、従って多年および多くの荷重サイクルの間その特性を保持する能力を有することを示唆している。   The Tan Delta of the HDPE strip begins to increase exponentially at about 75 ° C., which is indicative of elastic loss (ie, the material becomes too plastic and does not retain sufficient stiffness and elasticity), and the strip is viscous. It became thick and plastic. This is undesirable because the geocell can be heated even when placed underground (eg, in a roadway). Tan Delta for the strip of Example 2 maintained its properties at temperatures as high as 100 ° C. This property is desirable because it provides an additional safety factor. Since performance at high temperatures is a way to predict long-term performance at non-high temperatures (as described in ASTM 6992), HDPE begins to lose its elasticity and thus within about a few seconds at about 75 ° C. The fact of losing load bearing capacity gives specific insights regarding its low creep resistance and tendency to plastic deformation. Unlike HDPE, the composition according to the present disclosure suggests that it retains its elasticity at very high temperatures (low Tan Delta) and thus has the ability to retain its properties for many years and many load cycles .

3つのストリップを、PRS SIM手順に従って試験し、それらの長期設計応力(LTDS)を決定した。コントロールとして、1つのHDPEストリップは、比較例1に従って製造された。第1の試験ストリップは、実施例2に従って製造されたものであった。第2の試験ストリップは、実施例2に従って製造されたが、次いで115℃にて配向され、その元の長さが40%増大したものであった。結果を以下の表7に示す。

Figure 0005397790
Three strips were tested according to the PRS SIM procedure to determine their long-term design stress (LTDS). As a control, one HDPE strip was produced according to Comparative Example 1. The first test strip was made according to Example 2. A second test strip was made according to Example 2, but was then oriented at 115 ° C. and increased its original length by 40%. The results are shown in Table 7 below.
Figure 0005397790

ここからわかるように、実施例2および配向された実施例2は両方とも、比較例1に比べて高いLTDSを有していた。   As can be seen, both Example 2 and oriented Example 2 had higher LTDS compared to Comparative Example 1.

特定の実施形態が記載されたが、現在予測されないまたは予測できない代替、修正、変更、改善および実質的な等価物は、出願人または当業者によって想起され得る。従って、出願され、補正され得る添付の特許請求の範囲は、このような代替、修正、変更、改善および実質的な等価物のすべてを包含することを意図する。   While specific embodiments have been described, alternatives, modifications, changes, improvements and substantial equivalents that are not currently or can be foreseen can be recalled by the applicant or one of ordinary skill in the art. Accordingly, the appended claims, as filed and amended, are intended to embrace all such alternatives, modifications, variations, improvements and substantial equivalents.

Claims (18)

ポリマーストリップから形成されるジオセルであって、少なくとも1つのポリマーストリップが、23℃にて、1Hzの周波数でASTM D4065に従う動的機械分析(DMA)によって機械方向にて測定される場合に、500MPa以上の貯蔵弾性率を有するジオセル。   A geocell formed from a polymer strip, wherein at least one polymer strip is at least 500 MPa when measured in the machine direction by dynamic mechanical analysis (DMA) according to ASTM D4065 at a frequency of 1 Hz at 23 ° C. Geocell with a storage modulus of. 少なくとも1つのポリマーストリップが、700MPa以上の貯蔵弾性率を有する、請求項1に記載のジオセル。   The geocell according to claim 1, wherein the at least one polymer strip has a storage modulus of 700 MPa or more. 少なくとも1つのポリマーストリップが、1000MPa以上の貯蔵弾性率を有する、請求項1に記載のジオセル。   The geocell of claim 1, wherein the at least one polymer strip has a storage modulus of 1000 MPa or greater. 少なくとも1つのポリマーストリップが、23℃にてIzhar手順に従って測定される場合に12%の歪における応力が14.5MPa以上である、請求項1に記載のジオセル。   The geocell of claim 1, wherein the at least one polymer strip has a stress at 12% strain of 14.5 MPa or greater when measured according to the Izhar procedure at 23 ° C. 少なくとも1つのポリマーストリップが、23℃にてIzhar手順に従って測定される場合に12%の歪における応力が16MPa以上である、請求項1に記載のジオセル。   The geocell of claim 1, wherein the at least one polymer strip has a stress at 12% strain of 16 MPa or greater when measured at 23 ° C. according to the Izhar procedure. 少なくとも1つのポリマーストリップが、23℃にてIzhar手順に従って測定される場合に12%の歪における応力が18MPa以上である、請求項1に記載のジオセル。   The geocell of claim 1, wherein the at least one polymer strip has a stress at 12% strain of 18 MPa or greater when measured according to the Izhar procedure at 23 ° C. 少なくとも1つのポリマーストリップが、ASTM D696に従って25℃において120×10−6/℃以下の熱膨張係数を有する、請求項1に記載のジオセル。 The geocell of claim 1, wherein the at least one polymer strip has a coefficient of thermal expansion of no greater than 120 × 10 −6 / ° C. at 25 ° C. according to ASTM D696. 請求項1に記載のジオセルを含む少なくとも1つの層を含む舗道、車道、鉄道または駐車区域。   A pavement, roadway, railroad or parking area comprising at least one layer comprising the geocell according to claim 1. ジオセルが、砂、小石、砕石、砂利、砕石場廃棄物、粉砕されたコンクリート、リサイクルされたアスファルト、砕石ブリックス、建築残骸および粗石、粉砕されたガラス、発電所アッシュ、飛散灰、石炭灰、高炉鉄スラグ、セメント製造スラグ、スチールスラグおよびこれらの混合物からなる群から選択される顆粒状材料で満たされる、請求項8に記載の舗道、車道、鉄道または駐車区域。   Geocell is made of sand, pebbles, crushed stone, gravel, quarry waste, crushed concrete, recycled asphalt, crushed bricks, building debris and rough stone, crushed glass, power plant ash, fly ash, coal ash, 9. A pavement, roadway, railroad or parking area according to claim 8, filled with a granular material selected from the group consisting of blast furnace iron slag, cement slag, steel slag and mixtures thereof. ポリマーストリップから形成されるジオセルであって、少なくとも1つのポリマーストリップが、63℃にて、1Hzの周波数でASTM D4065に従う動的機械分析(DMA)によって機械方向にて測定される場合に、150MPa以上の貯蔵弾性率を有するジオセル。   Geocell formed from a polymer strip, wherein at least one polymer strip is at least 150 MPa when measured in the machine direction by dynamic mechanical analysis (DMA) according to ASTM D4065 at a frequency of 1 Hz at 63 ° C. Geocell with a storage modulus of. 少なくとも1つのポリマーストリップが、250MPa以上の貯蔵弾性率を有する、請求項10に記載のジオセル。   The geocell according to claim 10, wherein the at least one polymer strip has a storage modulus of 250 MPa or more. 少なくとも1つのポリマーストリップが、400MPa以上の貯蔵弾性率を有する、請求項10に記載のジオセル。   The geocell according to claim 10, wherein the at least one polymer strip has a storage modulus of 400 MPa or more. 少なくとも1つのポリマーストリップが、23℃にてIzhar手順に従って測定される場合に12%の歪における応力が14.5MPa以上である、請求項10に記載のジオセル。   The geocell of claim 10, wherein the at least one polymer strip has a stress at 12% strain of 14.5 MPa or greater when measured according to the Izhar procedure at 23 ° C. 少なくとも1つのポリマーストリップが、23℃にてIzhar手順に従って測定される場合に12%の歪における応力が16MPa以上である、請求項10に記載のジオセル。   The geocell of claim 10, wherein the at least one polymer strip has a stress at 12% strain of 16 MPa or more when measured at 23 ° C according to the Izhar procedure. 少なくとも1つのポリマーストリップが、23℃にてIzhar手順に従って測定される場合に12%の歪における応力が18MPa以上である、請求項10に記載のジオセル。   11. A geocell according to claim 10, wherein the at least one polymer strip has a stress at 12% strain of 18 MPa or more when measured according to the Izhar procedure at 23 [deg.] C. 少なくとも1つのポリマーストリップが、ASTM D696に従って25℃において120×10−6/℃以下の熱膨張係数を有する、請求項10に記載のジオセル。 The geocell of claim 10, wherein the at least one polymer strip has a coefficient of thermal expansion of no greater than 120 x 10-6 / ° C at 25 ° C according to ASTM D696. 請求項10に記載のジオセルを含む少なくとも1つの層を含む舗道、車道、鉄道または駐車区域。   A pavement, roadway, railway or parking area comprising at least one layer comprising the geocell according to claim 10. ジオセルが、砂、小石、砕石、砂利、砕石場廃棄物、粉砕されたコンクリート、リサイクルされたアスファルト、砕石ブリックス、建築残骸および粗石、粉砕されたガラス、発電所アッシュ、飛散灰、石炭灰、高炉鉄スラグ、セメント製造スラグ、スチールスラグおよびこれらの混合物からなる群から選択される顆粒状材料で満たされる、請求項17に記載の舗道、車道、鉄道または駐車区域。   Geocell is made of sand, pebbles, crushed stone, gravel, quarry waste, crushed concrete, recycled asphalt, crushed bricks, building debris and rough stone, crushed glass, power plant ash, fly ash, coal ash, 18. A pavement, roadway, railway or parking area according to claim 17, filled with a granular material selected from the group consisting of blast furnace iron slag, cement slag, steel slag and mixtures thereof.
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