KR20150131118A - 미립자 토목재의 여과 및 배수를 위한 토목합성 복합재 - Google Patents

미립자 토목재의 여과 및 배수를 위한 토목합성 복합재 Download PDF

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KR20150131118A
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멩지아 리
대럴 엘. 히스캇
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지에스이 인바이어런멘탈, 엘엘씨
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Abstract

지오네트 및 지오텍스타일을 갖는 토목복합재. 상기 지오텍스타일은 부직포층 및 제직물층을 갖고, 상기 부직포는 니들 펀칭에 의해 상기 제직물에 연결됨으로써 상기 부직포의 섬유들이 상기 제직물을 통과해서 상기 제직물을 넘어 연장되고, 상기 제직물과 상기 제직물을 통과해서 연장되는 상기 부직포의 섬유가 상기 지오네트의 한 면에 접합된다.

Description

미립자 토목재의 여과 및 배수를 위한 토목합성 복합재{GEOSYNTHETIC COMPOSITE FOR FILTRATION AND DRAINAGE OF FINE-GRAINED GEOMATERIALS}
관련 출원에 대한 상호 참조
해당 없음
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
해당 없음
발명의 분야
본 발명은, 토목복합재(geocomposite), 보다 특히 고함량의 미립자 토목재(geomaterial)가 존재하는 환경에서 사용 가능한 토목복합재에 관한 것이다.
효과적인 여과 및 배수 시스템은 실트(silt) 또는 점토, 석탄 연소 생성물(CCP)(회분 및 연료 가스 탈황(FGD) 재료 포함), 및 강 또는 바다에 준설된 침전 등과 같은 미립자 토목재의 지반공학 및 지반환경공학에서 중요한 것으로 판명되었다. 예를 들면, 석탄 연소 생성물(CCP)은 상기 CCP 폐기물 아래의 침출수 수집 시스템을 필요로 하는 매립지에 정기적으로 매장되어 충분한 배수를 제공하고 차수재(water-barrier liner)의 상부(top) 위의 수두(hydraulic head)를 감소시킨다.
침출수 수집 시스템은 일반적으로, 평면내(in-plane) 측류 용량을 갖는 배수층, 및 토양의 구조적 안정성을 유지하면서도 액체를 통과시키기 위해 고체 입자를 보유하는 필터층(들)로 이루어진다. 열-접합된 부직포 지오텍스타일 필터(들)을 갖는 배수 지오네트 코어(geonet core)로 이루어진 토목합성 배수 복합재는, 도시 고체 폐기물(MSW: municipal solid waste) 매립지 침출수 수집을 포함하는 다수의 지반공학적 배수 용도에서 이러한 목적으로 널리 사용되어 왔다.
그러므로, 지오텍스타일 필터에 사용되는 직물은 필요한 액체 흐름을 통과시키기에 충분히 큰 개구를 갖는 동시에 고체 입자가 통과하지 않도록 차단하기에 충분히 작은 개구를 가져야 한다. 이러한 상충하는 요건의 충족은 매우 고함량의 미립자 토목재가 존재하는 시스템에 있어서 어려울 수 있으며, 어려웠었다. 더욱이, 이러한 직물은 미세물의 이동(소위 "파이핑(piping)") 또는 필터 폐색과 같은 심각한 여과 문제를 겪을 수 있다.
부직포는 통상 지오텍스타일 필터로서 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 부직포에 대한 인장변형은 상기 제품의 수명 전체에 걸쳐서 공극 개구 크기를 변경시킬 수 있다. 더욱이, 부직포의 제조는 가끔 직물의 다른 영역에 비해 더 큰 개구를 갖는 작고 가벼운 스팟(light spot)을 갖는 직물을 생성할 것이며, 이러한 스팟은 역시 지오텍스타일 필터로서 사용되는 제직물 재료의 최종 여과 성능을 조절할 것이다. 제직물 또한, 지오텍스타일 필터로서 사용되어 왔다. 그러나, 제직물 필터는 전형적으로 단위 면적당 제한된 개수의 개구만을 가지며, 미립자들이 임의의 개별 개구에 축적되어 상기 수 흐름을 막을 수 있다(소위 "표면 블라인딩(surface blinding)"). 요약하면, 이러한 지오텍스타일 필터는 이들의 사용 수명 전체에 걸쳐서, 특히 고함량의 미립자 토목재가 존재하는 환경에서 어려움을 겪을 수 있다.
결과적으로, CCP 매립지에서 고가의 공간소모적 과립상 재료로 이루어진 침출수 수집 시스템(예를 들면, 수 피트(feet)의 미세 여과층 + 응집물 또는 양입도(well-graded) 하부 회분 배수층)이 흔히 사용되어 왔다.
본 발명은, 석탄 연소 생성물(CCP)과 같은 미립자 토목재가 고함량으로 존재하는 환경에서조차 효율적이고 저렴한 여과 및 배수의 제공에 관한 것이다.
본 발명의 한 양태에서, 겉보기 개구 크기(AOS: apparent opening size)가 적어도 약 0.180 mm이고 두께가 2 kPa 표준 하중에서 약 1.0 mm 초과인 부직포로 이루어진 기본층(primary layer), 및 개방 면적이 약 2% 내지 20%이고 AOS가 약 0.074 mm 내지 0.841 mm인 제직물로 이루어진 부가층(secondary layer)을 포함하는, 지오텍스타일 필터가 지반공학적 건설 현장에서 지오네트와 함께 사용되도록 제공된다. 상기 제직물은 한 면이 지오네트에 연결되도록 조정되며, 상기 부직포는 니들 펀칭에 의해 상기 제직물의 맞은편 면에 연결되며, 이로써 상기 부직포의 섬유들은 상기 제직물을 통과해서 펀칭되어 상기 제직물을 넘어 한 면을 연장한다.
본 발명의 이러한 양태의 한 형태에서, 상기 제직물은 제직된 고-모듈러스 중합체성 필라멘트로 이루어진다. 추가의 한 형태에서, 상기 필라멘트는 모노필라멘트이고, 또 다른 추가의 형태에서 상기 필라멘트는 멀티필라멘트이다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 부직포는 평면을 횡단하는 물의 유속(cross-plane water flow rate)이 3,000 ℓ/min/m2 초과이다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 제직물은 평면을 횡단하는 물의 유속이 약 500 내지 8,000 ℓ/min/m2 이다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 부직포 및 제직물은 연결시 0.1 cm/sec 초과의 총 투과도(combined permeability)를 갖는다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 지오네트 및 지오텍스타일을 포함하는 토목복합재는 지반공학적 건설 현장에서 사용하도록 제공된다. 상기 지오텍스타일은 상부면과 하부면을 갖는 부직포로 이루어진 기본층, 및 상부면과 하부면을 갖는 제직물로 이루어진 부가층을 갖는다. 상기 부직포 하부면은 니들-펀칭에 의해 상기 제직물 상부면에 연결되며, 이로써 상기 부직포의 섬유들은 상기 제직물을 통과해서 상기 제직물 하부면 넘어서까지 연장되고, 상기 제직물 하부면과 상기 제직물 하부면을 통과해서 연장되는 상기 부직포의 섬유들은 상기 지오네트의 한면에 접합된다.
본 발명의 이러한 양태의 한 양태에서, 상기 제직물은 제직된 고-모듈러스 중합체성 필라멘트를 포함한다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 지오네트는 제1 및 제2의 복수의 실질적으로 비압축성인 평행한 스트랜드를 포함하며, 제1의 복수의 스트랜드는 제2의 복수의 스트랜드의 상부에 제2의 복수의 스트랜드에 대해 소정 각도로 배치되며, 이로써 제1 및 제2의 복수의 스트랜드는 교차 위치에서 연결된 영역들에 의해 서로 고정되고, 상기 제직물 하부면과 상기 제직물 하부면을 통과해서 연장되는 상기 부직포의 섬유들은 제1의 복수의 스트랜드에 열접합된다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 지오네트 스트랜드는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 제2의 부직포는 상기 지오네트의 다른 면에 접합된다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 부직포는 평면을 횡단하는 물의 유속이 3,000 ℓ/min/m2 초과이다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 제직물은 평면을 횡단하는 물의 유속이 약 500 내지 8,000 ℓ/min/m2 이다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 부직포 및 제직물은 연결시 0.1 cm/sec 초과의 총 투과도를 갖는다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 매립지는 매립 층과 토목복합재 층을 교대로 포함하며, 상기 각각의 토목복합재는 상부에 놓인 매립 층에 인접하게 배치되어 상기 매립지로부터 액체의 배수를 용이하게 한다. 토목복합재 각각은 실질적으로 종방향의 스트랜드가 다수 연결되어 있는 지오네트의 상부면에 접합된 지오텍스타일을 포함한다. 상기 지오텍스타일은 부직포 및 제직물을 가지며, 여기서, 상기 부직포 하부면은 니들-펀칭에 의해 상기 제직물 상부면에 연결되며, 이로써 상기 부직포의 섬유들은 상기 제직물을 통과하여 상기 제직물의 하부면 넘어 연장되고, 상기 제직물 하부면 및 상기 제직물 하부면을 통과하여 연장하는 부직포의 섬유들은 상기 지오네트 상부면에 접합하며, 이로써 상기 부직포 상부면은 위에 놓인 매립 층에 인접한다.
본 발명의 이러한 양태의 한 양태에서, 상기 지오네트 스트랜드는 제1 및 제2의 복수의 실질적으로 비압축성인 평행한 스트랜드를 포함하며, 제1의 복수의 스트랜드는 제2의 복수의 스트랜드의 상부에 제2의 복수의 스트랜드에 대해 소정 각도로 배치되며, 제1 및 제2의 복수의 스트랜드는 교차 위치에서 연결된 영역들에 의해 서로 고정된다. 또한, 본 발명의 이러한 양태의 이러한 형태에서, 상기 제직물 하부면과 상기 제직물 하부면을 통과해서 연장되는 상기 부직포의 섬유들은 제1의 복수의 스트랜드에 열접합된다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 부직포 및 제직물은 연결시 적어도 약 0.1 cm/sec의 총 투과도를 가지며, 상기 매립지의 투과도는 상기 연결된 직물들의 총 투과도의 1/10 이하이다. 추가의 형태에서, 상기 부직포 및 제직물은 연결시 약 0.106 mm 미만의 겉보기 개구 크기(AOS)를 갖는다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 부직포는 평면을 횡단하는 물의 유속이 3,000 ℓ/min/m2 초과이다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 제직물은 평면을 횡단하는 물의 유속이 약 500 내지 8,000 ℓ/min/m2 이다.
본 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 상기 부직포 및 제직물은 연결시 0.1 cm/sec 초과의 총 투과도를 갖는다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 토목복합재의 제조방법이 제공되는데, 상기 방법은, (1) 제직물을 제공하는 단계, (2) 섬유들을 니들 펀칭함으로써 부직포를 제조하는 단계(여기서, 상기 제직물은 제조되는 부직포에 인접하게 배치되며, 이로써 상기 니들 펀칭은 상기 부직포의 섬유들이 상기 제직물을 통과하도록 밀어부쳐 상기 제직물과 부직포를 연결시킨다), (3) 지오네트를 제공하는 단계 및 (4) 상기 지오네트를 상기 연결된 제직물 및 부직포에 열접합시키는 단계(여기서, 상기 지오네트는 상기 제직물 및 상기 제직물을 통과하여 밀고 나온 부직포 섬유에 접합된다)를 포함한다.
본 발명의 이러한 양태의 한 양태에서, 상기 제공된 제직물은 개방 면적이 약 2% 내지 20%이고 겉보기 개구 크기(AOS)가 약 0.074 mm 내지 0.841 mm이고, 상기 제조 단계는 겉보기 개구 크기(AOS)가 적어도 약 0.180 mm이고 두께가 2 kPa 표준 하중에서 약 1.0 mm 초과인 부직포를 생성한다.
본 발명의 기타 목적, 특징 및 이점은 첨부된 특허청구범위 및 도면을 포함하는 전체 명세서의 검토로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 지오텍스타일 복합재 필터의 투시도이며, 본 도면에서는 제직물을 통과하여 니들 펀칭된 부직포의 몇몇 섬유를 추가로 도시하기 위해 상부 부직포층을 모서리 부분에서 제직물로부터 분리시켰다.
도 2는 지오네트의 상부 및 하부에 고정된 도 1에 따르는 지오텍스타일 복합재 필터를 갖는 토목복합재의 투시도이며, 본 도면에서는 다양한 층들을 도시하기 위해 상부 지오텍스타일 복합재 필터를 모서리 부분에서 상기 지오네트로부터 분리시켰다.
도 3은 상기 지오네트의 상부면에만 지오텍스타일 복합재 필터를 갖는 본 발명의 한 양태에 따르는 토목복합재의 측단면도이다.
도 4는 상기 지오네트의 양면에 열접합된 지오텍스타일 복합재 필터를 갖는 본 발명의 도 2 양태에 따르는 토목복합재의 측단면도이다.
도 5는 상기 지오네트의 상부면에 고정된 지오텍스타일 복합재 필터와 상기 지오네트의 하부면에 고정된 부직포를 갖는 본 발명의 또 다른 양태에 따르는 토목복합재의 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따르는 복수의 토목복합재에 의해 분리된 복수의 층들을 갖는 매립지의 측단면도이다.
도 1은 부직포로 이루어진 기본 필터층(14) 및 제직물로 이루어진 부가 필터층(16)을 갖는 이중층 지오텍스타일 필터(10)를 도시한다. 이후 추가로 상세하게 기술되는 바와 같이, 상기 2개의 층(14,16)을 함께 니들-펀칭하여 통합 이중층 지오텍스타일 필터(10)를 제조하며, 여기서 상기 부직포층(14)의 섬유(20)는 상기 제직물층(16)을 통과하여 돌출되어 상기 부직포층(14)의 맞은편 제직물층(16) 쪽에 퍼지 표면(fuzzy surface)(24)을 형성한다(도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 도면의 명확성을 위해 소수의 섬유(20)만이 하일라이트된다).
상기 부직포 기본 필터층(14)는 유리하게는 니들-펀칭 스테이플 섬유로부터 제조될 수 있으며, 상기 섬유의 데니어 및 상기 니들의 크기는 목적으로 하는 용도에 요구되는 개구 크기 분포를 제공하도록 선택된다. 따라서, 본 발명에 따라, 기본 필터층(14)은 유리하게는 겉보기 개구 크기(AOS)가 US 시이브 #80 (0.180 mm) 이상이고 평면을 횡단하는 물의 유속이 3,000 ℓ/min/m2 초과이고, 추가로 상기 부직포 기본 필터층(14)은 최소 두께가 2 kPa 표준 하중에서 1.0 mm를 초과할 수 있다. 예를 들면, 이러한 기본 필터층(14)은 유리하게는 단위 면적당 질량이 6 또는 8 oz./yd2인 부직포 니들-펀칭된 지오텍스타일일 수 있으며, 이러한 지오텍스타일은 각각 상표명 NW6 및 NW8 하에 지에스이 라이닝 테크놀로지스(GSE Lining Technologies)로부터 입수할 수 있다.
제직물로 이루어진 부가 필터층(16)은 치수안정적이고 고투과성이다. 따라서, 상기 부가 필터층(16)의 제직물은 유리하게는 제직된 필라멘트로 형성될 수 있으며, 상기 필라멘트는, 예를 들면, 고-모듈러스 중합체성(예: 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르) 모노필라멘트 또는 멀티필라멘트 얀 또는 슬리트 필름이고, 상기 제직된 지오텍스타일의 단위 면적당 유리한 질량은 약 5.8 oz./yd2이다. 상기 필터(10)가 설치되는 환경에서 예측되는 토목재의 특성에 따라, 상기 제직된 부가 필터층(16)은 유리하게는 개방 면적% (POA: percent open area)가 2 내지 20%이고 겉보기 개구 크기(AOS)가 US 시이브 #20 내지 #200 (0.074 mm 및 0.841 mm)이며 평면을 횡단하는 물의 유속이 500 내지 8,000 ℓ/min/m2이다. 상기 부가 필터층(16)의 제직물의 그랩 인장강도는 또한 유리하게는, 200 파운드 초과일 수 있으며, 상기 그랩 인장 신도는 50% 미만일 수 있고, 이후 추가로 상세하게 기술되는 니들-펀칭 방법에 의한 손상을 피하기에 충분한 경도를 가져야 한다.
상기 복합재 지오텍스타일 필터(10)의 상기 부직포 니들-펀칭된 층(14) 및 제직층(16)은 상기 부직포의 제조 공정 내로 상기 제직층(16)을 직접 삽입시킴으로써 니들-펀칭 방법으로 기계적으로 접합된다. 상기 니들-펀칭 방법은 부직포 스테이플 섬유(20)가 상기 제직물을 통과하도록 밀어 내어, 상기 복합재 지오텍스타일 필터층(10)의 제직된 면 위에 "퍼지(fuzzy)" 또는 섬유상 표면(24)을 생성시킨다. 상기 부가 필터층(16)의 제직물을 통과하여 연장되는 니들-펀칭된 섬유(20)는, 상기 기본 필터층(14)의 부직포를 상기 부가 필터층(16)의 제직물에 접합시키는 기능을 한다. 상기 지오텍스타일 필터(10)의 개구 크기는 상기 니들-펀칭 공정에서 니들과 함께 작업할 뿐만 아니라 상기 가공품에 맞는 바람직한 공극 크기를 유도하도록 선택된다.
상기 필터층(14,16)의 지오텍스타일 특성에 맞는 디자인 요건은 상기 토목복합재(40)가 사용되는 환경에서 기대되는 미립자 토목재의 형태에 따라 가변적임을 이해해야 한다. 그러나, 일반적으로, 상기 제직물 및 부직포는 니들-펀칭에 의한 연결시 0.1 cm/sec 초과의 총 투과도를 가지며, 인접 토목재 투과도에 비해 적어도 10배이다. 추가로, 상기 이중층 지오텍스타일 필터(10)는 토목재 입자가 0.075 mm 보다 미세하도록 효율적으로 유지하기 위해 전형적인 겉보기 개구 크기(AOS)가 0.106 mm (US 시이브 #140) 미만이어야 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따르는 유리한 토목합성 배수 복합재(토목복합재)(40)는 도 1의 가공된 2층 지오텍스타일 필터를 적합한 지오네트(30)에 열접합시켜 토목복합재(40)를 형성함으로써 제조된다. 유리하게는, 상기 지오네트(30)은, 예를 들면, 본원에서 전문이 참조 인용되는 미국 특허 제7,470,094호에 기술된 배수 지오네트와 같이, 연속식 공정에서 압출 성형되어 교차점에서 연결되는 두 세트의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 스트랜드(32,34)일 수 있다.
상기 지오텍스타일 필터(10)의 퍼지 표면(24) 또한 상기 지오텍스타일 필터(10)와 상기 지오네트(30)가 함께 열-라미네이팅될 때 상기 필터(10)의 상기 지오네트(30)에 대한 접합강도를 개선시키는 표면적을 제공하여, 상기 가공된 토목복합재의 가닥(ply) 점착성이 유리하게는 0.5 lbs/inch를 초과할 수 있음을 이해해야 한다.
도 3 내지 5는 본 발명이 개입된 상이한 토목복합재를 도시한다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 토목복합재(40)는 상기 지오네트(30)의 양면에 접합되거나 한면에만 접합되면서 상기 지오네트의 다른 면은 접합되지 않은 채로 남겨두거나 일반적인 부직포 필터에 접합된 (퍼지 크기(24) 상에) 이중층 지오텍스타일 필터(10)를 가질 수 있다.
구체적으로, 도 3에 토목복합재(40')가 도시되며, 여기서 도 1에 도시된 바와 같은 지오텍스타일 필터(10)는 적합한 지오네트(30)의 상부에 열접합되고, 상기 지오네트(30)의 나머지(하부) 면에는 아무 것도 접합되지 않는다.
도 4는 도 2의 토목복합재(40)를 도시하며, 여기서 도 1에 도시된 바와 같은 지오텍스타일 필터(10)는 상기 지오네트(30)의 양면에 열접합되고, 여기서 지오텍스타일 필터(10) 둘 다의 퍼지면(fuzzy side)(24)은 상기 지오네트(30)에 열접합된다. 상기 복합재 지오텍스타일 필터(10)의 부직포 필터층(14)은 여과될 입자 또는 액체 물질과 대면하며, 이는 전형적으로 상기 필터(10) 위에 배치된다. 그러나, 이와 같이 상부와 하부 둘 다에 상기 복합재 지오텍스타일 필터(10)를 갖는 토목복합재(40)는 여과될 물질이 위로부터 상기 필터(10)를 통과하여 아래로 유동할 뿐만 아니라 상기 필터(10)의 하부로부터 위로 유동할 수도 있는 환경에 특히 매우 적합할 수 있다.
도 5에는 토목복합재(40")가 도시되며, 여기서 도 1에 도시된 바와 같은 지오텍스타일 필터(10)의 퍼지면(24)은 상기 지오네트(30)의 상부에 열접합되고, 적합한 부직포층(50)은 상기 지오네트(30)의 하부에 열접합된다. 상기 지오텍스타일 필터(10), 지오네트(30) 및 부직포층(50)의 접합은 상기 3개의 구성 요소를 가열된 웨지 라미네이션 공정(wedge lamination process)으로 처리하여 일체식 배수 토목복합재(40")를 형성함으로써 적합하게 달성될 수 있다. 이러한 양태는 기울어진 환경에서 사용하기에 특히 적합하며, 여기서 상기 부직포층(50)은 상기 토목복합재(40")를 제 위치에 유지하는 것을 용이하게 하는 마찰 표면을 제공할 것이다. 상기 기울기가 아주 약한(예를 들면, 2%) 환경에서, 도 3에 도시된 바와 같은 단일면(single-sided) 배수 토목복합재가 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따르는 토목복합재(40)가 유리하게 사용될 수 있는 매립지(70)의 단면을 도시한다. 상기 매립지가 제조됨에 따라, 토목복합재(40a)의 제1층은 상기 매립지(70)가 상부에 형성되는 영역의 표면 위에 놓인다. 본 발명에 따라, 상기 토목복합재(40)는, 상기 이중층 지오텍스타일 필터(10)의 기본 필터층(14)의 부직포면이 상기 토목복합재(40)의 상부에 배치되는 토목재를 향해 대면하도록 놓인다. 물론, 커버되는 면적이 극도로 넓을 수 있으므로, 토목복합재(40a)의 하나 이상의 구획은 전형적으로 각각의 층에서 전체 영역을 커버하는 것이 요구될 것이다. 이어서, 매립 층(74a)은 당 분야에 공지된 바와 같은 바람직한 깊이로 상기 토목복합재(40a)의 위에 배치되고, 이후 토목복합재(40b)의 제2층이 상기 영역 위에 놓인다. 매립 층(70b-70e) 및 토목복합재(40c-40e)의 추가 층들은 상기 매립지(70)의 디자인에 따라 유사하게 추가된다. 당 분야의 숙련가들에게 공지된 바와 같이, 도시된 바와 같은 토목복합재(40a-40e)는 상기 매립지(70)를 통한 유체 유동을 촉진시키는데 사용될 수 있다. 더욱이, 펌프 및 수직형 및 수평형 파이프와 같은 기타 구조물이 또한, 이러한 토목복합재(40a-40e)와 함께 사용되어 침출수가 상기 매립지를 통해 계획적으로 순환함으로써 상기 매립지(70)의 안정화를 촉진시켜 상기 매립지가 이후 기타 생산적인 용도로 보다 신속하게 복귀될 수 있다.
본원에 기술된 바와 같은 지오텍스타일 필터(10)를 갖는 토목복합재(40)는 오랜 기간에 걸쳐서 높은 압력하에 있는 넓은 매립지에서 특히 유리하게 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따라 지오텍스타일 필터(10)를 갖는 토목복합재(40)는 다양한 형태의 미립자 토목재의 여과를 요하는, 즉 평면을 횡단하는 높은 투과도를 제공하여 액체를 자유롭게 통과시키면서도 미립자의 효율적인 보유를 요하는 환경에서 유리하게 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르는 토목복합재(40)는 상술한 바와 같은 매립지(70)와 같은 지반공학적 건설 현장에서 유리하게 사용 가능하지만 한 장소에 대한 배수를 용이하게 하는 일반적인 수평 배향 뿐만 아니라 기계적으로 안정화된 토벽에서와 같은 수직 배향을 포함해서 광범위한 기반공학적 건설 현장에서도 유리하게 사용될 수 있다.
추가로, 기존의 부직포 니들-펀칭된 지오텍스타일은 바람직한 기계적 성질을 달성하기 위해 신장되는 반면 본 발명의 기본 필터층(14)의 부직포는 신장을 거의 또는 전혀 필요로 하지 않는데, 그 이유는 부가 필터층(14)의 제직물이 바람직한 개구 크기로 수득되는 치밀하고 균일한 매트의 바람직한 기계적 성질을 제공하기 때문이다.
추가로, 상기 제직물은 부직포에 비해 훨씬 더 광범위한 유압 성질, 물리적 성질 및 기계적 성질을 가지므로, 기본 필터층(14)은 광범위한 미립자 토목재에 대해 만족스러운 장기 파이핑 및 폐색 저항을 달성하는 공극 구조물이 형성되게 함으로써 매우 융통성 있는 디자인을 제공할 수 있다.
추가로, 부직포 지오텍스타일의 제조가 일반적으로 일부 작은 "최대 개구를 갖는 가벼운 스팟들"(이는 본 재료의 궁극적인 여과 성능을 조절할 것이다)을 생성하는 반면, (보다 신뢰성 있게 지속되는 공극 구조물 또는 개구 크기 분포를 제공할 수 있는) 제직물과 함께 상기 부직포를 사용하면 상기 단점을 극복할 수 있다. 즉, 적절하게 선택된 POA 및 AOS를 갖는 부가 필터층(16)의 제직물은 부직포 "가벼운 스팟들"을 필수적으로 고정하는 기능을 함으로써, 다량의 미립자가 파이핑으로부터 비교적 큰 개구를 갖는 부직포의 임의의 작은 영역을 통과하지 못하게 한다.
추가로, 부가 필터층(16)의 제직물에 의해 제공될 수 있는 높은 인장 모듈러스는 상기 가공된 이중층 필터(10)에서 안정한 구조물을 유지하는데 도움이 되는데, 그 이유는 상기 높은 인장 모듈러스가 상기 기본 필터층(14)의 부직포에 대해 발휘되는 변형을 감소시켜 공극 개방 크기 분포에 있을 수 있는 나쁜 변화를 방지하기 때문이다.
추가로, 상기 지오텍스타일 필터(10)에서 제직물 및 부직포의 조합은 앞서 언급된 "표면 블라인딩"(미립자가 상기 제직물의 제한된 개구들 중의 개별 개구에 축적되어 상기 개구를 폐색시켜 야기됨)의 문제를 유리하게 피할 수 있는데, 이는 상기 기본 필터층(14)의 부직포의 무작위한 섬유 구조가 비교적 두꺼운 쿠션층(cushion layer)을 형성하여 상기 제직물의 "표면 블라인딩" 문제를 피하게 하기 때문이다.
본 발명의 또 다른 양태, 목적 및 이점은 본 명세서, 도면 및 첨부된 특허청구범위를 연구하여 수득할 수 있다. 그러나, 본 발명은 상술한 바와 같은 본 발명 및 바람직한 양태의 일부 목적 및 이점이 수득되는 또 다른 형태에서 사용될 수 있을 이해해야 한다.

Claims (21)

  1. 지반공학적 건설 현장에서 지오네트(geonet)와 함께 사용하기 위한 지오텍스타일 필터(geotextile filter)로서,
    겉보기 개구 크기(AOS: apparent opening size)가 적어도 약 0.180 mm이고 두께가 2 kPa 표준 하중에서 약 1.0 mm 초과인 부직포로 이루어진 기본층(primary layer) 및
    개방 면적이 약 2% 내지 20%이고 AOS가 약 0.074 mm 내지 0.841 mm인 제직물로 이루어진 부가층(secondary layer)을 포함하며,
    상기 제직물은 한 면(face)이 지오네트에 연결되도록 조정되며,
    상기 부직포는 니들 펀칭에 의해 상기 제직물의 맞은편 면에 연결되며, 이로써 상기 부직포의 섬유들이 상기 제직물을 통과해서 펀칭되어 상기 제직물을 넘어 한 면을 연장시키는, 지반공학적 건설 현장에서 지오네트와 함께 사용되는 지오텍스타일 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제직물이, 제직된 고-모듈러스 중합체성 필라멘트를 포함하는, 지오텍스타일 필터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 필라멘트가 모노필라멘트인, 지오텍스타일 필터.
  4. 제2항에 있어서, 상기 필라멘트가 멀티필라멘트인, 지오텍스타일 필터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 부직포의 평면을 횡단하는 물의 유속(cross-plane water flow rate)이 3,000 ℓ/min/m2 초과인, 지오텍스타일 필터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제직물의 평면을 횡단하는 물의 유속이 약 500 내지 8,000 ℓ/min/m2인, 지오텍스타일 필터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 부직포와 제직물이 연결시 0.1 cm/sec 초과의 총 투과도(combined permeability)를 갖는, 지오텍스타일 필터.
  8. 지반공학적 건설 현장에서 사용하기 위한 토목복합재(geocomposite)로서, 상기 토목복합재는,
    지오네트; 및
    지오텍스타일을 포함하고, 상기 지오텍스타일은,
    상부면 및 하부면을 갖는 부직포로 이루어진 기본층 및
    상부면 및 하부면을 갖는 제직물로 이루어진 부가층을 가지며,
    여기서, 상기 부직포 하부면이 니들 펀칭에 의해 상기 제직물의 상부면에 연결됨으로써 상기 부직포의 섬유들이 상기 제직물을 통과해서 상기 제직물 하부면을 넘어 연장되며,
    여기서, 상기 제직물 하부면과 상기 제직물 하부면을 통과해서 연장되는 상기 부직포의 섬유가 상기 지오네트의 한 면에 접합되는, 지반공학적 건설 현장에서 사용하기 위한 토목복합재.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제직물이 제직된 고-모듈러스 중합체성 필라멘트를 포함하는, 토목복합재.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 지오네트가 제1 및 제2의 복수의 실질적으로 비압축성인 평행한 스트랜드를 포함하며, 상기 제1의 복수의 스트랜드는 상기 제2의 복수의 스트랜드의 상부에 제2의 복수의 스트랜드에 대해 소정 각도로 배치되며, 이로써 상기 제1 및 제2의 복수의 스트랜드는 교차 위치에서 연결된 영역들에 의해 서로 고정되고;
    상기 제직물 하부면과 상기 제직물 하부면을 통과해서 연장되는 상기 부직포의 섬유들은 상기 제1의 복수의 스트랜드에 열접합되는, 토목복합재.
  11. 제10항에 있어서, 상기 지오네트 스트랜드가 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)인, 토목복합재.
  12. 제10항에 있어서, 상기 지오네트의 나머지 면에 접합된 제2의 부직포를 추가로 포함하는, 토목복합재.
  13. 제8항에 있어서, 상기 부직포의 평면을 횡단하는 물의 유속이 3,000 ℓ/min/m2 초과인, 토목복합재.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제직물의 평면을 횡단하는 물의 유속이 약 500 내지 8,000 ℓ/min/m2인, 토목복합재.
  15. 제14항에 있어서, 상기 부직포와 제직물이 연결시 약 0.1 cm/sec 초과의 총 투과도를 갖는, 토목복합재.
  16. 매립 층과 토목복합재 층을 교대로 포함하는 매립지(landfill)로서, 상기 토목복합재 각각은 상부에 놓인 매립 층에 인접하게 배치되어 상기 매립지로부터 액체의 배수를 용이하게 하며,
    실질적으로 종방향의 스트랜드가 다수 연결되어 있고 상부면 및 하부면을 갖는 지오네트; 및
    상기 지오네트의 상부면에 접합된 지오텍스타일을 포함하며, 상기 지오텍스타일은
    상부면 및 하부면을 갖는 부직포 및
    상부면 및 하부면을 갖는 제직물을 가지며,
    여기서, 상기 부직포 하부면은 니들-펀칭에 의해 상기 제직물 상부면에 연결되며, 이로써 상기 부직포의 섬유들은 상기 제직물을 통과하여 상기 제직물의 하부면 넘어 연장되고;
    여기서, 상기 제직물 하부면 및 상기 제직물 하부면을 통과하여 연장하는 부직포의 섬유들은 상기 지오네트 상부면에 접합하며, 이로써 상기 부직포 상부면은 위에 놓인 매립 층에 인접하는, 매립 층과 토목복합재 층을 교대로 포함하는 매립지.
    [청구항 14]
    제13항에 있어서,
    상기 지오네트 스트랜드가 제1 및 제2의 복수의 실질적으로 비압축성인 평행한 스트랜드를 포함하며, 상기 제1의 복수의 스트랜드는 상기 제2의 복수의 스트랜드의 상부에 제2의 복수의 스트랜드에 대해 소정 각도로 배치되며, 상기 제1 및 제2의 복수의 스트랜드는 교차 위치에서 연결된 영역들에 의해 서로 고정되고;
    상기 제직물 하부면과 상기 제직물 하부면을 통과해서 연장되는 상기 부직포의 섬유들은 상기 제1의 복수의 스트랜드에 열접합되는, 매립지.
    [청구항 15]
    제13항에 있어서, 상기 부직포 및 제직물은 연결시 적어도 약 0.1 cm/sec의 총 투과도를 갖고, 상기 매립지의 투과도가 상기 연결된 직물들의 총 투과도의 1/10 이하인, 매립지.
    [청구항 16]
    제15항에 있어서, 상기 부직포 및 제직물이 연결시 약 0.106 mm 미만의 겉보기 개구 크기(AOS)를 갖는, 매립지.
  17. 제16항에 있어서, 상기 부직포의 평면을 횡단하는 물의 유속이 3,000 ℓ/min/m2 초과인, 매립지.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제직물의 평면을 횡단하는 물의 유속이 약 500 내지 8,000 ℓ/min/m2인, 매립지.
  19. 제18항에 있어서, 상기 부직포 및 제직물이 연결시 0.1 cm/sec 초과의 총 투과도를 갖는, 매립지.
  20. 토목복합재의 제조방법으로서, 상기 방법은,
    제직물을 제공하는 단계;
    섬유들을 니들 펀칭함으로써 부직포를 제조하는 단계로서, 상기 제직물이 제조되는 부직포에 인접하게 배치되며, 이로써 상기 니들 펀칭은 상기 부직포의 섬유들이 상기 제직물을 통과하도록 밀어부쳐 상기 제직물과 부직포를 연결시키는 단계;
    지오네트를 제공하는 단계; 및
    상기 지오네트를 상기 연결된 제직물 및 부직포에 열접합시키는 단계로서, 상기 지오네트가 상기 제직물 및 상기 제직물을 통과하여 밀고 나온 부직포 섬유에 접합되는 단계를 포함하는, 토목복합재의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제공된 제직물이, 개방 면적이 약 2% 내지 20%이고 겉보기 개구 크기(AOS)가 약 0.074 mm 내지 0.841 mm이고, 상기 제조 단계가, 겉보기 개구 크기(AOS)가 적어도 약 0.180 mm이고 두께가 2 kPa 표준 하중에서 약 1.0 mm 초과인 부직포를 생성하는, 방법.
KR1020157028058A 2013-03-07 2014-01-21 미립자 토목재의 여과 및 배수를 위한 토목합성 복합재 KR20150131118A (ko)

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