KR20230148368A - 셀룰러 층 구조를 갖는 다층 통합형 지오그리드 및 그 제조 및 이용 방법 - Google Patents

셀룰러 층 구조를 갖는 다층 통합형 지오그리드 및 그 제조 및 이용 방법 Download PDF

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KR20230148368A
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조셉 카바나
마노 쿠마 티야기
다니엘 마크 베이커
앤드류 커손
톰-로스 젠킨스
앤드류 에드워드 월러
다니엘 존 갤러거
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텐사 인터내셔널 코포레이션
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Abstract

하나 이상의 셀룰러 층을 포함하는 다층 통합형 지오그리드는 내부에 개구 어레이를 갖는 부분적으로 배향된 다층 접합부에 의해 상호 연결된 복수의 배향된 다층 스트랜드를 구비한다. 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 공압출되거나 적층된 다층 폴리머 시작 시트로 생산된다. 통합형 지오그리드는 적어도 하나의 외층이 셀룰러 구조를 갖는 다층 건조물을 구비한다. 셀룰러 층 구조 덕분에, 다층 통합형 지오그리드는 하중 하에서 증가된 층 수직 압축성을 제공하여, 토양, 골재, 또는 기타 입자상 재료를 안정화하며 강화하기 위한 다층 통합형 지오그리드 사용의 성능상 이점을 제공하는 향상된 재료 특성을 초래한다.

Description

셀룰러 층 구조를 갖는 다층 통합형 지오그리드 및 그 제조 및 이용 방법
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2021년 6월 23일 출원된 "다축 통합형 지오그리드 및 그 제조 및 사용 방법(Multi-Axial Integral Geogrid and Methods of Making and Using Same)"을 명칭으로 하는 미국 특허 출원 제17/355,843호 및 2021년 6월 24일 출원된 "다축 통합형 지오그리드 및 그 제조 및 사용 방법(Multi-Axial Integral Geogrid and Methods of Making and Using Same)"을 명칭으로 하는 국제 특허 출원 제PCT/US2021/038863호에 관한 것으로, 이에 대한 우선권 이득을 청구하며; 이들 출원은 모두 추가로 2020년 6월 24일 출원된 "다축 통합형 지오그리드 및 그 제조 및 사용 방법(Multi-Axial Integral Geogrid and Methods of Making and Using Same)"을 명칭으로 하는 미국 특허 가출원 제63/043,627호, 2021년 2월 26일 출원된 "셀룰러 층 구조를 갖는 다층 통합형 지오그리드 및 그 제조 및 사용 방법(Multilayer Integral Geogrids having a Cellular Layer Structure, and Methods of Making and Using Same)"을 명칭으로 하는 미국 특허 가출원 제63/154,209호 및 2021년 2월 26일 출원된 "지질 공학적 상호 작용이 개선된 수평 기계적 안정화 지오그리드(Horizontal Mechanically Stabilizing Geogrid with Improved Geotechnical Interaction)"를 명칭으로 하는 미국 특허 가출원 제63/154,588호에 관한 것이며 이들을 우선권 주장한다. 본 출원은 또한, 본 출원과 동시에 출원된 "지질 공학적 상호 작용이 개선된 수평 기계적 안정화 지오그리드(Horizontal Mechanically Stabilizing Geogrid with Improved Geotechnical Interaction)"를 명칭으로 하는 특허 출원과 관련이 있다. 상기 출원의 개시 내용은 전체적으로 참조로서 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 개괄적으로, 구조적 또는 건설 보강과 안정화 및 기타 지질 공학적 목적으로 사용되는 통합형 지오그리드 및 기타 배향 그리드에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 통합형 지오그리드의 향상된 수직 압축성 및 향상된 마찰 특성을 제공하는, 셀룰러 구조를 갖는 하나 이상의 층을 포함하는, 다층 건조물을 구비한 이러한 통합형 지오그리드에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 본 명세서에 개시된 바와 같은 기타 바람직한 특성뿐만 아니라 더 다양하고 폭넓은 품질의 골재와 맞물려 이를 안정화하는 능력을 갖춘 이러한 통합형 지오그리드에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 예를 들어, 밀도, 강성, 강도, 및 연성과 같은 향상된 공학적 거동 및 물성을 특징으로 하는 본 발명의 통합형 지오그리드를 포함하는 토양 건조물에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 이러한 다층 통합형 지오그리드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 토양 및 입자상 보강 및 안정화를 위한 이러한 다층 통합형 지오그리드의 사용 및 이러한 보강 및 안정화 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 위해, 용어 "통합형 지오그리드(integral geogrid)"는 필요한 두께의 시트 형태의 또는 시트와 유사한 형상의, 내부에 홀이나 오목부가 만들어지거나 형성된 폴리머 시작 재료를 배향하여(즉, 연신시켜) 제조되는 통합형 지오그리드 및 기타 통합형 그리드 구조를 포함하도록 의도된다.
통합형 지오그리드와 같이, 실질적으로 평행한, 배향된 스트랜드(strand) 및 그 사이의 접합부(junction)로 이루어진 다양한 기하학적 패턴에 의해 획정된 메쉬 개구(mesh opening)를 갖는 폴리머 통합형 그리드 구조가 35년에 걸쳐 제조 및 판매되어 왔다. 이러한 그리드는 특정 패턴의 홀이나 오목부를 갖는 통합형 주조 시작 시트를 압출 및 성형한 다음, 이어서 시트를 고도로 배향된 스트랜드(이후 때때로 리브(rib)로도 지칭됨)와 홀이나 오목부에 의해 형성된 메쉬 개구를 획정하는 부분적으로 배향된 접합부로 제어 하에 1축 또는 2축 연신 및 배향하여 제조된다. 1축 또는 2축 방향으로의 시트의 이러한 연신 및 배향은 스트랜드 인장 강도 및 탄성 계수를 발달시킨다. 이러한 통합형의 배향된 폴리머 그리드 구조는, 토양, 흙, 모래, 점토, 자갈 등과 같은, 임의의 적절한 형태의 입자상 재료를, 도로 또는 기타 절단면이나 제방 측면 상이나, 노면, 활주면 아래 등과 같은, 임의의 적당한 장소에 유지하거나 안정화하는 데 사용될 수 있다.
더 높은 수준의 강도 대 무게 비율을 달성하기 위해, 또는 제조 공정 동안 더 빠른 처리 속도를 달성하기 위해, 다양한 형상과 패턴의 홀이 실험되었다. 배향은 온도와 변형률 제어 하에서 달성된다. 이 공정의 일부 변수에는 연신비, 분자량, 분자량 분포, 및 폴리머의 분기 또는 가교 결합 정도가 포함된다.
이러한 통합형 지오그리드 및 기타 통합형 그리드 구조의 제조 및 사용은 잘 알려진 기술에 의해 달성될 수 있다. 미국 특허 제4,374,798호(머서(Mercer)), 제4,590,029호(머서), 제4,743,486호(머서 및 마틴(Martin)), 제4,756,946호(머서) 및 제5,419,659호(머서)에 상세히 설명된 바와 같이, 폴리머 시작 시트 재료가 먼저 압출된 다음, 천공되어 필요한 획정 패턴의 홀이나 오목부를 형성한다. 그런 다음 통합형 지오그리드는 천공 시트 재료의 필요한 연신 및 배향에 의해 형성된다.
이러한 통합형 지오그리드, 즉, 1축 통합형 지오그리드와 2축 통합형 지오그리드 모두(집합적으로 "통합형 지오그리드" 또는 개별적으로 "1축 통합형 지오그리드(들)" 또는 "2축 통합형 지오그리드(들)")는 1970년대 후반 앞서 언급한 머서에 의해 발명되었으며, 지난 35년에 걸쳐 엄청난 상업적 성공을 거두어, 과립 재료 또는 입자상 재료로 만든 토양, 도로 지하 포장물 및 기타 토목 공학 구조를 보강하는 기술을 완전히 혁신시켰다.
머서는, 바람직하게는 대략 1.5 mm(0.059055 inch) 내지 4.0 mm(0.15748 inch) 두께의, 그 중심이 관념적인 행과 열로 이루어진 실질적으로 정사각형이나 직사각형의 그리드 상에 놓이는 홀이나 오목부의 패턴을 갖는 비교적 두꺼운 실질적으로 단일 평면의 폴리머 시작 시트로 시작하여, 스트랜드의 배향이 접합부 내로 연장되도록 시작 시트를 1축 방향으로 또는 2축 방향으로 연신함으로써, 완전히 새로운 실질적으로 단일 평면의 통합형 지오그리드가 형성될 수 있다는 것을 발견하였다. 머서에 의해 설명된 바와 같이, "단일 평면(uniplanar)"은 시트상 재료의 모든 구역이 시트상 재료의 중앙 평면을 중심으로 대칭이라는 것을 의미한다.
미국 특허 제3,252,181호(후로(Hureau)), 제3,317,951호(후로), 제3,496,965호(후로), 제4,470,942호(베레타(Beretta)), 제4,808,358호(베레타) 및 제5,053,264호(베레타)에서는, 필요한 패턴의 홀이나 오목부를 갖는 시작 재료가 원통형 폴리머 압출부와 함께 형성되며, 확장 맨드릴 위로 압출부를 통과시켜 실질적인 단일 평면성이 달성된다. 그런 다음 확장된 실린더가 종방향으로 길게 잘라져 평평한 실질적으로 단일 평면의 시작 시트가 생산된다.
또 다른 통합형 지오그리드는, 조지아주 애틀랜타에 소재한 특허 출원 양수인 텐사 인터내셔날 코포레이션 인코포레이티드(Tensar International Corporation, Inc.)의 연관된 회사인 텐사 인터내셔날 리미티드(Tensar International Limited)에게 양도된, 미국 특허 제7,001,112호(월시)(이하 "월시의 '112 특허")에 설명되어 있다. 월시의 '112 특허에는 배향된 스트랜드가 각각의 모서리에 있는 부분적으로 배향된 접합부와 그리고 각각의 접합부에서 만나는 6개의 고도로 배향된 스트랜드와 삼각형 메쉬 개구를 형성하는 2축 연신 통합형 지오그리드를 포함하는 배향된 폴리머 통합형 지오그리드(이하 때때로 본 명세서에서 "3축 통합형 지오그리드"로 지칭됨)가 개시되어 있다. 월시의 '112 특허의 3축 통합형 지오그리드는 텐사에 의해 상용화되어 상당한 성공을 거두었다.
또 다른 통합형 지오그리드는 미국 특허 제9,556,580호(월시), 제10,024,002호(월시), 및 제10,501,896호(월시)에 개시되어 있으며, 이들 특허 모두 본 특허 출원 양수인의 다른 연관된 회사인 텐사 테크놀로지 리미티드(Tensar Technologies Limited)에게 양도되어 있다. 앞서 언급한 월시의 미국 특허 제9,556,580호, 제10,024,002호 및 제10,501,896호에는 당업자에게 알려진 높은 종횡비, 즉, 1.0보다 큰 스트랜드 단면의 폭에 대한 스트랜드 단면의 두께 또는 높이의 비율을 갖는 통합형 지오그리드가 개시되어 있다. 종횡비가 1.0보다 큰 리브를 구비한 지오그리드 구조를 사용하면 다축 통합형 지오그리드의 성능이 개선될 수 있는 것으로 나타났지만, 종횡비가 증가하면 필요한 전체 폴리머의 양이 증가하므로, 지오그리드의 무게와 비용이 증가한다.
전통적으로, 통합형 지오그리드의 생산에 사용되는 폴리머 재료는 고분자량 호모폴리머나 코폴리머 폴리프로필렌 및 고밀도 고분자량 폴리에틸렌이었다. 자외선 차단제, 카본 블랙, 가공 보조제 등과 같은 다양한 첨가제가 완제품 및/또는 제조 효율 관련하여 원하는 효과를 달성하기 위해 이러한 폴리머에 첨가된다.
그리고, 또한 전통적으로, 이러한 통합형 지오그리드의 생산을 위한 시작 재료는 전형적으로, 단층 구성, 즉, 폴리머 재료의 균일한 단일 층을 갖는 실질적으로 단일 평면 시트였다.
전술한 종래의 시작 재료로부터 생성된 통합형 지오그리드가 일반적으로 만족스러운 물성을 나타내긴 하지만, 토양 건조물에 통합되는 경우 특정 지반 강화 보강과 같은 특정 용례의 요구에 적합한 상대적으로 더 높은 정도의 강성을 제공하거나 특정 지반 강화 용례에 바람직한 기타 물성을 갖는 통합형 지오그리드를 생산하는 것이 구조적으로 및 경제적으로 유리하다.
따라서, 통합형 지오그리드의 생산과 연관된 공정 제약에 적합할 뿐만 아니라 일단 통합형 지오그리드가 생산되어 사용 중인 경우 종래의 지오그리드 시작 재료와 연관된 것보다 더 높은 수준의 토양 건조물 강성을 제공하거나, 예를 들어, 밀도, 강도 및 연성과 같은 현재의 단층 통합형 지오그리드로 이용 가능하지 않은 기타 바람직한 특성을 제공하는 시작 재료에 대한 요구가 존재해 왔다.
또한, 전술한 종래의 시작 재료로부터 생산된 종래 구성의 통합형 지오그리드가 일반적으로 만족스러운 물성을 나타낼 수도 있긴 하지만, 지반 강화 보강과 같은 특정 서비스 용례의 요구에 적합하거나 특정 지반 강화 용례에 바람직한 기타 물성을 갖춘 더 다양하고 폭넓은 품질 범위의 골재와 맞물려 이를 안정화하는 능력을 갖춘 구조 및 기하학적 형상을 갖는 통합형 지오그리드를 생산하는 것이 구조적으로 및 경제적으로 유리하다.
본 발명은 시트 형성을 시작하는 방법이나 시작 재료를 통합형 지오그리드 또는 그리드 구조 내로 배향하는 방법과 관계없이 모든 통합형 그리드에 적용 가능한 것으로 의도된다. 전술한 미국 특허 제3,252,181호, 제3,317,951호, 제3,496,965호, 제4,470,942호, 제4,808,358호, 제5,053,264호, 제7,001,112호, 제9,556,580호, 제10,024,002호 및 제10,501,896호의 주제는 그 전체 내용이 본 명세서에 개시된 것처럼 참조로서 본 출원에 명시적으로 포함된다. 이들 특허는 예시적인 것으로서 인용되며, 통합형 폴리머 그리드 재료의 생산을 위해 당 업계에 알려진 기타 기술을 포함하거나 배제하는 것으로 간주되지 않는다.
현재의 단층 통합형 지오그리드로 이용 가능한 기능적 특성에도 불구하고, 종래 기술의 통합형 지오그리드를 능가하는 아직 달성되지 못한 성능 개선점이 있다. 이러한 개선점 중 하나는, 역시 텐사 인터내셔날 리미티드(Tensar International Limited)에게 양도된, 미국 출원 제15/766,960호(이하 "'960 출원"으로 지칭됨; 미국 특허 출원 공보 제2018/0298582 A1호로서 공개됨)에 개시되어 있다. '960 출원에는 통합형 지오그리드의 제조를 위한 시작 재료로서 공압출된 다층 폴리머 시트에 대한 다양한 실시예가 개시되어 있다. 공압출된 다층 시작 재료 건설 덕분에, 공압출된 다층 시트 성분으로부터, 압출 및 배향 후, 토양 지반 강화 보강에 있어서 성능상 이점을 제공하는 향상된 재료 물성을 갖는 통합형 지오그리드가 생산된다.
'960 출원에 개시된 실시예 중 하나는, 배향된 통합형 지오그리드의 중간 층이 확장되거나 "발포된" 구조를 갖는, 공압출된 3층 시작 시트로부터 생산된 3층 통합형 지오그리드이다. '960 출원에 따르면, 확장된 또는 발포된 다층 구조의 유일한 장점은 원료 비용 감소와 지오그리드 무게 감소이며, "발포된 층 자체의 바람직한 물리적 및 화학적 물성을 포함할 수도 있다". 확장되거나 발포된 다층 구조와 연관된 기타 이점은 개시되어 있지 않다. '960 출원의 주제는 마치 그 전체 내용이 본 명세서에 개시된 것처럼 참조로서 본 출원에 명시적으로 포함된다.
지금까지, 현재의 생산/공정 기술로부터 제조되는 현재의 통합형 지오그리드 제품이 바람직한 속성과 특징을 가진 다축 지오그리드 제품을 생성할 수 있긴 하지만, 현재의 공정/생산 기술로는 전체 지오그리드의 단면 내에서의 재료 유형 변화를 허용하지 못한다. 결과적으로, 성능을 개선하는 원하는 물리적, 기계적, 및 기하학적 물성을 향상시키기 위해서는, 폴리머의 양을 상당히 증가시킬 필요가 있다.
추가적으로, 현재의 공정/생산 기술은 성능을 향상시키는 특정 매개 변수를 증가시키거나 향상시키는 한편, 변경 시에 성능을 저하시키는 기타 매개 변수를 동시에 제어하거나 변경하지 않는 능력이 제한적이다.
또한, 현재의 공정/생산 기술은 성능을 최대화하기 위한 수단으로서 지오그리드 구조의 상이한 부분들에 상이한 폴리머 재료를 사용하는 것을 다루고 있지 않다.
이에 따라, 골재와 지오그리드 사이의 더 우수한 "초기 호환성"을 허용하여, 이에 따라 다짐 작업이 완료된 후 골재 밀도를 최대화하며 이에 의해 다짐 작업 후 및 "사용 중" 하중 인가 초기 단계에서 일반적으로 발생할 잔류 골재의 이동 또는 재배치 가능성을 최소화하는 통합형 지오그리드에 대한 필요성이 존재한다. 훨씬 더 구체적으로는, 하중 하에서 증가된 층 압축성을 제공함으로써 전술한 속성을 갖는 통합형 지오그리드에 대한 필요성이 존재한다. 용어 "초기 호환성(initial compatibility)"은 본 명세서에서 다짐 작업이 완료된 후 골재 밀도를 최대화하여 이에 의해 다짐 작업 후 및 "사용 중" 하중 인가 초기 단계에서 일반적으로 발생할 골재의 잠재적 이동 또는 배치를 최소화하는 것을 의미하도록 사용된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 기능적 성능을 개선하는 다축 통합형 지오그리드 구조의 특정한 물리적, 기계적, 및 기하학적 물성을 향상시킴으로써, 예를 들어, 기타 새로운 물리적, 기계적, 및 기하학적 물성을 수정 및/또는 포함함으로써, 다축 통합형 지오그리드로부터 개선된 기능적 성능을 산출하는 것이다. 통합형 지오그리드 구조의 특정 위치에서 원하는 기계적 및 물리적 물성을 갖는 다양한 폴리머 재료의 양을 주의 깊게 물리적으로 배치 및 조작함으로써, 그리고 지오그리드 구조의 기타 모든 물리적 매개 변수를 최적화함으로써, 상당한 성능 개선이 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은, 지오그리드의 층이 이들 층의 폴리머를 중실형의, 즉, 연속적인 구조로부터 셀룰러 구조, 즉, 본 명세서에 설명된 방법에 따라 생성되는 복수의 공극, 공동, 기공, 균열, 기포, 홀, 또는 기타 유형의 개구, 즉, 셀룰러 개구가 내부에 분산된 구조로 변환함으로써 필요한 폴리머의 양을 감소시키도록 수정되는 다층 통합형 지오그리드를 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, '960 출원의 출원에 후속하여 놀랍게도 발견된 바에 따르면, 셀룰러 구조를 갖는 층에 대한 특정 매개 변수가 본 명세서에 개시된 바와 같이 지오그리드에 포함된다면, 셀룰러 구조를 갖는 다층 통합형 지오그리드의 층과 골재 사이의 개선된 초기 호환성이 달성될 수 있다. 이러한 매개 변수에는 다음이 포함된다:
1. 본 발명에 따른 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 최소 리브 두께 또는 높이는 바람직하게는 약 0.5 mm 내지 약 6 mm, 보다 바람직하게는 약 1.15 mm 내지 약 4 mm이며;
2. 본 발명에 따른 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 리브의 종횡비는 바람직하게는 약 0.75 내지 약 3.0, 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 2이며;
3. 연신 후 가장 얇은 높이(아마도 스트랜드 또는 리브의 중간점)에서의 하나 이상의 셀룰러 층의 초기 높이 또는 두께는 약 0.1 mm 내지 약 4 mm, 보다 바람직하게는 약 0.5 mm 내지 약 3 mm이며;
4. 하나 이상의 셀룰러 층의 셀룰러 개구는 하나 이상의 셀룰러 층의 부피당 적어도 20%, 바람직하게는 약 30% 내지 약 50%를 포함하며;
5. 하나 이상의 셀룰러 층은 적어도 20%, 바람직하게는 약 30% 내지 약 50%의 하중 하에서 최소 "파쇄성(crushability)" 또는 높이 감소를 가지며; 및
6. 하나 이상의 셀룰러 층은 최종 통합형 지오그리드의 전체 높이의 적어도 10%, 바람직하게는 약 20% 내지 약 35%의 높이 또는 두께를 갖는다.
본 발명에 따른 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드에 상기 물리적 물성을 포함함으로써, 다짐 작업 완료 후 골재와 지오그리드 사이의 초기 호환성이 개선된다. 그리고, 초기 호환성을 개선함으로써, "사용 중" 하중 인가 초기 단계에서 다짐 작업 중 및 그 이후에 일반적으로 발생할 잔류 골재의 이동 또는 재배치 가능성이 감소된다. 따라서, 도로나 기타 운송 표면, 또는 골재나 토양 층이 건설 시에 더 잘 안정화되고 개선되며, 사용 또는 하중 인가 동안 발생하는 임의의 변형 또는 이동이 감소된다.
보다 구체적으로, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 사용한 덕분에, 본 발명은 압축성 폴리머 층이 골재 입자를 내포하며 골재의 최대 물성을 용이하게 하며 유지하는 역할을 하므로 개선된 마이크로 상호 작용을 제공한다.
또한, 다층 통합형 지오그리드를 제조하는 데 사용되는 압출 시트의 하나 이상의 층에 사용되는 폴리머의 밀도 및/또는 부피를 감소시키기 위해 폴리머를 주의 깊게 수정함으로써, 전통적인 통합형 지오그리드와 동등한 물리적 치수를 갖지만 폴리머 재료 사용량이 적어 이에 따라 비용이 절감되는 통합형 지오그리드 구조가 생성될 수 있다.
이에 따라, 전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 적어도 하나의 층이 셀룰러 구조를 갖는 다층 건조물을 구비한 통합형 지오그리드에 관한 것이다. 이러한 다층 지오그리드는 본 명세서에서 종종 셀룰러 구조를 갖는 적어도 하나의 층을 구비한 통합형 지오그리드로서, 또는 보다 간단히는 "하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드" 또는 "하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드들"로 지칭된다. 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드 덕분에, 본 발명의 다층 통합형 지오그리드는 하중 하에서 증가된 층 압축성 및 기타 바람직한 특성을 제공한다.
보다 구체적으로, 셀롤러 구조를 갖는 층 또는 층들은 내부에 복수의 셀룰러 개구, 즉, 공극, 공동, 기공, 균열, 기포, 홀 또는 기타 유형의 개구의 분포를 내포한다. 셀룰러 구조는 발포된 층 건조물과 연관될 수도 있으며, 또는 층 전체에 걸쳐 분포된 입자상 충전재와 연관될 수도 있으며, 또는 셀룰러 층에 셀룰러 개구를 생성하는 임의의 다른 방법일 수도 있다.
그리고, 3개 이상의 층을 갖는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 셀룰러 구조를 갖는 압축성 층은 적어도, 다층 통합형 지오그리드의 2개의 외층(또는 외장 또는 "캡(cap)")으로서 위치되는 것이 바람직하다. 2개의 외층이 압축성인 경우 독특한 지질 기계 공학적 이점이 있다. 한 가지 중요한 이점으로서, 압축성 외층은 골재가 구멍을 관통하여 구멍에 갇히게 할 뿐만 아니라 통합형 지오그리드 표면의 외층에 매립되어, 이에 의해 본 명세서에서 때때로 "파쇄 끼움(crush-fit)" 현상으로 지칭되는 현상이 발생할 수 있도록 한다. 골재가 통합형 지오그리드의 셀룰러 외층의 표면 내로 "파쇄 끼움"됨으로써, 통합형 지오그리드는, 셀룰러 외층 표면의 향상된 마찰 특성을 통해 골재의 이동에 저항함으로써 그리고 골재 입자가 셀룰러 외층 표면 내로 부분적으로 파쇄됨으로써 발생하는 결합 작용에 의해, 하중 인가 하에서의 골재의 향상된 측방향 구속을 제공할 수 있다.
셀룰러 외층의 파쇄 가능 특성이 소성 변형과 탄성 변형을 모두 제공하기 때문에, 골재는 외층 내로 밀려 들어가 그 표면 내로 결합된다.　동시에, 외층 표면이 뒤로 밀려, 골재와 다층 통합형 지오그리드 사이의 결합과 "파쇄 끼움"이 강화된다.　그리고, 본 발명의 특정 실시예에 따라, 셀룰러 외층의 파쇄 가능 특성이 주변 토양과의 화학적 결합을 생성할 가능성이 있을 수도 있다. 향상된 공학적 외층 구조와 본 명세서에 설명된 바와 같은 개선된 기하학적 형상을 조합함으로써, 본 발명에 따른 다층 통합형 지오그리드는 골재의 개선된 갇힘 및 측방향 구속을 통해 향선된 성능을 제공한다.
본 발명에 따른 다층 통합형 지오그리드의 주요 속성은 셀룰러 층 또는 층들의 압축성 또는 파쇄성이다.　예를 들어, 전술한 3층 실시예에서, 2개의 셀룰러 외층의 압축성은 골재가 통합형 지오그리드의 표면 내에 자리잡도록 하는 데 중요하다.　이상적으로는, 각각의 압축성 층은 입자상 물질 내에 매립되는 공정을 견딜 수 있을 만큼 충분히 내구성이 있으며(즉, 다른 층으로부터의 박리 또는 파쇄에 저항할 거라는 점에서), 하중 하에서 적어도 약 20% 압축될 것이다.　추가적으로, 압축성 층은 적어도 약 85% 반발할 것이다.　본 발명의 기본 개념은 다층 통합형 지오그리드를 제 위치에 "결합"하기 위해 압축성 셀룰러 층이 골재에 대해 뒤로 밀려남에 따라 셀룰러 층이 매립 동안 골재를 수용하기에 충분히 압축성일 뿐만 아니라 "반발"도 된다는 것이다. 파쇄성 및 반발성은 골재의 개선된 측방향 구속을 초래하는 마찰 및 결합 속성을 통해 성능을 개선하는 것으로 믿어진다.
또한, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드 건조물은 공압출되는 층 또는 적층되는 층을 포함할 수도 있다. 셀룰러 구조를 갖는 층 내에서의 셀룰러 개구의 생성은 압출/적층 동안, 또는 연신/배향 동안, 또는 이들 둘 다 동안 발생할 수도 있다.
그리고, 셀룰러 구조를 갖는 층 또는 층들을 구비하며, 부분적으로 배향된 다층 접합부에 의해 상호 연결되며 그 사이에 개구 어레이를 구비하는 복수의 배향된 다층 스트랜드를 구비하는 결과적인 다층 통합형 지오그리드는, 본 명세서에 설명된 바와 같은, 다양한 반복적인 기하학적 패턴 중 어느 하나로 구성될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제조하기 위한 시작 재료는, 시작 재료가 2축 연신될 때, 형상화된 개구의 어레이를 제공하는 내부에 홀이나 오목부를 갖는 다층 폴리머 시작 시트를 포함한다. 다층 폴리머 시작 시트는 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 하나 이상의 층을 포함한다. 2개의 바람직한 실시예가 본 명세서에서 상세히 설명된다. 본 발명에 따른 제1 바람직한 실시예에서, 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 층은, 층의 압출 및/또는 시작 시트의 연신/배향 시에, 최종 다층 지오그리드의 일부로서 셀룰러 층을 형성하는 발포제를 포함한다(이하 때때로 "발포 실시예").
본 발명에 따른 제2 바람직한 실시예에서, 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 층은, 시작 시트의 연신/배향 시에 최종 다층 지오그리드의 일부로서 층에 셀룰러 구조를 생성하는, 층에 분산된 입자상 충전재를 포함한다(이하 때때로 "충전재 실시예"). 바람직한 실시예에 따라, 다층 폴리머 시작 시트의 층은 공압출될 수도 있거나, 서로 적층될 수도 있다.
본 명세서에 상세히 설명된 2개의 바람직한 실시예에 추가하여, 본 발명은 또한, 셀룰러 층에 있는 셀룰러 개구가 본 명세서에 제시된 매개 변수와 일치하는 한, 가스 주입 등과 같이 당업자에 의해 고안될 수도 있는 셀룰러 층 또는 층들용의 셀룰러 개구를 생성하는 기타 방법을 고려한다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는, 부분적으로 배향된 다층의 배향된 접합부에 의해 상호 연결되며 그 사이에 개구 어레이를 구비하는, 복수의 배향된 다층 스트랜드를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 3층 통합형 지오그리드는 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층 사이에 개재된 비셀룰러 층을 구비한다. 다른 실시예에 따르면, 다층 통합형 지오그리드는 셀룰러 구조를 갖는 2개의 층 사이에 개재된 비셀룰러 층의 반복적인 패턴을 구비한다. 또 다른 실시예에 따르면, 다층 통합형 지오그리드는 셀룰러 구조를 갖는 인접한 층과 연관된 비셀룰러 층을 구비한다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 직사각형 개구를 획정하는, 배향된 스트랜드를 상호 연결하는 부분적으로 배향된 접합부의 반복적인 기하학적 패턴을 갖는 직사각형 지오그리드이다. 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 삼각형 개구를 획정하는 배향된 스트랜드를 상호 연결하는 부분적으로 배향된 접합부의 반복적인 육각형의 기하학적 패턴을 갖는 3축 지오그리드이다. 그리고, 또 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 외부 육각형을 형성하는, 배향된 스트랜드를 상호 연결하는 부분적으로 배향된 접합부의 반복적인 기하학적 패턴을 갖는 지오그리드이며, 각각의 외부 육각형은, 본 명세서에서 "반복적인 육각형 패턴 내부의 부동형 육각형"으로서 지칭되는, 내부 육각형의 형상으로 형성되며 더 작은 육각형 개구를 획정하는 6개의 내부의 상호 연결되는 배향된 스트랜드를 둘러싸며 지지한다. "반복적인 육각형 패턴 내부의 부동형 육각형"을 갖는 본 발명의 이 실시예는 또한 본 명세서에서 때때로 "육각형" 실시예로 지칭된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 토양 건조물은, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비하며 이전 문단에서 설명된 유형의 반복적인 기하학적 패턴을 갖는, 다층 통합형 지오그리드를 내부에 매립함으로써 강화되고 안정화된 입자상 재료 덩어리를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드용 시작 재료를 제조하는 방법은, 최종 다층 지오그리드의 일부로서 셀룰러 구조를 갖는 이러한 층을 형성할 수 있는 하나 이상의 층을 구비한 다층 폴리머 시작 시트를 제공하는 단계, 및 시작 재료가 2축 연신될 때 개구를 획정하며 배향된 다층 스트랜드를 상호 연결하는 부분적으로 배향된 다층 접합부의 반복적인 기하학적 패턴을 제공하는 홀이나 오목부를 내부에 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제조하는 방법은, 최종 다층 지오그리드의 일부로서 셀룰러 구조를 갖는 이러한 층을 형성할 수 있는 하나 이상의 층을 구비한 다층 폴리머 시작 시트를 제공하는 단계, 내부에 홀이나 오목부를 제공하는 단계, 및 배향된 다층 스트랜드를 상호 연결하며 내부에 개구를 획정하는 부분적으로 배향된 다층 접합부의 반복적인 기하학적 패턴을 제공하도록 내부에 홀이나 오목부를 구비한 다층 폴리머 시트를 2축 연신하는 단계를 포함한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 입자상 재료 덩어리를 강화하는 방법은, 입자상 재료 덩어리 내에, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비하며 개구를 획정하는 배향된 다층 스트랜드를 상호 연결하는 부분적으로 배향된 다층 접합부의 반복적인 기하학적 패턴을 구비하는 다층 통합형 지오그리드를 매립하는 단계를 포함한다.
이에 따라, 본 발명의 일 목적은, 하중 하에서 증가된 층 압축성 갖는 통합형 지오그리드를 제공하도록, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제공하는 것이다. 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 셀룰러 구조를 갖는 2개의 층 사이에 개재된 비셀룰러 층을 구비할 수도 있거나, 셀룰러 구조를 갖는 2개의 층 사이에 개재된 비셀룰러 층의 반복적인 패턴을 구비할 수도 있거나, 셀룰러 구조를 갖는 인접한 층과 연관된 비셀룰러 층을 구비할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제조하기 위한 시작 재료를 제공하는 것이다. 다층 폴리머 시작 시트는 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 하나 이상의 층을 포함한다. 본 발명에 따른 제1 실시예, 즉, 발포 실시예에서, 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 층은, 층의 압출 및/또는 시작 시트의 연신/배향 시에 최종 다층 지오그리드의 일부로서 셀룰러 층을 형성하는, 발포제를 포함한다. 본 발명에 따른 제2 실시예, 즉, 충전재 실시예에서, 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 층은, 시작 시트의 연신/배향 시에 최종 다층 지오그리드의 일부로서 층에 셀룰러 구조를 생성하는, 층 내에 분산된 입자상 충전재를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비하며 또한 부분적으로 배향된 다층 접합부에 의해 상호 연결되며 다층 폴리머 시작 시트로부터 생성되는 그 사이에 개구 어레이를 구비한 복수의 배향된 다층 스트랜드를 구비하는 다층 통합형 지오그리드를 제공하는 것이다. 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 직사각형 개구를 획정하는 배향된 다층 스트랜드를 상호 연결하는 부분적으로 배향된 다층 접합부의 반복적인 기하학적 패턴을 갖는 직사각형 지오그리드이거나, 삼각형 개구를 획정하는 배향된 다층 스트랜드를 상호 연결하는 부분적으로 배향된 다층 접합부의 반복적인 기하학적 패턴을 갖는 3축 지오그리드이거나, 외부 육각형을 획정하는, 배향된 다층 스트랜드를 상호 연결하는 부분적으로 배향된 다층 접합부의 반복적인 기하학적 패턴을 구비하며 상기 각각의 외부 육각형은 내부의 배향된 육각형, 즉, "반복적인 육각형 패턴 내부의 부동형 육각형"을 둘러싸 지지하는 것인 지오그리드일 수도 있다.
본 발명의 연관된 일 목적은, 종래의 지오그리드 구조와 연관된 기하학적 형상보다 더 다양하고 폭넓은 품질의 골재와 맞물려 이를 안정화시킬 수 있는 한편, 동시에 향상된 압축성 및 기타 바람직한 특성을 제공하는, 기하학적 형상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비하며 본 명세서에 설명된 바와 같은 반복적인 기하학적 패턴을 갖는 다층 통합형 지오그리드를 내부에 매립함으로써 강화되고 안정화된 입자상 재료 덩어리를 포함하는, 토양 건조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드용 시작 재료를 제조하는 방법으로서, 최종 다층 지오그리드의 일부로서 셀룰러 구조를 갖는 이러한 층을 형성할 수 있는 하나 이상의 층을 구비한 다층 폴리머 시작 시트를 제공하는 단계, 및 배향된 다층 스트랜드를 상호 연결하며 시작 재료가 2축 연신될 때 개구를 획정하는 부분적으로 배향된 다층 접합부의 반복적인 기하학적 패턴을 제공하는 홀이나 오목부를 내부에 제공하는 단계를 포함하는 방법을 제공하는 것이다.
다층 폴리머 시작 시트는 복수의 층을 공압출하거나, 복수의 층을 서로 적층하여 생산될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제조하는 방법으로서, 최종 다층 지오그리드의 일부로서 셀룰러 구조를 갖는 이러한 층을 형성할 수 있는 하나 이상의 층을 구비한 다층 폴리머 시작 시트를 제공하는 단계, 내부에 홀이나 오목부를 제공하는 단계, 및 배향된 다층 스트랜드를 상호 연결하는 부분적으로 배향된 다층 접합부와 개구의 반복적인 기하학적 패턴을 제공하도록 다층 폴리머 시작 시트를 2축 연신하는 단계를 포함하는 방법을 제공하는 것이다. 전술한 직사각형 개구 또는 삼각형 개구를 갖는 통합형 지오그리드를 제조하는 방법은 전술한 미국 특허 제4,374,798호, 제4,590,029호, 제4,743,486호, 제5,419,659호, 제7,001,112호, 제9,556,580호, 제10,024,002호 및 제10,501,896호 뿐만 아니라 기타 특허에 설명된 바와 같은 공지된 지오그리드 제조 방법을 채용할 수 있다. 배향된 다층 스트랜드를 상호 연결하며 외부 육각형을 획정하는 부분적으로 배향된 다층 접합부의 반복적인 기하학적 패턴을 구비하며, 상기 각각의 외부 육각형은 배향된 내부 육각형을 둘러싸며 지지하는 것인, 전술한 통합형 지오그리드를 제조하는 방법은 후술되는 바와 같은 제조 방법을 채용할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 목적은, 셀룰러 구조를 갖는 층이 먼저 이러한 층을 형성할 수 있는 다층 폴리머 시작 시트의 층에 발포된 건조물을 제공한 다음, 발포된 재료를 연신시켜 셀룰러 구조를 생성하도록 다층 폴리머 시작 시트를 배향함으로써 생산되는, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이에 대응하여, 본 발명의 다른 목적은, 셀룰러 구조를 갖는 층이 먼저 이러한 층을 형성할 수 있는 다층 폴리머 시작 시트의 층에 입자상 충전재를 분산시킨 다음, 분산 입자상 충전재를 연신시켜 입자상 충전재가 폴리머 층 재료로부터 분리됨에 따라 셀룰러 구조를 생성하도록 다층 폴리머 시작 시트를 배향함으로써 생산되는, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 입자상 재료 덩어리 내에, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비하며 또한 배향된 다층 스트랜드를 상호 연결하는 부분적으로 배향된 다층 접합부 및 개구의 반복적인 기하학적 패턴을 구비하는 다층 통합형 지오그리드를 매립하는 단계를 포함하는 입자상 재료 덩어리를 강화하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드와 연관된 수많은 장점은 본질적으로 다양하다.
다층 건조물을 구비할 뿐만 아니라 적어도 하나의 층이 셀룰러 구조를 갖는 본 발명의 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드 덕분에, 통합형 지오그리드는 하중 하에서 다층 통합형 지오그리드의 증가된 압축성을 제공한다.
또한, 본 발명의 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 다층 특성은, 종래의 단층 통합형 지오그리드에 비해, 통합형 지오그리드에 의한 전체적으로 더 큰 골재 맞물림을 제공한다. 또한, 하나 이상의 셀룰러 층 덕분에, 본 발명의 다층 통합형 지오그리드는, 다층 통합형 지오그리드의 초기 여유의 결과로서 토양 건조물에 통합될 때 최종 통합형 지오그리드 복합재 강성이 더 커지도록 하면서 더 우수한 다짐 작용 및 더 높은 밀도를 야기하는, 구조적 유연성, 즉, 초기 여유 또는 가요성을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 특정 실시예는, 종래의 통합형 지오그리드에 비해, 모든 스트랜드에서 더 높은 종횡비를 제공한다. 본 발명의 통합형 지오그리드의 특정 실시예와 연관된 더 높은 종횡비가 골재 상호 연동을 증가시키기 때문에, 본 발명의 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 골재의 다양한 종횡비를 더 잘 수용할 수 있다.
요약하면, 본 발명에 따른 다층 통합형 지오그리드의 셀룰러 층은 통합형 지오그리드 제품에 고유한 물리적 및 기계적 물성 및 거동을 생성한다. 다층 통합형 지오그리드에 골재를 배치하고 다짐 작업하는 동안, 지오그리드의 다른 과학적인 공학적 양태와 함께, 리브와 노드의 압축성 셀룰러 외층의 특성이 골재와 지오그리드 사이의 더 우수한 초기 호환성을 제공하여, 이에 따라 다짐이 완료된 후 골재 밀도를 향상시키며 다짐 후 및 사용 중 하중 인가 초기 단계에서 일반적으로 발생할 잔류 골재의 이동 또는 재배치 가능성을 감소시키는 것으로 믿어진다. 속박의 의도가 있는 것은 아니지만, 본 발명에 따른 다층 통합형 지오그리드의 전술한 초기 호환성은 지오그리드가 사용됨에 따라 발생하는 변형량을 줄이는 데 기여하는 핵심 요인인 것으로 현재로서는 믿어지고 있다. 본 발명과 연관된 초기 호환성의 이점은, 예를 들어, 본 발명에 따른 다층 통합형 지오그리드의 안정화된 상태를 달성하기 위해 훨씬 더 적은 패스(pass)가 요구되는 연구실 트래피킹 장치(laboratory trafficking device)에 대한 시험 결과에 의해 입증된다. 또한, 본 발명에 따른 다층 통합형 지오그리드의 다양한 실시예는 종래 기술의 지오그리드보다 더 적은 재료로 달성되는 개선된 리브 높이 및 종래 기술의 지오그리드보다 더 적은 재료로 달성되는 증가된 종횡비를 특징으로 한다. 증가된 면내 리브 가요성 및 유연성과 증가된 면외 강성 덕분에, 본 발명의 다층 통합형 지오그리드는 개선된 지오그리드/골재 상호 작용 그리고 따라서 맞물림을 제공한다.
따라서, 하나 이상의 셀룰러 층 덕분에, 본 발명의 다층 통합형 지오그리드는 하중 하에서 증가된 층 압축성을 제공할 뿐만 아니라 골재 안정화 제품으로서의 증가된 골재 맞물림 및 구속을 제공한다.
이후에 명백해질 다른 목적 및 장점과 함께 이러한 목적 및 장점은, 동일한 도면 부호가 전체적으로 동일한 부품을 나타내는, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면을 참조하여 보다 완전하게 후술되는 바와 같은 건설 및 작동의 세부 사항에 존재한다. 첨부 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이지만, 반드시 실제 크기 비율에 따른 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 3축 3층 통합형 지오그리드의 일 섹션의 사시도로서, 앞 부분에서는 그 단면도가 강조되고 있다.
도 2는 홀이나 오목부가 내부에 형성되기 전의, 도 1에 도시된 바와 같은 3축 다층 통합형 지오그리드용의 단일 평면의 3층 폴리머 시작 시트를 예시한다.
도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 3축 3층 통합형 지오그리드를 형성하기 위해 내부에 홀이 천공된 도 2에 도시된 시작 시트의 평면 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 시작 시트의 일 섹션의 단면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 내부에 홀이나 오목부가 형성되기 전의, 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층 및 최내측 층을 구비한 3축 5층 통합형 지오그리드용의 단일 평면의 5층 폴리머 시작 시트를 예시한다.
도 6은 도 5에 도시된 시작 시트와 연관된 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층 및 최내측 층을 구비한 3축 5층 통합형 지오그리드의 일 섹션의 단면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 직사각형 3층 통합형 지오그리드의 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 직사각형 3층 통합형 지오그리드의 사시도이다.
도 9는 도 7에 도시된 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 직사각형 3층 통합형 지오그리드를 형성하기 위한 내부에 홀이 형성된 시작 시트의 평면 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드의 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드의 사시도이다.
도 12는 도 10에 도시된 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드를 형성하기 위한 내부에 홀이 형성된 시작 시트의 상부 사시도이다.
도 13은 하나의 셀룰러 층과 하나의 비셀룰러 층을 구비한 육각형 2층 통합형 지오그리드의 사시도이다.
도 14는 내부에 홀이나 오목부가 형성되기 전의, 도 13에 도시된 바와 같은 육각형 2층 통합형 지오그리드용의 단일 평면의 2층 폴리머 시작 시트를 예시한다.
도 15는 도 13에 도시된 육각형 2층 통합형 지오그리드를 형성하기 위한 내부에 홀이 형성된 시작 시트의 평면 사시도이다.
도 16은 도 12의 시작 시트에 도시된 홀의 가능한 크기 및 간격의 평면도이다.
도 17a 내지 도 17e는 하중 인가 하에 있는 본 발명에 따른 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 3층 통합형 지오그리드의 압축 메커니즘 가설을 예시한다.
도 18a 내지 도 18c는 하중 인가 하에 있는 본 발명에 따른 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 3층 통합형 지오그리드의 2개의 외층의 유연한 리브 메커니즘 가설을 예시하며, 통합형 지오그리드의 수직 및 수평 방향 모두의 유연성을 나타낸다.
도 19는 종래의 단층 통합형 지오그리드의 시작 시트에 기초한 비탄성 리브 거동 대 본 발명에 따른 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 시작 시트의 탄성 리브 거동을 비교 예시하는 그래프를 제시한다.
도 20은 도 1과 도 6에 나타내어진 바와 같은 3축 다층 통합형 지오그리드의 삼각형의 기하학적 특징과 연관된 등방성을 예시한다.
도 21은 도 10, 도 11 및 도 13에 나타내어진 바와 같은 육각형 다층 통합형 지오그리드의 구조적 기하학적 특징인 세 방향의 연속 리브와 연관된 등방성을 예시한다.
도 22는 도 10, 도 11 및 도 13에 나타내어진 바와 같은 육각형 다층 통합형 지오그리드와 연관된, 3축 지오그리드 상의 중앙 개방형 육각형의 중첩을 예시한다.
도 23은 도 10, 도 11 및 도 13에 나타내어진 바와 같은 육각형 다층 통합형 지오그리드와 연관된 중앙 개방형 육각형 및 6개의 리브 요소를 예시한다.
도 24는 도 10, 도 11 및 도 13에 나타내어진 바와 같은 육각형 다층 통합형 지오그리드의 다양한 스트랜드 길이를 예시하는 부분 평면도이다.
도 25는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 유사한 본 발명에 따른 육각형 3층 통합형 지오그리드에 대한, 증가된 리브 높이가 표면 변형에 미치는 영향을 예시한다.
도 26은 도 25에 제시된 시험 결과와 연관된, 증가된 리브 높이가 표면 변형에 미치는 영향의 플롯이다.
도 27은 도 25 및 도 26에 제시된 시험 결과와 연관된, 증가된 리브 높이가 표면 변형에 미치는 영향을 요약한 표이다.
도 28은 본 발명에 따른 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성 가능한 증가된 리브 높이 대 중실형 단층 지오그리드로 달성 가능한 리브 높이의 플롯이다.
도 29는 본 발명에 따른 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성 가능한 단위 면적당 감소된 질량 대 중실형 단층 지오그리드로 달성 가능한 단위 면적당 질량의 플롯이다.
도 30은 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성 가능한 개선된 성능 대 육각형 중실형 단층 지오그리드로 달성 가능한 성능의 플롯이다.
도 31은 도 30에 제시된 시험 결과에 이용된 육각형 중실형 단층 지오그리드 및 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드와 연관된 구조적 데이터를 요약한 표이다.
도 32는 육각형 중실형 단층 지오그리드로 달성 가능한 성능 대 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 갖는 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성 가능한 개선된 성능의 다른 플롯이다.
도 33은 도 32에 제시된 시험 결과에 이용된 육각형 중실형 단층 지오그리드 및 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드와 연관된 구조적 데이터를 요약한 표이다.
도 34는 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 갖는 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성 가능한 개선된 압축성 대 육각형 중실형 단층 지오그리드로 달성 가능한 압축성의 플롯이다.
도 35는 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드 및 도 34에 제시된 시험 결과에 이용된 육각형 중실형 단층 지오그리드와 연관된 특정 압축성을 생성하는 데 필요한 힘을 요약한 표이다.
도 36은 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성 가능한 강성 대 육각형 중실형 단층 지오그리드로 달성 가능한 강성의 플롯이다.
도 37은 도 36에 제시된 시험 결과에 이용된 육각형 중실형 단층 지오그리드 및 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드와 연관된 응력 및 변형률을 요약한 표이다.
도 38은 도 10 및 도 11에 나타내어진 바와 같은 육각형 3층 통합형 지오그리드의 다양한 스트랜드 길이와 도 21에 도시된 바와 유사한 좌측 기계 방향, 우측 기계 방향 및 횡방향과 연관된 연속적인 리브를 예시하는 부분 평면도이다.
도 39는 도 38에 도시된 육각형 3층 통합형 지오그리드를 생산하는 데 이용된 시작 시트와 연관된 홀의 가능한 크기 및 간격의 평면도이다.
도 40은 도 11에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드의 부분 섹션의 측단면도이다.
도 41은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 통합형 지오그리드의 압축성을 측정하기 위해 사용되는 실험 장치를 예시한다.
도 42는, 도 41에 도시된 장치를 사용하여, 본 발명에 따른 통합형 지오그리드의 다양한 실시예의 압축성 대 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 통합형 지오그리드의 압축성을 비교한 차트를 제시한다.
도 43은, 도 41에 도시된 장치를 사용하여, 본 발명에 따른 통합형 지오그리드의 다양한 실시예의 압축성 대 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 기타 통합형 지오그리드의 압축성을 비교한 차트를 제시한다.
도 44는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 통합형 지오그리드의 변위를 측정하는 데 사용되는 또 다른 실험 장치인 플레이트 로드 테스트 리그((Plate Load Test Rig)("PLTR")를 예시한다.
도 45는, 도 44에 도시된 장치를 사용하여, 본 발명에 따른 통합형 지오그리드의 다양한 실시예의 변위 대 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 기타 통합형 지오그리드의 변위를 비교한 차트를 제시한다.
도 46은, 도 44에 도시된 장치를 사용하여, 본 발명에 따른 통합형 지오그리드의 다양한 실시예의 변위 대 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 기타 통합형 지오그리드의 변위를 비교한 다른 차트를 제시한다.
도 47은 하나는 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하는 2개의 통합형 지오그리드에 대해, 압축성이 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향을 비교한 그래프를 제시한다.
도 48은 하나는 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하는 2개의 다른 통합형 지오그리드에 대해, 압축성 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향을 비교한 그래프를 제시한다.
도 49는 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 2개의 통합형 지오그리드에 대해, 표면 변형에 미치는 리브 종횡비의 영향력에 대한 기초 기하학적 형상의 비교를 예시하는 그래프를 제시한다.
도 50은 유사한 압축성 통합형 지오그리드에서의 기초 기하학적 형상의 이점을 비교 예시하는 표를 제시한다.
도 51은 유사한 압축성 통합형 지오그리드에서 기초 기하학적 형상이 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향을 비교 예시하는 그래프를 제시한다.
도 52는 단일 기초 기하학적 형상에 대해, 다층 통합형 지오그리드에서 셀룰러 구조를 갖는 층 위치가 표면 변형에 미치는 영향을 비교 예시하는 표를 제시한다.
도 53은 도 52와 연관된 단일 기초 기하학적 형상에 대해, 셀룰러 구조를 갖는 층의 위치가 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향을 비교 예시하는 그래프를 제시한다.
도 54는 도 52와 연관된 단일 기초 기하학적 형상에 대해, 다층 통합형 지오그리드에서 셀룰러 구조를 갖는 층 위치가 표면 변형에 미치는 영향을 비교 예시하는 다른 표를 제시한다.
도 55는 도 52와 연관된 단일 기초 기하학적 형상에 대해, 셀룰러 구조를 갖는 층의 위치가 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향을 비교 예시하는 다른 그래프를 제시한다.
도 56은 도 52와 연관된 단일 기초 기하학적 형상을 갖는 본 발명에 따른 통합형 지오그리드와 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 종래 기술의 지오그리드에 대해, 셀룰러 구조를 갖는 층의 표면 변형에 미치는 영향을 비교 예시하는 표를 제시한다.
도 57은, 도 52와 연관된 단일 기초 기하학적 형상을 갖는 본 발명에 따른 통합형 지오그리드와 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 종래 기술의 지오그리드에 대해, 셀룰러 구조를 갖는 층의 압축성이 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향을 비교 예시하는 그래프를 제시한다.
도 58은 본 발명의 연질 발포 실시예에 대한 압축력 대 변위 데이터를 예시하는 그래프를 제시한다.
도 59는 본 발명의 경질 발포 실시예에 대한 압축력 대 변위 데이터를 예시하는 그래프를 제시한다.
본 발명의 바람직한 실시예만이 상세히 설명되지만, 본 발명의 범위가 이하의 설명에 제시되거나 도면에 예시된 구성 요소의 구성 및 배열의 세부 사항으로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예가 가능하며 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다.
또한, 바람직한 실시예를 설명함에 있어서, 용어에는 명확성을 위한 목적으로 의존할 것이다. 각각의 용어는 당업자가 이해하는 가장 넓은 의미를 고려하며 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 작동하는 모든 기술적 등가물을 포함하도록 의도된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "셀룰러(cellular)"는 일반적으로 허용되는 정의에 따라, 즉, 본 명세서에 설명된 방법에 따라 생성되는 복수의 공극, 공동, 기공, 균열, 기포, 홀 또는 기타 유형의 개구가 내부에 분산되어 있는 재료와 관련하여 사용된다. 유사하게, 용어 "비셀룰러(non-cellular)"는 본 명세서에 설명된 방법에 따라 생성되는 공극, 공동, 기공, 기포, 홀 또는 기타 유형의 개구를 내포하지 않는, 즉, 일반적으로 연속적이거나 본질적으로 중실형인 구조를 갖춘 재료를 의미한다. 셀룰러 구조를 제공하는 본 명세서에 설명된 방법에 따라 생성되는 전술한 공극, 공동, 기공, 균열, 기포, 홀 또는 기타 유형의 개구는 본 명세서에서 때때로 "셀룰러 개구(cellular opening)"로 지칭된다.
그리고, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "공압출된", "공압출되는" 및 "공압출"은 일반적으로 허용되는 정의에 따라, 즉, 다층 시트를 형성하도록 함께 압출되며 단일 다이에서 형상화되는 2개 이상의 폴리머 재료로 시작하는 공정과 관련하여 사용된다.
본 명세서에서 또한 사용되는 바와 같이, 용어 "적층된", "적층되는" 및 "적층"은 일반적으로 허용되는 정의에 따라, 즉, 하나의 제조 공정에서 개별적으로 생산된 다음, 또 다른 제조 단계에서 서로 접합되거나 결합되어 이에 의해 2개 이상의 층으로 이루어진 다층 시트를 생성되는 2개 이상의 폴리머 재료 시트로 시작하는 공정과 관련하여 사용된다.
그리고, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "파쇄 끼움(crush fit)"은 충분한 힘이 가해지면 그 위에 또는 그 상단 상에 있는 임의의 더 강하며 및/또는 더 단단한 재료의 형상 및 질감과 일치하도록 맞춰지며, 물리적으로 적합화되며, 재형상화될 충분히 압축성인 재료를 설명하기 위해 사용된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층 사이에 개재되어 3층 통합형 지오그리드를 형성하는 비셀룰러 층을 구비한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 셀룰러 구조를 갖는 2개의 층 사이에 개재된 비셀룰러 층의 반복적인 패턴을 구비한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 셀룰러 구조를 갖는 인접한 단일 층과 연관된 비셀룰러 층을 구비한다.
보다 구체적으로, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 부분적으로 배향된 다층 접합부에 의해 상호 연결되며 그 사이에 개구 어레이를 구비한 복수의 배향된 다층 스트랜드를 포함하며, 각각의 배향된 다층 스트랜드 및 각각의 부분적으로 배향된 다층 접합부는 하나 이상의 셀룰러 층을 포함하는 복수의 층을 구비하며, 복수의 층은 각각의 배향된 다층 스트랜드 및 각각의 부분적으로 배향된 다층 접합부 모두를 따라 접촉하고 있다.
보다 더 구체적으로, 하나 이상의 셀룰러 층은 내부에 복수의 공극, 공동, 기공, 기포, 홀 또는 기타 유형의 개구의 분포를 내포한다. 이 셀룰러 구조는 층의 발포 건조물과 연관될 수도 있으며, 또는 최종 다층 통합형 지오그리드 내에서의 셀룰러 층의 확장을 생성하기 위해 층 전체에 걸쳐 분포된 입자상 충전재와 연관될 수도 있다.
그리고, 또한 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전술한 하나 이상의 셀룰러 층을 설명하기 위해 사용될 때 "확장(expansion)"이라는 용어는 본 발명에 따른 다층 통합형 지오그리드를 형성하는 다양한 단계 동안 확장되는 셀룰러 층의 능력을 의미한다. 전술한 하나 이상의 셀룰러 층을 설명하기 위해 사용될 때 "확장된"이라는 용어는, 셀룰러 층에 존재하는 복수의 공극, 공동, 기공, 균열, 기포, 홀, 또는 기타 유형의 개구, 즉, 셀룰러 개구의 연관된 변형(크기 확장을 포함)을 포함하는, 지오그리드를 배향시키기 위한 연신을 통한 다층 통합형 지오그리드의 형성 후의 셀룰러 층의 구조를 의미한다.
또한, 다층 건조물은 공압출되는 층 또는 적층되는 층을 포함할 수도 있다. 셀룰러 구조를 갖는 층의 확장은 압출/적층 동안, 또는 연신/배향 동안, 또는 둘 다 동안 발생할 수도 있다. 그리고, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비하며 또한 부분적으로 배향된 다층 접합부에 의해 상호 연결되며 그 사이에 개구 어레이를 구비하는 복수의 배향된 다층 스트랜드를 구비하는 결과적인 다층 통합형 지오그리드는, 본 명세서에 설명된 바와 같은, 다양한 반복적인 기하학적 패턴 중 어느 하나로 구성될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3층 통합형 지오그리드(200)(여기서는 3축 통합형 지오그리드)는 제1 셀룰러 외층(210)과 제2 셀룰러 외층(230)의 사이에 배치된 제3 층, 즉, 비셀룰러 내층(220)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 제1 셀룰러 외층(210) 및 제2 셀룰러 외층(230)은 내부에 셀룰러 개구(250)의 분포를 포함한다. 셀룰러 개구(250)는 제1 셀룰러 외층(210) 및 제2 셀룰러 외층(230)의 발포 건조물과 연관될 수도 있으며, 셀룰러 개구는 초기에 시작 시트의 공압출 동안 형성된 다음, 이어서 통합형 지오그리드를 형성하는 동안 천공된 시작 시트의 연신에 의해 형상이 변형, 즉, 크기가 확장되었다. 또는, 셀룰러 개구(250)는 제1 셀룰러 외층(210) 및 제2 셀룰러 외층(230)에 분포된 입자상 충전재와 연관될 수도 있으며, 셀룰러 개구는 통합형 지오그리드의 형성 동안 천공된 시작 시트의 연신에 의해 입자상 충전재에 인접하게 생성되었다.
제1 셀룰러 외층(210) 및 제2 셀룰러 외층(230)의 발포 실시예에 따르면, 본 발명은 확장된, 즉, 각각 셀룰러 발포 구조를 구비하는, 제1 셀룰러 외층(210) 및 확장된 제2 셀룰러 외층(230)을 제공하기 위한 발포제의 사용을 포함할 수 있다. 즉, 공압출을 통해 통합형 지오그리드의 층을 생성하는 본 발명의 일 실시예에 따르면(아래에서 논의됨), 하나의 가능한 공정은 확장된 제1 셀룰러 외층(210) 및 확장된 제2 셀룰러 외층(230)을 형성하기 위해 압출되는 폴리머와 화학 발포제를 혼합하는 것이다. 폴리머를 용융시키기 위해 발생되는 열이 화학 발포제를 분해하여, 가스 방출을 초래한다. 그런 다음 가스가 폴리머 용융물 내에 분산되며, 다이에서 나올 때 팽창한다. 그 결과, 제1 외층(210) 및 제2 외층(230)이 발포 처리되어 셀룰러 층, 즉, 복수의 셀룰러 개구를 갖는 층이 생성된다. 화학적 발포와 유사하게, 제1 셀룰러 외층(210) 및 제2 셀룰러 외층(230)의 형성을 초래하는 가스 주입도 본 발명의 본 실시예에 따른 발포 공정으로서 간주된다.
제1 셀룰러 외층(210) 및 제2 셀룰러 외층(230)의 특정 충전재 실시예에 따르면, 본 발명은 확장된, 즉, 각각 셀룰러 발포 구조를 갖는, 확장된 제1 셀룰러 외층(210) 및 제2 셀룰러 외층(230)을 제공하기 위한 특정 입자상 충전재의 분산을 채용한다. 이러한 입자상 충전재를 제1 셀룰러 외층(210) 및 제2 셀룰러 외층(230)에 포함시키면, 특정 서비스 용례에서 통합형 지오그리드의 성능을 향상시킬 수 있는 더 두꺼운, 즉, 더 높은 프로파일을 가진 제품이 생성된다. 다층 통합형 지오그리드가 채용될 서비스 용례에 따라, 이러한 입자상 충전재는, 예를 들어, CaCO3(탄산칼슘), 함수규산마그네슘(탈크), CaSiO3(규회석), 황산칼슘(석고), 규조토, 이산화티타늄, 나노필러(예를 들어, 나노클레이), 다중벽 탄소나노튜브("MWCNT"), 단일벽 탄소나노튜브("SWCNT"), 천연 또는 합성 섬유, 금속 섬유, 유리 섬유, 백운석, 실리카, 운모 및 알루미늄 수화물 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
발포 실시예 및 충전재 실시예 모두에 따르면, 동일한 재료가 바람직하긴 하지만, 제1 셀룰러 외층(210) 및 제2 셀룰러 외층(230)의 건설 재료가 서로 동일할 수도 있으며, 또는 서로 상이할 수도 있다. 일반적으로, 비셀룰러 내층(220)의 건설 재료가 제1 셀룰러 외층(210)의 건설 재료 및 제2 셀룰러 외층(230)의 건설 재료와 상이하다.
본 발명에서 고려되는 실시예에는 하나 이상의 발포 층이 하나 이상의 중실형 층과 함께 사용되는 실시예, 하나 이상의 충전재 층이 하나 이상의 중실형 층과 함께 사용되는 실시예, 및 하나 이상의 발포 층 및 하나 이상의 충전재 층이 하나 이상의 중실형 층과 함께 사용되는 실시예가 포함된다.
도 2는 내부에 홀이나 오목부가 형성되기 전의, 도 1에 도시된 하나 이상의 셀룰러 층(200)을 구비한 3층 통합형 지오그리드용의 단일 평면 3층 폴리머 시작 시트(100)를 예시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 다층 폴리머 시작 시트(100)는 본 발명의 3층 시트 실시예이다. 즉, 바람직하게는, 시트(100)는 제1 확장 외층(110), 제2 확장 외층(130), 및 비셀룰러 내층(120)을 포함한다. 제1 확장 외층(110) 및 제2 확장 외층(130)이 바람직하게는 단일 평면 또는 실질적으로 단일 평면 구성으로 비셀룰러 내층(120)의 대향하는 평면 상에 배치된다. 또한, 시트(100)의 3층 구성이 예시의 목적으로 도시되어 있지만, 본 발명은, 모두 통합형 지오그리드가 채용될 특정 용례에 의해 지시되는 바와 같은, 다양한 구성으로 배열된 다중 층, 다양한 두께 조합을 갖는 다중 층, 및 다양한 구성 재료를 갖는 다중 층을 갖는 시트의 사용을 고려한다. 예를 들어, 시트(100)의 3층 구성이 예시 목적으로 도시되어 있지만, 본 발명은 또한 3개 이상의 층을 구비한 시트의 사용을 고려한다. 일반적으로, 층 구성, 층 두께 및 층의 건설 재료는 통합형 지오그리드의 제작 용이성 뿐만 아니라 원하는 정도의 압축성, 강성 및 기타 성능 물성을 갖는 통합형 지오그리드를 제공하도록 선택된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다층 통합형 지오그리드는 2개의 층, 즉, 셀룰러 구조를 갖는 단일 인접 층과 관련된 비셀룰러 층을 구비할 수도 있다. 지오그리드는 전형적으로 점토, 미사 또는 모래와 같은 토양 층(soil formation) 상단에 설치된다. 전술한 모든 재료는 "미세 입자" 재료, 즉, 지오그리드 구멍 크기의 매우 작은 부분인 입자 크기를 특징으로 하는 재료이다. 그런 다음 전형적으로,"대형"(즉, 0.25 inch 내지 3 inch 직경) 입자의 과립상 골제가 지오그리드의 상단에 설치된다. 압축성의, 즉, 셀룰러 층은 과립상 골재가 압축성 층의 상단에 배치되도록 가장 잘 위치하게 된다는 가설이 있다. 미세 입자 토양과 접촉하는 압축성 층을 갖는 것은 덜 중요한 것으로 여겨지고 있다. 이에 따라, 이러한 2층 통합형 지오그리드는 설치 시에 바닥에 중실형 층을 가지며 상단에 압축성 층을 가질 것이다.
도 13(아래에서 상세히 설명됨)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다층 통합형 지오그리드(1500)는 셀룰러 구조를 갖는 단일 인접 층과 연관된 전술한 비셀룰러 층을 구비한다. 즉, 2개의 셀룰러 층 사이에 배치된 비셀룰러 층을 구비하는 대신, 본 발명에 따른 2층 통합형 지오그리드(1500)는 하나의 셀룰러 층(1510)과 하나의 비셀룰러 층(1520)을 구비한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 2층 통합형 지오그리드 실시예와 연관된 2층 폴리머 시작 시트(1700)는 확장 외층(1710) 및 비셀룰러 층(1720)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3층 통합형 지오그리드용 시작 재료로서 사용되는 3층 폴리머 시작 시트(100)는, 대신 내부에 형성된 오목부를 사용하는 것이 가능할 수도 있긴 하지만, 바람직하게는 관통 천공된다. 시트에 오목부가 형성되는 실시예에 따르면, 오목부는 시트(100)의 각각의 측면 상에, 즉, 시트의 상단 및 바닥 모두 상에 제공된다. 또한, 오목부는 다층 시트의 각각의 층 내로 연장된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 3층 폴리머 시작 시트(100)의 전체 두께는 약 2 mm 내지 약 12 mm이며, 본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 시트(100)의 전체 두께는 약 4 mm 내지 약 10 mm이다.
시트 층의 개별 두께와 관련하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 확장 외층(110)의 두께는 약 0.5 mm 내지 약 4 mm이며, 미확장 내층(120)의 두께는 약 0.5 mm 내지 약 4 mm이며, 제2 확장 외층(130)의 두께는 약 0.5 mm 내지 약 4 mm이다. 시작 시트(100)의 전체 두께가 약 2 mm 내지 약 12 mm임에 유의하여야 한다. 그리고, 본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 제1 확장 외층(110)의 두께는 약 1 mm 내지 약 3 mm이며, 미확장 내층(120)의 두께는 약 1 mm 내지 약 3 mm이며, 제2 확장 외층(130)의 두께는 약 1 mm 내지 약 3 mm이다.
일반적으로, 시작 시트의 층은 본질적으로 폴리머이다. 폴리머 재료의 제1 확장 외층(110), 비셀룰러 내층(120) 및 제2 확장 외층(130)은 서로 동일할 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다. 바람직하게는, 제1 확장 외층(110)의 건설 재료와 제2 확장 외층(130)의 건설 재료가 서로 동일하다. 보다 바람직하게는, 비셀룰러 내층(120)의 건설 재료가 제1 확장 외층(110)의 건설 재료 및 제2 확장 외층(130)의 건설 재료 모두와 상이하다.
예를 들어, 건설 재료는 고분자량 폴리올레핀 및 넓은 분자량 분포의 폴리머를 포함할 수도 있다. 폴리머 과학 분야의 숙련자에게는 알려진 바와 같이, 용어 "고분자량" 폴리올레핀은 1 미만의 ASTM D 1238-20에 의해 결정되는 바와 같은 용융물 유동 속도("MFR"; 또한 용융물 유동 지수("MFI")로도 알려짐)를 갖는 수지를 의미한다. 또한 알려진 바와 같이, 용어 "넓은 분자량 분포" 폴리머는 크기가 다양하며 분자량 분포 그래프에서 넓은 이항 분포 곡선으로 나타내어지는 분자 사슬을 갖는 수지를 의미한다. 또한, 폴리머 재료는 버진 스톡(virgin stock)일 수도 있으며, 또는, 예를 들어, 후공업 또는 소비후 재활용된 폴리머 재료와 같은 재활용 재료일 수도 있다. 그리고, 전술한 고분자량 폴리올레핀 및 넓은 사양의 폴리머보다 비용이 저렴한 하나 이상의 폴리머 층을 사용하는 것도 고려된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 확장 외층(110)의 건설 재료와 제2 확장 외층(130)의 건설 재료는, 예를 들어, 버진 폴리프로필렌("PP") 또는, 예를 들어, 후공업 PP와 같은 재활용 PP 또는 기타 재활용 PP와 같은 넓은 사양의 폴리머이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 넓은 사양의 폴리머는 1 내지 6의 ASTM D 1238-20에 의해 측정된 바와 같은 MFR(또는 MFI) 및 6% 미만의 ASTM D 4218-20에 의해 측정된 바와 같은 회분(ash) 함량을 갖는 폴리머를 의미한다. 그리고, 동일한 바람직한 실시예에 따르면, 비셀룰러 내층(120)의 건설 재료는, 예를 들어, PP와 같은 고분자량 폴리올레핀이다. 그러나, 통합형 지오그리드의 특정 용례에 따라, 폴리프로필렌 이외의 건설 재료를 가진 폴리머 성분이 다층 폴리머 시작 시트(100)에 포함될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 다층 폴리머 시작 시트(100)는 전술한 '960 출원에 개시된 바와 같이 층의 공압출에 의해, 또는 별도로 제조된 층의 적층에 의해 생산될 수도 있다. 예를 들어, 개별적으로 생산된 층의 적층은 개별적으로 생산된 각각의 층의 일 표면을 재가열하여 연화시키며, 재가열되어 연화된 표면이 서로 인접하도록 층을 위아래로 쌓은 다음, 압력을 인가하여 별개로 생산된 시트를 서로 용융시킴으로써 달성될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 3축 3층 통합형 지오그리드(200)를 형성하기 위해 내부에 홀(140)이 천공된 도 2에 도시된 다층 폴리머 시작 시트(100)의 평면 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 3층 폴리머 시작 시트(100)의 일 섹션의 단면 사시도이다.
도 4에 도시된 홀(140)의 크기 및 간격은 월시의 '112 특허에 개시된 바와 같다. 도 1에 따르면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 3축 3층 통합형 지오그리드(200)는, 또한 월시의 '112 특허에 개시된 바와 같이, 고도로 배향된 스트랜드(205) 및 부분적으로 배향된 접합부(235)를 포함한다. 3층 폴리머 시작 시트(100)(도 3에 도시됨)의 제2 확장 외층(130)은 스트랜드(205) 및 접합부(235)로 이루어진 제2 셀룰러 외층(230)으로 연신 및 배향되었다. 유사하게, 3층 폴리머 시작 시트(100)의 제1 확장 외층(110)은 스트랜드(205) 및 접합부(235)로 이루어진 제2 셀룰러 외층(210)으로 연신 및 배향되었다. 제2 확장 외층(130)과 제1 확장 외층(110)이 연신 및 배향됨에 따라, 비셀룰러 내층(120)도 스트랜드(205) 및 접합부(235) 모두를 갖는 중간 층(220)으로 연신 및 배향된다.
전술한 바와 같이, 다층 폴리머 시작 시트(100)의 3층 구성이 예시 목적으로 도시되었지만, 본 발명은 또한 3개 초과 층을 갖는, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드 및 3개 초과 층을 갖는 시작 시트의 사용을 고려한다.
예를 들어, 시작 시트는 도 5에 도시된 다층 폴리머 시작 시트(400)와 같은 5층 구성일 수 있다. 시작 시트(400)는 중간 확장 층(420), 제1 비셀룰러 내층(410), 제2 비셀룰러 내층(430), 제1 확장 외층(440) 및 제2 확장 외층(450)을 포함한다. 제1 비셀룰러 내층(410) 및 제2 비셀룰러 내층(430)은 중간 확장 층(420)의 대향하는 평면 표면 상에, 바람직하게는 단일 평면 또는 실질적으로 단일 평면 구성으로 배치된다. 제1 확장 외층(440) 및 제2 확장 외층(450)은, 바람직하게는 단일 평면 또는 실질적으로 단일 평면 구성으로, 제1 비셀룰러 내층(430)과 제2 비셀룰러 내층(430)의 대향하는 평면 상에 배치된다.
도 5에 도시된 본 발명의 특정 실시예에서, 다층 폴리머 시작 시트(400)는 중간 확장 층(420)을 형성하는 제1 재료, 제1 비셀룰러 내층(410)을 형성하는 제2 재료, 제2 비셀룰러 내층(430)을 형성하는 제3 재료, 제1 확장 층(440)을 형성하는 제4 재료, 및 제2 확장 외층(450)을 형성하는 제5 재료를 공압출 또는 적층하여 제조된다.
일반적으로, 중간 확장 층(420), 제1 비셀룰러 내층(410), 제2 비셀룰러 내층(430), 제1 확장 외층(440) 및 제2 확장 외층(450)의 폴리머 재료는 서로 동일할 수도 있으며, 또는 서로 상이할 수도 있다. 예를 들어, 중간 확장 층(420)은 제1 건설 재료를 가질 수도 있으며, 제1 비셀룰러 내층(410) 및 제2 비셀룰러 내층(430)은 제2 건설 재료를 가질 수도 있으며, 제1 확장 외층(440) 및 제2 확장 외층(450)은 제3 건설 재료를 가질 수도 있다. 요약하면, 시트(400)로부터 만들어진 셀룰러 구조를 갖는 층 또는 층들을 구비한 5층 통합형 지오그리드가 채용될 특정 서비스 용례에 따라, 전술한 5개 층에 대한 다양한 건설 재료의 조합이 사용될 수도 있다.
도 6은 도 5에 도시된 5층 폴리머 시작 시트(400)와 연관된 3개 이상의 셀룰러 층을 구비한 3축 5층 통합형 지오그리드(500)의 일 섹션의 사시도이다. 3개 이상의 셀룰러 층을 구비한 3축 5층 통합형 지오그리드(500)는 고도로 배향된 다층 스트랜드(505) 및 부분적으로 배향된 다층 접합부(535)를 포함한다. 홀이 시트(400)에 천공된 후, 시트(400)의 제1 확장 외층(440) 및 제2 확장 외층(450)은 각각, 다층 스트랜드(505) 및 다층 접합부(535)로 이루어진 제1 셀룰러 외층(540) 및 제2 셀룰러 외층(550)으로 연신 및 배향되었다. 유사하게, 시트(400)의 제1 비셀룰러 내층(410) 및 제2 비셀룰러 내층(430)은 각각, 스트랜드(505) 및 접합부(535)로 이루어진 제1 비세룰러 내층(510) 및 제2 비셀룰러 내층(530)으로 연신 및 배향되었다. 그리고, 제1 확장 외층(440)과 제2 확장 외층(450) 및 제1 비셀룰러 내층(410)과 제2 비셀룰러 내층(430)이 연신 및 배향됨에 따라, 중간 확장 층(420)이 또한, 다층 스트랜드(505) 및 다층 접합부(535) 모두로 이루어진 중간 셀룰러 층(520)으로 동시에 연신 및 배향된다.
그리고 다시, 다층 폴리머 시작 시트(100)(즉, 3층 실시예)와 같이, 5개의 층을 갖는 다층 폴리머 시작 시트(400)는 발포되거나 충전재를 갖는 확장 층을 구비할 수도 있으며, 공압출 또는 적층에 의해 형성될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 5층 통합형 그리드(500)의 전체 두께는 약 1 mm 내지 약 6 mm이며, 본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 5층 통합형 지오그리드(500)의 전체 두께는 약 1.5 mm 내지 약 3.5 mm이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 5층 통합형 지오그리드(500)의 층의 개별 두께와 관련하여, 제1 셀룰러 외층(540)의 두께는 약 0.1 mm 내지 약 2 mm이며, 제2 셀룰러 외층(550)의 두께는 약 0.1 mm 내지 약 2 mm이며, 제1 비세룰러 내층(510)의 두께는 약 0.1 mm 내지 약 2 mm이며, 제2 비셀룰러 내층(530)의 두께는 약 0.1 mm 내지 약 2 mm이며, 중간 비셀룰러 층(520)의 두께는 약 0.1 mm 내지 약 2 mm이다.
이제, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 기하학적 구조로 돌아가서, 본 발명은 삼각형(예를 들어 "3축"), 직사각형 및 육각형의 적어도 3개의 일반적인 범주를 고려한다.
3축의 확장된 다층 통합형 지오그리드(200)의 기하학적 형상은 도 1(3층) 및 도 6(5층)에 도시된 바와 같다.
하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 직사각형 다층 통합형 지오그리드(700)의 기하학적 형상이 도 7에 도시되어 있다. 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 직사각형 다층 통합형 지오그리드(700)는 고도로 배향된 다층 스트랜드(705) 및 부분적으로 배향된 다층 접합부(710)를 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 셀룰러 층을 구비한 직사각형 3층 통합형 지오그리드(700)는 제1 셀룰러 외층(710)과 제2 셀룰러 외층(730)의 사이에 배치된 제3 층, 즉, 비셀룰러 내층(720)을 포함한다. 본 명세서에 설명된 삼각형의 기하학적 형상과 같이, 제1 셀룰러 외층(710) 및 제2 셀룰러 외층(730)은 내부에 셀룰러 개구(750)의 분포를 내포한다. 셀룰러 개구(750)는 제1 셀룰러 외층(710) 및 제2 셀룰러 외층(730)의 발포 건설과 연관될 수도 있으며, 또는 제1 셀룰러 외층(710) 및 제2 셀룰러 외층(730)에 분포되는 입자상 충전재와 연관될 수도 있다.
3층 폴리머 시작 시트(600)(후술됨)의 제2 확장 외층(630)은 다층 스트랜드(705) 및 다층 접합부(740)로 이루어진 제2 셀룰러 외층(730)으로 연신 및 배향되었다. 유사하게, 다층 폴리머 시작 시트(600)의 제1 확장 외층(610)은 다층 스트랜드(705) 및 다층 접합부(740)로 이루어진 제1 셀룰러 외층(710)으로 연신 및 배향되었다. 제2 셀룰러 외층(730)과 제1 셀룰러 외층(710)이 연신 및 배향됨에 따라, 비셀룰러 내층(620)도 다층 스트랜드(705) 및 다층 접합부(740) 모두로 이루어진 비셀룰러 내층(720)으로 동시에 연신 및 배향된다.
도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 직사각형 3층 통합형 지오그리드(700)를 형성하기 위해 내부에 천공된 홀(640)을 갖는 3층 폴리머 시작 시트(600)의 일 섹션의 평면 사시도이다. 다층 폴리머 시작 시트(600)는 제1 확장 외층(610)과 제2 확장 외층(630)의 사이에 배치된 제3 층, 즉, 비셀룰러 내층(620)을 포함한다. 본 명세서에 설명된 삼각형의 기하학적 형상과 같이, 제1 확장 외층(610) 및 제2 확장 외층(630)은 도 7 및 도 8에 도시된 최종 통합형 지오그리드(700)에 셀룰러 개구(650)의 분포를 형성한다.
그리고, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 삼각형의 기하학적 형상의 실시예에서와 같이, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 직사각형 다층 통합형 지오그리드의 실시예는 발포되거나 입자상 충전재를 포함하는 셀룰러 층을 구비한다. 그리고, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 직사각형 다층 통합형 지오그리드의 실시예의 시작 시트는 삼각형 실시예에 대해 본 명세서에서 앞서 개시된 바와 동일하며, 공압출 또는 적층에 의해 형성될 수도 있다.
그리고 마지막으로, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 육각형 다층(여기서는 3층) 통합형 지오그리드(1100)의 기하학적 형상은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같다. 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 육각형 다층 통합형 지오그리드 개발의 원동력은 지질 강화와 같은 서비스 용례의 요구에 적합하거나 특정 지질 강화 용례에 바람직한 기타 특성을 갖는 더 다양하고 폭넓은 품질의 골재와 맞물려 이를 안정화할 수 있는 능력을 갖춘 구조 및 기하학적 형상을 갖는 통합형 지오그리드를 생산하는 것이 구조적으로 및 경제적으로 유리하다는 것이다.
하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 육각형 다층 통합형 지오그리드는 골재 지지 및 상호 작용을 실질적으로 향상시키면서 3축 기하학적 형상의 등방성을 유지함으로써 3축 통합형 지오그리드를 개선하도록 설계된다. 3축 기하학적 형상 및 기타 종래 기술의 기하학적 형상을 능가하는 육각형 다층 통합형 지오그리드의 주요 개선점은 적어도 두 가지 주요 설계 특징과 연관된다. 첫째, 기하학적 형상과 관련하여, 육각형 다층 통합형 지오그리드는 3개의 리브 방향 각각에서 모든 다른 리브를 연속적인 리브로서 유지함으로써 3축 기하학적 형상의 360도 특성을 유지한다. 그러나, 육각형 다층 통합형 지오그리드는 비연속적인 리브를 따라 다른 모든 노드를 비기능성 요소(노드)로부터 기능성 특징부, 즉, 6개의 새로운 리브 요소를 포함하는 새로운 개방형 육각형으로 변환한다. 이들 6개의 새로운 리브 요소는 이제 하나의 비기능성 노드가 아닌 기능성 특징부이다. 개방형 육각형과 6개의 리브 요소는 육각형 다층 통합형 지오그리드가 골재와 상호 작용하여 지지할 수 있는 정도를 실질적으로 증가시킨다. 또한, 육각형 다층 통합형 지오그리드 기하학적 형상은 360도 강도와 안정성 특성을 제공하는 3방향의 연속적인 리브를 제공한다. 이것은 전술한 바와 같이 비기능성 노드를 기능성 요소로 변환하며 더 높은 리브를 통합하여 매크로 상호 작용을 개선하는 것을 포함하는 다양한 방법으로 수행된다.
둘째, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공압출된 육각형 다층 통합형 지오그리드는 본 명세서에 설명된 다층 건설 및 발포체 또는 충전재 강화를 이용한다. 즉, 공압출된 다층 건설 및 2개 외층의 셀룰러 구조 덕분에, 본 발명은 골재 입자를 내포하고 골재의 최대 특성을 촉진 및 유지하도록 설계된 압축성 폴리머의 상단 층 및 바닥 층과 연관된 마이크로 상호 작용을 제공한다. 이 발전된 공압출 공정 기술은 또한, 동시 압출로 인한 층 사이의 접착력 향상, 층 사이의 적절한 상대 속도 및 전단 속도를 유지하면서 셀룰러 구조의 생성 제어, 및 다층 시트를 만드는 단일 단계 공정으로 인한 비용 절감과 같은 생산 및 제조 상의 기타 이점을 제공한다. 요약하면, 이러한 설계 특징을 육각형 다층 통합형 지오그리드로 함께 조합하면, 3축 지오그리드보다 훨씬 더 우수한 성능이 초래되며, 약간의 비용 증가만으로 이러한 새롭고 신규한 지오그리드가 생산될 수 있도록 하는 다양한 생산 및 제조상의 이점이 산출된다.
종래의 지오그리드 구조와 연관된 기하학적 형상보다 더 다양하고 폭넓은 품질의 골재와 맞물려 이를 안정화하는 한편, 동시에 다양한 정도의 국부적인 면외 및 면내 강성을 제공하기 위한 전술한 능력을 달성하기 위해, 본 발명의 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 육각형 다층 통합형 지오그리드는, 반복적인 패턴의 외부 육각형을 형성하는 부분적으로 배향된 다층 접합부 및 상호 연결되는 배향된 다층 스트랜드의 반복적인 패턴을 구비하며, 상기 각각의 외부 육각형은 다축 통합형 지오그리드의 3개의 상이한 형상의 개구를 획정하도록 배향된 다층 내부 육각형을 지지하며 둘러싸고 있다. 추가적인 강도와 안정성을 제공하기 위해, 외부 육각형의 기하학적 형상은 3개의 상이한 방향으로 다축 통합형 지오그리드 전체에 걸쳐 연속적으로 연장되는 선형 스트랜드를 형성한다.
이렇게 형성된 내부 다층 육각형은 6개의 배향된 다층 스트랜드로 구성되며, 배향된 다층 3중 노드를 형성하기 위해 외부 육각형의 부분적으로 배향된 다층 접합부로부터 내부 육각형의 개개의 모서리까지 연장되는 6개의 배향된 다층 연결 스트랜드에 의해 지지된다. 다층 3중 노드는 다층 접합부보다 훨씬 더 높은 수준의 배향을 가지며 완전히 배향되는 경향이 있다. 이 구성은 외부 다층 육각형 구조에 대해 현수된, 즉, 부동형의 내부 다층 육각형을 생성한다. 이 구조는, 골재의 배치 및 다짐 작업 동안, 통합형 지오그리드의 기본 평면에 대해 "부동형" 또는 굴곡(즉, 변형)되도록 내부 다층 육각형이 위 또는 아래로 이동할 수 있도록 하여, 통합형 지오그리드의 골재와의 맞물림 및 안정화 능력을 향상시킨다. 위에서 유의한 바와 같아, 전술한 통합형 지오그리드 구조는 본 명세서에서 "반복적인 육각형 패턴 내부의 부동형 육각형을 갖는 다층 통합형 지오그리드" 또는 단순히 "육각형" 다층 통합형 지오그리드로서 지칭된다.
이제 도 10 및 도 11을 참조하면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드(1100)는, 다축 통합형 지오그리드 전체에 걸쳐 연속적으로 연장되는 선형 다층 스트랜드를 포함하는, 내부에 개구 어레이를 구비한 복수의 상호 연결되는 배향된 다층 스트랜드와, 상기 상호 연결되는 배향된 다층 스트랜드와 개구로 이루어진 반복적인 육각형 패턴 내부의 반복적인 부동형 육각형을 포함한다. 다축 통합형 전체에 걸쳐 연속적으로 연장되는 이러한 선형 다층 스트랜드는 강축(strong axis) 스트랜드를 구성한다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드(1100)는 반복적인 패턴의 각각의 외부 육각형(1110) 내부의 부동형 내부 육각형(1130)을 포함한다. 외부 육각형(1110)은 부분적으로 배향된 다층 접합부(1115)에 의해 상호 연결된 복수의 외부 배향된 다층 스트랜드 또는 리브(1120)를 포함한다. 내부 육각형(1130)은 다층 3중 노드(1135)에 의해 상호 연결된 복수의 배향된 다층 연결 스트랜드(1145, 1150)를 포함하며, 육각형 형상의 중앙 개구(1170)를 획정한다. 외부 육각형(1110)은, 복수의 사다리꼴 개구(1180)를 획정하는, 복수의 다층 지지 스트랜드(1140, 1160)에 의해 더 작은 내부 육각형(1130)에 연결된다. 3개의 인접한 외부 육각형(1110)의 각각의 패턴의 중심에는 삼각형 형상의 개구(1190)가 있다. 도시된 바와 같이, 접합부(1115)는 3중 노드(1135)보다 훨씬 더 크다.
본 발명의 육각형의 기하학적 형상의 실시예의 다른 양태에서, 부분적으로 배향된 접합부(1115)로부터 내측으로 연장되며 부동형 내부 육각형(1130)(또는 본 명세서에 설명된 이러한 다른 내부 기하학적 구성)의 3중 노드(1135)와 연결되는 지지 스트랜드(1140, 1160)는 부동형 내부 육각형을 지지하며, "공학적 불연속부부" 또는 "부동형의 공학적 불연속부"를 구성한다.
도 10으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드(1100)의 또 다른 특징은 반복적인 외부 육각형 패턴의 외부 다층 스트랜드(1120)의 선형적으로 연속적인 특성이다. 즉, 배향된 다층 스트랜드(1120)는, 서로 대략 120°만큼 분리되며 도 10 및 도 11의 화살표(120A, 120B, 120C)로 지시된 3개의 상이한 방향으로 다축 통합형 지오그리드 전체에 걸쳐 연속적으로 연장됨에 따라, 부분적으로 배향된 다층 접합부(1115)를 통해 선형적으로 연속적이다. 다축 통합형 전체에 걸쳐 연속적으로 연장되는 이러한 선형 다층 스트랜드는 강축 스트랜드를 구성한다. 당업자라면, 천공된 시작 시트의 기하학적 형상의 적절한 대응하는 회전이 이루어진다면, 연신 후에 동일한 기본적인 기하학적 형상의 상이한 배향이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 다층 스트랜드(1120)의 선형적으로 연속적인 특성은 본 발명의 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 육각형 다층 통합형 지오그리드에 향상된 강도 및 면내 강성 모두를 제공한다.
바람직하게는, 가장 두꺼운 치수(접합부(1115)에서)에 2개의 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드(1100)의 두께는 약 1.5 mm 내지 약 10 mm이며, 더 바람직하게는 다축 확장된 3층 통합형 지오그리드(1100)의 이러한 두께는 약 4 mm 내지 약 8 mm이다.
통합형 지오그리드의 기하학적 형상과 관련하여, 도 20은 도 1과 도 6에 나타내어진 바와 같은 3축 다층 통합형 지오그리드의 삼각형 기하학적 특징과 연관된 등방성을 예시한다. 그리고, 도 21은 도 10, 도 11 및 도 13에 나타내어진 바와 같은 육각형 다층 통합형 지오그리드의 구조적인 기하학적 특징인, 세 방향의 연속적인 리브와 연관된 등방성을 예시한다.
추가적으로, 도 22는 도 10, 도 11 및 도 13에 나타내어진 바와 같은 육각형 다층 통합형 지오그리드와 연관된, 3축 지오그리드 상의 중심 개방형 육각형의 중첩을 예시한다. 그리고, 도 23은 도 10, 도 11 및 도 13에 나타내어진 바와 같은 육각형 다층 통합형 지오그리드와 연관된 중앙 개방형 육각형 및 6개의 리브 요소를 예시한다.
도 24는 도 10, 도 11 및 도 13에 나타내어진 바와 같은 육각형 다층 통합형 지오그리드의 다양한 스트랜드 길이를 예시하는 부분 평면도이다.
추가적으로, 도 38은 도 10 및 도 11에 나타내어진 바와 같은 육각형 3층 통합형 지오그리드의 다양한 스트랜드 길이와 도 21에 도시된 바와 유사한 좌측 기계 방향, 우측 기계 방향 및 가로 방향과 연관된 연속적인 리브를 예시하는 부분 평면도이다. 도 39는 도 38에 도시된 육각형 3층 통합형 지오그리드를 생산하는 데 이용되는 시작 시트와 연관된 홀의 가능한 크기 및 간격의 평면도이다. 그리고, 도 40은 도 11에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 구조를 갖는 2개의 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드의 부분 섹션의 측단면도이다.
이제 좀 더 구체적으로, 도 24에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 육각형 3층 통합형 지오그리드의 일 실시예에 대한 도 24로 다시 돌아가면, 다층 통합형 지오그리드는 1 mm 내지 4 mm의 넓은 범위, 2 mm 내지 3 mm의 바람직한 범위 및 1.97 mm의 바람직한 치수를 갖는 리브 A 높이를 갖는다. 리브 A의 폭은 0.75 mm 내지 3 mm의 넓은 범위, 1 mm 내지 2 mm의 바람직한 범위 및 1.6 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 A의 길이는 30 mm 내지 45 mm의 넓은 범위, 35 mm 내지 40 mm의 바람직한 범위 및 37 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 A의 종횡비는 1:1 내지 3:1의 넓은 범위, 1.5:1 내지 1.8:1의 바람직한 범위 및 1.7:1의 바람직한 값을 갖는다.
리브 B의 높이는 1 mm 내지 3 mm의 넓은 범위, 1.5 mm 내지 2.5 mm의 바람직한 범위 및 1.6 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 B의 폭은 0.75 mm 내지 3.5 mm의 넓은 범위, 1 mm 내지 3 mm의 바람직한 범위 및 1.8 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 B의 길이는 15 mm 내지 25 mm의 넓은 범위, 18 mm 내지 22 mm의 바람직한 범위 및 21 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 B의 종횡비는 0.75:1 내지 2:1의 넓은 범위, 1.2:1 내지 1.4:1의 바람직한 범위 및 1.3:1의 바람직한 값을 갖는다.
리브 C의 높이는 1 mm 내지 4 mm의 넓은 범위, 2 mm 내지 3 mm의 바람직한 범위 및 2.7 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 C의 폭은 0.75 mm 내지 3.5 mm의 넓은 범위, 1 mm 내지 2.5 mm의 바람직한 범위 및 1.6 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 C의 길이는 15 mm 내지 30 mm의 넓은 범위, 20 mm 내지 25 mm의 바람직한 범위 및 23 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 C의 종횡비는 1:1 내지 3:1의 넓은 범위, 1.5:1 내지 2.5:1의 바람직한 범위 및 1.7:1의 바람직한 값을 갖는다.
리브 D의 높이는 1.5 mm 내지 4 mm의 넓은 범위, 2 mm 내지 3.5 mm의 바람직한 범위 및 2.3 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 D의 폭은 1 mm 내지 4 mm의 넓은 범위, 1.5 mm 내지 2.5 mm의 바람직한 범위 및 1.5 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 D의 길이는 10 mm 내지 30 mm의 넓은 범위, 15 mm 내지 25 mm의 바람직한 범위 및 18 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 D의 종횡비는 1:1 내지 3:1의 넓은 범위, 1.4:1 내지 1.7:1의 바람직한 범위 및 1.6:1의 바람직한 값을 갖는다.
리브 E의 높이는 1 mm 내지 4 mm의 넓은 범위, 1.5 mm 내지 3.0 mm의 바람직한 범위 및 1.9 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 E의 폭은 0.75 mm 내지 3.5 mm의 넓은 범위, 1 mm 내지 3 mm의 바람직한 범위 및 1.7 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 E의 길이는 15 mm 내지 30 mm의 넓은 범위, 20 mm 내지 25 mm의 바람직한 범위 및 22 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 리브 E의 종횡비는 0.75:1 내지 2:1의 넓은 범위, 1:1 내지 1.5:1의 바람직한 범위 및 1.3:1의 바람직한 값을 갖는다. 주요 노드 두께는 1.5 mm 내지 10 mm의 넓은 범위, 3 mm 내지 8 mm의 바람직한 범위 및 5.1 mm의 바람직한 치수를 갖는다.
그리고, 도 40에 도시된 바와 같이, 비셀룰러 내층의 대향하는 표면 상에 배치된 제1 및 제2 압축성 셀룰러 외층을 갖는 본 발명에 따른 육각형 3층 통합형 지오그리드의 일 실시예에 대해, 다층 통합형 지오그리드는 1 mm 내지 3 mm의 넓은 범위, 1.5 mm 내지 2.5 mm의 바람직한 범위 및 1.7 mm의 바람직한 치수를 갖는 하부 접합부(즉, 접합부(1115); 도 11 참조) 캡 두께(치수 "A"); 1 mm 내지 3 mm의 넓은 범위, 1.5 mm 내지 2.5 mm의 바람직한 범위 및 1.7 mm의 바람직한 치수를 갖는 상부 접합부 캡 두께(치수 "B"); 1 mm 내지 3 mm의 넓은 범위, 1.5 mm 내지 2.5 mm의 바람직한 범위 및 1.7 mm의 바람직한 치수를 갖는 중앙 접합부 코어 두께(치수 "C"); 0.4 mm 내지 1 mm의 넓은 범위, 0.5 mm 내지 0.8 mm의 바람직한 범위 및 0.7 mm의 바람직한 치수를 갖는 리브 A(도 24 참조) 하부 캡 두께(치수 "D"); 0.4 mm 내지 1 mm의 넓은 범위, 0.5 mm 내지 0.8 mm의 바람직한 범위 및 0.7 mm의 바람직한 치수를 갖는 리브 A 상부 캡 두께(치수 "F"); 및 0.4 mm 내지 1 mm의 넓은 범위, 0.5 mm 내지 0.8 mm의 바람직한 범위 및 0.6 mm의 바람직한 치수를 갖는 리브 A 중앙 코어 두께(치수 "E")를 갖는다.
도 12는 도 10 및 도 11에 도시된 2개의 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드(1100)를 형성하기 위해 내부에 홀이 형성된 3층 폴리머 시작 시트(1300)의 상부 사시도이다. 3층 폴리머 시작 시트(1300)는 제1 확장 외층(1310)과 제2 확장 외층(1330)의 사이에 배치된 제3 층, 즉, 비셀룰러 내층(1320)을 포함한다.
그리고, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 삼각형 및 직사각형 기하학적 형상의 실시예에서와 같이, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드(1100)의 육각형 실시예는 발포되거나 입자상 충전재를 내포하는 셀룰러 층을 구비한다. 그리고, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 육각형 실시예의 시작 시트는 삼각형 및 직사각형 기하학적 형상의 실시예에 대해 본 명세서에서 앞서 개시된 바와 동일하며, 공압출 또는 적층에 의해 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 육각형 다층 통합형 지오그리드(1100)용 시작 재료로서 사용되는 다층 폴리머 시작 시트(1300)는 바람직하게는 관통 천공되지만, 그 대신에 내부에 형성된 오목부를 사용하는 것이 가능할 수도 있다. 시트에 오목부가 형성된 시작 재료의 실시예에 따르면, 오목부는 시트의 각각의 측면에, 즉, 시트의 상단 및 바닥 모두에 제공된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 3층 폴리머 시작 시트(1300)는 홀(1320) 및 간격(1330)의 반복적인 패턴(1310)을 포함하며, 이 패턴은 배향될 때 도 10 및 도 11에 도시된 육각형의 확장된 3층 통합형 지오그리드(1100)의 육각형 패턴 내부에 부동형 육각형을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 바람직한 육각형 3층 통합형 지오그리드는 좌측 기계 방향("MD 좌측"), 우측 기계 방향( "MD 우측") 및 가로 방향("TD")과 연관된 연속적인 스트랜드(또는 "리브")를 예시하는 도 38에 도시된 바와 같다. 도 38에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 통합형 지오그리드의 육각형 실시예의 외부 육각형 반복 단위의 "평면 횡단(across the flats)"(본 명세서에서 "A/F"로도 지정됨) 치수는 외부 육각형의 평행한 강축 스트랜드, 즉, 좌측 기계 방향, 우측 기계 방향 및 가로 방향 각각에서 서로 평행하게 연장되는 강축 스트랜드 사이의 거리이다. 보다 더 구체적으로, 도 10, 도 11 및 도 38에 도시된 본 발명의 육각형 실시예의 묘사에 따라, A/F 치수는 임의의 평행한 스트랜드(1120) 사이의, 즉, 좌측 기계 방향, 우측 기계 방향 및 가로 방향 각각에서의 거리이다. 도 38에 도시된 육각형 3층 통합형 지오그리드의 바람직한 일 실시예에 따르면, A/F 치수, 즉, 외부 육각형(또한 도 10 및 도 11 참조)의 스트랜드(1120)와 연관된 하나의 다층 접합부(1115)로부터 외부 육각형의 평행한 스트랜드(1120)와 관련된 대향하는 다층 접합부(1115)까지의 거리는 대략 80 mm이다. 그리고, 동일한 실시예에 대해, 평면 횡단 치수, 즉, 내부 육각형(도 11 참조)의 하나의 다층 3중 노드(1135)로부터 내부 육각형의 대향하는 다층 3중 노드(1135)까지의 거리는 대략 33 mm이다. 본 발명에 따른 다층 통합형 지오그리드의 이러한 바람직한 실시예에 대해, 총 시작 시트 두께는 2 mm 내지 12 mm의 넓은 범위, 4 mm 내지 8 mm의 바람직한 범위 및 5.5 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 천공 크기/직경은 2 mm 내지 7 mm의 넓은 범위, 3 mm 내지 5 mm의 바람직한 범위 및 3.68 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 제1 연신 방향의 장축 피치는 5 mm 내지 9 mm의 넓은 범위, 6 mm 내지 8 mm의 바람직한 범위 및 6.7088 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 제1 연신 방향의 단축 피치는 1 mm 내지 4 mm의 넓은 범위, 2 mm 내지 3 mm의 바람직한 범위 및 2.58 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 제1 연신 방향의 제2 장축/단축 피치는 4 mm 내지 8 mm의 넓은 범위, 5 mm 내지 7 mm의 바람직한 범위 및 5.934 mm의 바람직한 치수를 갖는다. 제2 연신 방향의 장축 피치는 4 mm 내지 8 mm의 넓은 범위, 5 mm 내지 7 mm의 바람직한 범위 및 6.192 mm의 바람직한 치수를 갖는다.
그리고 일반적으로, 3층 폴리머 시작 시트(1300)는 본질적으로 폴리머이다. 예를 들어, 건설 재료는 고분자량 폴리올레핀 및 넓은 사양의 폴리머를 포함할 수도 있다. 또한, 폴리머 재료는 버진 스톡일 수도 있으며, 또는, 예를 들어, 후공업 또는 소비후 재활용된 폴리머 재료와 같은 재활용 재료일 수도 있다. 그리고, 전술한 고분자량 폴리올레핀 및 넓은 사양의 폴리머보다 비용이 저렴한 하나 이상의 폴리머 층을 사용하는 것도 고려된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 고분자량 폴리올레핀은 폴리프로필렌이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 육각형 3층 통합형 지오그리드(1100)의 다층 스트랜드(1120, 1140, 1145, 1150, 1160)는 당업자에게 알려진 바와 같은 높은 종횡비, 즉, 전술한 월시 특허, 즉, 미국 특허 제9,556,580호, 제10,024,002호 및 제10,501,896호에 따른 1.0보다 큰 다층 스트랜드 단면의 폭에 대한 다층 스트랜드 단면의 두께 또는 높이의 비율을 갖는다. 본 발명에 절대적으로 필요한 것은 아니지만, 스트랜드 또는 리브에 대한 높은 종횡비가 바람직하다. 따라서, 본 발명의 다축 통합형 지오그리드는 지오그리드와 골재 사이의 향상된 호환성을 제공하여, 골재의 상호 연동, 측방향 구속 및 감금을 개선한다.
본 명세서에서 유의한 바와 같이, 3개 이상의 층을 갖는 전술한 실시예를 구비하는 대신에, 본 발명에 따른 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 단일 인접 셀룰러 층과 연관된 비셀룰러 층을 구비할 수도 있다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 육각형 2층 통합형 지오그리드(1500)는 하나의 셀룰러 층(1510)과 하나의 비셀룰러 층(1520)을 구비한다. 육각형 2층 통합형 지오그리드(1500)의 나머지 구성 요소는, 다층 구조가 단지 2개의 층, 즉, 셀룰러 층(1510)과 비셀룰러 층(1520)을 갖는 것을 제외하고는, 전술한 바와 같다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 2층 통합형 지오그리드 실시예와 연관된 2층 폴리머 시작 시트(1700)는 확장 층(1710) 및 비셀룰러 층(1720)을 포함한다. 확장 층(1710) 및 비셀룰러 층(1720)은 바람직하게는 단일 평면 또는 실질적으로 단일 평면 구성으로 배치된다. 도 15는 도 13에 도시된 육각형 2층 통합형 지오그리드(1500)를 형성하기 위해 내부에 천공된 홀(1940)의 패턴을 갖는 2층 폴리머 시작 시트(1900)의 평면 사시도이다.
보다 구체적으로, 도 13에서, 하나의 셀룰러 층을 구비한 육각형 2층 통합형 지오그리드(1500)는 반복적인 패턴의 각각의 외부 육각형(1510)의 내부의 부동형 내부 육각형(1530)을 포함한다. 외부 육각형(1510)은 부분적으로 배향된 다층 접합부(1515)에 의해 상호 연결된 복수의 배향된 외부 다층 스트랜드 또는 리브(1520)를 포함한다. 내부 육각형(1530)은 다층 3중 노드(1535)에 의해 상호 연결된 복수의 배향된 다층 연결 스트랜드(1545, 1550)를 포함하며 육각형 형상의 중앙 개구(1570)를 획정한다. 외부 육각형(1510)은, 복수의 사다리꼴 개구(1580)를 획정하는 복수의 다층 지지 스트랜드(1540, 1560)에 의해, 더 작은 내부 육각형(1530)에 연결된다. 3개의 인접한 외부 육각형(1510)의 각각의 패턴의 중심에는 삼각형 형상의 개구(1590)가 있다. 도시된 바와 같이, 접합부(1515)는 3중 노드(1535)보다 훨씬 더 크다.
본 발명은 또한, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 전술한 다양한 실시예를 제조하는 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 목적은, 셀룰러 구조를 갖는 층이 먼저 다층 폴리머 시작 시트의 층에 발포 건조물, 즉, 복수의 셀룰러 개구를 제공한 다음, 발포된 재료를 연신시켜 발포된 재료의 변형된 셀룰러 개구 분포를 생성하도록 다층 폴리머 시작 시트를 2축 배향함으로써 생산되는, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이에 대응하여, 본 발명의 다른 목적은, 셀룰러 구조를 갖는 각각의 층이 먼저 다층 폴리머 시작 시트의 층에 입자상 충전재를 분산시킨 다음, 분산 입자상 충전재를 연신시켜 입자상 충전재가 폴리머 층 재료로부터 분리됨에 따라 셀룰러 개구 분포를 생성하도록 다층 폴리머 시작 시트를 2축 배향함으로써 생산되는, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
예를 들어, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 전술한 3축 다층 통합형 지오그리드(200)를 제조하는 방법은, 다층 폴리머 시작 시트(100)를 제공하는 단계; 월시의 '112 특허의 개시 내용에 따른 바와 같이 선택된 패턴으로 다층 폴리머 시작 시트(100)에 복수의 홀이나 오목부를 형성하는 단계; 및 패턴화된 복수의 홀 또는 오목부를 내부에 갖는 다층 폴리머 시작 시트를 2축 연신 및 배향하여 하나 이상의 셀룰러 층을 구비하며 부분적으로 배향된 다층 접합부 사이에 복수의 상호 연결되는 배향된 다층 스트랜드를 구비하는 다층 통합형 지오그리드를 형성하며 홀이나 오목부를 그리드 개구로서 구성하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 일단 다층 폴리머 시작 시트(100)에 홀이나 오목부가 준비되고 나면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 3축 다층 통합형 지오그리드(200)는 상기 특허에 설명되고 당업자에게 알려진 방법에 따라 시트(100)로부터 생산될 수 있다.
또한, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 다축의 "반복적인 육각형 패턴 내부의 부동형 육각형" 실시예를 제조하는 방법과 관련하여, 이 방법은 폴리머 시트(1300)를 제공하는 단계; 폴리머 시트(1300)에 패턴화된 복수의 홀이나 오목부(1310)를 제공하는 단계; 및 내부에 패턴화된 복수의 홀이나 오목부(1310)를 갖는 폴리머 시트(1300)를, 셀룰러 구조(1100)를 갖는 층 또는 층들을 구비한 다축 다층 통합형 지오그리드의 전체에 걸쳐 연속적으로 연장되는 3개의 선형 다층 스트랜드를 포함하는, 내부에 개구(1170, 1180, 1190)의 어레이를 구비한 복수의 상호 연결되는 배향된 다층 스트랜드(1120, 1140, 1145, 1150, 1160), 상기 상호 연결되는 배향된 다층 스트랜드와 개구로 이루어진 반복적인 외부 육각형(1110) 패턴의 내부의 부동형 육각형(1130)을 제공하도록, 배향하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 일단 시작 시트(1300)에 홀이나 오목부가 준비되고 나면, 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다축 다층 통합형 지오그리드(1100)는 상기 특허에 설명되고 당업자에게 알려진 방법에 따라 시작 시트(1300)로부터 생산될 수 있다.
공압출을 사용하는 대신에 다층 통합형 지오그리드의 층을 적층하는 것과 관련하여, 결과적인 제품은 아마도 바람직한 공압출 실시예와 연관된 모든 이점을 가지지는 않을 것이지만, 공압출 근사치가 다음 방법 중 하나에 의해 얻어질 수 있다. 우선, 개별적으로 주조된 시작 시트의 개별 층이 개별 단일 층으로서 압출될 수 있으며, 각각의 층은 필요한 압출 재료 레시피를 갖는다. 그런 다음, 압출 후 공정에서, 이들 층이 다음 공정 중 하나를 통해 전체 주조 공압출 재료 근사치로 결합될 수 있다. 예를 들어, 패딩 롤러(padding roller) 공정에 의해 함께 접합될 시트의 표면에 적합한 접착제가 도포된 다음, 적절한 압력 및/또는 열 하에서 시트가 함께 가압되어 결합이 이루어지는 방식으로 접착/결합 공정이 채용될 수 있다. 다른 접근법에서는, 예를 들어, 유도 가열 롤러 또는 가스에 의해 함께 접합될 시트의 표면에 적합한 열원이 인가된 다음, 적절한 압력 및/또는 열 하에서 시트가 함께 가압되어 결합이 이루어지는 방식으로 가열/적층 공정이 채용될 수 있다. 또 다른 접근법에서는, 예를 들어, 초음파 또는 마찰 용접에 의해 연속적인 국부 용접이 수행되는 기계적 용접/결합 공정이 채용될 수 있다. 그리고, 또 다른 접근법에서는, 예를 들어, 패딩 롤러 공정에 의해 함께 결합될 시트의 표면에 적합한 용제가 도입된 다음, 적절한 압력 또는 열 하에서 시트가 함께 가압되어 결합이 이루어지는 화학적 용접/결합 공정이 채용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 외부 육각형(1110) 및 더 작은 내부 육각형(1130)으로 이루어진 육각형의 기하학적 형상은 본 발명의 부동형 기하학적 구성을 제공하기 위한 바람직한 실시예이다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서 다른 기하학적 형상이 가능하다. 예를 들어, 기하학적 형상이, 외부 직사각형 또는 정사각형의 각각의 내부 모서리를 더 작은 내부 직사각형 또는 정사각형의 대응하는 외부 모서리에 연결하는, 4개의 지지 또는 연결 스트랜드를 갖는 직사각형 또는 정사각형일 수 있다. 또는, 기하학적 형상이 외부 삼각형의 인접한 내부 모서리와 더 작은 내부 삼각형의 외부 모서리 사이에 단지 3개의 지지 또는 연결 스트랜드를 갖는 삼각형일 수 있다.
이전 문단에 설명된 본 발명의 직사각형 또는 정사각형 실시예에서는, 각각의 외부 직사각형 또는 정사각형에 대해 바람직하게는 지오그리드 전체에 걸쳐 연속적으로 연장되는 2개의 선형 스트랜드가 있을 수 있으며, 이러한 연속적인 스트랜드는 서로 대략 90°의 각도로 연장된다. 삼각형 실시예에서는, 본 명세서에 상세히 설명된 바람직한 육각형 실시예의 선형 스트랜드(1120)와 유사하게, 대략 120°의 각도로 서로 연장되는 각각의 외부 삼각형에 대해 3개의 선형 스트랜드가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 에서 다양한 기하학적 형상이 가능할 수 있다. 예를 들어, 내부 기하학적 형상은 본 명세서에 개시된 바람직한 실시예와 유사한 6개의 지지 스트랜드를 갖는 바람직한 외부 육각형 형상 내부에 지지되는 원형 링일 수 있다. 따라서, 반복적인 외부 구조와 내부 또는 내측 부동형 구조의 기하학적 형상이 동일한 기하학적 형태로 제한되지 않도록 의도된다.
도 17a 내지 도 17e는 하중 인가 하에 제1 셀룰러 외층(1710) 및 제2 셀룰러 외층(1730)의 셀룰러 개구와 연관된 본 발명에 따른 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 3층 통합형 지오그리드의 압축 메커니즘 가설을 예시한다. 도 17a에 도시된 바와 같이, 하중이 가해지기 전에는, 셀룰러 개구(1750) 및 그 주변의 폴리머(1740)가 방해받지 않는다. 하중이 인가되기 시작함에 따라(도 17b), 셀룰러 개구(1750) 주위의 폴리머(1740)가 압축되기 시작한다. 하중 인가가 계속됨에 따라(도 17c), 셀룰러 개구(1750) 주위의 폴리머(1740)가 항복(yielding)을 멈추며, 셀룰러 개구(1750)가 압축되기 시작한다. 더 많은 하중이 계속 인가됨에 따라(도 17d), 셀룰러 개구(1750)가 훨씬 더 압축되며, 셀룰러 개구 주위의 폴리머(1740)가 다시 항복되기 시작한다. 그리고 마지막으로 도 17e에 도시된 바와 같이, 하중이 제거됨에 따라, 확장된 다층 통합형 지오그리드의 리브의 압축이 해제되며, 셀룰러 개구(1750)가 어느 정도 붕괴됨으로 인해, 셀룰러 개구 주위의 폴리머(1740)의 영구적인 변형과 함께, 영구적인 셀룰러 개구 변형이 남게 된다.
도 18a 내지 도 18c는 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 3층 통합형 지오그리드의 확장된 셀룰러 층의 유연한 리브 메커니즘 가설을 예시한다. 유연한 리브 메커니즘 가설은 또한, 제1 셀룰러 외층(1810) 및 제2 셀룰러 외층(1830)의 셀룰러 개구의 존재와 연관되며, 하중 인가 하에서 통합형 지오그리드의 수직 및 수평 방향 모두에서의 유연성을 입증한다. 도 18a에 도시된 바와 같이, 하중이 가해지기 전에는, 셀룰러 개구(1850) 및 셀룰러 개구(1850) 주위의 폴리머(1840)가 방해받지 않는다. 하중이 가해짐에 따라(도 18b), 셀룰러 개구(1850)가 변형되기 시작하면서 시스템이 탄성 압축되기 시작한다. 마지막으로, 도 18c에 도시된 바와 같이, 셀룰러 개구(1850)가 압축되고 치밀화되기 시작함에 따라 시스템은 항복을 멈춘다. 따라서, 3층 통합형 지오그리드의 제1 셀룰러 외층(1810) 및 제2 셀룰러 외층(1830)에 존재하는 셀룰러 개구(1850) 덕분에, 하중을 받는 통합형 지오그리드의 수직 및 수평 방향 모두에서의 유연성이 달성된다.
도 19는 종래의 통합형 지오그리드의 시작 시트에 기초한 비탄성 리브 거동과 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 본 발명의 다층 통합형 지오그리드의 시작 시트의 탄성 리브 거동을 비교 예시한 그래프를 제시한다. 명백한 바와 같이, 수직 및 수평 방향으로 유연한 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 리브는 보다 최적의 골재 배치 및 조밀화를 용이하게 한다. 확장된 다층 일체형 지오그리드의 이러한 특징을 통해, 리브가 골재 시스템의 "파괴자"가 되는 일 없이, "큰" 리브를 사용할 수 있다.
이제, 본 발명의 성능 이점을 입증하는 추가적인 실험 결과로 돌아가서, 도 25, 도 26 및 도 27을 참조한다. 도 25는, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 유사한 본 발명에 따른 육각형 3층 통합형 지오그리드에 대해, 트래킹 시험(tracking test) 동안 증가된 리브 높이가 표면 변형에 미치는 영향을 예시한다. 도 25와 연관된 3개의 시편 각각에서 발생한 유일한 변화는 시작 시트의 두께이며, 이것은 물론 통합형 지오그리드의 결과적인 리브 높이를 결정한다. 도 26은 도 25에 제시된 시험 결과와 연관된, 증가된 리브 높이가 표면 변형에 미치는 영향의 플롯이다. 그리고, 도 27은 도 25 및 도 26에 제시된 시험 결과와 연관된, 증가된 리브 높이가 표면 변형에 미치는 영향을 요약한 표이다. 도 25, 도 26 및 도 27에 도시된 트래피킹 시험 결과로부터 알 수 있듯이, 리브 높이가 증가함에 따라, 통합형 지오그리드의 표면 변형이 감소하는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 셀룰러 구조의 층을 구비한 통합형 지오그리드는 기타 유리한 특징을 갖는다. 도 28은 본 발명에 따른 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성 가능한 증가된 리브 높이 대 중실형 단층 지오그리드로 달성 가능한 리브 높이의 플롯이다. 그리고, 도 28의 결과와 연관된 바와 같은 동일한 통합형 지오그리드에 대해, 도 29는 본 발명에 따른 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성할 수 있는 단위 면적당 감소된 질량 대 중실형 단층 지오그리드로 달성할 수 있는 단위 면적당 질량의 플롯이다. 도 28 및 도 29로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 셀룰러 구조를 갖는 외부 "캡" 층을 구비한 통합형 지오그리드는 중실형 단층 지오그리드로 달성할 수 있는 리브 높이의 10%를 넘는 평균 리브 높이를 가지면서, 또한 중실형 단층 지오그리드보다 단위 무게가 11%더 적다.
이제, 본 발명의 성능 이점을 입증하는 추가적인 트래피킹 실험 결과로 돌아가서, 도 30 및 도 31을 참조한다. 도 30은 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성할 수 있는 개선된 성능 대 육각형의 중실형 단층 지오그리드로 달성할 수 있는 성능의 플롯이다. 도 31은 도 30에 제시된 시험 결과에 이용된 육각형의 중실형 단층 지오그리드 및 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드와 연관된 구조적 데이터를 요약한 표이다. 각각의 시편과 연관된 시작 시트의 두께는 압축성 셀룰러 외층을 구비한 3층 통합형 지오그리드의 경우 6.2 mm이며 중실형 단층 지오그리드의 경우 6.3 mm이다. 도 30 및 도 31에 도시된 트래피킹 시험 결과로부터 명백한 바와 같이, 압축성 셀룰러 외층을 구비한 3층 통합형 지오그리드는 중실형 단층 지오그리드보다 표면 변형이 적다는 이점이 있다. 사실, 변형을 제한하기 위한 트래피킹 시험 패스의 수를 고려하면, 압축성 셀룰러 외층을 구비한 본 발명의 3층 통합형 지오그리드가 중실형 단층 지오그리드보다 대략 9배 더 우수하다.
유사하게, 도 32 및 도 33은 본 발명의 성능 이점을 입증하는 실험실 트래피킹 결과를 나타낸다. 도 32는 육각형의 중실형 단층 지오그리드로 달성할 수 있는 성능 대 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성할 수 있는 개선된 성능의 다른 플롯이다. 도 33은 도 32에 제시된 시험 결과에 이용된 육각형의 중실형 단층 지오그리드 및 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드와 연관된 구조적 데이터를 요약한 표이다. 도 32 및 도 33의 결과에서 각각의 시편과 연관된 시작 시트의 두께는 더 두꺼워져, 압축성 셀룰러 외층을 구비한 3층 통합형 지오그리드의 경우 두께가 7.5 mm이며 중실형 단층 지오그리드의 경우 두께가 7.5 mm이다. 도 32 및 도 33에 도시된 트래피킹 시험 결과로부터 명백한 바와 같이, 압축성 셀룰러 외층을 구비한 3층 통합형 지오그리드는 중실형 단층 지오그리드보다 표면 변형이 적다는 이점이 있다. 사실, 변형을 제한하기 위한 트래피킹 시험 패스의 수를 고려하면, 압축성 셀룰러 외층을 구비한 본 발명의 3층 통합형 지오그리드가 중실형 단층 지오그리드보다 대략 5배 더 우수하다.
이제, 본 발명의 통합형 지오그리드의 압축성으로 돌아가서, 도 34는 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성할 수 있는 개선된 압축성 대 육각형의 중실형 단층 지오그리드로 달성할 수 있는 압축성의 플롯이다. 그리고, 도 35는 도 34에 제시된 시험 결과에 이용된 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드 및 육각형의 중실형 단층 지오그리드와 연관된 특정 압축성을 생성하는 데 필요한 힘을 요약한 표이다. 도 34 및 도 35에 도시된 결과는 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 구비한 3층 통합형 지오그리드가 중실형 단층 지오그리드보다 훨씬 적은 압축력을 필요로 한다는 것을 입증한다. 보다 상세하게는, 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 구비한 3층 통합형 지오그리드는 중실형 단층 지오그리드에서의 압축에 필요한 힘의 12% 내지 54%를 필요로 한다.
그리고 이제, 도 36 및 도 37은 본 발명의 성능 이점을 입증하는 응력-변형률 실험 결과를 제시한다. 도 36은 본 발명에 따른 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드로 달성할 수 있는 강성 대 육각형의 중실형 단층 지오그리드로 달성할 수 있는 강성의 플롯이다. 도 37은 도 36에 제시된 시험 결과에 이용된 육각형의 중실형 단층 지오그리드 및 압축성 셀룰러 외층을 구비한 육각형 3층 통합형 지오그리드와 연관된 응력 및 변형률을 요약한 표이다. 그리드 A와 그리드 C는 본 발명에 따른 3층 압축성 셀룰러 외층 구조를 갖는 시편이다. 그리드 E는 중실형 단층 구조를 갖는 시편이다. 도 36 및 도 37로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 3층 압축성 셀룰러 외층 구조의 경우, 강성 또는 강도 손실이 없다.
이제 추가적인 압축성 비교로 돌아가서, 도 41은 통합형 지오그리드(1100) 시편의 압축성을 측정하는 데 사용되는 실험 장치를 보여준다. 이 장치는 1.6 mm 폭의 금속 탐침(1910)과 통합형 지오그리드(1100) 시편을 압축하기 위해 125 N의 힘을 채용한다. 도 42에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비한 통합형 지오그리드 시편, 즉, NX750, NX850 및 NX950의 압축성은 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 시편, 즉, TX160 및 Hexagonal Mono의 압축성보다 실질적으로 더 크다.
그리고, 도 43에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비한 통합형 지오그리드 시편, 즉, Hexagonal UK 7.5 mm, NX750, NX850, Hexagonal UK 5.45 mm, NGA 4.5 mm 및 NGB 5mm의 압축성 및 반발 능력 모두 셀룰러 구조의 층을 구비하지 않는 시편, 즉, TX5, TX7, BX 1200 MD, BX1100 MD, BX1100 TD, TX160 및 BX1200 TD에서보다 실질적으로 더 크다.
도 44는 통합형 지오그리드 시편의 변위를 측정하는 데 사용되는 압축성 결정과 연관된 다른 실험 장치인 플레이트 로드 테스트 리그(Plate Load Test Rig)("PLTR")를 보여준다. 시험에서, 통합형 지오그리드 시편은 4 inch 골재 층과 발포체 층의 사이에 적층되며, 강철 플레이트가 발포체 층의 아래에 위치한다. 통합형 지오그리드 시편의 압축성을 결정하기 위해, 1,000 lb의 힘이 골재/통합형 지오그리드/발포 적층체에 10 사이클에 걸쳐 가해진다. 그런 다음 통합형 지오그리드 시편이 장치로부터 제거되어 리브 압축성과 표면 손상에 대해 검사된다.
도 44에 도시된 장치를 사용한 시험으로부터, 연질 발포체와 경질 발포체를 채용할 때의 다양한 통합형 지오그리드 시편의 평균 변위가 각각 도 45와 도 46에 도시되어 있다. 전술한 시험에서 사용된 바와 같은 용어 "연질 발포체" 및 "경질 발포체"의 의미와 관련하여, 도 58 및 도 59는 각각, 이러한 연질 및 경질 발포체 실시예에 대한 압축력 대 변위 데이터를 예시하는 그래프를 제시한다. 도 58 및 도 59에 표시된 데이터를 생성하기 위해, 3 inch x 3 inch 크기의 정사각형 금속 플레이트를 구비한 장치가 샘플의 각도를 수용할 수 있는 스위벨 조인트를 통해 힘 측정 장치(예를 들어, 인스트론 시험기(Instron testing machine))에 연결되어, 발포체 시편이 10 mm/분의 속도로 압축될 수 있도록 장착된다. 장치는 평평한 수평 플레이트 상에 시편을 지지하도록 배치된다.
도 45 및 도 46으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비한 통합형 지오그리드 시편, 즉, NX750, NX850, NGA 및 NGB의 변위는 유리하게는 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 시편, 즉, TX5, TX160 및 TX7의 변위보다 작다.
그리고 이제 트래피킹 시험 결과로 돌아가서, 도 47 내지 도 57은 사용 중 통합형 지오그리드의 구조적 변형에 영향을 미칠 수 있는 다양한 통합형 지오그리드의 구조적 특징과 매개 변수를 반영하는 실험 데이터를 제시한다. 도 47 내지 도 51 및 각각의 연관된 설명은 단순히 배경 정보로서, 즉, 본 발명자의 연구 및 개발 노력이 어떻게 본 발명의 실시예로서 본 명세서에 설명된 통합형 지오그리드 구조에 이르게 되었는지에 관한 설명으로서 본 명세서에 제시된다. 본 발명의 상기 실시예와 연관된 실험 데이터는 도 52 내지 도 57에 제시되어 있다.
배경 정보와 관련하여, 도 47은 2개의 통합형 지오그리드, 즉, 하나의 층이 셀룰러 구조를 갖는, 단층 통합형 지오그리드와 공압출 다층 통합형 지오그리드에 대해, 압축성이 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향을 비교하여 제공한다. 도 47은, 적어도 방향적으로 트래피킹 동안, 어느 정도의 압축성을 가진 공압출 다층 구조를 갖는 통합형 지오그리드가 표면 변형과 리브 종횡비 사이의 관계 면에서 어느 정도 이점이 있다는 것을 보여준다. 즉, 어느 정도의 압축성을 갖는 공압출된 다층 구조에 의해, 매우 높은 종횡비에 의지하지 않고 더 낮은 표면 변형을 얻는 것이 유리할 수 있다.
그러나, 도 48로 돌아가서, 2개의 통합형 지오그리드, 즉, 하나의 층이 셀룰러 구조를 갖는, 단층 통합형 지오그리드와 공압출 다층 통합형 지오그리드에 대해, 압축성이 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향의 또 다른 비교는 도 47에 도시된 이점이 통합형 지오그리드 기하학적 형상에 따라 덜 두드러질 수 있다는 것을 보여준다. 도 47의 시험에 채용된 통합형 지오그리드는 평면 횡단 치수가 66 mm인 반면, 도 48의 시험에 채용된 통합형 지오그리드는 평면 횡단 치수가 80 mm이다. 본질적으로, 도 48의 데이터는, 일반적으로 80 mm의 기하학적 형상이 전형적인 지오그리드 용례에서 직면하는 대부분의 과립상 재료에 대해 66 mm 기하학적 형상보다 더 적합하기 때문에, 재료 물성과 기하학적 형상을 모두 최적화하여 일부 이점을 얻을 수 있다는 것을 보여준다.
이제, 기하학적 형상에만 기초한 비교로 돌아가서, 도 49는 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 2개의 통합형 지오그리드, 즉, 본 명세서에 설명된 바와 같은 3축 통합형 지오그리드 및 육각형 통합형 지오그리드에 대해, 표면 변형에 미치는 리브 종횡비의 영향력에 대한 기초 기하학적 형상을 보여준다. 도 49는, 적어도 방향적으로 트래피킹 동안, 육각형의 기하학적 형상을 가진 통합형 지오그리드가 표면 변형과 리브 종횡비 사이의 관계 면에서 어느 정도 이점이 있음을 보여준다. 즉, 육각형의 기하학적 형상을 사용하면, 매우 높은 종횡비에 의지하지 않고 더 낮은 표면 변형을 얻는 것이 유리할 수 있다. 그리고 마지막으로, 배경 정보와 관련하여, 도 50은 유사한 압축성 통합형 지오그리드 제품에서의 기초 기하학적 형상의 이점을 비교하여 제공한다. 즉, 도 50은, 트래피킹 동안, 비셀룰러 구조의 제1 외층과 제2 외층의 사이에 배치된 셀룰러 구조를 갖는 단일 내층을 각각 구비하는 3축 통합형 지오그리드 및 육각형 통합형 지오그리드에 대해, 육각형의 기하학적 형상을 사용하는 것이 더 낮은 리브 종횡비로 더 낮은 표면 변형을 제공한다는 점에서 유리하다는 것을 보여준다. 유사하게, 도 51은 유사한 압축성 통합형 지오그리드, 즉, 전술한 3축 통합형 지오그리드 및 육각형 통합형 지오그리드에서의 기초 기하학적 형상이 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향을 그래프로 비교하여 제공한다.
이제, 본 발명의 다양한 실시예와 연관된 트래피킹 데이터로 돌아가서, 도 52 내지 도 57에 도시된 실험 결과는 본 명세서에 설명된 바와 같은 셀룰러 구조의 제1 외층과 제2 외층 및 비셀룰러 구조의 내층을 구비한 통합형 지오그리드로 달성될 이점을 입증한다.
도 52는, 단일 기초 기하학적 형상에 대해, 다층 통합형 지오그리드에서 셀룰러 구조를 갖는 층의 위치가 표면 변형에 미치는 영향을 비교하여 제공한다. 도 53은, 도 52와 연관된 단일 기초 기하학적 형상에 대해, 셀룰러 구조를 갖는 층의 위치가 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향을 그래프로 비교하여 제공한다. 도 52 및 도 53으로부터 알 수 있는 바와 같이, 셀룰러 구조의 외층과 비셀룰러 구조의 내층을 구비한 본 발명에 따른 통합형 지오그리드는 내층으로서 셀룰러 구조 층을 갖는 통합형 지오그리드보다 트래피킹 동안 더 적은 표면 변형을 나타낸다.
그리고, 도 54는, 도 52와 연관된 단일 기초 기하학적 형상에 대해, 다층 통합형 지오그리드에서 셀룰러 구조를 갖는 층의 위치가 표면 변형에 미치는 영향의 또 다른 비교를 제공한다. 연관된 도 55는, 도 52와 연관된 단일 기초 기하학적 형상에 대해, 셀룰러 구조를 갖는 층의 위치가 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향의 다른 그래프 비교를 제공한다. 도 54 및 도 55에 보고된 실험에서, 셀룰러 구조의 외층을 구비한 3층 통합형 지오그리드의 성능이 2개의 "샌드위치된" 셀룰러 구조의 내층을 구비한 5층 통합형 지오그리드 및 셀룰러 구조가 없는 단일 층을 갖는 통합형 지오그리드 모두와 비교된다. 도 54 및 도 55로부터 알 수 있는 바와 같이, 전술한 3개의 통합형 지오그리드 구조 중, 셀룰러 구조의 외층과 비셀룰러 구조의 내층을 구비한 본 발명에 따른 통합형 지오그리드가 트래피킹 동안 가장 적은 표면 변형을 나타낸다.
그리고 마지막으로, 도 56 및 도 57은 본 발명에 따른 통합형 지오그리드의 다양한 특징을 통합형 지오그리드에 통합하는 유익한 조합 효과를 반영하는 실험 데이터를 제시한다. 도 56은, 도 52와 연관된 단일 기초 기하학적 형상을 갖는 본 발명에 따른 통합형 지오그리드와 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 종래 기술의 지오그리드에 대해, 셀룰러 구조를 갖는 층의 표면 변형에 미치는 영향을 비교하여 제공한다. 그리고, 연관된 도 57은, 도 52와 연관된 단일 기초 기하학적 형상을 갖는 본 발명에 따른 통합형 지오그리드와 셀룰러 구조를 갖는 층을 구비하지 않는 종래 기술의 지오그리드에 대해, 셀룰러 구조를 갖는 층의 압축성이 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 영향을 그래프로 비교하여 제공한다. 도 56 및 도 57은, 공압출을 통해 기하학적 형상 및 재료 물성 모두를 최적화하며 또한 압축성의 셀룰러 구조를 갖는 층을 정확하게 배치함으로써, 본 발명에 따른 통합형 지오그리드가 골재 표면 변형 면에서 대략 25%의 감소를 제공하는 것을 보여준다. 또한, 전술한 결과는 종래 기술의 지오그리드의 시작 시트 두께의 12% 내지 28%의 시작 시트 두께로 달성된다.
요약하면, 다층 건조물을 구비할 뿐만 아니라 그 내부의 셀룰러 개구 분포 결과로서 셀룰러 구조를 갖는 적어도 하나의 층을 구비한 본 발명의 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드에 의하면, 통합형 지오그리드는 하중 하에서 증가된 층 압축성을 제공한다.
또한, 본 발명의 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 다층 특성은, 종래의 단층 통합형 지오그리드에 비해, 통합형 지오그리드에 의한 전체적으로 더 큰 골재 맞물림을 제공한다. 또한, 하나 이상의 셀룰러 층 덕분에, 본 발명의 다층 통합형 지오그리드는, 더 우수한 다짐 효과 및 더 높은 밀도를 야기하면서, 다층 통합형 지오그리드의 초기 여유의 결과로서 토양 건조물에 통합될 때 더 큰 최종 통합형 지오그리드 복합재 강성을 갖는, 구조적 유연성, 즉, 초기 여유 또는 가요성을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드의 특정 실시예는, 종래의 통합형 지오그리드에 비해, 모든 스트랜드에서 더 높은 종횡비를 제공한다. 본 발명의 통합형 지오그리드의 특정 실시예와 연관된 더 높은 종횡비는 골재 상호 연동을 증가시키기 때문에, 본 발명의 하나 이상의 셀룰러 층을 구비한 다층 통합형 지오그리드는 골재의 변화하는 종횡비를 더 잘 수용할 수 있다.
본 발명의 제1 양태는 골재와 상호 연동하며, 골재를 안정화 및 강화하기 위한 다층 통합형 지오그리드로서, 부분적으로 배향된 접합부에 의해 상호 연결되며 그 사이에 개구 어레이를 구비한 복수의 배향된 스트랜드를 포함하며, 상기 통합형 지오그리드가 각각 폴리머 재료로 이루어진 복수의 층을 구비하며, 상기 복수의 층 중 적어도 제1 외층 및 제2 외층은 셀룰러 구조를 갖는 것인, 다층 통합형 지오그리드에 관한 것이다. 셀룰러 구조는 다짐 작업 후 토양이나 골재의 밀도 및/또는 추가 물성을 최대화하기 위해 토양이나 골재와 통합형 지오그리드 사이의 초기 상호 작용 및 호환성을 개선한다.
제1 셀룰러 외층과 제2 셀룰러 외층은 약 20% 내지 약 70%의 공극 부피를 가질 수도 있다. 제1 셀룰러 외층과 제2 셀룰러 외층은 약 20% 내지 약 60%의 압축성 계수를 가질 수도 있다. 제1 셀룰러 외층과 제2 셀룰러 외층은 발포체 건조물을 가질 수도 있다. 발포체는 발포제 또는 가스 주입과 연관될 수도 있다. 제1 셀룰러 외층과 제2 셀룰러 외층은 입자상 충전재를 포함하는 건조물을 가질 수도 있다. 입자상 충전재는 탄산칼슘일 수도 있다. 다층 통합형 지오그리드는 공압출 다층 폴리머 시트로부터 생산될 수도 있다. 다층 통합형 지오그리드는 적층된 다층 폴리머 시트로부터 생산될 수도 있다. 배향된 스트랜드는 이축 연신되었을 수도 있다. 다층 통합형 지오그리드는 제1 셀룰러 외층, 비셀룰러 내층, 및 제2 셀룰러 외층을 구비할 수도 있으며, 제1 셀룰러 외층 및 제2 셀룰러 외층은 비셀룰러 내층의 대향하는 평면 상에 배치된다. 다층 통합형 지오그리드는 3축 통합형 지오그리드일 수도 있다. 다층 통합형 지오그리드는 직사각형의 통합형 지오그리드일 수도 있다. 다층 통합형 지오그리드는 육각형의 통합형 지오그리드일 수도 있다.
본 발명의 제2 양태는 다층 통합형 지오그리드를 제조하기 위한 시작 재료로서, 상기 시작 재료는 각각 폴리머 재료로 이루어지는 복수의 층을 구비한 다층 폴리머 시트를 포함하며, 상기 복수의 층 중 적어도 제1 외층 및 제2 외층은 다층 통합형 지오그리드의 제1 외층 및 제2 외층에 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 확장 구조를 가지며, 상기 다층 폴리머 시트는 시트가 이축 연신될 때 개구를 제공하는 홀이나 오목부를 내부에 갖는 것인, 시작 재료에 관한 것이다.
다층 폴리머 시트는 공압출될 수도 있다. 다층 폴리머 시트는 적층될 수도 있다. 다층 폴리머 시트는 제1 외층, 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 확장 구조를 갖지 않는 내층, 및 제2 외층을 포함할 수도 있으며, 제1 외층과 제2 외층은 내층의 대향하는 평면 상에 배치된다. 실시예에서, 제1 외층은 약 0.5 mm 내지 약 4 mm의 두께를 가지며, 내층은 약 0.5 mm 내지 약 4 mm의 두께를 가지며, 제2 외층은 약 0.5 mm 내지 약 4 mm의 두께를 갖는다. 다층 폴리머 시트는 약 2 mm 내지 약 12 mm의 초기 두께를 가질 수도 있다. 다층 폴리머 시트는 약 4 mm 내지 약 10 mm의 초기 두께를 가질 수도 있다.
본 발명의 제3 양태는 본 발명의 제1 양태에 따른 다층 통합형 지오그리드를 내부에 매립함으로써 강화된 입자상 재료 덩어리를 포함하는 토양 건조물에 관한 것이다.
본 발명의 제4 양태는 본 발명의 제1 양태에 따른 다층 통합형 지오그리드를 입자상 재료 덩어리에 매립하는 단계를 포함하는 입자상 재료 덩어리를 강화하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제5 양태는 다층 통합형 지오그리드를 제조하는 방법으로서, 각각 폴리머 재료로 이루어진 복수의 층을 구비하며, 상기 복수의 층 중 적어도 제1 외층과 제2 외층은 상기 다층 통합형 지오그리드의 상기 제1 외층과 제2 외층에 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 확장 구조를 갖는 것인, 다층 폴리머 시트를 제공하는 단계; 다층 폴리머 시트에 패턴화된 복수의 홀이나 오목부를 제공하는 단계; 및 부분적으로 배향된 접합부에 의해 상호 연결된 복수의 배향된 스트랜드를 제공하며 상기 홀이나 오목부를 그리드 개구로서 구성하도록 상기 패턴화된 복수의 홀이나 오목부를 내부에 갖는 상기 다층 폴리머 시트를 이축 배향하는 단계를 포함하며, 상기 제1 외층과 제2 외층이 셀룰러 구조를 갖는 것인, 방법에 관한 것이다.
다층 통합형 지오그리드의 제1 셀룰러 외층 및 제2 셀룰러 외층은 발포체 건조물을 가질 수도 있다. 다층 통합형 지오그리드의 제1 셀룰러 외층과 제2 셀룰러 외층은 입자상 충전재를 포함할 수도 있다. 다층 폴리머 시트를 제공하는 단계가 공압출 공정일 수도 있다. 다층 폴리머 시트를 제공하는 단계가 적층 공정일 수도 있다. 다층 통합형 지오그리드는 제1 셀룰러 외층, 비셀룰러 내층, 및 제2 셀룰러 외층을 포함할 수도 있으며, 제1 셀룰러 외층과 제2 셀룰러 외층은 비셀룰러 내층의 대향하는 평면 상에 배치된다. 실시예에서, 제1 셀룰러 외층의 건설 재료는 넓은 사양의 폴리머이며, 비셀룰러 내층의 건설 재료는 고분자량 폴리올레핀이며, 제2 셀룰러 외층의 건설 재료는 넓은 사양의 폴리머이다. 다층 폴리머 시트는 초기 두께가 적어도 2 mm일 수도 있다. 다층 통합형 지오그리드는 직사각형의 통합형 지오그리드일 수도 있다. 다층 통합형 지오그리드는 직사각형의 통합형 지오그리드일 수도 있다. 다층 통합형 지오그리드는 육각형의 통합형 지오그리드일 수도 있다.
본 발명의 제6 양태는 셀룰러 구조를 갖는 층 또는 층들을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제공하는 방법으로서, 셀룰러 구조를 갖는 층 또는 층들 및 패턴화된 복수의 홀이나 오목부를 내부에 구비한 다층 폴리머 시트인 시작 재료를 이축 연신하여, 셀룰러 구조를 갖는 층 또는 층들을 구비하며 또한 복수의 배향된 스트랜드, 복수의 부분적으로 배향된 접합부, 및 복수의 그리드 개구를 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제공하는 단계; 및 입자상 재료 덩어리에 상기 통합형 지오그리드를 매립하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제7 양태는 다층 통합형 지오그리드로서, 내부에 개구 어레이를 갖는 반복적인 패턴의 외부 육각형을 형성하는 복수의 상호 연결되는 배향된 제1 스트랜드 및 부분적으로 배향된 접합부를 포함하며, 각각의 상기 외부 육각형은 배향된 제2 스트랜드를 구비한 더 작은 내부 육각형을 지지하고 둘러싸며, 상기 외부 육각형의 상기 배향된 제1 스트랜드 및 상기 부분적으로 배향된 접합부는 다층 통합형 지오그리드 전체에 걸쳐 연속적으로 연장되는 복수의 선형 스트랜드를 형성하며, 상기 통합형 지오그리드는 상기 지오그리드 전체에 걸쳐 각각 연장되는, 각각 폴리머 재료로 이루어진, 복수의 층을 구비하며, 상기 복수의 층 중 적어도 하나의 층은 셀룰러 구조를 갖는 것인, 다층 통합형 지오그리드에 관한 것이다.
전술한 내용은 본 발명의 원리만을 예시하는 것으로서 간주된다. 또한, 수많은 수정 및 변경이 당업자에 의해 용이하게 이루어질 수도 있기 때문에, 정확히 설명 및 도시된 구성 및 동작으로만 본 발명을 제한하는 것은 바람직하지 않다.

Claims (32)

  1. 골재와 상호 연동하며, 골재를 안정화 및 강화하기 위한 다층 통합형 지오그리드로서,
    부분적으로 배향된 접합부에 의해 상호 연결되는 복수의 배향된 스트랜드로서, 스트랜드들 사이에 개구 어레이를 구비하는 복수의 배향된 스트랜드
    를 포함하며,
    상기 통합형 지오그리드는, 각각 폴리머 재료로 이루어진 복수의 층을 구비하며,
    상기 복수의 층 중 적어도 제1 외층 및 제2 외층은, 다짐 작업 후 토양이나 골재의 밀도 및 물성을 최대화하기 위해, 토양이나 골재와 통합형 지오그리드 사이의 초기 상호 작용 및 토양이나 골재와 통합형 지오그리드의 호환성을 개선하기 위한, 셀룰러 구조(cellular structure)를 갖는 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 셀룰러 외층과 상기 제2 셀룰러 외층은 약 20% 내지 약 70%의 공극 부피(void volume)를 갖는 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1 셀룰러 외층과 상기 제2 셀룰러 외층은 약 20% 내지 약 60%의 압축성 계수(compressibility factor)를 갖는 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 셀룰러 외층과 상기 제2 셀룰러 외층은 발포체 건조물(foam construction)을 갖는 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 발포체는 발포제 또는 가스 주입과 연관되는 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 셀룰러 외층과 상기 제2 셀룰러 외층은 입자상 충전재(particulate filler)를 포함하는 건조물을 갖는 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 입자상 충전재는 탄산칼슘인 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 통합형 지오그리드는 공압출 다층 폴리머 시트로부터 생산되는 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 통합형 지오그리드는 적층된(laminated) 다층 폴리머 시트로부터 생산되는 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배향된 스트랜드는 이축 연신된 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 통합형 지오그리드는 제1 셀룰러 외층, 비셀룰러(non-cellular) 내층, 및 제2 셀룰러 외층을 구비하며, 상기 제1 셀룰러 외층 및 상기 제2 셀룰러 외층은 상기 비셀룰러 내층의 대향하는 평면 상에 배치되는 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통합형 지오그리드는 3축 통합형 지오그리드, 직사각형 통합형 지오그리드, 또는 육각형 통합형 지오그리드인 것인, 다층 통합형 지오그리드.
  13. 다층 통합형 지오그리드를 제조하기 위한 시작 재료로서,
    상기 시작 재료는, 각각 폴리머 재료로 이루어지는 복수의 층을 구비한 다층 폴리머 시트를 포함하며,
    상기 복수의 층 중 적어도 제1 외층 및 제2 외층은 다층 통합형 지오그리드의 제1 외층 및 제2 외층에 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 확장 구조를 가지며,
    상기 다층 폴리머 시트는, 시트가 이축 연신될 때 개구를 제공하는 홀이나 오목부(depression)를 내부에 갖는 것인, 시작 재료.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 다층 폴리머 시트는 공압출되는 것인, 시작 재료.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 다층 폴리머 시트는 적층되는 것인, 시작 재료.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 폴리머 시트는 제1 외층, 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 확장 구조를 갖지 않는 내층, 및 제2 외층을 포함하며, 상기 제1 외층과 상기 제2 외층은 상기 내층의 대향하는 평면 상에 배치되는 것인, 시작 재료.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제1 외층은 약 0.5 mm 내지 약 4 mm의 두께를 가지며, 상기 내층은 약 0.5 mm 내지 약 4 mm의 두께를 가지며, 상기 제2 외층은 약 0.5 mm 내지 약 4 mm의 두께를 갖는 것인, 시작 재료.
  18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 폴리머 시트는 약 2 mm 내지 약 12 mm의 초기 두께를 갖는 것인, 시작 재료.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 다층 폴리머 시트는 약 4 mm 내지 약 10 mm의 초기 두께를 갖는 것인, 시작 재료.
  20. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 다층 통합형 지오그리드를 내부에 매립함으로써 강화된 입자상 재료 덩어리(mass)
    를 포함하는 토양 건조물(soil construction).
  21. 입자상 재료 덩어리를 강화하는 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 다층 통합형 지오그리드를 입자상 재료 덩어리에 매립하는 단계
    를 포함하는 방법.
  22. 다층 통합형 지오그리드를 제조하는 방법으로서,
    다층 폴리머 시트를 제공하는 단계로서, 상기 다층 폴리머 시트는, 각각 폴리머 재료로 이루어진 복수의 층을 구비하며, 상기 복수의 층 중 적어도 제1 외층과 제2 외층은 상기 다층 통합형 지오그리드의 제1 외층과 제2 외층에 셀룰러 구조를 형성할 수 있는 확장 구조를 갖는 것인, 단계;
    상기 다층 폴리머 시트에 패턴화된 복수의 홀이나 오목부를 제공하는 단계; 및
    부분적으로 배향된 접합부에 의해 상호 연결된 복수의 배향된 스트랜드를 제공하며 상기 홀이나 오목부를 그리드 개구로서 구성하도록, 상기 패턴화된 복수의 홀이나 오목부를 내부에 갖는 상기 다층 폴리머 시트를 이축 배향하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 외층과 상기 제2 외층은 셀룰러 구조를 갖는 것인, 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 다층 통합형 지오그리드의 상기 제1 셀룰러 외층과 상기 제2 셀룰러 외층은 발포체 건조물을 갖는 것인, 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 다층 통합형 지오그리드의 상기 제1 셀룰러 외층과 상기 제2 셀룰러 외층은 입자상 충전재를 포함하는 것인, 방법.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 폴리머 시트를 제공하는 단계는 공압출 공정인 것인, 방법.
  26. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 폴리머 시트를 제공하는 단계는 적층 공정인 것인, 방법.
  27. 제 22 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 통합형 지오그리드는 제1 셀룰러 외층, 비셀룰러 내층, 및 제2 셀룰러 외층을 포함하며,
    상기 제1 셀룰러 외층과 상기 제2 셀룰러 외층은 상기 비셀룰러 내층의 대향하는 평면 상에 배치되는 것인, 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 제1 셀룰러 외층의 건설 재료는 넓은 사양의 폴리머(broad specification polymer)이며, 상기 비셀룰러 내층의 건설 재료는 고분자량 폴리올레핀이며, 상기 제2 셀룰러 외층의 건설 재료는 넓은 사양의 폴리머인 것인, 방법.
  29. 제 22 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 폴리머 시트는 초기 두께가 적어도 2 mm인 것인, 방법.
  30. 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 통합형 지오그리드는 3축 통합형 지오그리드, 직사각형의 통합형 지오그리드, 또는 육각형의 통합형 지오그리드인 것인 방법.
  31. 셀룰러 구조의 건조물을 갖는 층 또는 층들을 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제공하는 방법으로서,
    셀룰러 구조를 갖는 층 또는 층들 및 패턴화된 복수의 홀이나 오목부를 내부에 구비한 다층 폴리머 시트인 시작 재료를 이축 연신하여, 셀룰러 구조를 갖는 층 또는 층들을 구비하며 또한 복수의 배향된 스트랜드, 복수의 부분적으로 배향된 접합부, 및 복수의 그리드 개구를 구비한 다층 통합형 지오그리드를 제공하는 단계; 및
    입자상 재료 덩어리에 상기 통합형 지오그리드를 매립하는 단계
    를 포함하는 방법.
  32. 다층 통합형 지오그리드로서,
    내부에 개구 어레이를 갖는 반복적인 패턴의 외부 육각형을 형성하는, 복수의 상호 연결되는 배향된 제1 스트랜드 및 부분적으로 배향된 접합부
    를 포함하며,
    각각의 상기 외부 육각형은 배향된 제2 스트랜드를 구비한 더 작은 내부 육각형을 지지하고 둘러싸며,
    상기 외부 육각형의 상기 배향된 제1 스트랜드 및 상기 부분적으로 배향된 접합부는 다층 통합형 지오그리드 전체에 걸쳐 연속적으로 연장되는 복수의 선형 스트랜드를 형성하며,
    상기 통합형 지오그리드는 상기 지오그리드 전체에 걸쳐 연장되는 각각의 폴리머 재료로 이루어진, 복수의 층을 구비하며,
    상기 복수의 층 중 적어도 하나의 층은 셀룰러 구조를 갖는 것인, 다층 통합형 지오그리드.
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