В настоящее время‍‌‍‍‌‍‌‍‍‌ в гражданском строительстве определение того, какой материал георешетки использовать, является первым шагом, который повлияет на долговечность проекта, характеристики конструкции и общие затраты. Геоячейки представляют собой трехмерные сотовые системы удержания, работающие в первую очередь за счет укрепления слабых грунтов посредством бокового удержания. Однако существует широкий диапазон показателей эффективности материалов.

В этой работе сравниваются 6 популярных материалов георешеток — от традиционного ПЭВП до современных новых полимерных сплавов (NPA) — с точки зрения прочности на разрыв, прочности на отрыв при сварке, устойчивости к ультрафиолетовому излучению, характеристик ползучести и пригодности к использованию. Независимо от того, стоит ли задача укрепить земляное полотно автомагистралей, стабилизировать склоны или построить подпорные стены, это руководство способно обеспечить баланс структурной безопасности и устойчивости.

1. Что такое материал Geocell?

Geocell представляет собой трехмерную ячеистую систему изоляции, состоящую из соединенных полимерных полос. При расширении на площадке эти полосы создают сеть стен, ограничивающих и поддерживающих материалы наполнителя, такие как почва, гравий, песок или бетон.

Основная идея использования технологии борьбы с эрозией георешеток – это боковое удержание. Ограничивая горизонтальное смещение частиц почвы, геоячейка повышает прочность на сдвиг и жесткость слоя почвы, в результате чего получается жесткая структура, подобная матрасу. Эта композитная система помогает распределять тяжелые нагрузки на большой площади, предотвращает эрозию, уменьшает образование колеи и снижает риск разрушения конструкции. Так, изготовленные механически стабилизированные слои выдерживают значительно большие нагрузки, чем грунты без армирования.

2. Какие типы материалов используются в георешетках?

2.1 Полиэтилен высокой плотности (HDPE)

Будучи наиболее часто используемым материалом для георешеток из полиэтилена высокой плотности, полиэтилен высокой плотности является мировым отраслевым стандартом для различных применений, таких как дорожное строительство и защита склонов.

2.2 Новые полимерные сплавы (НПА)

NPA считаются материалами для модернизации пластиковых георешеток и разработаны специально для решения проблемы ползучести обычного полиэтилена высокой плотности. Эти высокоэффективные материалы обычно представляют собой комбинации различных полимеров, армированных нановолокнами или специальными смолами.

2.3 Полипропилен (ПП)

ПП иногда является первым выбором, когда для георешеток требуется материал с большей жесткостью, но по более низкой цене, чем дорогие сплавы.

2.4 Тканый/нетканый полиэстер (ПЭТ)

В некоторых системах геоячеек вместо твердых пластиковых листов используется высокопрочный полиэфирный геотекстиль.

Геоклетки из полиэтилентовых тканей отличаются высокой прочностью на растяжение. Кроме того, они обладают высокой проницаемостью – вода может проходить сквозь их стенки. Такая проницаемость представляет собой преимущество в случаях, когда важна эффективность дренажа. Однако эти системы, изготовленные из тканей, принципиально отличаются от геоклеток с жесткими стенками и обычно используются для специализированных целей по контролю эрозии и обеспечению дренажа, а не для выдерживания значительных нагрузок.

2,5 Переработанный HDPE

В связи с растущим интересом к вопросам устойчивости развития в настоящее время некоторые производители предлагают материалы для геоклеток, изготовленные из переработанных смол HDPE. Использование таких материалов позволяет избежать захоронения пластиковых отходов на свалках и при этом сохраняются многие характеристики первичного HDPE. Однако механические свойства этих материалов, особенно прочность на растяжение и устойчивость к длительным деформациям, могут быть немного ниже, чем у первичного материала. Такие материалы наиболее подходят для использования в легких конструкциях – пешеходных дорожках, элементах ландшафтного дизайна, временных подъездных дорогах, где не требуется высочайшая прочность конструкций.

3. Какой материал для геоклеток обеспечивает наилучшее сочетание гибкости и прочности?

3.1 Отраслевой стандарт: материал для геоклеток из HDPE

Высокоденсивный полиэтилен (ВДПЭ) пользуется общепризнанным признанием как наиболее подходящий вариант для использования в большинстве инженерных проектов. Он обладает достаточной прочностью, позволяющей эффективно удерживать наполнительные материалы на месте, и в то же время сохраняет высокий уровень пластичности. Это редкое свойство, с одной стороны, позволяет геоклеткам, изготовленным из ВДПЭ, адаптироваться к неровным основаниям, компенсировать незначительные колебания уровня и приспосабливаться к контурам крутых склонов; с другой стороны, исключает риск возникновения хрупкого разрушения материала.

Благодаря своей высокой гибкости полиэтилен высокой плотности прекрасно подходит для использования в дорожном строительстве и работах по стабилизации склонов: он плотно прилегает к земле, не оставляя мест для проникновения воды, что предотвращает эрозию. Кроме того, данный материал обладает достаточной способностью к изгибу под действием нагрузок без разрушения, что делает его удобным в использовании и обеспечивает высокую прочность в эксплуатации.

3.2 Структурная целостность: материалы для геоклеток типов NPA и PP

3.2.1 Новые полимерные сплавы:

Такой тип материала относится к категории материалов с очень высокой жесткостью. Благодаря этому они обладают значительными преимуществами с точки зрения способности выдерживать нагрузки – даже при сильных нагрузках от транспортных средств деформация их клеточных стенок остается минимальной. Однако в процессе установки они являются наименее гибкими материалами. Для использования геоклеток типа NPA требуется высокий уровень точности при подготовке основания; кроме того, эти материалы плохо переносят неровности поверхности.

Однако в тех случаях, когда крайне важно сохранить исходный уровень дорожного покрытия — например, на высокоскоростных железнодорожных путях или взлетно-посадочных полосах аэропортов — такая характеристика, как жесткость покрытия, оказывается действительно значительным преимуществом.

3.2.2 Полипропилен (PP):

ПП с самого начала обладает более высокой степенью жесткости по сравнению с HDPE; это обеспечивает лучшее ощущение при прикосновении, но в то же время приводит к более сильному сопротивлению мгновенным деформациям.

Тем не менее, наряду с дополнительной жесткостью, существуют и некоторые компромиссы. При низких температурах жесткость ПП достигает такого уровня, что материал становится хрупким, поэтому в результате ударов или динамического нагружения могут начать развиваться трещины. Для тех проектов, которые выполняются в сильно меняющемся климате или в регионах с частыми циклами замораживания-оттаивания, HDPE, который гораздо более гибок при низких температурах, обычно обеспечивает большую долговечность с течением времени.

4. Как соотносятся прочность на разрыв и прочность на отслаивание сварного шва?

4.1 NPA (новый полимерный сплав): лидер производительности

Поскольку NPA специализируется на такого рода условиях высокой нагрузки, его технические характеристики также несут в себе отличительные черты этой специализации.

4.1.1 Предел прочности: 

NPA является самым прочным среди всех материалов георешеток. Благодаря специальным смолам и армирующим волокнам, используемым при изготовлении НПА, он способен сохранять свою прочность даже при небольших и длительных нагрузках. Высокий модуль упругости материала таков, что он сильно сопротивляется растяжению, что, в свою очередь, гарантирует сохранение расчетной геометрии георешетки даже при очень тяжелых нагрузках на колеса.

4.1.2 Прочность сварного шва на отслаивание: 

НПА превосходит другие по прочности сварного шва. Молекулярная связь, образующаяся в сварных швах NPA, настолько прочна, что может противостоять усталости, иными словами, маловероятно, что швы разрушатся даже при повторяющихся нагрузках очень тяжелых транспортных средств, например. грузовики, поезда. Само собой разумеется, что этот тип сопротивления усталости является очень необходимым атрибутом для инфраструктурных проектов, когда разрушение сварного шва может даже поставить под угрозу весь стабилизированный слой.

4.2 HDPE (полиэтилен высокой плотности): отраслевой стандарт

HDPE обеспечивает надежный уровень прочности и соответствует большинству международных стандартов (например, GRI-GS13), однако по сравнению с NPA его абсолютные значения обычно ниже.

4.2.1 Предел прочности: 

HDPE может обеспечить сильное и надежное сопротивление растяжению, но факт в том, что по сравнению с NPA он имеет более низкий модуль упругости. По сути, это означает, что, хотя ПЭВП довольно сложно сломать, тот же материал подвергнется большему растяжению (ползучести), чем НПА, прежде чем сломается. И утечка достаточна, чтобы быть включенной в инженерные проекты для большей части стандартных применений.

4.2.2 Прочность сварного шва на отслаивание:

Сварные швы из полиэтилена высокой плотности обладают высокой однородностью, поскольку материал легко плавится и склеивается во время производства. Процесс сварки полиэтилена хорошо отлажен и контролируется, что обеспечивает надежную целостность шва. Однако в условиях экстремальной жары прочность сварного шва ПЭВП может снизиться более значительно, чем у материалов на основе сплавов, что требует рассмотрения проектов в очень жарком климате.

4.3‍‌‍‍‌‍‌‍‍‌ ПП (полипропилен): жесткий соперник

ПП более жесткий по сравнению с ПЭВП, что обеспечивает высокую устойчивость к начальному растяжению. Однако есть проблемы с качеством сварки.

4.3.1 Предел прочности: 

Что касается силы, необходимой для растяжения ПП, то вначале она очень высока. Материал более жесткий на ощупь и эффективно фиксирует наполнитель при статических нагрузках.

4.3.2 Прочность сварного шва на отслаивание: 

Разные и иногда проблемные. Полипропилен имеет репутацию более сложного материала для ультразвуковой сварки, чем полиэтилен. Хотя идеально изготовленный сварной шов ПП может иметь хорошую прочность, сам сварной шов обычно более хрупкий, чем сварной шов из ПЭВП. Из-за этой хрупкости сварные швы ПП могут внезапно сломаться при резком ударе или динамической нагрузке без деформации и растяжения, что является очень критическим видом разрушения в тяжелых случаях.

5. Какой материал геоячейки имеет наивысшую стойкость к ультрафиолетовому излучению и долговечность?

5.1 Защита от ультрафиолета и химическая стабильность

По большей части HDPE считается имеющим самый высокий рейтинг долгосрочной устойчивости к воздействию окружающей среды. Использование от 2% до 3% технического углерода при производстве геоячеек из ПЭВП приводит к получению материалов, обладающих исключительной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению. Поскольку углеродная сажа действует как очень эффективный поглотитель и стабилизатор УФ-излучения, геоячейки из ПЭВП можно подвергать воздействию очень сильного солнечного света в течение десятилетий без какой-либо значительной потери их прочности на разрыв или гибкости.

Более того, HDPE химически инертен, что обеспечивает еще один уровень защиты от разрушения, вызванного сильно кислыми или щелочными почвами, соленой водой и большинством химических воздействий, присутствующих в гражданском строительстве. Эта химическая стабильность означает, что материал не станет хрупким и не разложится под воздействием агрессивных почв грунта или промышленных загрязнений.

5.2 Долгосрочная работа в суровом климате

5.2.1 NPA для сопротивления ползучести: 

В конструкционных средах с тяжелыми и длительными нагрузками NPA считается лучшим, поскольку он гораздо лучше противостоит ползучести (остаточной деформации), чем HDPE. Хотя ПЭВП может медленно деформироваться под воздействием больших нагрузок в течение десятилетий, НПА сохраняет свою первоначальную геометрию, обеспечивая тем самым равномерное распределение нагрузки в течение всего срока службы.

5.2.2 Термическая стабильность: 

ПЭВП можно легко согнуть при температуре до -40°C, не сломав, тогда как ПП с большей вероятностью сломается при воздействии низких температур. В ситуациях с резкими перепадами температур — жарким летом и морозной зимой — HDPE остается эталоном долговечности во всем мире. Хотя NPA также хорошо выдерживает такие экстремальные температуры, его основная сила заключается в выдерживании тяжелых нагрузок, а не в термической гибкости.

5.2.3 Переработанный полиэтилен высокой плотности: 

Несмотря на то, что переработанный HDPE полезен для окружающей среды, он обычно не обладает такой высокой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, как тот, который получен из нового материала с оптимальным содержанием технического углерода. Если георешетку перед заливкой предполагается оставить на длительное время на солнце, лучшим вариантом будет использование нового HDPE или NPA самого высокого качества.

6. Какой материал георешетки наиболее эффективен для поддержки тяжелых нагрузок?

6.1 Поддержка тяжелых нагрузок: аргументы в пользу материала георешеток NPA

Когда речь идет о приложениях, поддерживающих тяжелые нагрузки, таких как автомагистрали, железные дороги, промышленные порты, горнодобывающие дороги и взлетно-посадочные полосы аэропортов, новые полимерные сплавы (NPA) являются наиболее подходящим материалом.

6.1.1 Структурная жесткость и сопротивление ползучести: 

В отличие от обычных пластиков, NPA был специально разработан и изготовлен с учетом высокого модуля упругости. Это качество или характеристика материала гарантирует, что даже под постоянным весом тяжелых транспортных средств стены геоячеек не будут расползаться (не растягиваться). Хорошо сохраняя свою первоначальную форму, НПА поддается эффекту жесткого матраса, что значительно увеличивает несущую способность мягкого земляного полотна. Это очень важно, особенно в случае высокоскоростных применений, где даже небольшая деформация поверхности может привести к угрозе безопасности или потребовать более частого технического обслуживания.

6.1.2 Долгосрочный срок службы в инфраструктуре: 

NPA сохраняет структурную целостность более 50 лет даже при высокочастотных нагрузках от движения тяжелых грузовиков или железнодорожных перевозок. Производители, предлагающие продукцию NPA, часто предоставляют гарантию технических характеристик сроком до 75 лет при определенных геологических условиях и условиях нагрузки, что отражает уверенность в долгосрочном поведении материала.

6.2‍‌‍‍‌‍‌‍‍‌ HDPE для умеренно тяжелых условий эксплуатации

Это правда, что HDPE можно очень эффективно использовать для легких дорог и второстепенных автомагистралей; однако его свойство слегка деформироваться в течение длительного периода времени под постоянными тяжелыми нагрузками делает его менее подходящим для первичной высокоскоростной инфраструктуры или крупнотоннажных сооружений, где точность дорожного покрытия очень важна. Тем не менее, в случае умеренного движения тяжелых транспортных средств или когда бюджет является основным фактором, HDPE по-прежнему остается хорошим и хорошо проверенным вариантом.

6.2.1 Распределение нагрузки:

В процессе распределения нагрузки посредством удерживающего механизма геоячейки из ПЭВП хорошо себя зарекомендовали; однако стенки ячеек могут деформироваться сильнее при неупругом нагружении, чем стенки НПА. Такой уровень деформации приемлем для большинства коммерческих парковок, подъездных дорог и второстепенных маршрутов.

7. Какие гарантии или сертификаты производителя материала Geocell доступны?

7.1 Международные производители: сертификаты и гарантии

7.1.1 Престо Геосистемс (США): 

Мое поколение георешетчатых технологий принадлежит им, а их серия GEOWEB сертифицирована по стандарту ISO 9001:2015 и имеет знак CE. По словам Престо, данные о производительности компании проверяются сторонними лабораториями, и предлагается ведущая в отрасли ограниченная гарантия, в которой особое внимание уделяется прочности сварных швов и консистенции материала. Характеристики материалов в различных областях применения не будут проблемой, поскольку они уже давно присутствуют на рынке.

7.1.2 PRS Geo-Technologies (Израиль): 

Когда речь идет о геоячейках из высокоэффективного полимерного сплава Neoloy (NPA), PRS — это компания, которая вводит в свой портфель сертификации испытание на ползучесть ASTM D6992 (SIM). Гарантии технических характеристик предоставляются на срок до 75 лет при определенных геологических условиях и отражают высококачественный характер составов NPA. Их продукция соответствует стандартам ISO и в основном предназначена для высоконагруженных инфраструктурных приложений.

7.2 Ведущее китайское производство: BPM Geosynthetics

Занимая лидирующие позиции в отрасли, BPM Geosynthetics поставляет продукцию в более чем 100 стран, используя комплексную систему управления качеством, соответствующую международным стандартам.

7.2.1 Комплексная сертификация: 

Помимо ISO 9001, ISO 14001 и OHSAS 18001, завод BPM Geosynthetics Manufacturing также сертифицирован. Продукция тестируется международно признанными организациями, такими как SGS, Intertek и Bureau Veritas, что гарантирует соответствие продукции стандартам ASTM. Использование сторонней проверки — это метод BPM, позволяющий точно отображать характеристики материалов и показатели производительности.

7.2.2 Гарантийные обязательства: 

Среди гарантий на продукцию наиболее распространенными являются два покрытия: устойчивость к ультрафиолетовому излучению и прочность на отслаивание при сварке, при этом гарантия обычно составляет от 2 до 10 лет. Проекты земляного полотна автомобильных дорог и стабилизации откосов, как и продукция BPM Geosynthetics, продемонстрировали уровень качества 99,5% благодаря стабильному качеству продукции.

Заключение

Все сводится к географическим и структурным требованиям проекта относительно того, какой материал георешетки является лучшим. При заказе георешеток первое, что следует учитывать, — это условия самой тяжелой нагрузки, не ставить под угрозу окружающую среду и выбирать материал, который подтвержден сторонними испытаниями и гарантиями производителя. Фактически, правильный выбор материала при правильной установке может превратить слабые почвы в прочные структурные элементы, которые будут продолжать поддерживать инфраструктуру цивилизации на протяжении многих поколений.

Свяжитесь с нами - Для получения дополнительной информации свяжитесь с The Best Project Material Co., Ltd.（БПМ Геосинтетика) команда.