Геосинтетические строительные материалы: основы, выпускаемые типы материалов, возможности их применения

  Начиная с середины 60-х гг. при выполнении земляных работ, при сооружении фундаментов и оснований и в гидротехническом строительстве все более широко применяются геосинтетические строительные материалы (ГССМ). Область применения ГССМ постоянно расширяется, и пределы их использования в настоящее время еще не достигнуты. Новые возможности применения ГССМ вытекают из требований практического строительства, т.е. из необходимости принятия новых экономичных и технологически легко реализуемых инженерных решений.
   Основами геосинтетических материалов служат полимеры: полиамид, полиэфир, полипропилен и полиэтилен высокой плотности. Там, где требуется высокая прочность и малая продольная деформация материала, все более широкое распространение получают ароматические полиамидные волокна («арамиды»).

Изменение свойств полимеров со временем определяется следующими факторами:
   - ультрафиолетовое излучение и озон (их установка должна происходить таким образом, чтобы эти элементы были защищены от воздействия света и озона);
   - долговременное воздействие механического напряжения (величина этого напряжения не должна превышать 25% от величины разрушающего напряжения для данного элемента);
   - прочие воздействия агрессивной окружающей среды.
   Особенно сильное влияние на полимерные материалы оказывает величина водородного показателя среды рН. Например, полиэфир разрушается в среде с рН > 9 в процессе гидролиза. Применение геосинтетических конструкционных элементов в агрессивной среде предполагает предварительное проведение специальной оценки полимерного материала в его отношении к имеющимся воздействиям. Повышение температуры, например, ускоряет процесс старения полимерных материалов (рис.1).

При отсутствии вышеперечисленных воздействий и при достаточно малых значениях механических напряжений в конструкционных элементах, рассчитывая их долговечность, можно исходить из того, что минимальный срок эксплуатации полимерных материалов – 100 лет (полиэтилена высокой плотности – более 100 лет). При применении ГССМ в качестве армирующих элементов следует определять величину дополнительных напряжений при растяжении, производя необходимую для этого оценку соответствующих факторов воздействия.
   Выпускаемые типы геосинтетических материалов подразделяются на:
   - ткань, трикотаж и изделия из него;
   - нетканые материалы и маты/холсты;
   - геосинтетические сетчатые материалы;
   - герметизирующие и изоляционные пленки (d < 1 мм) и листовые (рулонные) гидроизоляционные материалы (d <=1 мм);
   - трубы и фасонные детали;
   - комбинированные материалы (нетканые материалы в сочетании с ткаными, с геосинтетическими сетчатыми материалами и др.).

В ходе земляных работ или в сочетании с другими конструкционными элементами (например, бетонными блоками) ГССМ могут выполнять следующие функции:
   - разделение, т.е. предотвращение перемешивания различных строительных материалов как во время технологических процессов строительства, так и в процессе использования строительных сооружений и оборудования;
   - фильтрование, т.е. предотвращение эрозии грунта в местах соприкосновения различных грунтов и на поверхности земли;
   - дренаж, т.е. отведение воды из массивов грунта или из мест соприкосновения грунтов с массивными строительными сооружениями;
   - различные виды защиты, т.е. защита чувствительных конструкционных элементов от технологических или долговременных конструктивных нагрузок (например, защитные слои/покрытия на полимерных листовых/рулонных гидроизоляционных материалах);
   - армирование, т.е. армирование грунтов при создании крутых откосов, опор мостов и т.п.;
   - герметизация и уплотнение, т.е. использование в качестве герметизирующих и изоляционных элементов при строительстве различных сооружений, в т.ч. и заглубленных: плотин, дамб, насыпей, мест хранения отходов, туннелей и др.;
   - набивка, т.е. использование для изготовления крупноформатных конструкционных элементов для укрепления (ограждения, защиты) дна и береговой линии в гидротехническом строительстве, для изготовления захватывающих плотин и т.п. из наполненных грунтом геосинтетических элементов (например, наполненных песком мешков или рукавов).
   Преимущества применения ГССМ:
   - снижение транспортных затрат. ГССМ – в зависимости от их прочностных характеристик, эффективного размера пор и полимерной основы – могут быть подобраны в соответствии с местными условиями;
   - технологическая простота применения;
   - возможность проведения строительных работ в любых климатических условиях;
   - согласование и одновременное выполнение многих функций;
   - простота зачистки строительных площадок без увеличения сроков строительства;
   - простота и качество обеспечения соответствия конструктивным и технологическим требованиям.

Возможные области применения ГССМ вытекают из их свойств и функций. Представленные на рис. 2, 3 примеры приведены лишь как краткий перечень возможностей применения ГССМ.
   Существует ряд нормативных документов и рекомендаций как по выбору ГССМ для проведения геостатических и технических фильтрационных работ, так и по технологии их применения.
   За прошедшие годы был накоплен положительный опыт работы с ГССМ, причем их применение дало значительный экономический эффект. В течение трех последних десятилетий геосинтетические строительные материалы и их конструкционные применения стали признанным самостоятельным инженерно-техническим направлением строительного производства.