Основы долговечности геосинтетических материалов под влиянием агрессивных сред

В работе рассматриваются геосинтетические материалы и зависимость их долговечности от агрессивных сред. Делается вывод, о том, материалы из какого сырья лучше использовать в кислотной среде, а из какого в щелочной. Рассматривается одна методика определения стойкости геосинтетиков к агрессивным средам.

Ключевые слова: геосинтетические материалы, долговечность геосинтетических материалов, агрессивные среды, воздействие агрессивных сред

В последние годы внедрению новых геосинтетических материалов, а также применению конструкций с ними, в дорожном строительстве уделяется немалое внимание [1,86; 2,34; 3,130; 4,234]. Связано это с относительно не высокой стоимостью внедрения геосинтетиков, малой стоимостью их содержания, а также прогнозируемым более высоким сроком эксплуатации сооружения с ними. Рост виден на примере 2014 года, на протяжении которого общий объём использованных геосинтетических материалов при строительстве автодорог, а также сооружений связанных с ними составил более 700 тыс. м², а выделено на это было более 782 млн руб. При правильном применении геосинтетики позволяют предотвратить смешивание слоёв дорожной одежды (например, чтобы песок и грунт не смешивались друг с другом, используется прослойка из геотекстиля), снизить просадку насыпей и образование колеи и трещин (для равномерного распределение давления от транспортных средств между слоем песка и щебня укладывается георешётка, армирующая дорожное полотно) [5,46; 6,103; 7,328; 8,34]. Это видно на рисунке 1.

Рис. 1.

Целесообразно сделать вывод о значительном преимуществе геосинтетических материалов в дорожном строительстве, но их долговечность вызывает вопрос, что в свою очередь требует исследований и соответствующей оценки срока их службы [9,57; 10,217; 11,68; 12,144; 13,110]. Проблема в том, что опыт использования геосинтетики при строительстве в одном из регионов России показал, что дороги с их использованием в первые 3 года показывают себе лучше (объём трещин был в 2 раза меньше, чем на участках дорог без геосинтетики), но после трёх лет участки становились примерно одинаковыми. Возможно, это связано с разрушением самих геосинтетических материалов. Поэтому проблема долговечности геосинтетических материалов и методов её оценки является актуальной. На долговечность геосинтетических материалов влияют многочисленные факторы, определяющие ухудшение их свойств. Одними из них являются физико-химические факторы (действие света, агрессивных сред и др.). Вследствие чего целью этой статьи является исследование методов оценки долговечности геосинтетических материалов подверженных одному из внешних воздействий, а именно — влиянию агрессивной среды.

Основная часть

Чтобы оценить влияние агрессивных сред на долговечность геосинтетических материалов необходимо сделать анализ химического состава грунта, который может зависеть от климата местности (температуры окружающей среды, количества воды в этом грунте), а также от пород, лежащих поблизости. Химическое воздействие оказывается существенным, если оно происходит на исходный материал, что в свою очередь ведёт к потере его механических свойств и быстрой утрате прочности. В большинстве случаев это происходит под действием процесса окисления или гидролиза. Какой процесс будет проявляться в большей степени, зависит от самого геосинтетика и кислотности или щелочности грунта (pH-фактора — Табл.1). [3]

Кроме того, как описано выше долговечность геосинтетического материала также зависит от него самого (например, из какого сырья он сделан). Характеристики геосинтетических материалов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Как видно в таблице, полиэфир является хорошим видом сырья для изготовления геосинтетических материалов, которые используются в слоях основания дорожной одежды и земляного полотна. Кроме того, необходимо уменьшить использование геосинтетиков из полиамида в кислотных средах (с pH<5,0), а из полипропилена — в условиях действия долгой сильной нагрузки, из полиэфира — в щелочных средах (с pH9) и при контакте со слоями, содержащими известь и цемент.

Методика определения стойкости геосинтетиков кагрессивным средам

Исследовав документы рекомендательного характера, посвящённые методике определения долговечности геосинтетических материалов, можно выделить метод, определяющий стойкость к агрессивным средам.

Суть методики заключается в определении изменения механических характеристик геоматериалов после воздействия на них агрессивных сред: растворов щелочей и кислот. Методика основана на определении стойкости к кислотным и щелочным воздействиям при полном погружении образцов в жидкость. Она может применяться для оценки воздействий и других агрессивных сред. Емкость, в которую помещается материал, показана на рисунке 2.

Для исследования берутся следующие агрессивные среды:

– Раствор кислот: 0,025М серная кислота с добавлением сульфата трехвалентного железа и сульфата железа;

– Раствор щелочей: гидроксид кальция в виде насыщенной суспензии.

Помещают образцы (длина образца не менее 500 мм, ширина не менее 50 мм) в емкостях в термостат, и на 72 часа оставляют при температуре плюс 60^оС. После материал охлаждают, промывают, сушат и проводят испытания образцов на растяжение.

где α_{агр —} прочность при растяжении образца после воздействия агрессивной среды, кН/м; α_о — прочность при растяжении образца до воздействия агрессивной среды, кН/м.

Рис. 2. 1 — емкость для испытания; 2 — образцы; 3 — агрессивная среда

Результатом испытаний принимаю среднее арифметическое С_агр, полученных в ходе пяти испытаний. В этом заключается методика определения стойкости геосинтетиков к агрессивным средам. Полученные результаты можно использовать для вычисления долговечности геосинтетических материалов.

Выводы

Рассмотрев документы рекомендательного характера разных годов: ОДМ 218.5.006–2010; ОДМ 218.2.047–2014, а также ГОСТ Р 55035–2012 под редакцией Е. С. Котлярова, приходим к выводу о том, что все методы оценки долговечности геосинтетических материалов, подверженных влиянию агрессивной среды основаны на воздействии на исследуемый образец кислотами или щелочами, и сравнения его свойств после воздействия со свойствами такого же образца, не подверженного влиянию агрессивной среды. Благодаря этому можно будет более точно прогнозировать долговечность геосинтетиков при контакте с такой средой, а также выявлять из какого сырья геосинтетик нужно использовать для данных условий. Таким образом проблема долговечности геосинтетических материалов и методов её оценки является актуальной, а на долговечность геосинтетических материалов влияют многочисленные факторы, определяющие ухудшение их свойств.

Литература:

1. Фомина Р. Геоматериалы: практика применения в России // Дороги. Инновации в строительстве. — 2015. — № 43. — С. 86.
2. ОДМ 218.2.047–2014 // 2014. — С. 69.
3. Лазарев Ю. Г. Транспортная инфраструктура (Автомобильные дороги). Монография — LAP LAMBERT, Германия: 2015. 173 с.
4. Лазарев Ю. Г., Новик А. Н., и др., Изыскания и проектирование транспортных сооружений: Учебное пособие /Ю. Г. Лазарев, А. Н. Новик, А. А. Шибко, В. Г. Терентьев, С. А. Сидоров, С. А. Уколов, В. А. Трепалин / СПб.: ВАТТ, 2008. 392 с.
5. Лазарев Ю. Г. Формирование потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог / Ю. Г. Лазарев, Д. Л. Симонов, А. Н. Новик/ Технико — технологические проблемы сервиса. СПб.: 2016. № 1(35). С. 43–47.
6. Лазарев Ю. Г., Громов В. А. Современные требования к обеспечению потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог // В сборнике: Инновационные технологии в мостостроении и дорожной инфраструктуре. Материалы межвузовской научно- практической конференции. 2014. С. 102–109.
7. Лазарев Ю. Г., Строительство автомобильных дорог и аэродромов: Учебное пособие. / Ю. Г. Лазарев, А. Н. Новик, А. А. Шибко, С. В. Алексеев, Н. В. Ворончихин, А. Т. Змеев, С. А. Уколов, В. А. Трепалин, С. В. Дахин, В. Т. Колесников, Д. Л. Симонов // СПб.: ВАТТ. 2013. 528 с
8. Ватин Н. И., Производство работ. Определение продолжительности строительства воднотранспортных сооружений/ Н. И. Ватин, Г. Я. Булатов, Т. Ф. Морозова, А. В. Улыбин// Учебное пособие: СПб, СПбПУ, 2013. 116 с.
9. Лазарев Ю. Г., Собко Г. И. Реконструкция автомобильных дорог: Учебное пособие. СПб. 2013. 93 с.
10. Ермошин Н. А. Эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие военно- автомобильных дорог: Учебник / Н. А. Ермошин, Ю. Г. Лазарев, С. В. Алексеев, В. Г. Лунев, Б. Г. Ашуркин, А. Н. Новик, В. А. Трепалин, Д. Л. Симонов, В. Т. Колесников/ СПб: ВАТТ, 2015. 312 с.
11. Рустенбек С. Д. Формирование базы данных для тестирования дорожных одежд/ С. Д. Рустенбек, Д. Ю. Кириллова, Ю. Г. Лазарев// Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2016. № 2–2. С. 68- 72.
12. Лазарев Ю. Г., Обоснование деформационных характеристик укрепленных материалов дорожной одежды на участках построечных дорог. / Ю. Г. Лазарев, П. А. Петухов, Е. Н. Зарецкая/ Вестник гражданских инженеров. 2015. № 4 (51). С. 140–146.
13. Лазарев Ю. Г., Громов В. А., Анализ условий создания предприятий и организаций производственной базы дорожного строительства. Вестник гражданских инженеров. 2014. № 1 (30). С. 109–111.