УДК 666.963: 666.189.2

Оснос С.П.

Применение геотекстильных материалов на основе базальтовых волокон.

Введение

В настоящей статье представлен опыт разработки и применения геотекстильных материалов на основе базальтовых волокон Украинского дорожно-строительного научно-исследовательского института, Научно-исследовательского института стеклопластиков и волокна и Института гидромеханики Академии наук Украины. Применение базальтовых волокнистых геотестильных материалов в практике дорожного и гидротехнического строительства, при выполнении противооползневых и противоэрозионных работ, ирригации и мелиорации земель позволяет увеличить ресурс эксплуатации этих сооружений, значительно снизить расход материалов при их строительстве, повысить качество выполнения работ. Именно базальтовые волокна, обладающие уникальными свойствами: высокой прочностью, химической и термостойкостью, долговечностью эксплуатации, обеспечивают высокое качество геотекстильных материалов. Учитывая, что в Китае проводится огромный комплекс строительных, гидротехнических и мелиоративных работ организация производства и широкого применения геотекстильных материалов из базальтовых волокон является актуальной задачей.

Основные области применения геотекстильных материалов (ГМ) это дорожное и гидротехническое строительство, противооползневые и противоэрозионные работы, ирригация и мелиорация земель.

В связи с развитием технологий производства штапельных и непрерывных волокон из базальтовых пород, а также повышением требований к качеству дорожного и гидротехнического строительства к настоящему времени разработаны ГМ на основе базальтовых волокон.

Базальтовые породы являются основными породам магматического происхождения, обогащение, плавление и гомогенизация, которых произведены в результате древней вулканической деятельности. Базальты имеют очень высокую природную химическую и термическую стойкость.

Волокна из базальтовых пород (далее базальтовые волокна БВ) обладают высокой исходной прочностью, стойкостью к воздействию агрессивных сред и долговечностью, не горючи и экологически нейтральны. Это особенно важно для ГМ на основе БВ, так как ГМ в процессе эксплуатации испытывают значительные нагрузки, а также находятся в постоянном контакте с солевыми растворами, а в бетонных сооружениях испытывают воздействие щелочной среды.

К настоящему времени освоено производство штапельных БВ и выполнено ряд работ по разработке современных технологий производства непрерывных базальтовых волокон (НБВ), запущены производства по выпуску непрерывных базальтовых волокон и материалов на их основе. При этом НБВ и материалы на их основе, имеют наиболее предпочтительный показатель соотношение качества и цены по сравнению с другими типами волокон. Кроме того, производство базальтовых волокон имеет практически неограниченную и доступную сырьевую базу. Поэтому ГМ на основе БВ имеют большую перспективу широкого применения при дорожном и гидротехническом строительстве, при рекультивации и эрозионной защите земель, при выполнении противооползневых и других работ.

Геотекстильные материалы (ГМ) достаточно широко применяются в практике строительства дорог, насыпей, дамб и других объектов. Применение ГМ при строительстве дорог в качестве армирующих материалов позволяет существенно в 2 – 2.5 увеличить межремонтный период эксплуатации дорог, снизить расход материалов при строительстве дорог, особенно в геологически сложных условиях. В зарубежной практике геотекстильные материалы изготавливаются их химических и стекловолокон с применением специальных растворов связующих веществ для пропитки и полимеризации. Однако эти ГМ имеют некоторые недостатки: материалы на основе химических волокон горючи, имеют высокий коэффициент удельного растяжения, относительно дороги; материалы на основе стекловолокна требуют специальных покрытий так как не стойки в растворах щелочей.

В связи с повышением требованием к качеству дорожного строительства, особенно в геологически сложных условиях (болота, оползневые участки, климатические условия оттаивания и замерзания) были разработаны ГМ на основе БВ: армирующая сетка ПСБ-Д (полотно сетчатое базальтовое для строительства дорог); полотно НП-550
(нитепрошивное полотно плотностью 550 гр/м2) из непрерывного базальтового волокна.

Основные технические характеристики ГМ.

Полотно сетчатое из базальтовых волокон дорожное ПСБ-Д

Разрывная нагрузка не меньше, kg по ширине 120

по длине 90

Плотность, гр/м2 400+-50

Удлинение под действием нагрузки, %, не более 1

Пропитка сетки специальным составом К обеспечивает ее негорючесть, кислото- щелочную стойкость.

Нитепрошивное полотно НП-550 К

Разрывная нагрузка не меньше, кg по ширине 600

по длине 600

Плотность, гр./м2 550+-30

Материалы из БВ ряд имеют преимущества перед зарубежными аналогами так как: изготовлены из природного сырья, выдерживают высокие нагрузки, не вытягиваются под действием нагрузок, имеют высокую химическую стойкость и долговечность, не горючи, стоимость таких материалов в 2.5 - 3 раза ниже.

Основное назначение данных материалов дорожное строительство (см. рис.1.): армирование дорожных покрытий (сетку ПСБ-Д кладут между подсыпкой из щебня и асфальто- бетонным покрытием, ткани НП-550К – между песчаной и щебневой подсыпками).

Для армирования асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог применяется рубленые грубые БВ. В условиях щелочной среды, которой характеризуются бетоны БВ показывают исключительную стойкость. В таблице 2. представлена химическая стойкость БВ в условиях щелочной и кислотных сред. Это открывает широкие возможности применения БВ для армирования бетонов, строительных растворов. При этом БВ в отличие от металлической арматуры не подвержены коррозии и имеет более высокие прочностные показатели.

В таблице 1 представлены данные по удельной прочности базальтовых волокон на разрыв.

Таблица 1.

Диаметр элементарных волокон, mkm	5.0	6.0	8.0	9.0	11.0
Удельная прочность элементар-ных волокон на разрыв, kg/mm2.	215	210	208	214	205

Испытания дорожных покрытий, армированных рубленными БВ, проведенные Украинским научно-исследовательским институтом дорожного строительства (УкрДорНИИ), показали, что их нагрузочная способность возрастает на 15 – 17%.

Комплексные испытания ГМ на основе БВ проводятся УкрДорНИИ в практике дорожного строительства с 1999 года. С использованием ГМ проведено строительство участка автомагистрали Киев- Одесса, Львов - Чоп. Испытания подтвердили эффективность применения ГМ в дорожном строительстве. Предварительные расчеты, практика применения и зарубежный опыт показывают, что использование ГМ уменьшают вероятность появления трещин, просадок, появления ям на дорожных покрытиях, при этом межремонтный срок покрытия увеличивается в 2.0 - 2,5 раза.

Кроме того, эти материалы применяются для укрепления насыпей, откосов, дамб, терриконов, берегов, в процессе рекультивации, эрозионной защиты земель, при выполнении противооползневых и других работ. Примеры применения ГМ для этих целей представлены на рис. 2 и 3. На рис. 2. приведен пример укрепления откосов дорожного полотна с применением сеток ПСБ-Д. На рис.3. представлен пример укрепления земляного полотна дамбы, плотины, укрепления берега, склона горы, а также при строительстве террас с применением сеток из БВ ПСБ-Д.

Через положенную и закрепленную на поверхности земли сетку из БВ прорастают трава, кусты и деревья. Такой метод наиболее эффективный, не дорогой, полностью отвечает требованиям экологии, не загрязняет окружающую среду.

Заказчиками представленных ГМ являются предприятия дорожного и гидротехнического строительства, организации, которые выполняют работы по рекультивации земель (карьеров, оврагов, укреплению берегов и т.д.), специализированные организации, выполняющие противооползневые работы и другие работы.

Применение штапельных БВ для фильтров мелиоративных систем и сооружений.
Фильтры из базальтового волокна позволяют заменить несколько переходных слоев традиционных песчано-гравийных фильтров одним слоем войлока из этого волокна или плитой толщиной 25 - 30 мм. При этом в несколько раз уменьшается количество необходимых для фильтров материалов и транспортные расходы, трудозатраты на изготовление и укладку фильтров. В результате стоимость строительства таких фильтров уменьшается не менее чем 45 - 50% по сравн