Строительные конструкции из волокнистых композиционных материалов

Рис. 6.2. Георешетки

Геотекстильиспользуетсявразличныхфункциях.Наиболеераспространеннымиявляютсяармирование,разделение,фильтрацияи защита.Типгеотекстильногополотнатакжепредопределяетвыбор функции.Например,тканыеполотнапреимущественноиспользуютсявусилении,тогдакакнетканыеполотнанаходятприменения в функциях разделения и фильтрации.

Другим доминирующим типом материала среди всех геосинтетиков являются георешетки. Георешетки представляют собой плоскую полимерную структуру, состоящую из ячеек различной формы, образованных соединенными силовыми элементами (ребрами). Внутренние ячейки могут быть квадратной, прямоугольной или треугольной формы. Георешетки могут изготавливаться различными способами, включающими текстильную технологию, экструзию пластмасс или скрепление отдельных полос. Нарис.6.2,а,бпредставленыгеорешетки,изготовленныепотекстильнойиэкструзионнойтехнологиисоответственно.Георешетки могут быть как одноосные (а), так и двухосные (б).

Механическиехарактеристикигеорешетокразличаютсявзависимостиоттехнологииизготовленияиимеютпримерноследующие значения (табл. 6.2).

В совокупности геотекстиль и георешетки составляют порядка ¾ всего производства геосинтетических материалов. Однако,

71

несмотрянаменьшуюудельнуюдолювпотреблении,другиетипы геосинтетических материалов стремительно набирают популярность при воплощении различного рода инновационных строительныхпроектов.Чтоособеннопримечательно,всебольшеобластейприменениятакихматериаловнесвязанотолькосдорожным строительством.

Далее рассмотрим материалы, изготовленные по технологии переработки пластмасс. Начнем с геосеток (рис. 6.3, а), которые достаточносхожипосвоемустроениюсгеорешетками,нопоназначениювыполняютпринципиальнодругуюфункцию.Построению геосетки состоят из ребер, соединенных под различными углами. Цельтакойструктуры–обеспечитьпрохождениепотокажидкости в плоскости полотна.

Еще одним полимерным материалом является геосинтетический барьер (рис. 6.3, б), который представляет собой плоский слабо-илинепроницаемыйполимерныйматериал,используемый дляуменьшенияилипредотвращенияпотокажидкостичерезконструкцию. В дополнение к показанному на рисунке полимерному барьеру выпускаются барьеры в виде сэндвич-структуры, одним из слоев которой является глина, позволяющая аккумулировать в себе вредные вещества.

Трехмерные геосинтетические материалы представлены двумя типами:геоматигеоячейки.Геомат(рис.6.3,в)представляетсобой трехмерную проницаемую структуру, как правило, изготовленную изхаотическиориентированныхтермосоединенныхэкструдированных нитеподобных элементов. Его основное назначение состоит в удержаниичастицгрунтавнутриструктурыиобеспеченияоснования

72

растительности.Используетсядляборьбысэрозиейгрунта.Структура достаточно слабая по прочности (1–2 кН/м). Иногда изготавливается в виде георешетки с объемными элементами – армирующийгеомат.Геоячейки(рис.6.3,г)представляютсобойтрехмерную сотовую структуру, состоящую из скрепленных перфорированных полимерныхполос,ислужатдляукреплениясклоновгеотехнических конструкций. Геоячейки активно вытесняют бетонные плиты при укреплении откосов искусственных сооружений.

Последний тип геосинтетических материалов, который мы рассмотрим, – геокомпозиты. В инжиниринге геосинтетики под этимтерминомпонимаетсянесколькодругаякомбинацияструктур нежели мы привыкли подразумевать, когда говорим о конструкционных композитах. В данном случае это просто сочетание двух и более слоев из геосинтетических материалов, выполняющих разные функции. Например, это может быть сочетание геомата (рис. 6.4, а) или геосетки (рис. 6.4, б) с подложкой из нетканого материала.Врезультатевдополнениекосновнойфункции(борьбы

Рис. 6.3. Экструдированные геосинтетические материалы

73

Рис. 6.4. Геокомпозиты: а – геомат с подложкой из нетканого материала;

б– геосетка с подложкой из нетканого материала

сэрозией или дренирования) добавляется функция фильтрации в направлении толщины полотна.

Рассмотренные типы структур геосинтетических материалов даютинженерамнеограниченныевозможностивреализацииразличныхпроектныхрешенийвстроительстве,позволяютсоздавать немыслимыеранеерешениясодновременнойэкономическойэффективностью и экологичностью. Например, такое направление, как зеленое строительство, немыслимо в городских условиях без применения геосинтетических материалов.

6.3. Функции геосинтетических материалов

Взависимостиотназначениягеосинтетическиематериалывыполняют следующие функции.

Армирование. Использование механических свойств геосинтетическихматериаловдляулучшениямеханическихсвойствгрунта или других конструкционных материалов. Данная функция выполняется геотекстилем или георешеткой. Геотекстиль должен обеспечиватьдостаточноесцеплениегранулированногоматериала

споверхностьюполотна.Вслучаегеорешеткиармирующийэффект зависитотсоотношенияразмераячейкисфракциейчастицгрунта.

Разделение. Предотвращение от перемешивания смежных разнородных слоев грунта. Выполняется, главным образом,

74

геотекстильныминетканымиполотнами.Вследствиеихотносительной дешевизны нетканые полотна широко используются для этой функции.

Фильтрация. Сдерживание частиц грунта, испытывающих гидродинамические воздействия, позволяя при этом прохождение жидкости в направлении толщины геотекстиля. Данная функция выполняется,какправило,нетканымиматериалами.Причемобычнонетканоеполотноодновременносочетаетвсебедвефункции– разделение и фильтрацию. Основное преимущество применения нетканого полотна состоит в значительном экономическом эффекте, получаемом за счет снижения в расходе гранулированного материала, экскаваторных работ и транспортировки.

Дренирование. Сбор и транспортировка осадков, грунтовых вод и других жидкостей в плоскости геосинтетического материала. Основное назначение – отвод вод в плоскости геосинтетического материала.

Барьер. Использование геосинтетических материалов для предотвращенияилиограниченияфильтрацииводыилигаза.Вкачествепримераможнопривестиустройствоискусственноговодоема или полигона захоронения отходов. В обоих случаях требуется исключитьпроникновениезагрязненныхстоковводвокружающий грунт. В некоторых местностях необходимо исключить контакт опасных газов из грунта с поверхностью бетона. В этом случае барьер также будет полезным.

Защита.Предотвращениеилиограничениеместныхповреждений строительных материалов. Например, для того чтобы предотвратить повреждения дорогостоящего геосинтетического барьера приегоконтактесострымикамнями,используетсядополнительная подложка нетканого материала. Отсутствие такой защиты неизбежно привело бы к образованию дыр и надрезов, через которые моглибыпроисходитьутечкиопасныхжидкостей,образующиеся, например, на полигоне захоронения отходов.

Борьба с эрозией поверхности. Использование геотекстиля для предотвращения или ограничения движения грунта или других частиц на поверхности, например на наклонных поверхностях.

75

Данная функция в некоторой степени схожа с функцией армирования, поскольку смысл одинаковый. Однако основная идея состоит во временном укреплении грунта на склоне до момента прорастания растительности. Хотя, как было отмечено выше, существуют армирующие геоматы, по сути, выполняющие также функцию армирования. Здесь необходимо отметить, что особой популярностью для временного укрепления склона используются биоразлагаемые геоматы из натуральных волокон.

6.4. Области применения геосинтетических материалов

Областиприменениягеосинтетическихматериаловвесьмаразнообразны. На данный момент трудно представить какую-нибудь область строительства, где можно было бы обойтись без применения геосинтетических материалов. Если на заре эры геосинтетических материалов они разрабатывались для удовлетворения потребностей дорожной отрасли, то сейчас дорога является основным, но не доминирующим потребителем таких материалов. Кроме того, даже в дорожной отрасли применение геосинтетики существеннорасширилось,напримерпосравнениюс70–80годами прошлоговека.Изначальноосновнымприменяемымматериалом являлисьнетканыеполотна,используемыевфункцииразделения. Еще можно привести пример использования геосинтетических барьеров в гидротехническом строительстве. С появлением высокотехнологичных продуктов стали расширяться возможности их использования. В настоящее время свойства геосинтетиков позволяют использовать их для армирования грунта, разделения, обустройства дренажа, защиты склонов участка, фильтрации.

Фундаменты.Укреплениеоснованийфундаментовпутемвведения горизонтальных слоев армирующего геотекстиля в грунт. Это предотвращает разрушение от сдвиговых усилий, действующих вплоскостиармирующегополотна,увеличиваетнесущуюспособность и снижает осадку.

Зеленое строительство. Устройство эксплуатируемой кровли жилых зданий, а также сооружений.

76

Свалки. Предотвращение проникновения опасных жидкостей в окружающий грунт и отвод этих жидкостей.

Строительство подземных сооружений. Гидро- и пароизоляция подземногосооружения,устранениегидростатическогодавления, которое возникает из-за грунтовых вод.

Гидротехническоестроительство. Сооружениекрановдляобес-

печения гидроизоляционнойзащиты,атакжедляпредотвращения фильтрацииплотинидамб.Всистемахдренажагеосинтетические материалы предотвращают проседание грунтового слоя, а также попадание щебня в воду, сохраняют дренажную трубу.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Textiles, polymers and composites for buildings. Editor: G. Pohl, Cambridge : Woodhead Publishing Ltd, 2010. – 512 p.

2.Designingwithgeosynthetics.VolumeIEditor:R.Koerner.–NewJersey: Xlibris Corporation, 2012. – 508 p.

3.Gries T. Manufacturingoftextilesforcivilengineeringapplications.InTextile Fibre Composites in Civil Engineering / Т. Gries, М. Raina, Т. Quadflieg, О.Stolyarov;Triantafillou,T.,Ed.;WoodheadPublishing:Sawston,UK,2016.– Р. 3–24.

4.Батяновский Э. И. Технология производства железобетонных изделий / Э. И. Батяновский. – Минск : Вышэйшая школа, 2019. – 319 с.

5.Fibrousandcompositematerialsforcivilengineeringapplications.Editor: R. Fangueiro, Cambridge: Woodhead Publishing Ltd, 2011. – 420 p.

6.Тканые конструкционные композиты : монография / под общ. ред. Т.-В. Чу и Ф. Ко : [пер. с англ]. – М. : Мир, 1991. – 432 с.

7.GibsonR.Principlesofcompositematerialmechanics/R.Gibson.–Boca Raton : CRC Press. Taylor and Francis Group, 2007. – 608 p.

8.Anandamurthy A. Areviewoffibrousreinforcementsofconcrete/А.Anandamurthy, V. Guna, M. Ilangovan, N. Reddy // Journal of Reinforced Plastics and Composites. – 2017. – Vol. 36. – Issue 7. – P. 519–552.

9.Logfren I. Fibre-reinforcedConcreteforIndustrialConstruction–afrac- turemechanicsapproachtomaterialtestingandstructuralanalysis:thesisforthe degree of PhD / I. Logfren. – Sweden, Goteborg, 2005. – 146 p.

10.Талантова К. В. Сталефибробетон. Конструкции. Терминология / К. В. Талантова // Вестник евразийской науки. – 2020. – № 4. – С. 18.

77

11.Yoo D.-Y. A review on structural behavior, design, and application of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete / D.-Y. Yoo, Y.-S. Yoon // InternationalJournalofConcreteStructuresandMaterials.–2016.–№10(2).– P. 125–142.

12.Лысенко Е. Ф. Армоцементные конструкции / Е. Ф. Лысенко. – Киев : Вища школа, 1974. – 207 с.

13.Hegger J. Textile-reinforcedconcrete:Designmodels/J.Hegger,N.Wil- lInextileF;ibreCompositesinCivilEngineering;TriantafillouT.,Ed.;Woodhead Publishing: Sawston, UK, 2016. – P. 189–207.

14.ChudobaR.Textile-reinforcedconcrete:Structuralbehavior/R.Chudoba, А.ScholzenInTextileFibreCompositesinCivilEngineering;Triantafillou,T., Ed.; Woodhead Publishing: Sawston, UK, 2016. – Р. 209–226.

15.ГОСТ26633-2015«Бетонытяжелыеимелкозернистые.Технические условия». – М. : Стандартинформ, 2019. – 15 с.

16.ГОСТ 25192-2012 «Бетоны. Классификация и общие технические требования». – М. : Стандартинформ, 2019. – 6 с.

17.ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения». – М. : Стандартинформ, 2019. – 7 с.

18.СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». – М. : Стандартинформ, 2019. – 124 с.

19.СП96.13330.2016«Армоцементныеконструкции».–М.:Стандарт- информ, 2017. – 42 с.

20.Hegger J. Classification of approaches to dimensioning and assessment oflightweightTRCstructures/J.Hegger,N.Will,R.Chudoba,A.Scholzen// 11thInternationalSymposiumonFerrocement(FERRO-11)and3rdinternational Conference on Textile Reinforced Concrete (ICTRC-3), Aachen, Germany. – 2015. – Р. 45–52.

21.Hegger J. Spatialtextilereinforcementstructuresforventilatedandsandwich façade elements / J. Hegger, C. Kulas, M. Horstmann // Advances in Structural Engineering. – 2016. – № 4. – Р. 665–676.

22.Hegger J. Dimensioningandapplicationoftextile-reinforcedconcrete/ J.Hegger,H.N.Schneider,S.Voss,I.Bergmann//Textile-ReinforcedConcrete. Transportation research board. – 2008. – Р. 69–83.

23.Tomoscheit S. Project life INSUSHELL: reducing the carbon footprint inconcreteconstruction/S.Tomoscheit,T.Gries,M.Horstmann,J.Hegger// International Journal of Sustainable Building Technology and Urban Development. – 2011. – № 2. – Р. 162–169.

24.PapanicolaouC.G.Applicationsoftextile-reinforcedconcreteintheprecast industry.InTextileFibreCompositesinCivilEngineering;Triantafillou,T.,Ed./ C.G.Papanicolaou.–WoodheadPublishing:Sawston,UK,2016.–Р.227–244.

78

25.Funke H. L. Development of effective textile-reinforced concrete noise barrier / H. L. Funke, S. Gelbrich, L. Kroll // Journal of Materials Science Research. – 2015. – № 3. – Р. 33–39.

26.Scholzen A. Thin-walled shell structure made of textile reinforced con- crete–Part I: structural design and construction / A. Scholzen, R. Chudoba, J. Hegger // Structural Concrete. – 2015. – № 16. – Р. 106–114.

27.Scholzen A. Thin-walled shell structure made of textile reinforced con- crete—Part II: structural design and construction / A. Scholzen, R. Chudoba, J. Hegger // Structural Concrete. – 2015. – № 16. – Р. 115–124.

28.Raupach M. Textile-reinforced concrete: Selected case studies / M.Raupach,C.MoralesCruz//TextileFibreCompositesinCivilEngineering; Ed. T. Triantafillou. – Cambridge: Elsevier, 2016. – Р. 275–299.

29.Lieboldt M. Textile reinforced concrete multi-layer composite pipes / M. Lieboldt, U. Helbig, T. Engler // Proceedings of the 1st International RILEMSymposiumTextileReinforcedConcrete,Aachen,Germany.–2006.– Р. 369–378.

30.Triantafillou T. Strengthening of existing concrete structures: Concepts and structural behavior / Т. Triantafillou // Textile Fibre Composites in Civil Engineering; Ed. T. Triantafillou. – Cambridge: Elsevier, 2016. – Р. 303–322.

31.Liu D. 3D printing concrete structures: State of the art, challenges, and opportunities / D. Liu, Z. Zhang, X. Zhang, Z. Chen // Construction and Building Materials. – 2023. – № 405. – № 133364.

32.Poullain P. On site deployment of 3D printing for the building construction – The case of YhnovaTM / P. Poullain, E. Paquet, S. Garnier, B. Furet // MATEC Web Conf. – 2018. – № 163. – № 01001.

33.Интернет-сайткомпанииBranchtechnology[Электронныйресурс]. URL: https://branchtechnology.com/ (дата обращения: 01.06.2023).

34.Kloft H. Reinforcement strategies for 3D-concrete-printing / H. Kloft, M. Empelmann, N. Hack, E. Herrmann, D. Lowke // Civil Engineering Design. – 2020. – № 2. – Р. 131–139.

35.Интернет-сайткомпанииTAM[Электронныйресурс].URL:https:// www.twente-am.com (дата обращения: 01.06.2023).

36.Hack N. Development of a robot-based multi-directional dynamic fiber windingprocessforadditivemanufacturingusingshotcrete3Dprinting/N.Hack, M. Bahar, C. Hühne [et. al.] // Fibers. – 2021. – № 9. – P. 39.

37.Nikravan A. Implementation of continuous textile fibers in 3D printable cementitious composite / A. Nikravan, A. O. Aydogan, G. Dittel [et. al.] // Lecture Notes in Civil Engineering. – 2023. – № 349. – № 1086.

79