Геосинтетики в строительстве

При строительстве водохозяйственных объектов, транспортных магистралей, промышленных и гражданских зданий часто возникает необходимость решения многих специфических задач, связанных со снижением вредного воздействия водной среды на строительные конструкции.

Наиболее актуальной из них является проблема улучшения свойств грунтов и элементов строительных конструкций, особенно при возведении сооружений с использованием дешевых местных строительных материалов, прежде всего в области гидротехнического и дорожного строительства, при возведении насыпей, дамб, плотин, подпорных стенок и т.д. Решить эти задачи можно, используя (взамен традиционных или в дополнение к ним) современные материалы и технические решения, которые позволили бы существенно повысить надежность и качество конструкций, ускорить строительство объекта при значительном снижении материальных затрат.

С развитием науки и техники в практику строительства пришли новые материалы, получаемые искусственным путем, которые производят и как самостоятельный продукт, и в различных сочетаниях друг с другом и дополнительными компонентами. Они получили широко используемое сейчас название - геосинтетические материалы или геосинтетики.

Активное применение синтетических полимерных материалов в строительстве началось в разных странах мира более 50 лет назад. Первоначально это были водонепроницаемые геомембраны в виде тонких пленочных покрытий, впервые использованные в США в 1947 году для борьбы с фильтрацией из каналов.

В дальнейшем, по мере развития технологии производства, повышения качества геосинтетики, ее долговечности начался выпуск и других видов продукции, в частности геотекстилей. Так, в середине 60-х годов в Голландии стали использовать геоткани для армирования асфальтобетонных покрытий и оснований при строительстве автомобильных дорог.

В настоящее время геосинтетики прочно вошли в список специальных материалов и используются во всем мире для решения многих задач при строительстве объектов различного назначения. Их отличают хорошая сопротивляемость механическим нагрузкам, химическая и биологическая стойкость к воздействию широкого спектра загрязняющих веществ и агрессивных сред, в том числе и таких, где использование других строительных материалов невозможно.

 Геосинтетики активно применяются в дорожном строительстве (усиление и ремонт дорожных покрытий, обеспечение устойчивости насыпей и откосов при строительстве на слабых грунтах), гидротехническом и мелиоративном строительстве (гидроизоляция и укрепление откосов плотин, дамб, каналов и водохранилищ), горной промышленности (изоляция хранилищ жидких и твердых промышленных отходов, образующихся в результате переработки полезных ископаемых), промышленном и гражданском строительстве (гидроизоляция и герметизация элементов конструкций сооружений, изоляция хранилищ неутилизированных сточных вод промышленных предприятий). Они эффективно используются в составе фильтрующих и дренажных конструкций в грунтах.

Разнообразные виды покрытий и элементы конструкций с применением геосинтетических материалов предоставляют новые возможности по сравнению с другими инженерными решениями. Они полностью покрывают защищаемую поверхность, быстро и легко укладываются под водой. Фильтрующие материалы, благодаря хорошей водопроницаемости, исключают необходимость устройства фильтров из щебня. Покрытия и экраны из геосинтетических материалов могут применяться для откосов любого профиля и способны обеспечить практически стопроцентную гидроизоляцию сооружения, а при наличии шероховатой поверхности хорошо гасят энергию волн. При их использовании также снижаются затраты на озеленение береговых откосов и поддержание их в надлежащем виде, создаются благоприятные условия для обитания рыб. Геосинтетики, благодаря их высоким деформационным и прочностным характеристикам, обеспечивают эффективное армирование грунтовых сооружений и их оснований, позволяя при этом существенно снизить производственные издержки по сравнению с традиционно применяемыми материалами.

 Применение современных геосинтетиков дает немалый экономический и технический эффект, уменьшая или даже исключая использование таких дорогостоящих материалов, как бетон, сталь, привозной природный камень и облегчая проведение работ. Все это, а также сведенное до минимума вмешательство в окружающую среду, делает применение таких материалов и экологически эффективным.

В настоящее время мировая промышленность вырабатывает большое число разнообразных геосинтетических материалов специально для строительных целей. В мировой практике широко применяются различные полимеры в виде индивидуальных соединений: полиэтилен высокой (ПВП-HDPE) и низкой (ПНП-LDPE) плотности, поливинилхлорид (ПВХ-PVC), бутилкаучук (БК-ВС), полиамид (ПА-РА), полипропилен (ПП-РР), полиэстер (ПЭС-PES), полистирол (ПС), а также композиционные материалы на их основе, обладающие набором различных специальных свойств, которые отсутствуют у исходных материалов.

 На основании многолетнего опыта использования геосинтетиков в ряде стран разработаны требования к их качеству и рекомендации по применению. Например, в ФРГ разработаны унифицированные условия на поставку и укладку геотекстильных фильтровых материалов для защиты откосов каналов и требования, которым должны удовлетворять эти материалы.

Широкий спектр таких материалов ставит перед проектировщиком или строителем нелегкую задачу выбора как типа самого геосинтетического материала, так и фирмы-поставщика. Перечень вопросов, возникающих перед ним, касается характеристик материала и опыта его применения.

Однако сведения о получении, свойствах, характеристиках и применении геосинтетиков рассеяны в многочисленных литературных источниках. Это привело к тому, что и по сей день об этих материалах сравнительно мало известно инженеру-практику, даже несмотря на то что область их применения очень обширна. Поэтому изучение и систематизация имеющихся сведений о геосинтетических материалах и опыте их применения необходимы для того, чтобы облегчить специалистам получение более четких и полных представлений об основных достижениях в этой области и путях расширения использования геосинтетики в повседневной практике строительства.

Геосинтетические материалы, водопроницаемые и водонепроницаемые, в зависимости от выполняемых функций могут быть разделены на четыре группы: геотекстили, геотекстильподобные, геомембраны и геокомпозиты.

Геотекстили - фильтрующие тканые, нетканые или вязаные текстильные материалы, имеющие вид полотна и изготавливаемые из полимерных (синтетических или натуральных) волокон. Они применяются в геотехнике и других областях строительства в контакте с грунтом и/или другими строительными материалами в качестве защиты гидроизоляционных элементов от механических повреждений, армирующих элементов для повышения прочности и несущей способности грунтовых сооружений и оснований, разделительного слоя, препятствующего перемешиванию грунтов, а также как фильтры в конструкциях дренажей.

Другую группу геосинтетических материалов образуют так называемые геотекстильподобные материалы. Геотекстильподобные - это плоские или трехмерные водопроницаемые полимерные (синтетические или натуральные) материалы. К ним относят геосетки, георешетки, геоматы и геоячейки.

Геосетки и георешетки, как и геоткани характеризуются высокой механической прочностью, малой деформируемостью и высокой прочностью на раздир. Это определяет их область использования в качестве армирующих элементов грунтовых сооружений и оснований. Геосетки и георешетки применяются также в случаях, когда требуется обеспечить местную устойчивость откосов.

Геоматы - это объемные водопроницаемые полимерные структуры, которые используются для противоэрозионной защиты и озеленения склонов и откосов, а также для дренажа фильтрующихся жидкостей.

Разновидностью геоматов являются также водонепроницаемые геосинтетические глиноматы - материалы заводского изготовления, состоящие из природных глин (например, бентонита), обладающих низким коэффициентом фильтрации, и геотекстиля. Поэтому часто глиноматы называют бентонитовыми матами. Эти материалы применяют для создания прудов, противофильтрационных завес, часто они служат альтернативным решением глиняным экранам при строительстве полигонов для захоронения отходов.

Геоячейки - это трехмерные водопроницаемые сотовые или решетчатые структуры, изготовленные из полос геотекстилей или геомембран. Они используются для контроля эрозии и стабилизации грунтовых поверхностей.

Геомембраны - это рулонные и листовые материалы, которые изготавливаются из синтетических полимеров или продуктов на основе битумов и характеризуются очень низкой водопроницаемостью. Геомембраны применяют для гидроизоляции, пароизоляции и газоизоляции подземных строительных конструкций, создания противофильтрационных экранов, устройства прудов, отстойников, испарителей.

Развитие исследований свойств и способов получения геосинтетических материалов привело к созданию новой группы геосинтетических материалов, получивших название "геокомпозиционные материалы".

Геокомпозиционные материалы (геокомпозиты) представляют собой комбинацию двух или нескольких типов геосинтетических материалов, различных по своим свойствам и функциональным возможностям. Они получили широкое распространение в различных областях строительства, т.к. обладают улучшенными физико-механическими характеристиками и новыми функциональными возможностями по сравнению с составляющими его материалами, а также позволяют создавать многофункциональные конструкции, обеспечивающие эффективную и надежную работу сооружений.

Современные технологии строительства с использованием геосинтетических материалов позволяют создавать новые типы конструкций, которые превосходят традиционные по прочности, надежности и долговечности с одновременным уменьшением расхода природных строительных материалов, сокращением сроков строительства и энергозатрат, а также обеспечением социально-экологической безопасности эксплуатируемых сооружений.