| Тип геотекстиля | Размер образца, мм | Скорость деформации, %/мин | Прочность продольная, кН/м | Прочность поперечная, кН/м |
|---|---|---|---|---|
| Иглопробивной нетканый (100 г/м²) | 200×100 | 20±5 | 1,8–3,5 | 1,5–2,8 |
| Иглопробивной нетканый (200 г/м²) | 200×100 | 20±5 | 5,0–8,5 | 4,2–7,0 |
| Иглопробивной нетканый (300 г/м²) | 200×100 | 20±5 | 10,0–15,0 | 8,5–12,5 |
| Термоскрепленный (150 г/м²) | 200×100 | 20±5 | 12,0–18,0 | 10,0–16,0 |
| Термоскрепленный (200 г/м²) | 200×100 | 20±5 | 16,0–24,0 | 14,0–21,0 |
| Тканый (200 г/м²) | 200×100 | 20±5 | 25,0–35,0 | 22,0–30,0 |
| Тканый (400 г/м²) | 200×100 | 20±5 | 35,0–50,0 | 30,0–45,0 |
| Тип материала | Производство | Удлинение продольное, % | Удлинение поперечное, % | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| Нетканый иглопробивной ПП | Иглопробив | 45–80 | 50–95 | Дренаж, фильтрация, разделение слоев |
| Нетканый иглопробивной ПЭТ | Иглопробив | 35–65 | 40–75 | Армирование, укрепление откосов |
| Термоскрепленный ПП | Термообработка | 15–35 | 15–30 | Разделение, защита гидроизоляции |
| Тканый ПП | Ткачество | 10–25 | 10–20 | Армирование дорожных оснований |
| Тканый ПЭТ высокопрочный | Ткачество | 8–18 | 8–15 | Усиление земляного полотна под высокие нагрузки |
| Вязально-прошивной | Вязка + прошивка | 20–45 | 25–50 | Комплексное укрепление и дренаж |
| Тип геотекстиля | Метод определения | Градиент напора | Коэффициент фильтрации Кф, м/сут | Расход воды Q, л/(м²·с) |
|---|---|---|---|---|
| Иглопробивной 100 г/м² | ГОСТ Р 52608-2006 | 1,0 | 90–130 | 1,0–1,5 |
| Иглопробивной 200 г/м² | ГОСТ Р 52608-2006 | 1,0 | 65–95 | 0,75–1,1 |
| Иглопробивной 300 г/м² | ГОСТ Р 52608-2006 | 1,0 | 45–75 | 0,52–0,87 |
| Термоскрепленный 150 г/м² | ГОСТ Р 52608-2006 | 1,0 | 55–85 | 0,64–0,98 |
| Термоскрепленный 200 г/м² | ГОСТ Р 52608-2006 | 1,0 | 40–70 | 0,46–0,81 |
| Тканый 200 г/м² | ГОСТ Р 52608-2006 | 1,0 | 35–60 | 0,40–0,69 |
| Тканый 400 г/м² | ГОСТ Р 52608-2006 | 1,0 | 25–45 | 0,29–0,52 |
| Тип материала | Характеристический размер пор O90, мкм | Задерживаемые частицы, мм | Область применения | Тип защищаемого грунта |
|---|---|---|---|---|
| Иглопробивной 100 г/м² | 120–150 | > 0,10 | Фильтрация песчаных грунтов | Песок средний, крупный |
| Иглопробивной 200 г/м² | 100–130 | > 0,08 | Дренаж, защита трубопроводов | Песок мелкий, средний |
| Иглопробивной 300 г/м² | 85–115 | > 0,07 | Фильтрация супесей | Супесь легкая, песок пылеватый |
| Термоскрепленный 150 г/м² | 95–125 | > 0,08 | Разделение слоев с дренажом | Песок мелкий, супесь |
| Термоскрепленный 200 г/м² | 80–110 | > 0,07 | Защита геомембран, дренаж | Супесь, пылеватый песок |
| Тканый 200 г/м² | 75–105 | > 0,06 | Дорожные основания с фильтрацией | Супесь тяжелая, суглинок легкий |
| Тканый 400 г/м² | 65–95 | > 0,05 | Защита от заиливания в глинистых грунтах | Суглинок, супесь тяжелая |
Введение: виды испытаний геосинтетических материалов
Геосинтетические материалы, применяемые в дорожном строительстве и гидротехнических сооружениях, подвергаются комплексу лабораторных испытаний для подтверждения соответствия проектным требованиям. Контроль качества геотекстиля регламентируется нормативными документами ГОСТ 32491-2013, ГОСТ Р 56419-2015, ГОСТ 33068-2014 и отраслевым методическим документом ОДМ 218.2.055-2015.
Основные категории испытаний включают механические характеристики, фильтрационные свойства и стойкость к внешним воздействиям. Для дорожных лаборантов первостепенное значение имеют показатели прочности на разрыв, относительное удлинение при максимальной нагрузке, коэффициент фильтрации и характеристический размер пор. Эти параметры определяют способность геотекстиля выполнять функции разделения, армирования, фильтрации и дренирования в конструкциях дорожной одежды.
Методики испытаний базируются на межгосударственных и национальных стандартах: ГОСТ 32491-2013 регламентирует испытания на растяжение методом широкой полосы, ГОСТ Р 52608-2006 устанавливает процедуру определения водопроницаемости, ГОСТ Р 53238-2008 описывает методику определения характеристики пор. Дополнительные требования для дорожной отрасли содержатся в ОДМ 218.2.055-2015.
Периодичность испытаний зависит от типа контроля: входной контроль проводится при поступлении партии материала на объект, приемочный — после укладки геотекстиля в конструкцию, периодический — один раз в год для уточнения характеристик. Критически важные показатели, такие как прочность при динамическом продавливании и устойчивость к циклическим нагрузкам, определяются в рамках периодических испытаний.
Классификация методов по функциональному назначению
Испытания геосинтетических материалов подразделяются на группы в зависимости от функции, которую материал выполняет в дорожной конструкции. Для армирующих геотекстилей приоритетными являются механические испытания на прочность и удлинение, для разделительных и фильтрующих — определение фильтрационных характеристик и размера пор, для дренирующих — водопроницаемость в плоскости полотна.
- Механические испытания: прочность на разрыв по ГОСТ 32491-2013, прочность при продавливании по ГОСТ Р 56335-2015, прочность швов по ГОСТ 33069-2014
- Гидравлические испытания: коэффициент фильтрации перпендикулярно плоскости по ГОСТ Р ИСО 10776-2014, водопроницаемость в плоскости по ГОСТ Р 52608-2006
- Фильтрационные испытания: эквивалентный диаметр пор O90 по ГОСТ Р 53238-2008, характеристическая ширина отверстий по методу сухого просеивания
- Испытания на долговечность: стойкость к ультрафиолету по ГОСТ Р 55031-2012, морозостойкость по ГОСТ Р 55032-2012, химическая стойкость по ГОСТ Р 55035-2012
Испытания на прочность при разрыве
Определение прочности при растяжении методом широкой полосы выполняется согласно ГОСТ 32491-2013, который гармонизирован с международным стандартом ISO 10319. Метод заключается в растяжении образца геотекстиля шириной 200 миллиметров при расстоянии между зажимами 100 миллиметров до разрыва с постоянной скоростью деформации 20 процентов в минуту. Использование широкого образца снижает влияние краевых эффектов и обеспечивает более точное определение механических характеристик материала.
Подготовка образцов и оборудование
Образцы для испытаний вырезаются из рулона геотекстиля в продольном и поперечном направлениях не менее чем по пять штук на каждое направление. Перед испытанием пробы кондиционируются при температуре 20±2 градуса Цельсия и относительной влажности 65±5 процентов в течение не менее 24 часов. Испытания проводятся на разрывных машинах типа ГОСТ 28840-90, оснащенных зажимами с рабочей шириной 200 миллиметров и системой регистрации нагрузки с погрешностью не более одного процента.
Зажимы испытательной машины должны обеспечивать равномерное распределение усилия по ширине образца и предотвращать проскальзывание материала. Для нетканых геотекстилей рекомендуется использовать зажимы с плоской рабочей поверхностью, для тканых и композитных материалов применяются зажимы с накаткой или резиновыми прокладками.
Проведение испытания и обработка результатов
Образец закрепляется в зажимах машины таким образом, чтобы расстояние между зажимами составляло 100 миллиметров. Прикладывается предварительная нагрузка величиной до одного процента от ожидаемой максимальной нагрузки. Растяжение осуществляется с постоянной скоростью деформации 20±5 процентов в минуту до момента разрыва образца. Разрывная машина автоматически регистрирует кривую зависимости нагрузки от удлинения.
Прочность на разрыв Т вычисляется по формуле Т = F / b, где F — максимальная зарегистрированная сила в килоньютонах, b — ширина образца в метрах. Для геотекстилей с открытой структурой, таких как георешетки, расчет ведется на единицу ширины с учетом количества неповрежденных ребер. Результаты представляются отдельно для продольного и поперечного направлений как среднее арифметическое пяти измерений.
Согласно ГОСТ Р 56419-2015, геотекстиль для разделения слоев дорожной одежды должен обеспечивать достаточную прочность для предотвращения повреждений при укладке. Для армирования нижних слоев основания требования составляют 12-15 килоньютон на метр в зависимости от категории дороги и интенсивности движения.
Влияние типа материала на прочностные характеристики
Иглопробивные нетканые геотекстили характеризуются более низкой прочностью по сравнению с ткаными материалами при равной поверхностной плотности, но обеспечивают большее относительное удлинение. Полипропиленовые волокна демонстрируют прочность в диапазоне 1,8-15 килоньютон на метр для плотностей 100-300 грамм на квадратный метр. Термоскрепленные геотекстили занимают промежуточное положение с прочностью 12-24 килоньютона на метр при плотности 150-200 грамм на квадратный метр.
Тканые геотекстили из полиэфирных или полипропиленовых нитей обладают максимальной прочностью от 25 до 50 килоньютон на метр, что делает их оптимальным выбором для армирования дорожных оснований под высокими транспортными нагрузками. Анизотропия механических свойств, то есть различие прочности в продольном и поперечном направлениях, менее выражена у иглопробивных материалов и составляет 1,1-1,3, тогда как для тканых геотекстилей может достигать 1,5-2,0.
К оглавлениюОпределение относительного удлинения
Относительное удлинение при разрыве характеризует способность геотекстиля деформироваться без нарушения целостности при приложении растягивающей нагрузки. Этот параметр критически важен для материалов, работающих в условиях неравномерной осадки грунтового основания или циклических нагрузок от транспорта. Определение выполняется одновременно с испытанием на прочность по ГОСТ 32491-2013 путем регистрации удлинения образца в момент достижения максимальной нагрузки.
Методика измерения деформации
Удлинение образца измеряется с помощью экстензометра, закрепленного на рабочей части пробы между зажимами. Базовая длина для измерения составляет 100 миллиметров. Относительное удлинение ε вычисляется по формуле ε = (Δl / l₀) × 100%, где Δl — абсолютное удлинение при максимальной нагрузке в миллиметрах, l₀ — начальная расчетная длина образца в миллиметрах, равная 100.
Для нетканых геотекстилей с удлинением более 50 процентов допускается использование расчетного метода определения деформации по перемещению подвижного зажима разрывной машины с учетом поправочного коэффициента на проскальзывание материала в зажимах. Точность измерения должна обеспечивать погрешность не более двух процентов от измеряемой величины.
Типовые значения для различных материалов
Иглопробивные нетканые геотекстили из полипропилена демонстрируют относительное удлинение в диапазоне 45-95 процентов в зависимости от направления испытания и технологии производства. Высокая деформативность обусловлена переплетением волокон, допускающим значительное взаимное смещение без разрыва отдельных нитей. Полиэфирные иглопробивные материалы характеризуются меньшим удлинением 35-75 процентов за счет более жесткой структуры волокон.
Термоскрепленные геотекстили показывают удлинение 15-35 процентов, что связано с частичной фиксацией волокон в точках термосплавления. Тканые материалы обладают минимальным относительным удлинением 8-25 процентов, так как деформация ограничена растяжением отдельных нитей основы и утка. Для дорожных применений рекомендуется выбирать геотекстили с удлинением 40-70 процентов для функции разделения и 10-30 процентов для армирования.
Высокое относительное удлинение обеспечивает лучшую адаптацию геотекстиля к неравномерным осадкам земляного полотна и снижает риск разрыва материала при локальных деформациях. Однако избыточная деформативность может приводить к чрезмерным перемещениям в конструкции дорожной одежды, поэтому необходим баланс между прочностью и удлинением в зависимости от конкретных условий эксплуатации.
Секущий модуль жесткости
Наряду с максимальным удлинением определяется секущий модуль жесткости J, характеризующий сопротивление материала деформированию при различных уровнях нагрузки. Секущий модуль вычисляется как отношение напряжения к соответствующей деформации на заданном уровне нагрузки, например, при двух или пяти процентах деформации. Для геотекстилей с нелинейной диаграммой растяжения определяют несколько значений секущего модуля при разных уровнях деформации.
Секущий модуль имеет размерность килоньютон на метр и позволяет прогнозировать поведение геосинтетика при рабочих нагрузках, не достигающих разрушающих значений. Для иглопробивных геотекстилей секущий модуль при 2% деформации составляет 2-8 килоньютон на метр, для тканых материалов — 30-120 килоньютон на метр. Эти данные используются при расчете напряженно-деформированного состояния дорожной конструкции с учетом работы геосинтетического армирования.
К оглавлениюКоэффициент фильтрации: методика и оборудование
Коэффициент фильтрации геотекстиля определяет скорость прохождения воды через материал перпендикулярно его плоскости и является ключевым параметром для дренажных и фильтрующих применений. Методика испытаний регламентирована ГОСТ Р 52608-2006 и ГОСТ Р ИСО 10776-2014. Испытание проводится на специализированных фильтрационных приборах при постоянном градиенте напора, равном единице.
Устройство фильтрационного прибора и принцип работы
Фильтрационный прибор состоит из цилиндрической камеры с образцом геотекстиля, системы подачи воды, пьезометра для измерения напора и емкости для сбора профильтровавшейся воды. Образец диаметром 100 миллиметров помещается в цилиндрическую камеру между двумя перфорированными пластинами с металлической сеткой. Через образец под действием гидростатического напора пропускается дистиллированная вода с минерализацией не более двух грамм на литр.
Градиент напора i устанавливается равным 1,0, что соответствует перепаду уровней воды в 100 миллиметров на длине образца 100 миллиметров. Измеряется объем воды V, прошедшей через образец за время t. Коэффициент фильтрации Kф вычисляется по закону Дарси: Kф = (V × h) / (A × i × t), где V — объем воды в кубических сантиметрах, h — толщина образца в сантиметрах, A — площадь образца в квадратных сантиметрах, t — время фильтрации в секундах.
Коэффициент фильтрации существенно зависит от температуры воды вследствие изменения ее вязкости. Результаты испытаний приводятся к стандартной температуре 10 градусов Цельсия с использованием поправочного коэффициента KT = (μT / μ10), где μT — динамическая вязкость воды при температуре испытания, μ10 — вязкость при 10 градусах.
Проведение испытания
Перед началом измерений образец геотекстиля насыщается водой путем медленного заполнения фильтрационной камеры снизу вверх для удаления воздуха из пор. Затем устанавливается требуемый градиент напора и начинается пропуск воды через образец. Измерения проводятся после достижения стационарного режима фильтрации, когда расход воды стабилизируется. Фиксируется объем профильтровавшейся воды и соответствующее время, повторяя измерение не менее трех раз.
Для иглопробивных геотекстилей плотностью 100-300 грамм на квадратный метр типичное время достижения стационарного режима составляет 5-15 минут. Расход воды Q измеряется в литрах на квадратный метр в секунду и связан с коэффициентом фильтрации соотношением Q = Kф × i. При градиенте, равном единице, численные значения коэффициента фильтрации и расхода совпадают при соответствующем пересчете размерностей.
Интерпретация результатов для дорожных применений
Согласно ОДМ 218.2.055-2015, минимальный коэффициент фильтрации для геотекстиля, применяемого в дренажных системах, должен составлять не менее 50 метров в сутки. Это требование обеспечивает эффективный отвод воды из конструкции дорожной одежды и предотвращает накопление влаги в зернистых слоях. Иглопробивные материалы с коэффициентом 65-130 метров в сутки полностью удовлетворяют данному критерию.
При использовании геотекстиля для разделения слоев с различным гранулометрическим составом необходимо обеспечить баланс между фильтрационной способностью и задержанием мелких частиц грунта. Высокий коэффициент фильтрации должен сочетаться с соответствующим характеристическим размером пор, о чем будет сказано в следующем разделе. Снижение коэффициента фильтрации в процессе эксплуатации за счет кольматации пор учитывается введением запаса прочности, обычно принимаемого равным 1,5-2,0.
К оглавлениюЭквивалентный диаметр пор и критерии фильтрации
Характеристический размер пор O90 представляет собой диаметр отверстий геотекстиля, через которые проходит 90 процентов массы калиброванного гранулированного материала при проведении стандартного испытания. Параметр определяется по ГОСТ Р 53238-2008 методом сухого просеивания песка через образец геотекстиля при заданных условиях вибрации.
Методика определения характеристического размера пор
Образец геотекстиля закрепляется в специальной раме над поддоном для сбора просеянного материала. На поверхность образца равномерно насыпается стандартный кварцевый песок с узким диапазоном фракций от 50 до 500 микрометров. Рама с образцом устанавливается на вибрационный стол, обеспечивающий вертикальные колебания с частотой 50 Герц и амплитудой 1 миллиметр в течение 10 минут. По окончании вибрации взвешивается масса песка, прошедшего через геотекстиль.
Испытание повторяется с песком различных фракций, строится график зависимости процентного содержания прошедшего материала от среднего размера частиц. Размер пор O90 определяется как диаметр частиц, соответствующий 90 процентам прошедшего песка на графике. Для иглопробивных геотекстилей типичные значения O90 находятся в диапазоне 85-150 микрометров, для тканых материалов — 65-105 микрометров.
Для эффективной фильтрации и предотвращения заиливания размер пор геотекстиля должен удовлетворять двум условиям: O90 < k × D50 и O90 > 2 × D15, где D50 и D15 — диаметры частиц защищаемого грунта, соответствующие 50 и 15 процентам на кривой гранулометрического состава, k — коэффициент безопасности, принимаемый 1,5-3,0 в зависимости от условий эксплуатации.
Подбор геотекстиля по размеру пор
Для фильтрации песчаных грунтов с D50 = 0,25 миллиметра и D15 = 0,12 миллиметра подходит иглопробивной геотекстиль с O90 = 100-130 микрометров. Такой материал пропускает воду, но задерживает частицы размером более 0,1 миллиметра, предотвращая вынос мелкой фракции и заиливание дренажного слоя. Для супесей с D50 = 0,08 миллиметра требуется более плотный геотекстиль с O90 = 80-100 микрометров.
Применение геотекстиля с чрезмерно малым размером пор приводит к быстрой кольматации и потере фильтрационной способности. Напротив, слишком большие поры не обеспечивают задержание частиц грунта, что ведет к заиливанию дренажа и снижению несущей способности конструкции. Правильный подбор геотекстиля по критерию фильтрации требует детального анализа гранулометрического состава грунта и условий водного режима дорожной одежды.
Влияние способа производства на структуру пор
Иглопробивные нетканые геотекстили характеризуются неоднородной поровой структурой с широким распределением размеров пор от 30 до 200 микрометров. Такая структура обеспечивает высокую фильтрационную способность, но требует тщательного контроля характеристического размера O90. Термоскрепленные материалы имеют более равномерную структуру пор благодаря термофиксации точек контакта волокон, что снижает риск локального прорыва частиц грунта.
Тканые геотекстили обладают регулярной структурой пор, определяемой переплетением нитей основы и утка. Размер пор в таких материалах более предсказуем и управляется при производстве путем изменения плотности ткани и толщины нитей. Однако механические повреждения тканого геотекстиля при монтаже могут привести к локальному увеличению размера пор и нарушению фильтрационных свойств, поэтому требуется контроль качества укладки.
К оглавлениюОценка соответствия проектным требованиям
Комплексная оценка качества геотекстиля включает сопоставление результатов лабораторных испытаний с требованиями проектной документации, нормативных документов и технических условий производителя. Для дорожного строительства основополагающим является соответствие ГОСТ Р 56419-2015 для разделительных геотекстилей, ГОСТ Р 56338-2015 для армирующих материалов и ГОСТ 33068-2014 для дренажных систем.
Критерии приемки по механическим характеристикам
Прочность на разрыв должна обеспечивать запас по отношению к расчетным напряжениям в геотекстиле с учетом коэффициентов редукции на ползучесть, механические повреждения при укладке и химическую деградацию. Для разделительных функций используются материалы с прочностью от 3 до 15 килоньютон на метр, для армирования нижних слоев основания — от 12 до 30 килоньютон на метр в зависимости от категории дороги и условий эксплуатации.
Относительное удлинение при разрыве должно быть достаточным для восприятия деформаций грунта без разрыва материала, но не избыточным, чтобы избежать чрезмерных перемещений в конструкции. Оптимальный диапазон для разделительных геотекстилей составляет 40-70 процентов, для армирующих — 10-30 процентов. Значительное отклонение от этих диапазонов требует дополнительного обоснования применимости материала.
Критерии приемки по фильтрационным характеристикам
Коэффициент фильтрации геотекстиля, используемого для дренирования, должен превышать коэффициент фильтрации защищаемого грунта не менее чем в 10 раз, что обеспечивает беспрепятственный отвод воды. При минимальном требовании 50 метров в сутки по ОДМ 218.2.055-2015 большинство иглопробивных геотекстилей с плотностью 100-300 грамм на квадратный метр соответствуют критерию. Снижение коэффициента фильтрации ниже порогового значения является основанием для отбраковки партии.
Характеристический размер пор O90 должен удовлетворять условиям фильтрации относительно гранулометрического состава грунта. Нарушение критерия O90 < k × D50 приводит к возможности вымывания частиц грунта, а нарушение O90 > 2 × D15 — к быстрой кольматации. Проверка соответствия выполняется на основе данных о грунтах, полученных из инженерно-геологических изысканий.
Результаты испытаний оформляются протоколом, содержащим идентификацию образцов, условия испытаний, полученные значения характеристик, заключение о соответствии требованиям. Протокол подписывается ответственным лицом лаборатории и заверяется печатью. При несоответствии хотя бы одного показателя установленным нормам партия геотекстиля не допускается к применению либо проводятся повторные испытания на удвоенном количестве образцов.
Дополнительные испытания долговечности
Для подтверждения сохранения свойств геотекстиля в условиях длительной эксплуатации проводятся периодические испытания на стойкость к ультрафиолетовому излучению, многократному замораживанию и оттаиванию, воздействию агрессивных сред. Стойкость к ультрафиолету определяется по ГОСТ Р 55031-2012 выдержкой образцов в климатической камере с ксеноновой лампой в течение 500 часов. Остаточная прочность должна составлять не менее 70 процентов от исходной.
Морозостойкость оценивается по ГОСТ Р 55032-2012 путем проведения 25 циклов замораживания при минус 18 градусах Цельсия и оттаивания при плюс 18 градусах. Снижение прочности не должно превышать 15 процентов. Химическая стойкость проверяется выдержкой в растворах кислот и щелочей с последующим определением изменения механических характеристик. Эти испытания особенно важны для геосинтетиков, применяемых в агрессивных грунтовых условиях или при контакте с химически активными веществами.
К оглавлению