Геостільник для варіантів застосування, пов’язаних з витримуванням навантажень

Реферат: У винаході розкритий геостільник, який має високу міцність і жорсткість, так що геостільник має динамічний модуль пружності, що дорівнює 500 МПа або більше при 23 °C; динамічний модуль пружності, який дорівнює 150 МПа або більше при 63 °C, при вимірюванні в подовжньому напрямку з використанням Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) з частотою, що дорівнює 1 Гц; розтягуюче напруження при 12 % розтягненні, яке дорівнює 14,5 МПа або більше при 23 °C; -6 коефіцієнт теплового розширення, що дорівнює 120*10 /°С або менше при 25 °C, і/або довгострокове розрахункове напруження, яке дорівнює 2,6 МПа або більше. Геостільник підходить для варіантів застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень, особливо для посилення підстилаючих шарів дорожнього покриття і/або підстилаючих ґрунтів доріг, бруківки, майданчиків для зберігання і залізничних шляхів. UA 100079 C2 (12) UA 100079 C2 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 РІВЕНЬ ТЕХНІКИ Дане розкриття стосується стільникової обмежуючої системи, також відомої, як CCS або геостільник, яка підходить для застосування, пов'язаного з витримуванням навантажень, як наприклад навантажень, що є на дорогах, залізничних шляхах, автостоянках і бруківках. Зокрема, геостільники даного розкриття зберігають свої параметри після великої кількості циклів навантажень і циклів зміни температури; таким чином, необхідне обмеження засипки зберігається протягом проектного періоду експлуатації геостільника. Стільникова обмежуюча система (CCS) являє собою множину обмежуючих стільників, які є схожими на структуру "медових стільників", які наповнюють зернистою засипкою, яка може являти собою незв'язний ґрунт, пісок, гравій, щебінь, дроблений камінь або будь-який інший тип зернистого заповнювача. Також відомі як геостільники, CCS переважно використовують у варіантах застосування цивільного будівництва, в яких потрібна невелика механічна міцність і жорсткість, як наприклад кріплення схилів (для запобігання ерозії) або забезпечення бічної опори для схилів. CCS відрізняються від інших геосинтетичних матеріалів, як наприклад георешітки або геотекстильні матеріали, тим, що георешітки/геотекстильні матеріали є плоскими (тобто, двовимірними) і використовуються як площинне укріплення. Георешітки/геотекстильні матеріали забезпечують обмеження тільки для дуже невеликих вертикальних проміжків (як правило, в 1-2 рази більше середнього розміру зернистого матеріалу) і обмежені зернистими матеріалами, що мають середній розмір більший ніж приблизно 20 мм. Це обмежує застосування подібних двовимірних геосинтетичних матеріалів для відносно дорогих зернистих матеріалів (щебінь, дроблений камінь і гравій), по причині того, що вони майже не забезпечують обмеження або укріплення для зернистих матеріалів нижчої якості, як наприклад регенерований асфальт, роздроблений бетон, попільний пил і кам'яне борошно. На противагу цьому, CCS являють собою тривимірні структури, які забезпечують обмеження у всіх напрямках (тобто вздовж повного поперечного перерізу кожного стільника). Більше того, багатостільникова геометрія забезпечує пасивний опір, який збільшує вантажопідйомність. На відміну від двовимірних геосинтетичних матеріалів, геостільник забезпечує обмеження і укріплення зернистих матеріалів, що мають середній розмір частинок менший ніж приблизно 20 мм, і у деяких випадках матеріалів, що мають середній розмір частинок, що становить приблизно 10 мм або менше. У всьому світі геостільники виготовляють декілька компаній, включаючи Presto. Геостільники Presto, а також геостільники більшості їх імітаторів, виготовляють з поліетилену (PE). Поліетилен (PE) може являти собою поліетилен з високою густиною (HDPE) або поліетилен із середньою густиною (MDPE). Термін "HDPE" надалі в цьому документі стосується 3 поліетилену, що характеризується густиною більшою ніж 0,940 г/см . Термін поліетилен з середньою густиною (MDPE) стосується поліетилену, що характеризується густиною більшою 3 3 ніж 0,925 г/см - 0,940 г/см . Термін поліетилен з низькою густиною (LDPE) стосується 3 поліетилену, що характеризується густиною, що становить 0,91-0,925 г/см . Геостільники, виготовлені з HDPE і MDPE, є або гладкими, або текстурованими. Текстуровані геостільники найбільш широко представлені на ринку, оскільки текстурний малюнок може забезпечувати деяке додаткове тертя між стінками геостільника і засипкою. Незважаючи на те, що HDPE теоретично може мати межу міцності на розтягнення (розтягуюче напруження при межі текучості або при розриві) більше ніж 15 мегапаскалів (МПа), на практиці, коли з стінки геостільника беруть зразок і випробовують згідно зі ASTM D638 (випробування по стандарту Американського товариство фахівців з випробувань матеріалів), дана міцність є недостатньою для варіантів застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень, як наприклад, для доріг і залізниць, і навіть при високій швидкості розтягнення, що становить 150%/хвилину, буде досягати всього лише 14 МПа. Погані властивості HDPE і MDPE ясно видні при дослідженні за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) згідно з ASTM D4065: динамічний модуль пружності при 23°C нижчий ніж приблизно 400 МПа. Динамічний модуль пружності значно погіршується по мірі збільшення температури, і опускається нижче ефективних рівнів при температурах, які дорівнюють приблизно 75°C, обмежуючи, таким чином, застосування як засоби укріплення, пов'язані з витримуванням навантаження. Дані помірні механічні властивості є достатніми для кріплення схилів, але не для довгострокових варіантів застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень, які розробляють для служби більшої ніж п'ять років. Ще один спосіб прогнозування довгострокової, пов'язаної з повзучістю поведінки полімерів, полягає в прискореному випробуванні на повзучість за допомогою ступінчастого ізотермічного методу (SIM) згідно з ASTM 6992. У даному способі, полімерний зразок піддають постійному 1 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 навантаженню по програмі ступінчастої зміни температури. Стадії підвищеної температури прискорюють повзучість. Метод надає можливість екстраполяції властивостей зразка протягом довгих періодів часу, навіть протягом 100 років. Як правило, коли випробовують PE і PP, навантаження, яке викликає пластичну деформацію, що становить 10%, називають "довгострокова розрахункова межа міцності" і використовують в геосинтетичних матеріалах як дозволену міцність для конструкцій. Навантажень, які викликають пластичну деформацію більшу ніж 10%, уникають, в результаті того, що PE і PP випробовують повзучість другого порядку понад 10% пластичної деформації. Повзучість другого порядку є непрогнозованою, і в даному режимі PE і PP мають тенденцію "покриватися волосними тріщинами". Для варіантів застосування, як наприклад дороги, залізничні шляхи і сховище, яке знаходиться в умовах великого навантаження, і автостоянки, дана міцність, що становить всього лише 14 МПа, є недостатньою. Зокрема, геостільники з даними помірними механічними властивостями виявляють тенденцію до відносно низької жорсткості і тенденцію до пластичної деформації при розтягненні нижче 8%. Пластична деформація викликає втрату стільником свого обмежуючого потенціалу, по суті головного механізму укріплення, через короткі періоди часу або після невеликого числа проходів транспортних засобів (низька кількість циклічних навантажень). Наприклад, коли стрічку, взяту з типового геостільника в подовжньому напрямку (перпендикулярному площині швів), випробовують згідно з ASTM D638 з швидкістю розтягнення, що становить 20 %/хвилину, або навіть 150 %/хвилину, напруження при 6% розтягненні становить менше ніж 13 МПа, при 8% розтягненні становить менше ніж 13,5 МПа, а при 12% розтягненні становить менше ніж 14 МПа. У результаті, геостільники з HDPE обмежені варіантами застосування, де геостільник знаходиться під низьким навантаженням, і де обмеження засипки, яка несе навантаження, не є обов'язковим (наприклад, при стабілізації ґрунтів). Геостільники не є широко поширеними у варіантах застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень, як наприклад дороги, залізничні шляхи, автостоянки або майданчики для зберігання важких контейнерів, в результаті сильної тенденції до пластичної деформації при низькому розтягненні. Коли вертикальне навантаження прикладають до підкладки із зернистого матеріалу, частина цього вертикального навантаження транслюється в горизонтальне навантаження або тиск. Величина горизонтального навантаження дорівнює вертикальному навантаженню, помноженому на коефіцієнт горизонтального тиску ґрунту (також відомої, як коефіцієнт бічного тиску ґрунту або LЕРС) зернистого матеріалу. LEPC може варіювати від приблизно 0,2 для хороших матеріалів, на зразок гравію і дробленого каменю (як правило, жорсткі частинки, слабке фракціонування, тому ущільнення є дуже хорошим, а пластичність є мінімальною) до приблизно 0,3-0,4 для більш пластичних матеріалів, на зразок кам'яного борошна або регенерованого асфальту (матеріалів, які мають високий вміст дрібних частинок і високу пластичність). Коли зернистий матеріал вологий (наприклад, при дощовому або паводковому просочуванні підстилаючого шару дорожнього покриття і підстилаючого ґрунту дороги), його пластичність збільшується, і розвиваються підвищені горизонтальні навантаження, забезпечуючи підвищене кільцеве напруження в стінці стільника. Коли зернистий матеріал обмежений геостільником, а вертикальне навантаження прикладається зверху за рахунок статичного або динамічного напруження (як наприклад, тиск, що здійснюється колесом транспортного засобу або рейкою поїзда), горизонтальний тиск транслюється в кільцеве напруження в стінці геостільника. Кільцеве напруження пропорційне горизонтальному тиску і середньому радіусу стільника, і зворотно пропорційне товщині стінки стільника. , 50 55 де HS являє собою середнє кільцеве напруження в стінці геостільника, VP являє собою вертикальний тиск, що прикладається навантаженням зовні на зернистий матеріал, LEPC являє собою коефіцієнт бічного тиску ґрунту, r являє собою середній радіус стільника, а d являє собою номінальну товщину стінки стільника. Наприклад, геостільник, виготовлений з HDPE або MDPE, який має товщину стінки стільника, що дорівнює 1,5 міліметри (включаючи текстурний малюнок, причому термін "товщина стінки" стосується надалі в цьому документі відстані від крайньої точки до крайньої точки на поперечному перерізі стінки стільника), середній діаметр (при засипці зернистим матеріалом), дорівнює 230 міліметрів, висоту, що дорівнює 200 міліметрів, при наповненні 2 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 піском або кам'яним борошном (LEPC становить 0,3), і вертикальне навантаження, що дорівнює 700 кілопаскалів (кПа), буде піддаватися кільцевому напруженню, що становить приблизно 16 мегапаскалів (МПа). Як видно з рівняння кільцевого напруження, більший діаметр або більш тонкі стінки - що є перевагою з точки зору економічності виробництва - піддаються значно вищим кільцевим напруженням, і, таким чином, не діють належно як укріплення, при виготовленні з HDPE або MDPE. Вертикальні навантаження, які дорівнюють 550 кПа, є звичайними для немощених доріг. Значно більш високі навантаження, що становлять 700 кПа або більше, можуть зазнаватися на дорогах (мощених і немощених) для важких грузовиків, дорогах промислового використання або автостоянках. В результаті того, що варіанти застосування, пов'язані з витримуванням навантажень, особливо дорогі і залізничні шляхи, загалом піддаються мільйонам циклічних навантажень, стінці геостільника необхідно втримувати свої первинні параметри при циклічних навантаженнях з дуже низькою пластичною деформацією. Комерційне використання геостільників з HDPE обмежується не несучими навантаження варіантами застосування в результаті того, що HDPE, як правило, досягає своєї межі пластичності при приблизно 8% розтягненні і при напруженнях нижче звичайних напружень, що виявляються в більшості випадків у варіантах застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень. Було б бажано надати геостільник, який має підвищену жорсткість і міцність, знижену тенденцію до деформації при підвищених температурах, краще зберігання своєї пружності при температурах вищих навколишнього середовища (23°С), зменшену тенденцію піддаватися пластичній деформації при повторюваних навантаженнях і безперервних, і/або тривалих періодах роботи. КОРОТКИЙ ОПИС У варіантах здійснення розкриті геостільники, які забезпечують достатню жорсткість і можуть допускати високі напруження без пластичної деформації. Подібні геостільники підходять для варіантів застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень, як наприклад, мостових, доріг, залізничних шляхів, автостоянок, злітно-посадочних смуг і майданчиків зберігання. Також розкриті способи виготовлення і використання подібних геостільників. У деяких варіантах здійснення розкритий геостільник, утворений з полімерних стрічок, причому щонайменше одна полімерна стрічка має динамічний модуль пружності, який дорівнює 500 МПа або більше при вимірюванні в подовжньому напрямку за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) згідно з ASTM D4065 при 23°С і з частотою, яка дорівнює 1 Гц. Щонайменше одна полімерна стрічка може мати динамічний модуль пружності, що дорівнює 700 МПа або більше, включаючи динамічний модуль пружності, який дорівнює 1000 МПа або більше. Щонайменше одна полімерна стрічка може мати напруження при 12% розтягненні, що дорівнює 14,5 МПа або більше при вимірюванні згідно з методикою Izhar при 23°С, включаючи напруження при 12% розтягненні, що дорівнює 16 МПа або більше або напруження при 12% розтягненні, яке дорівнює 18МПа або більше. Щонайменше одна полімерна стрічка може мати коефіцієнт теплового розширення, що -6 0 дорівнює 120×10 / C або менше при 25°C згідно з ASTM D696. Геостільник може бути використаний у вигляді шару бруківки, дороги, залізничного шляху або автостоянки. Геостільник може бути наповнений зернистим матеріалом, вибраним з групи, яка складається з піску, гравію, дробленого каменю, щебеню, кам'яного борошна, роздробленого бетону, регенерованого асфальту, цегельної крихти, будівельних уламків і будівельного сміття, скляного бою, шлаку від електростанцій, попільного пилу, вугільного попелу, шлаку доменної плавки, гранульованого шлаку для виробництва цементу, металовмісного шлаку і їх сумішей. В інших варіантах здійснення розкритий геостільник, утворений з полімерних стрічок, причому щонайменше одна полімерна стрічка має динамічний модуль пружності, що дорівнює 150 МПа або більше при вимірюванні в подовжньому напрямку за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) згідно з ASTM D4065 при 63°С і з частотою, яка дорівнює 1 Гц. Щонайменше одна полімерна стрічка може мати динамічний модуль пружності, що дорівнює 250 МПа або більше, включаючи динамічний модуль пружності, який дорівнює 400 МПа або більше. Крім цього, в інших варіантах здійснення розкритий геостільник, утворений з полімерних стрічок, причому щонайменше одна полімерна стрічка має довгострокове розрахункове напруження, яке дорівнює 2,6 МПа або більше, при вимірюванні згідно з методикою PRS SIM. 3 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Щонайменше одна полімерна стрічка може мати довгострокове розрахункове напруження, яке дорівнює 3 МПа або більше, включаючи довгострокове розрахункове напруження, що дорівнює 4 МПа або більше. Нижче більш детально описані дані та інші варіанти здійснення. КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ Далі йде короткий опис креслень, які представлені з метою пояснення ілюстративних варіантів здійснення, розкритих в даній заявці, а не з метою їх обмеження. ФІГ. 1 являє собою перспективне зображення геостільника. ФІГ. 2 являє собою схему, яка показує ілюстративний варіант здійснення полімерної стрічки, використаної в геостільниках даного розкриття. ФІГ. 3 являє собою схему, яка показує ще один ілюстративний варіант здійснення полімерної стрічки, використаної в геостільниках даного розкриття. ФІГ. 4 являє собою схему, яка показує ще один ілюстративний варіант здійснення полімерної стрічки, використаної в геостільниках даного розкриття. ФІГ. 5 являє собою графік, що порівнює результати напруження-розтягнення різних стільників даного розкриття з порівняльним прикладом. ФІГ. 6 являє собою графік, що показує криву напруження-розтягнення для геостільників даного розкриття. ФІГ. 7 являє собою графік, що показує результати випробування вертикальним навантаженням для ілюстративного стільника даного розкриття в порівнянні з порівняльним прикладом. ФІГ. 8 являє собою графік динамічного модуля пружності і Tan Delta залежно від температури для контрольної стрічки. ФІГ. 9 являє собою графік динамічного модуля пружності і Tan Delta залежно від температури для полімерної стрічки, використаної в геостільникх даного розкриття. ДОКЛАДНИЙ ОПИС Наступний докладний опис наданий для того, щоб забезпечити можливість фахівцеві, що має звичайні пізнання в даній галузі техніки, створювати і застосовувати варіанти здійснення, розкриті в даній заявці, і викладає найкращі способи, що передбачають здійснення даних варіантів здійснення. Різні модифікації, однак, будуть залишатися очевидними фахівцям, що мають звичайні пізнання в даній галузі техніки, і повинні розглядатися в межах об'єму правових домагань даного розкриття. Більш повне розуміння складових елементів, процесів і пристроїв, розкритих в даній заявці, може бути одержане за допомогою посилання на прикладені креслення. Дані фігури є усього лише схематичним представленням, основаним на зручності і легкості демонстрації даного розкриття, і, в результаті цього, не призначені показувати відносний розмір і параметри пристроїв або їх складових елементів і/або визначати або обмежувати об'єм правових домагань ілюстративних варіантів здійснення. ФІГ. 1 являє собою перспективне зображення одношарового геостільника. Геостільник 10 включає в себе множину полімерних стрічок 14. Стрічки розташовані поруч з’єднані разом окремими фізичними швами 16. З'єднання може бути виконане за допомогою прикріплення, пришивання або зварювання, але в більшості випадків виконується за допомогою зварювання. Ділянка кожної стрічки між двома швами 16 утворює стінку 18 окремого стільника 20. Кожен стільник 20 має стінки, виготовлені з двох різних полімерних стрічок. Стрічки 14 з’єднані разом з утворенням структури медових стільників з множини стрічок. Наприклад, зовнішня стрічка 22 і внутрішня стрічка 24 з’єднані разом за допомогою фізичних швів 16, які розділені рівномірними проміжками по довжині стрічок 22 і 24. Пара внутрішніх стрічок 24 з’єднана разом за допомогою фізичних швів 32. Кожен шов 32 знаходиться між двома швами 16. У результаті, коли множину стрічок 14 натягують в напрямку перпендикулярному поверхням стрічок, стрічки згинаються синусоїдальним чином з утворенням геостільників 10. На краю геостільників, де стикаються кінці двох полімерних стрічок 22, 24, кінцевий зварний шов 26 (що також вважається швом) зроблений на короткій відстані від кінця 28 з утворенням короткої хвостової частини 30, яка стабілізує дві полімерні стрічки 22, 24. Геостільники даного розкриття виготовлені з полімерних стрічок, які мають певні фізичні властивості. Зокрема, полімерна стрічка має напруження при межі текучості, або при 12% розтягненні, коли полімерна стрічка не має межі текучості, що дорівнюють 14,5 МПа або більше, при вимірюванні в подовжньому напрямку (перпендикулярному площині швів в стільнику геостільника) при швидкості розтягнення, що дорівнює 20%/хвилину або 150%/хвилину. В інших варіантах здійснення, полімерна стрічка має розтягнення, що становить 10% або менше, при напруженні, що дорівнює 14,5 МПа, при вимірюванні описаним способом. Іншими словами, 4 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 полімерна стрічка може витримувати напруження, яке дорівнює 14 МПа або більше, не досягаючи своєї межі текучості. Інші синоніми для межі текучості включають в себе напруження при межі текучості, межу пружності або межу пластичності. Коли полімерна стрічка не має межі текучості, вважається, що напруження відповідає 12% розтягненню. Дані вимірювання стосуються механічних властивостей при розтягненні полімерної стрічки в подовжньому напрямку, при 23°С, а не її властивостей при вигині. В результаті того, що багато які геостільники є перфорованими, вимірювання напруження і розтягнення згідно з стандартами ASTM D638 або ISO 527 загалом неможливе. Таким чином, вимірювання проводять згідно з наступною методикою, яка являє собою модифіковану версію вказаних стандартів і згадується в даній заявці, як "процедура Izhar". Зразок стрічки 50 мм довжиною і 10 мм шириною беруть в напрямку паралельному рівню землі і перпендикулярному площині швів стільника (тобто в подовжньому напрямку). Стрічку закріплюють таким чином, щоб відстань між кріпильними деталями становила 30 мм. Потім стрічку розтягують за допомогою переміщення кріпильних деталей в сторони одна від одної з швидкістю 45 міліметрів (мм) за хвилину, яка переводиться в швидкість розтягнення, яка дорівнює 150%/хвилину при 23°С. Навантаження, що надається стрічкою у відповідь на вказану деформацію, вимірюють за 2 допомогою динамометричного датчика. Напруження (Н/мм ) розраховують при різному розтягненні (розтягнення являє собою приріст довжини, поділений на первинну довжину). Напруження розраховують за допомогою розподілу навантаження при певному розтягненні на первинний номінальний поперечний переріз (ширина стрічки, помножена на товщину стрічки). Оскільки поверхня стрічки геостільника, як правило, текстурована, товщину зразка вимірюють просто, як відстань від "крайньої точки до крайньої точки", усереднена між трьома положеннями на стрічці. (Наприклад, вважається, що стрічка, яка має рельєфний ромбоподібний текстурний малюнок, і що має відстань між найбільш верхнім текстурним малюнком верхньої сторони і найнижчим текстурним малюнком нижньої сторони, що дорівнює 1,5 мм, має 1,5 мм товщину.) Дана швидкість розтягнення, яка дорівнює 150%/хвилину, більш характерна для бруківок і залізничних шляхів, де кожен цикл навантаження є дуже коротким. В інших варіантах здійснення, полімерна стрічка може відрізнятися наявністю: розтягнення, що становить найбільше 1,9% при напруженні, що дорівнює 8 МПа; розтягненням, що становить найбільше 3,7% при напруженні, що дорівнює 10,8 МПа; розтягненням, що становить найбільше 5,5% при напруженні, що дорівнює 12,5 МПа; розтягненням, що становить найбільше 7,5% при напруженні, що дорівнює 13,7 МПа; розтягненням, що становить найбільше 10% при напруженні, що дорівнює 14,5 МПа; розтягненням, що становить найбільше 11% при напруженні, що дорівнює 15,2 МПа; і розтягненням, що становить найбільше 12,5% при напруженні, що дорівнює 15,8 МПа. Полімерна стрічка може також необов'язково мати розтягнення, що становить найбільше 14% при напруженні, що дорівнює 16,5 МПа; і/або розтягнення, що становить найбільше 17% при напруженні, що дорівнює 17,3 МПа. В інших варіантах здійснення, полімерна стрічка може відрізнятися наявністю напруження, яке дорівнює щонайменше 14,5 МПа при розтягненні, що становить 12%; напруження, яке дорівнює щонайменше 15,5 МПа при розтягненні, що становить 12%; і/або напруження, яке дорівнює щонайменше 16,5 МПа при розтягненні, що становить 12%. В інших варіантах здійснення, полімерна стрічка може відрізнятися наявністю динамічного модуля пружності, що дорівнює 500 МПа або більше при 23°С, виміряного в подовжньому напрямку за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) з частотою, яка дорівнює 1 Гц. Як і у випадку вимірювання напруження-розтягнення при натягненні, товщину для аналізу ДМА приймають, як відстань від «крайньої точки до крайньої точки», усереднена між трьома положеннями. Вимірювання ДМА, описані в даному розкритті, проведені згідно з ASTM D4065. В інших варіантах здійснення, полімерна стрічка може відрізнятися наявністю динамічного модуля пружності, що дорівнює 250 МПа або більше при 50°С, виміряного в подовжньому напрямку за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) з частотою, яка дорівнює 1 Гц. В інших варіантах здійснення, полімерна стрічка може відрізнятися наявністю динамічного модуля пружності, що дорівнює 150 МПа або більше при 63°С, виміряного в подовжньому напрямку за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) з частотою, яка дорівнює 1 Гц. В інших варіантах здійснення, полімерна стрічка може відрізнятися наявністю Tan Delta, що становить 0,32 або менше при 75°С, виміряного в подовжньому напрямку за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) з частотою, яка дорівнює 1 Гц. Дані нові властивості знаходяться за межами властивостей типових геостільників з HDPE або MDPE. Динамічний Механічний Аналіз (ДМА) являє собою методику, що використовується для дослідження і одержання характеристик в’язкопружного характеру для полімерів. Загалом, до 5 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 зразка матеріалу прикладають осцилюючу силу і вимірюють виникаюче в результаті циклічне зміщення зразка залежно від циклічного навантаження. Чим вища пружність, тим нижчий проміжок часу (фаза) між навантаженням і зміщенням. З цього, може бути визначена точна жорсткість (динамічний модуль пружності) зразка, а також механізм дисипації (динамічний модуль механічних втрат) і співвідношення між ними (Tan Delta). ДМА також обговорюється в ASTM. Ще одним аспектом геостільника даного розкриття є його знижений коефіцієнт теплового розширення (CTE) відносно існуючих в цей час HDPE або MDPE. CTE є важливим в результаті того, що розширення/скорочення в процесі циклічного температурного впливу являє собою ще один механізм, який забезпечує також додаткові кільцеві напруження. HDPE і MDPE мають -6/ CTE, що становить приблизно 200×10 °С в навколишньому просторі (23°С), і даний CTE є навіть більш високим при температурах вищих, ніж навколишнє середовище. Геостільник -6/ даного розкриття має CTE, що становить приблизно 150×10 °С або менше при 23°С, а в -6/ -6/ окремих варіантах здійснення приблизно 120×10 °С або менше при 23×10 °С при вимірюванні згідно з ASTM D696. CTE геостільники даного розкриття мають більш низьку тенденцію до збільшення при підвищених температурах. Ще одним аспектом геостільника даного розкриття є його більш низька тенденція до повзучості при постійному навантаженні. Більш низьку тенденцію до повзучості вимірюють згідно з прискореним випробуванням на повзучість за допомогою ступінчастого ізотермічного методу (SIM), який описаний в ASTM 6992. У даному способі, полімерний зразок піддають постійному навантаженню по програмі ступінчастої зміни температури (тобто температуру підвищують і утримують постійною протягом попередньо певного періоду). На стадіях вищої температури повзучість прискорюється. Процедуру випробування SIM застосовують до зразка з шириною, що дорівнює 100 мм, і чистою довжиною, яка дорівнює 50 мм (відстань між кріпильними деталями). До зразка прикладають статичне навантаження і нагрівають згідно з процедурою, що включає стадії: Стадія 0 1 2 3 4 5 6 7 30 35 40 45 50 Т за Цельсієм 23 30 37 44 51 58 65 72 час години 0 3 3 3 3 3 3 3 Дана процедура SIM згадується в даній заявці, як "процедура PRS SIM". У кінці процедури вимірюють пластичне розтягнення (безповоротне збільшення довжини, поділене на вихідну довжину). Пластичне розтягнення вимірюють відносно різних навантажень, причому навантаження, яке викликає пластичне розтягнення, що дорівнює 10% або менше, називають "довгостроковим розрахунковим навантаженням." Напруження, пов'язане з довгостроковим розрахунковим навантаженням (вказане навантаження, ділене на (первинну ширину, помножену на первинну)), становить "довгострокове розрахункове напруження" і забезпечує дозволене кільцеве напруження, яке геостільник може витримувати протягом довгого періоду часу при статичному навантаженні. Типовий геостільник з HDPE, коли його піддають процедурі PRS SIM, може забезпечувати довгострокове розрахункове напруження, що дорівнює всього лише 2,2 МПа. У деяких варіантах здійснення, полімерна стрічка згідно з даним розкриттям характеризується довгостроковим розрахунковим напруженням, яке дорівнює 2,6 МПа або більше, включаючи довгострокове розрахункове напруження, що дорівнює 3МПа або більше, або навіть 4 МПа або більше. На відміну від геостільника з HDPE, геостільник даного розкриття може забезпечувати значно кращі властивості до 16% розтягнення, а в деяких варіантах здійснення до 22% розтягнення. Зокрема, геостільник може пружно реагувати на напруження більше ніж 14,5 МПа, забезпечення, таким чином, необхідні властивості для варіантів застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень. Пружна реакція гарантує повне відновлення первинних параметрів, при усуненні навантаження. Геостільник забезпечить засипку з підвищеним допустимим навантаженням і підвищеним пружним відновленням свого первинного діаметра 6 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 при вторинних навантаженнях (тобто циклічних навантаженнях). Більше того, геостільник даного розкриття може бути використаний із зернистими матеріалами, які, як правило, не можуть бути використані в підстилаючих шарах дорожнього покриття і підстилаючих ґрунтах, як описано далі в даній заявці. Геостільник даного розкриття також забезпечує можливість кращої вантажопідйомності і опори втоми у вологих умовах, особливо коли використовуються дрібноструктурні зернисті матеріали. Полімерна стрічка може включати в себе поліетиленовий (PE) полімер, як наприклад HDPE, MDPE або LDPE, який був модифікований, як описано додатково нижче. Полімерна стрічка може також включати в себе поліпропіленовий (PP) полімер. Незважаючи на те, що більшість PP гомополімерів є дуже крихкими, а більшість PP співполімерів є дуже м'якими для варіантів застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень, деякі сорти PP полімерів є придатними. Подібні PP полімери можуть бути достатньо жорсткими для застосування, пов'язаного з витримуванням навантаження, і проте достатньо м'якими, щоб геостільник міг бути складений. Ілюстративні поліпропіленові полімери, придатні для даного розкриття, включають в себе поліпропіленові невпорядковані співполімери, поліпропіленові удароміцні співполімери, суміші поліпропілену або з етиленпропілен-дієн-мономером (ЕПДМ) або з еластомером, основаним на етилен-альфаолефіновому-співполімері, і поліпропіленові блок співполімери. Подібні PP полімери доступні для придбання під назвою R338-02N від Dow Chemical Compаny; ударостійкий співполімер марки PP 71 EK71 PS від SABIC Innovative Plastics; а PP RA1 E10 невпорядкований співполімер від SABIC Innovative Plastics. Ілюстративні еластомери, основані на етилен-альфаолефіновому-співполімері, включають в себе еластомери Exact®, що виробляються Exxon Mobil, і еластомери Tafmer®, що виробляються Mitsui. Оскільки PP полімери є крихкими при низьких температурах (нижче ніж приблизно мінус 20°С) і мають тенденцію до повзучості при статичних або циклічних навантаженнях, геостільники даного розкриття, які включають PP, можуть бути менш вантажопідйомними і більш обмеженими відносно своїх робочих температур, ніж геостільники даного розкриття, які включають HDPE. PP і/або PE полімери або будь-яка інша полімерна композиція згідно з даним розкриттям повністю модифіковані за допомогою різних процесів обробки і/або добавок, для досягнення необхідних фізичних властивостей. Найбільш ефективною обробкою є післяекструзійна обробка, або після преса для видавлювання, або у вигляді окремої обробки згодом. Як правило, полімери з низькою кристалічністю, як наприклад LDPE, MDPE і деякі PP полімери, будуть вимагати післяекструзійної обробки, як наприклад орієнтування, перехресного зшивання і/або термічного відпалу, тоді як полімери з високою кристалічністю можуть бути екструдовані у вигляді стрічок і зварені разом з утворенням геостільника без необхідності застосування післяекструзійної обробки. У деяких варіантах здійснення, полімерна стрічка включає в себе суміш (як правило, у вигляді компатибілізованого сплаву) (i) високоефективного полімеру і (ii) поліетиленового або поліпропіленового полімеру. Суміш являє собою загалом суміш (сплав), що не піддається змішуванню, в якій високоефективний полімер диспергований в матриці, утвореній поліетиленовим або поліпропіленовим полімером. Високоефективний полімер являє собою полімер, що має (1) динамічний модуль пружності, що дорівнює 1400 МПа або більше при 23°C, виміряний в подовжньому напрямку за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) з частотою, яка дорівнює 1 Гц згідно з ASTM D4065; або (2) максимальна межа міцності на розтягнення, що становить щонайменше 25 МПа. Ілюстративні високоефективні полімери включають в себе поліамідні смоли, поліефірні смоли і поліуретанові смоли. Особливо придатні високоефективні полімери включають в себе поліетилентерефталат (PET), поліамід 6, поліамід 66, поліамід 6/66, поліамід 12, і їх співполімери. Високоефективний полімер, як правило, включає в себе від приблизно 5 до приблизно 85 вагових процентів полімерної стрічки. В окремих варіантах здійснення, високоефективний полімер становить від приблизно 5 до приблизно 30 вагових процентів полімерної стрічки, включаючи від приблизно 7 до приблизно 25 вагових процентів. Властивості полімерних стрічок можуть бути модифіковані або перед утворенням геостільника (за допомогою зварювання стрічок), або після утворення геостільника. Полімерні стрічки переважно виготовляють за допомогою екструдування листа полімерного матеріалу і відрізання смуг від вказаного листа полімерного матеріалу, при цьому з метою ефективності лист, як правило, модифікують. Модифікацію можна проводити услід за екструзійним процесом, після того, як розплав сформований в лист, а лист охолоджений до температури нижчої, ніж температура плавлення, або у вигляді вторинного процесу після того, як лист відділяють від екструзійної головки. Модифікація може бути зроблена за рахунок обробки листа, стрічок і/або 7 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 геостільника за допомогою перехресного зшивання, кристалізації, відпалу, орієнтування і їх поєднань. Наприклад, лист, який має від 5 до 500 см завширшки, може бути розтягнутий (тобто орієнтування) в температурному діапазоні від приблизно 25°С до приблизно 10°С нижче максимальних температур плавлення (Tm) полімерної смоли, використаної для створення листа. Процес орієнтування змінює довжину стрічки, тому стрічка може збільшуватися в довжину від 2% до 500% відносно своєї первинної довжини. Після натягнення, лист може бути випалений. Відпал може відбуватися при температурі, яка на 2-60°С нижче, ніж максимальна температура плавлення (Tm) полімерної смоли, використаної для створення листа. Наприклад, якщо одержують HDPE, MDPE або PP лист, натягнення і/або відпал проводять при температурі, що становить від приблизно 24°С до 150°С. Якщо полімерний сплав випалюють, то температура відпалу на 2-60°С нижча, ніж максимальна температура плавлення (Tm) фази HDPE, MDPE або PP. У деяких окремих варіантах здійснення, полімерний лист або стрічку натягують для збільшення її довжини на 50% (тобто так, щоб кінцева довжина становила 150% первинної довжини). Натягнення проводять при температурі, що становить приблизно 100-125°С на поверхні полімерного листа або стрічки. В результаті натягнення товщина зменшується на 10%20%. В інших варіантах здійснення, полімерний лист або стрічку поперечно зшивають за допомогою опромінення електронного пучка після екструдування або за допомогою додавання джерела вільних радикалів в полімерний склад перед плавленням або під час перемішування розплаву в екструдері. В інших варіантах здійснення, необхідні властивості для геостільника можуть бути одержані за допомогою надання багатошарових полімерних стрічок. У деяких варіантах здійснення, полімерні стрічки мають щонайменше два, три, чотири або п'ять шарів. У деяких варіантах здійснення, як показано на ФІГ. 2, полімерна стрічка 100 має щонайменше два шари 110, 120, при цьому два шари виготовлені з одних і тих же або різних композицій, а щонайменше один шар виготовлений з високоефективного полімеру або полімерного композиту, що має (1) динамічний модуль пружності, що дорівнює 1400 МПа або більше при 23°С, виміряний в подовжньому напрямку за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) з частотою, що дорівнює 1Гц згідно з ASTM D4065; або (2) максимальна межа міцності при натягненні, що становить щонайменше 25 МПа. У варіантах здійснення, один шар включає в себе високоефективний полімер, а інший шар включає в себе поліетиленовий або поліпропіленовий полімер, який може являти собою суміш або сплав поліетиленового або поліпропіленового полімеру з іншими полімерами, наповнювачами, добавками, волокнами і еластомерами. Ілюстративні високоефективні смоли включають в себе поліаміди, поліефіри, поліуретани; сплави (1) поліамідів, поліефірів або поліуретанів з (2) LDPE, MDPE, HDPE, або PP; і співполімери, блок співполімери, суміші або комбінації будь-яких двох з трьох полімерів (поліамідів, поліефірів, поліуретанів). В інших варіантах здійснення, як показано на ФІГ. 3, полімерна стрічка 200 має п'ять шарів. Два шари є зовнішніми шарами 210, один шар є серцевинним шаром 230, а два проміжних шари 220 зв'язують серцевинний шар з кожним зовнішнім шаром (тобто тому проміжні шари служать як зв’язувальні шари). Дана п’ятишарова стрічка може бути утворена за допомогою спільної екструзії. В інших варіантах здійснення, полімерна стрічка 200 має тільки три шари. Два шари є зовнішніми шарами 210, а третій шар є серцевинним шаром 230. У даному варіанті здійснення, проміжні шари 220 відсутні. Дана тришарова стрічка може бути утворена за допомогою спільної екструзії. Зовнішні шари можуть забезпечувати протидію падінню ультрафіолетового випромінювання і гідролізу, і мати хорошу зварюваність. Зовнішній шар може бути виготовлений з полімеру, вибраного з групи, що складається з HDPE, MDPE, LDPE, поліпропілену, їх сумішей і їх сплавів з іншими сполуками і полімерами. Дані полімери можуть бути змішані з еластомерами, особливо ЕПДМ і етилен-альфа-олефіновими співполімерами. Серцевинний і/або зовнішній шар може також бути виготовлений з сплавів (1) HDPE, MDPE, LDPE або PP з (2) поліамідом або поліефіром. Кожен зовнішній шар може мати товщину, що становить від приблизно 50 до приблизно 1500 мікрометрів (мікрон) Проміжні (зв’язувальні) шари можуть бути виготовлені з функціоналізованих HDPE співполімерів або терполімерів, функціоналізованих PP співполімерів або терполімерів, співполімеру етилену з полярним мономером або терполімеру етилену з полярним мономером. Як правило, HDPE і PP співполімери/терполімери містять в собі функціональні 8 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кінцеві групи і/або бічні групи, які забезпечують можливість утворення хімічних зв'язків між проміжними шарами (зв’язувальними шарами) і зовнішнім шаром. Ілюстративні функціональні бічні групи включають в себе карбоксильну, ангідридну, оксиранову, аміно, амідо, складноефірну, оксазолінову, ізоціанатну або їх комбінації. Кожен проміжний шар може мати товщину, що становить від приблизно 5 до приблизно 500 мікрометрів. Ілюстративні смоли з проміжним шаром включають в себе смоли Lotader®, що виробляють Arkema, і Elvaloy®, Fusabond® або смоли Surlyn®, що виробляють DuPont. Серцевинний і/або зовнішній шар може включати в себе поліефір і його сплави з PE або PP, поліамід і його сплави з PE або PP, і суміші поліефіру і поліаміду і їх сплавів з PE або PP. Ілюстративні поліаміди включають в себе поліамід 6, поліамід 66 і поліамід 12. Ілюстративні поліефіри включають в себе поліетилентерефталат (PET) і полібутилентерефталат (PBT). Серцевинний і/або зовнішній шар може мати товщину, що становить від приблизно 50 до приблизно 2000 мікрометрів. В інших варіантах здійснення, як показано на ФІГ. 4, полімерна стрічка 300 має три шари: верхній шар 310, центральний шар 320 і нижній шар 330. Верхній шар є таким же, як зовнішній шар, описаний раніше, центральний шар є таким же, як проміжний шар, описаний раніше, а нижній шар є таким же, як серцевинний шар описаний раніше. Геостільники, як правило, є рельєфними (текстурованими за допомогою пресування напівтвердої маси після екструзії рельєфним барабаном) для збільшення тертя із зернистою засипкою або з ґрунтом. Геостільники можуть також бути перфорованими для поліпшення тертя із зернистою засипкою і випускання води. Однак, як тиснення, так і перфорація зменшують жорсткість і міцність геостільника. Оскільки дані допоміжні засоби для тертя звичайно присутні, геостільнику необхідно забезпечити підвищену міцність і жорсткість, за допомогою зміни його полімерного складу і/або морфології. Полімерна стрічка може додатково включати в себе добавки для досягнення необхідних фізичних властивостей. Подібні добавки можуть бути вибрані серед іншого із зародкоутворювачів, наповнювачів, волокон, наночастинок, світлостабілізаторів зі стерично утруднених амінів (HALS), антиоксидантів, поглиначів УФ випромінювання і сажі. Наповнювачі можуть бути у вигляді порошків, волокон або ниткоподібних кристалів. Ілюстративні наповнювачі включають в себе оксид металу, як наприклад оксид алюмінію; карбонат металу, як наприклад карбонат кальцію, карбонат магнію або подвійна вуглекисла сіль кальцію і магнію; сульфат металу, як наприклад сульфат кальцію; фосфат металу; силікат металу - особливо тальк, каолін, слюду, або воластоніт; борат металу; гідроксид металу; двоокис кремнію; силікат; алюмосилікат; крейда; тальк; доломіт; органічне або неорганічне волокно або ниткоподібний кристал; метал; неорганічні частинки з металевим покриттям; глину; каолін; промислову золу; бетонний порошок; цемент; або їх суміші. У деяких варіантах здійснення, наповнювач має середній розмір частинок менше, ніж 10 мікрон, а в деяких варіантах здійснення, також має співвідношення геометричних розмірів більше, ніж одиниця. В окремих варіантах здійснення, наповнювачами є слюда, тальк, каолін і/або воластоніт. В інших варіантах здійснення, волокна мають діаметр менше, ніж 1 мікрон. Наночастинки можуть бути додані до полімерної композиції з різними цілями. Наприклад, неорганічні поглинаючі УФ тверді наночастинки практично не мають рухливості і, в результаті цього, дуже стійкі проти вимивання і/або випаровування. Поглинаючі УФ тверді наночастинки також є світлопроникними у видимому спектрі і розподілені дуже рівномірно. В результаті цього, вони забезпечують захист без будь-якого впливу на колір або відтінок полімеру. Ілюстративні поглинаючі УФ наночастинки включають в себе матеріал, вибраний з групи, що складається з солей титану, оксидів титану, оксидів цинку, галідів цинку і солей цинку. В окремих варіантах здійснення, поглинаючі УФ наночастинки являють собою діоксид титану. Прикладами поглинаючих УФ частинок, які є в продажу, є SACHTLEBEN™ Hombitec RM 130F TN, від Sachtleben, оксид цинку ZANO™ від Umicore, оксид цинку НаноZ™ від Advanced Nanotechnology Limited і AdNano Zinc Oxide™ від Degussa. Полімерні стрічки, з яких утворений геостільник, виготовлені за допомогою різних процесів. Як правило, процес включає в себе плавлення полімерної композиції, екструдування композиції крізь екструзійну головку у вигляді розплавленого листа, формування і, необов'язково, текстурованого одержаного в результаті листа, при необхідності обробку листа з метою одержання необхідних властивостей, розрізання листа на стрічки, і зварювання, пришивання, з'єднання або заклепування стрічок, утворених з листа, разом в геостільник. Спершу, різні складові елементи, як наприклад полімерні смоли і будь-які необхідні добавки перемішують в розплавленому стані, як правило, в екструдері або змішувачі. Це може бути пророблено, наприклад, в екструдері, як наприклад в двошнековому екструдері або одношнековому 9 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 екструдері з достатньою кількістю складових частин суміші, що забезпечує необхідне нагрівання і зсунення з мінімальним руйнуванням полімеру. Композицію перемішують в розплавленому стані таким чином, щоб будь-які добавки були повністю дисперговані. Потім, композицію екструдують крізь головку, і здушують між металевими каландрами в листову форму. Ілюстративні варіанти обробки, що забезпечуються після екструзійної головки, включають в себе текстуровані поверхні листа, перфорування листа, орієнтування (односпрямоване або двоспрямоване), опромінення електронними пучко або рентгенівським випромінюванням і термічний відпал. У деяких варіантах здійснення, лист піддають термічній обробці для збільшення кристалічності і зменшення внутрішніх напружень. В інших варіантах здійснення, лист обробляють, індукуючи поперечне зшиття полімерної смоли за допомогою електронного променя, рентгенівського випромінювання, термообробки і їх поєднань. Також передбачаються комбінації наведених вище варіантів обробки. Стрічки можуть бути утворені з одержаного в результаті листа і зварені, зшиті, або з’єднані разом з утворенням геостільника. Подібні способи відомі в даній галузі. Одержаний в результаті геостільник здатний зберігати жорсткість при тривалій циклічній зміні навантаження протягом тривалих періодів часу. Геостільники даного розкриття є придатними для варіантів застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень, в яких існуючі в цей час геостільники не можуть бути використані. Зокрема, в даних геостільниках можуть також бути використані матеріали для засипки, які, як правило, не придатні для варіантів застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень для підстилаючих шарів дорожнього покриття, підстилаючих ґрунтів і земляних полотен. Зокрема, геостільники даного розкриття надають можливість використання матеріалів для засипки, які раніше були непридатні для використання у варіантах застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень, як наприклад підстилаючі шари дорожнього покриття і підстилаючі ґрунти, в результаті своєї недостатньої жорсткості і відносно поганого опору втоми (у зернистих матеріалів, опір втоми також відомий, як модуль пружності). Ілюстративні зернисті матеріали для засипки, які тепер можуть бути використані, включають в себе кам'яне борошно (дрібна фракція, що залишається після сортування зернистих матеріалів хорошої якості), роздроблений бетон, регенерований асфальт, цегельну крихту, будівельні уламки і будівельне сміття, скляний бій, шлак від електростанцій, попільний пил, вугільний пил, шлак доменної плавки, гранульований шлак для виробництва цементу, металовмісний шлак і їх суміші. Дане розкриття буде додатково проілюстроване в наступних необмежуючих робочих прикладах, причому необхідно розуміти, що дані приклади призначені тільки для ілюстрування, і що не передбачається обмеження розкриття матеріалами, умовами, параметрами процесів і тому подібне, наведеними в даних прикладах. ПРИКЛАДИ Деякі геостільники виготовляли і випробовували на їх реакцію напруження-розтягнення, властивості ДМА і їх вплив на вантажопідйомність зернистого матеріалу. У більшості випадків, властивості напруження-розтягнення при натягненні вимірювали за допомогою методики Izhar, описаної раніше. Навантаження з різними зміщеннями вимірювали або переводили в Ньютони (Н). Зміщення вимірюють або переводять в міліметри (мм). Напруження розраховували за допомогою розподілу навантаження з конкретним зміщенням на первинний поперечний переріз стрічки (первинна ширина, помножена на первинну товщину, причому товщина являє собою номінальну відстань від крайньої точки до крайньої точки між верхньою поверхнею і нижньою поверхнею). Розтягнення (%) розраховували за допомогою ділення конкретного зміщення (мм) на первинну довжину (мм) і множення на 100. ПОРІВНЯЛЬНИЙ ПРИКЛАД 1 Одержували геостільник, виготовлений з поліетилену з високою густиною (HDPE), доступного для придбання у Presto Geosystems (Wisconsin, USA), і випробовували його властивості. Середня товщина стінок стільника становила 1,5 мм, а стрічка мала текстурний малюнок з ромбоподібних вертикальних стільників. Геостільник не був перфорований. Його реакція напруження-розтягнення згідно з методикою Izhar показана в Таблиці 1. Таблиця 1 Напруження (МПа) Розтягнення (%) 7,874 10,499 12,336 13,386 13,911 14 14 14 2 4 6 8 10 12 14 16 55 10 UA 100079 C2 5 10 15 При розтягненні, що становить приблизно 8%, і напруженні, яке становить приблизно 13,4 МПа, в Порівняльному Прикладі починала відбуватися серйозна пластична деформацію і фактично наступала межа текучості при приблизно 8% розтягненні. Іншими словами, після послаблення напруження, зразок не повертався до своєї первинної довжини, але залишався постійно подовженим (постійне залишкове розтягнення). Дане явище небажане для стільникових обмежуючих систем для варіантів застосування, пов'язаних з витримуванням навантажень - особливо для тих, які піддаються численним (10,000-1,000,000 і більше) циклам протягом періоду експлуатації виробу і є причиною поганих експлуатаційних характеристик геостільників з HDPE як опор для бруківок і залізничних шляхів, які витримують навантаження. ПРИКЛАД 1 Стрічку з HDPE екструдували і видавлювали рельєф для надання текстурного малюнка, аналогічно з Порівняльним Прикладом 1. Стрічка мала товщину, що дорівнює 1,7 мм, і її потім натягували при температурі, що становить 100°С (на поверхні стрічки), таким чином, щоб довжина була збільшена на 50%, а товщина була зменшена на 25%. Згідно з методикою Izhar вимірювали реакцію напруження-розтягнення даної стрічки HDPE, яка показана в Таблиці 2. Таблиця 2 Напруження (МПа) Розтягнення (%) 20 25 8 10,8 12,5 13,7 14,5 15,2 15,8 16,5 17,3 1,9 3,3 4,8 6 6,6 7,6 8,8 10,5 12 Стрічка Прикладу 1 зберігала підвищення пружної реакції протягом 12% розтягнення без межі текучості і без досягнення своєї межі пластичності і при напруженнях більше, ніж 17 МПа. Відновлення вихідних параметрів після послаблення навантаження було близьке до 100%. ПРИКЛАД 2 Композиція високоефективного полімерного сплаву, яка містить 12 мас. % поліаміду 12, 10 мас. % полібутилентерефталату, 5% поліетилену, прищепленого поліпшуючою сполучуваність добавкою з малеїнового ангідриду (Bondyram® 5001, що виробляється Polyram), і 73% HDPE, екструдували з утворенням текстурованого листа 1,5 мм товщиною. Згідно з методикою Izhar вимірювали реакцію напруження-розтягнення стрічки, утвореної з даної композиції, яка показана в Таблиці 3. Таблиця 3 Напруження (МПа) Розтягнення (%) 30 35 40 45 8 10,8 12,5 13,7 14,5 15,2 15,8 16,5 17,3 1,9 3,6 5,2 6,8 7,9 8,9 10 12 14 Стрічка Прикладу 2 зберігала підвищення пружної реакції протягом 14% розтягнення і при напруженнях більше, ніж 17 МПа, без межі текучості і не досягаючи своєї межі пластичності. Відновлення вихідних параметрів після послаблення навантаження було близьке до 100%. ФІГ. 5 являє собою графік, що показує результати напруження-розтягнення для Порівняльного Прикладу 1, Прикладу 1 і Прикладу 2. Для кожного результату була додана додаткова точка (0,0). Як можна бачити, Приклад 1 і Приклад 2 не мають загостреної межі текучості і зберігали збільшення напруження без межі текучості до 12-14% розтягнення при напруженнях більше, ніж 17 МПа, тоді як в Порівняльному Прикладі 1 досягалася межа текучості при 8-10% розтягненні і напруженні, що становить приблизно 14 МПа. Це транслюється в більший інтервал, в якому зберігається пружна реакція. Те, що межа текучості не спостерігалася для Прикладу 1 і Прикладу 2, є важливим, коли очікується циклічне навантаження, і здатність повертатися до первинних параметрів (і таким чином максимальне обмеження засипки) є ключовим. ФІГ. 6 являє собою графік, що показує різницю між результатом напруження-розтягнення Порівняльного Прикладу 1 і полімерною стрічкою даного розкриття, яка характеризується наявністю розтягнення, що становить найбільше 1,9% при напруженні, яке дорівнює 8 МПа; розтягнення, що становить найбільше 3,7% при напруженні, яке дорівнює 10,8 МПа; розтягнення, що становить найбільше 5,5% при напруженні, яке дорівнює 12,5 МПа; розтягнення, що становить найбільше 7,5% при напруженні, яке дорівнює 13,7 МПа; 11 UA 100079 C2 5 10 15 розтягнення, що становить найбільше 10% при напруженні, яке дорівнює 14,5 МПа; розтягнення, що становить найбільше 11% при напруженні, яке дорівнює 15,2 МПа; розтягнення, що становить найбільше 12,5% при напруженні, яке дорівнює 15,8 МПа; розтягнення, що становить найбільше 14% при напруженні, яке дорівнює 16,5 МПа; і розтягнення, що становить найбільше 17% при напруженні, яке дорівнює 17,3 МПа. Зона ліворуч від пунктирної лінії визначає поєднання напруження-розтягнення згідно з даним розкриттям. ПРИКЛАД 3 Випробовували два стільники з метою продемонструвати поліпшення укріплення зернистого матеріалу і підвищену вантажопідйомність. Дані стільники являли собою одиничні стільники, а не цілий геостільник. Як контроль використовували один стільник, який відповідає Порівняльному Прикладу 1. Для порівняння, стільник був виготовлений з композиції згідно з Прикладом 2, текстурована, і мала товщину, що дорівнює 1,5 мм. Стінки кожного стільника становили 10 см у висоту, 33 см між швами, були рельєфними, не перфорованими, і мали товщину, що дорівнює 1,5 мм. Стільник був відкритий таким чином, щоб його довгий "радіус" становив приблизно 260 мм, а його короткий радіус становив приблизно 185 мм. Форма з піском 800 мм довжини і 800 мм ширини була наповнена на 20 мм глибини піском. Розподіл гранулометричний складу піску представлений в Таблиці 4. Таблиця 4 Отвір сітчастого фільтра (мм) Сукупне проходження % 0,25 10-20 0,5 35-55 0,75 50-70 1 60-80 2 80-90 4 90-100 20 25 30 Стільник вміщували на поверхню даного піску і наповнювали таким же піском. Збільшений в об'ємі стільник мав приблизно еліптичну форму, приблизно 260 мм по довгій осі і приблизно 180 мм по короткій осі. Додатковий пісок потім вміщували в форму з піском з метою оточити стільник і закопати стільник таким чином, щоб стільник покривав верхній шар, що дорівнює 25 мм. Потім пісок ущільнювали до відносної щільності 70%. Поршень діаметром 150 мм вміщували над центром стільника і навантаження збільшували, забезпечуючи приріст тиску на поверхню піску в 50 кПа (тобто тиск збільшували кожну 1 хвилину на 50 КПа). Вимірювали зміщення (проникнення поршня в ізольований пісок) і тиск (вертикальне навантаження, ділене на площу поршня). Поршень використовували (1) тільки на піску; (2) на стільнику Порівняльного Прикладу 1; і (3) на стільнику Прикладу 2. Результати показані в Таблиці 5. Таблиця 5 Вертикальне навантаження (кПа) Зміщення тільки в піску (мм) Зміщення з стільником Порівняльного Прикладу 1 (мм) Зміщення зі стільником Прикладу 2 (мм) 35 40 45 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 1 2 3 >10 >15 >20 >20 >20 >20 >20 0,7 1,3 2 2,5 3 4 5 >10 >15 >20 0,6 1 1,1 1,7 2 2,5 2,9 4 5 7 Стільник Прикладу 2 продовжував пружно виявляти експлуатаційні властивості при тиску більшому ніж 400 кПа, тоді як стільник Порівняльного Прикладу 1 ні. В результаті текучості стінки HDPE, в стільника Порівняльного Прикладу 1 спостерігалось погане обмеження. Межа текучості для Порівняльного Прикладу 1 відбувалася при вертикальному тиску, що становить приблизно 250 КПа, і якщо середнє кільцеве напруження (середній діаметр стільника становить 225 мм) розраховують при цьому вертикальному тиску, набувають значення, те, що становить приблизно 13,5 МПа. Дане число дуже добре відповідає значенням межі текучості, одержаним за допомогою вимірювання напруження-розтягнення при натягненні згідно з методикою Izhar. Результати, там показані, мали сильну і суттєву кореляцію між жорсткістю і опору текучості (здатністю нести кільцеві напруження більші ніж 14 МПа) і здатністю витримувати велике вертикальне навантаження. Необхідно зазначити, що дане випробування представляло тільки одне навантаження, тоді як в практичних варіантах застосування навантаження, яке необхідно 12 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 витримувати, є циклічним. У результаті, стійкість до пластичної деформації є дуже важливою і була відсутня в стільнику Порівняльного Прикладу 1. Фіг. 7 являє собою графік, що показує результати в Таблиці 5. Відмінність в стійкості до проникнення (тобто наскільки добре стільник витримував вертикальне навантаження) є дуже чітким. ПРИКЛАД 4 Полімерна стрічка була одержана згідно з Прикладом 2. Як контроль, була надана стрічка HDPE 1,5 мм товщини згідно з Порівняльним Прикладом 1. Потім детально досліджували дві стрічки за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) з частотою, що дорівнює 1 Гц згідно з ASTM D4065. Контрольну стрічку HDPE випробовували в температурному діапазоні, що становить приблизно від -150°С до приблизно 91°С. Контрольну стрічку нагрівали на 5°С/хв і вимірювали зусилля, зміщення, динамічний модуль пружності, і tan delta. Полімерну стрічку Прикладу 2 випробовували в температурному діапазоні, що становить приблизно від -65°С до приблизно 120°С. Контрольну стрічку нагрівали на 5°С/хв і вимірювали зусилля, зміщення, динамічний модуль пружності, і tan delta. ФІГ. 8 являє собою графік динамічного модуля пружності (модуля пружності) і Tan Delta залежно від температури для контрольної стрічки з HDPE. ФІГ. 9 являє собою графік динамічного модуля пружності (модуля пружності) і Tan Delta залежно від температури для полімерної стрічки Прикладу 2. Динамічний модуль пружності HDPE знижувався більш швидко, ніж динамічний модуль пружності Прикладу 2. Динамічний модуль пружності для стрічки Прикладу 2 був майже в три рази вище, ніж динамічний модуль пружності для стрічки з HDPE при 23°С. Для одержання такого ж динамічного модуля пружності, який стрічка з HDPE мала при 23°С, стрічку Прикладу 2 необхідно було нагрівати майже до 60°С, тобто стрічка Прикладу 2 зберігала свій динамічний модуль пружності кращим. Tan Delta для стрічки з HDPE збільшувався експонентно, починаючи від приблизно 75°С, означаючи втрату пружності (тобто матеріал ставав дуже пластичним і міг не зберігати достатню жорсткість і пружність), так що стрічка була в'язкою і пластичною. Це небажано, оскільки геостільники можуть нагріватися навіть при знаходженні під землею (як наприклад на дорозі). Tan Delta для стрічки Прикладу 2 зберігала властивості при температурах до 100°С. Дана властивість бажана, оскільки вона забезпечує додатковий фактор безпеки. Оскільки експлуатаційні характеристики при підвищених температурах являють собою спосіб прогнозувати довгострокові експлуатаційні характеристики при помірних температурах (як описано в ASTM 6992), то, що HDPE за секунди починав втрачати свою пружність і таким чином свій потенціал витримування навантаження при приблизно 75°С, забезпечує деяке розуміння відносно його поганого опору повзучості і тенденції до пластичної деформації. На відміну від HDPE, композиція згідно з даним розкриттям, зберігає свою пружність (низьку Tan Delta) при дуже високих температурах, за рахунок чого передбачається, що вона має потенціал зберігати свої властивості протягом багатьох років і багатьох циклів навантаження. ПРИКЛАД 5 Три стрічки випробовували згідно з процедурою PRS SIM для визначення їх довгострокового розрахункового напруження (LTDS). Як контроль, одну стрічку з HDPE виготовили згідно з порівняльним прикладом 1. Першу випробовувану стрічку виготували згідно з Прикладом 2. Другу випробовувану стрічку виготовили згідно з Прикладом 2, потім орієнтували при 115°С для збільшення її первинної довжини на 40%. Результати показані в Таблиці 6 нижче. Таблиця 6 Геостільник LTDS (МПа) 50 55 Порівняльний Приклад 1 Приклад 2 2,2 3 Орієнтований Приклад 2 3,6 Як видно в цьому випадку, як Приклад 2, так і Орієнтований Приклад 2 мали підвищені LTDS в порівнянні з Порівняльним Прикладом 1. Незважаючи на те, що були описані конкретні варіанти здійснення, альтернативи, модифікації, зміни, поліпшення, та суттєві еквіваленти які є або можуть бути непередбачені в даній заявці, можуть виникнути у заявників або інших фахівців в даній галузі. Відповідно, передбачається, що прикладена формула винаходу, як вона подана і як вона може бути 13 UA 100079 C2 виправлена, охоплює всі подібні альтернативи, модифікації, зміни, поліпшення, та суттєві еквіваленти. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Геостільник, утворений з полімерних стрічок, причому щонайменше одна полімерна стрічка має динамічний модуль пружності, що дорівнює 500 МПа або більше, при вимірюванні в подовжньому напрямку за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) згідно з ASTM D4065 при 23 °C і з частотою, яка дорівнює 1 Гц. 2. Геостільник за п. 1, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має динамічний модуль пружності, що дорівнює 700 МПа або більше. 3. Геостільник за п. 1, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має динамічний модуль пружності, що дорівнює 1000 МПа або більше. 4. Геостільник за п. 1, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має напруження при 12 % розтягненні, що дорівнює 14,5 МПа або більше, при вимірюванні згідно з методикою Izhar при 23 °C. 5. Геостільник за п. 1, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має напруження при 12 % розтягненні, що дорівнює 16 МПа або більше, при вимірюванні згідно з методикою Izhar при 23 °C. 6. Геостільник за п. 1, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має напруження при 12 % розтягненні, що дорівнює 18 МПа або більше, при вимірюванні згідно з методикою Izhar при 23 °C. 7. Геостільник за п. 1, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має коефіцієнт теплового -6 розширення, що дорівнює 120×10 /°С або менше, при 25 °C, згідно з ASTM D696. 8. Бруківка, дорога, залізничний шлях або автостоянка, що містять щонайменше один шар, який містить геостільник за п. 1. 9. Бруківка, дорога, залізничний шлях або автостоянка за п. 8, при цьому геостільник наповнюють зернистим матеріалом, вибраним з групи, яка складається з піску, гравію, дробленого каменю, щебеню, кам'яного борошна, роздробленого бетону, регенерованого асфальту, цегляної крихти, будівельних уламків і будівельного сміття, скляного бою, шлаку від електростанцій, попільного пилу, вугільного попелу, шлаку доменної плавки, гранульованого шлаку для виробництва цементу, металовмісного шлаку і їх сумішей. 10. Геостільник, утворений з полімерних стрічок, причому щонайменше одна полімерна стрічка має динамічний модуль пружності, що дорівнює 150 МПа або більше, при вимірюванні в подовжньому напрямку за допомогою Динамічного Механічного Аналізу (ДМА) згідно з ASTM D4065 при 63 °C і з частотою, що дорівнює 1 Гц. 11. Геостільник за п. 10, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має динамічний модуль пружності, що дорівнює 250 МПа або більше. 12. Геостільник за п. 10, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має динамічний модуль пружності, що дорівнює 400 МПа або більше. 13. Геостільник за п. 10, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має напруження при 12 % розтягненні, що дорівнює 14,5 МПа або більше, при вимірюванні згідно з методикою Izhar при 23 °C. 14. Геостільник за п. 10, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має напруження при 12 % розтягненні, що дорівнює 16 МПа або більше, при вимірюванні згідно з методикою Izhar при 23 °C. 15. Геостільник за п. 10, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має напруження при 12 % розтягненні, що дорівнює 18 МПа або більше, при вимірюванні згідно з методикою Izhar при 23 °C. 16. Геостільник за п. 10, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має коефіцієнт теплового -6 розширення, що дорівнює 120×10 /°С або менше, при 25 °C згідно з ASTM D696. 17. Бруківка, дорога, залізничний шлях або автостоянка, що містять щонайменше один шар, який містить геостільник за п. 10. 18. Бруківка, дорога, залізничний шлях або автостоянка за п. 17, при цьому геостільник наповнюють зернистим матеріалом, вибраним з групи, яка складається з піску, гравію, дробленого каменю, щебеню, кам'яного борошна, роздробленого бетону, регенерованого асфальту, цегляної крихти, будівельних уламків і будівельного сміття, скляного бою, шлаку від електростанцій, попільного пилу, вугільного попелу, шлаку доменної плавки, гранульованого шлаку для виробництва цементу, металовмісного шлаку і їх сумішей. 14 UA 100079 C2 5 10 15 20 25 19. Геостільник, утворений з полімерних стрічок, причому щонайменше одна полімерна стрічка має довгострокове розрахункове напруження, що дорівнює 2,6 МПа або більше, при вимірюванні згідно з процедурою PRS SIM. 20. Геостільник за п. 19, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має довгострокове розрахункове напруження, що дорівнює 3 МПа або більше, при вимірюванні згідно з процедурою PRS SIM. 21. Геостільник за п. 19, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має довгострокове розрахункове напруження, що дорівнює 4 МПа або більше, при вимірюванні згідно з процедурою PRS SIM. 22. Геостільник за п. 19, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має напруження при 12 % розтягненні, що дорівнює 14,5 МПа або більше, при вимірюванні згідно з методикою Izhar при 23 °C. 23. Геостільник за п. 19, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має напруження при 12 % розтягненні, що дорівнює 16 МПа або більше, при вимірюванні згідно з методикою Izhar при 23 °C. 24. Геостільник за п. 19, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має напруження при 12 % розтягненні, що дорівнює 18 МПа або більше, при вимірюванні згідно з методикою Izhar при 23 °C. 25. Геостільник за п. 19, в якому щонайменше одна полімерна стрічка має коефіцієнт теплового -6 розширення, що дорівнює 120×10 /°С або менше, при 25 °C, згідно з ASTM D696. 26. Бруківка, дорога, залізничний шлях або автостоянка, що містять щонайменше один шар, що містить геостільник за п. 19. 27. Бруківка, дорога, залізничний шлях або автостоянка за п. 26, причому геостільник наповнюють зернистим матеріалом, вибраним з групи, яка складається з піску, гравію, дробленого каменю, щебеню, кам'яного борошна, роздробленого бетону, регенерованого асфальту, цегляної крихти, будівельних уламків і будівельного сміття, скляного бою, шлаку від електростанцій, попільного пилу, вугільного попелу, шлаку доменної плавки, гранульованого шлаку для виробництва цементу, металовмісного шлаку і їх сумішей. 15 UA 100079 C2 16 UA 100079 C2 17 UA 100079 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18