Грунтоармирующая решетка
Полезная модель относится к области строительства, а именно, к конструкции решетки, предназначенной для армирования грунта и может быть использована для укрепления откосов, дорожных выемок, конусов мостов, армирования оснований автомобильных и откосов железных дорог, аэродромов, промышленных и строительных площадок, а также береговых линий, русел водоемов и т.п. Грунтоармирующая решетка представляет собой полимерные ленты, имеющие перфорацию. Полимерные ленты соединены между собой по всей ширине ультразвуковой точечной сваркой двухрядными швами с образованием ячеек, расположенных в шахматном порядке. Полимерные ленты выполнены из полиэтилена высокой плотности. Толщина каждого двухрядного шва по средней линии между его рядами составляет от 1,45 d до 1,52 d, где d - толщина полимерной ленты. Технический результат - повышение прочности и упрощение технологии изготовления изделия. 1 з.п. ф-лы.
Полезная модель относится к области строительства, а именно: к конструкции решетки, предназначенной для армирования грунта, и может быть использована для укрепления откосов, дорожных выемок, конусов мостов, армирования оснований автомобильных и откосов железных дорог, аэродромов, промышленных и строительных площадок, а также береговых линий, русел водоемов и т.п.
Известна грунтоармирующая решетка, представляющая собой полимерные ленты, имеющие перфорацию, соединенные сварными швами с образованием ячеек, расположенных в шахматном порядке (RU 2136817). Полимерные ленты выполнены из смеси полиамида с другими полимерами. Однако материал, из которого выполнена известная решетка, обладает недостаточной устойчивостью к воздействию грунтовой среды.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является известная грунтоармирующая решетка, представляющая собой полимерные ленты, имеющие перфорацию и соединенные между собой по всей ширине ультразвуковой точечной сваркой двухрядными швами с образованием ячеек, расположенных в шахматном порядке (RU 81736).
Известная решетка выполнена из смеси полиэтилена высокого давления и полиэтилена низкого давления. Как указывается в описании полезной модели по патенту RU 81736, при использовании такой смеси хрупкость и ломкость полиэтилена высокого давления снижается за счет пластичности полиэтилена низкого давления, что значительно повышает прочностные характеристики изделия, при этом никаких количественных характеристик прочностных свойств решетки не приводится. Однако хорошо известно (см., например, «Энциклопедия полимеров» М., Советская энциклопедия, т.3, 1977, стр.1005), что прочностные свойства полиэтилена низкого давления (полиэтилена высокой плотности) значительно выше, чем полиэтилена высокого давления (полиэтилена низкой плотности). При этом полиэтилен низкого давления уступает полиэтилену высокого давления только по температуре хрупкости, однако температура хрупкости достигает таких величин (/-70°С/ для полиэтилена низкого давления прошв /-80°С/ для полиэтилена высокого давления), которые заведомо не оказывают никакого влияния на прочностные характеристики изделия в условиях эксплуатации. Кроме того, хорошо известно, что прочность решеток определяется прочностью сварного шва, поскольку она значительно ниже прочности соединяемых лент (как правило, около 50% от прочности ленты), поэтому на прочность изделия в целом повышение только прочности лент влияния не оказывает.
Полиэтилен низкого давления и полиэтилен высокого давления имеют одинаковые элементарные звенья (этиленовые звенья) и отличаются только степенью разветвления отдельных молекул, определяющей плотность их упаковки, следствием чего являются различия в физико-механических свойствах полиэтилена низкого давления (высокой плотности) и полиэтилена высокого давления (низкой плотности). При сварке надмолекулярная структура полимера в зоне сварного шва существенно изменяется, в связи с чем прочностные свойства сварного шва не будут зависеть от надмолекулярной структуры исходного полимера, а будут определяться только химическим составом полимера и особенностями сварного шва, при прочих равных условиях. По указанной причине, даже несмотря на декларируемое увеличение прочности лент известной решетки за счет использования в качестве материала смеси полиэтиленов высокого и низкого давления, задача упрочнения изделия в целом не решается. Соотношение количеств разных полиэтиленов в смеси в описании изобретения по патенту RU 81736 не указывается, однако поскольку полиэтилен низкого давления (высокой плотности) и полиэтилен высокого давления (низкой плотности) не относятся к хорошо совместимым полимерам, их смешение требует не только высоких энергетических затрат, но и выбора наиболее совместимого количественного состава. Кроме того, наличие в материале лент полиэтилена высокого давления (низкой плотности) снижает химическую стойкость материала, в том числе, стойкость к действию органических веществ. Поэтому при использовании решетки для армирования грунта, который может подвергаться воздействию органических растворителей, масел, бензина и т.п. (например, при армировании решеткой оснований автомобильных дорог, аэродромов, промышленных и строительных площадок), происходит частичное набухание материала решетки со снижением ее прочностных свойств.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение прочности и упрощение технологии изготовления изделия.
Указанный технический результат достигается тем, что в грунтоармирующей решетке, представляющей собой полимерные ленты, имеющие перфорацию и соединенные между собой по всей ширине ультразвуковой точечной сваркой двухрядными швами с образованием ячеек, расположенных в шахматном порядке, полимерные ленты выполнены из полиэтилена высокой плотности, а толщина каждого двухрядного шва по средней линии между его рядами составляет от 1,45 d до 1,52 d, где d - толщина полимерной ленты.
Полимерные ленты могут быть выполнены рифлеными, что добавляет технологическую стадию при изготовлении решетки, но повышает ее сцепление с грунтом. Рифления могут быть выполнены в виде впадин и/или выступов и иметь различную форму, глубину и расположение.
При ультразвуковой сварке всегда происходит пластическое деформирование материала, результатом которого может быть как ослабление, так и усиление прочностных характеристик в зоне шва. Известной особенностью точечной ультразвуковой сварки таких полимеров, как полиэтилены различной плотности, является значительное тепловыделение не только на поверхности, но и в объеме свариваемых деталей, а также наличие деформации поверхностей свариваемых деталей, в частности, наплыва полимера, подвергнутого пластической деформации, на поверхность по средней линии между рядами двухрядного шва, равномерно по всей его длине. Высота наплыва определяет толщину двухрядного шва по средней линии между его рядами.
В результате проведенных экспериментов было установлено, что при толщине каждого двухрядного шва по средней линии между его рядами от 1,45 d до 1,52 d, где d - толщина полимерной ленты, прочность шва является наивысшей. Эти величины были определены для лент, изготовленных из полиэтилена высокой плотности, в качестве которого можно применять любые полиэтилены низкого или среднего давления, их композиции с целевыми добавками (стабилизаторами, пигментами и т.п.). При использовании в качестве материала лент других полимеров указанное условие не соблюдается.
Использование полиэтилена высокой плотности вместо смеси полиэтиленов высокого и низкого давления, кроме того, значительно упрощает технологию изготовления изделия, исключая энергозатратную стадию смешения исходных полимерных гранул в контролируемом соотношении, и повышает масло- и бензостойкость изделия, что является дополнительными техническими результатами.
Одна и та же степень деформации поверхности свариваемых деталей, т.е толщина двухрядного шва по средней линии между его рядами, может быть достигнута разными путями, т.е. изменением разных условий сварки. Способ достижения указанной степени деформации не существен, существенной является ее величина.
Стенки образуемых при сварке лент ячеек выполнены перфорированными, при этом расположение отверстий, их размер и форма выбираются в каждом случае в зависимости от типа грунта. Перфорация предпочтительно выполняется с возможностью сохранения при нарезке ленты ее рисунка.
Закрепление или укрепление грунта осуществляется укладыванием грунтоармирующей решетки с одновременным ее растяжением. Ячейки решетки фиксируются в грунте и заполняются наполнителем (щебень, гравий, песок и т.п.).
Для проведения сравнительных испытаний были изготовлены 5 грунтоармирующих решеток, представляющих собой полимерные ленты, имеющие перфорацию, соединенные между собой по всей ширине ультразвуковой точечной сваркой двухрядными швами с образованием ячеек, расположенных в шахматном порядке.
Изготовление решеток осуществлялось следующим образом.
Методом экструзии были получены листы из полиэтилена высокой плотности (полиэтилен низкого давления с плотностью 0,955 г/см3) толщиной 1,6 мм, которые затем обрабатывались на каландре с образованием рифления в виде ромбовидных углублений (глубина около 0,4 мм). Рифленые листы перфорировались отверстиями диаметром 10 мм. Листы были разрезаны на ленты шириной 100 мм и длиной 3500 мм. Полученные ленты собирались в пакет, и производилась ультразвуковая точечная сварка на стандартном оборудовании мощностью 150000 вт.
В результате проведенных сравнительных испытаний было обнаружено, что при толщине двухрядного шва по средней линии между его рядами (далее толщина шва), выходящей за рамки заявленного соотношения, прочность на разрыв сварного шва резко снижается:
74%, 73% и 74% от прочности материала ленты при толщине шва, соответственно, 1,45 d, 1,48 d и 1,52 d,
48%) и 45%о от прочности материала ленты при толщине шва, соответственно, 1,42 d и 1,54 d,
где d - толщина полимерной ленты, равная, в данном случае, 1,6 мм.
При выполнении полимерной ленты из смесей полиэтиленов низкого и высокого давления (по патенту RU 81736) в диапазоне соотношений от 1:9 до 9:1 и изготовлении решетки описанным выше способом прочность шва при его толщине 1,48 d не превысила 50% от прочности материала ленты.
1. Грунтоармирующая решетка, представляющая собой полимерные ленты, имеющие перфорацию и соединенные между собой по всей ширине ультразвуковой точечной сваркой двухрядными швами с образованием ячеек, расположенных в шахматном порядке, отличающаяся тем, что полимерные ленты выполнены из полиэтилена высокой плотности, а толщина каждого двухрядного шва по средней линии между его рядами составляет от 1,45 d до 1,52 d, где d - толщина полимерной ленты.
2. Грунтоармирующая решетка по п.1, отличающаяся тем, что полимерные ленты выполнены рифлеными.
