Геотекстиль в науці і техніці
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Геотекстиль являє собою технічний текстиль, якому судилося стати лідером на текстильному ринку майбутнього. Саме слово «геотекстиль» походить від грецького слова «гео» (земля) і власне «текстиль». Термін «текстиль» застосовується до будь-якого виробництва з волокон, ниток або пряжі, що характеризуються гнучкістю, тонкістю і високим відношенням довжини до товщини, тому визначення «геотекстиль» означає, що це проникні тканини, які використовуються в поєднанні зі здатністю грунту захищати, відокремлювати, фільтрувати і дренувати. Геотекстиль складається як з натуральних волокон, так і з штучних. У нашій статті ми розповімо про його застосування в науці і техніці.
Геотекстиль має великий вплив на захист від стихійних лих. Сьогоднішні країни дуже вразливі до впливу зміни клімату. Через зміни клімату та інші причини з кожним днем відбувається значна кількість стихійних лих, особливо потопів, повеней. Геотекстиль може захистити наші мости, дороги і грунт від них, адже саме з його допомогою робляться якісні насипи і підпірні стіни. За допомогою геотекстилю також роблять тимчасові або постійні дороги, характерні тим, що під час стихійного лиха їх неможливо пошкодити.
Сфера застосування геотекстилю величезна, його використовують не тільки в якості захисту від стихійних лих, але і при дренажі грунтів та їх фільтрації.
Історія геотекстилю
Використання геотекстилю було розпочато в Китаї. Хоча ті ж плетені циновки з очерету, знайдені археологами у Вавилонії, насправді були також геотекстилем. Китайці ж користувалися геотекстилем зокрема при будівництві Великої Китайської стіни.
Геотекстиль змішаного типу в його сучасному вигляді вперше з’явився в 1950-х роках після винаходу полімерних матеріалів. Щоб вирішити проблему, пов’язану з грунтом, технологи вирішили виробляти тканини з штучних матеріалів, таких як поліамід і поліетилен, це було необхідно для поліпшення міцності грунту та його якості.
Нідерланди – перша країна, яка розробила план з виробництва штучного геотекстилю. У 1953 році вона взялася за масштабний проект «Дельта», щоб врятувати країну від руйнівних наслідків повеней, викликаних Північним морем, шляхом виробництва штучного геотекстилю. Інші розвинені країни, такі як США, почали використовувати геотекстиль спеціально для запобігання ерозії грунту. Приблизно з 1960-х років штучний геотекстиль став популярним у всьому світі.
Види геотекстилю
Геотекстиль ділиться в основному на два типи: геотекстиль на основі волокна і геотекстиль на основі тканини. Геотекстиль на основі волокна роблять з таких матеріалів як:
Натуральні волокна
Натуральні волокна збираються з рослин, тварин і мінералів. Натуральні волокна володіють деякими властивостями, що допомагають створювати геотекстиль: високою міцністю, високим модулем пружності, низьким розривним подовженням і низькою еластичністю. Пряжа і тканини, виготовлені з натуральних волокон, при нанесенні мають низьку повзучість. Мінеральні волокна крихкі і малоеластичні, тому вони непридатні для виробництва геотекстилю в промислових цілях.
Найважливіші натуральні волокна, які використовуються при виробництві геотекстилю, – це джут, сизаль, льон, конопля, абака, рамі і кокосове волокно. Геотекстиль, виготовлений з натуральних волокон піддається біологічному розкладанню. Ці текстильні вироби використовуються в основному в тимчасовому виробництві. Таким чином, переваги використання натуральних волокон для виготовлення геотекстилю полягають у низькій вартості, міцності, довговічності, доступності, хорошій біорозкладаності (що важливо для екології).
Штучні волокна
Синтетичні або штучні волокна, що використовуються для геотекстилю, називаються геосинтетиками. Отже, існує різниця між геотекстилем і геосинтетикою: геотекстиль складається з обох волокон, як натуральних, так і штучних, але геосинтетичні матеріали виготовляються виключно з штучних волокон. Можна сказати, що не весь геотекстиль є геосинтетичним матеріалом, але всі геосинтетичні матеріали є геотекстилем.
Чотири сімейства полімерів визнані сировиною для геосинтетичних матеріалів: поліпропілен, поліестер, поліамід і поліетилен. Далі зупиниться на них докладніше.
Поліпропілен є найбільш часто використовуваним полімером для виробництва геотекстилю через його низьку вартість, відповідні властивості при розтягуванні і хімічну інертність. Поліпропілен має низьку щільність, тому має низьку вартість одиниці об’єму. Недоліки поліпропілену в тому, що він дуже чутливий до УФ-променів і високих температур. У нього погана повзучість і опір мінералам.
Структура молекули поліпропілену.
Поліестер використовується в якості геотекстилю через його чудові якості опору, повзучості та міцності. Це особливо важливо, коли до геотекстилю пред’являється вимога переносити високі навантаження і низькі температури. Недоліком поліестеру є гідравлічне розкладання в грунтах з кислотністю вище pH 10… Молекулярна структура поліестеру представлена на зображенні.
Поліамід: для виготовлення традиційного геотекстилю необхідний поліамід. Для його виготовлення використовуються нейлон. Вибір полімерів залежить від міцності, властивостей повзучості, структури тканини і параметрів обробки. Для цього використовується синтетичний поліамід, а не натуральний, такий як шовк, білок для нього неприйнятний.
Поліетилен використовується тільки в разі тканого геотекстилю з покриттям. Переваги його використання полягають в мінімальному тепловому розширенні і стисненні, підвищеному опорі розриву і проколів. Він стійкий до ультрафіолетового випромінювання і має відмінну стійкість до термічного зшивання.
Молекулярна структура поліетилену.
Застосування геотекстилю
Запобігання стихійних лих
Як ми писали на початку, геотекстиль може запобігати стихійним лихам, захищаючи ґрунти від ерозії, з нього прокладають тимчасові і постійні дороги. Про те, як саме геотекстиль здатний запобігати стихійним лихам напишемо далі:
Датчики та геотекстиль
Існують різні типи датчиків, серед яких датчики двох категорій використовуються в текстилі. Це оптоволоконні датчики і чутливі волокна. У волоконно-оптичних датчиках використовується чутливий інтерферометр. Коли відбувається стихійне лихо, тканина, яка використовувалася в якості армуючого матеріалу, посилає сигнал про небезпеку, що дає можливість своєчасно вжити запобіжних заходів.
Боротьба з ерозією грунту за допомогою геотекстилю
Боротьба з ерозією грунту означає його захист від руйнувань під впливом зовнішніх сил. Тут дуже дієвий геотекстиль, так як його унікальні властивості дозволяють запобігти його (грунту) осідання, одночасно захистити від бур’янів, а під час дощів він запобіжить вимивання пісків в дренажний шар.
Переклад з англійської.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.