Приборы и методы испытаний геотекстильных нетканых материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 677.026

ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ГЕОТЕКСТИЛЬНЫХ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ Тюменев Юрий Якубович, профессор кафедры технологии, конструирования и экспертизы изделий, [email protected],

Назарова Юлия Викторовна, старший преподаватель кафедры технологии, конструирования и экспертизы изделий, [email protected],

ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»,

г. Москва

В статье изложены взгляды авторов на проблемы, связанные с совершенствованием методов испытаний и приборов для нетканых материалов (НМ) различного назначения. Показано, что гармонизация национальных стандартов со стандартами ISO и EN на методы испытаний НМ возможна при заинтересованности и активном участии как производителей, так и потребителей, а также научной общественности.

Ключевые слова: геотекстильные материалы, нетканые материалы, методы испытаний.

The Russian market offers a great variety of geotextile materials (GM) structures. The volumes of consuming GM increases yearly and the spheres of their application get larger. Methods of testing GM differ depending on their application spheres, purposes and types. The article offers the author’s opinion of the problems connected with improved methods of testing and instruments for nonwoven materials (NM) for different purposes and proves that harmonization of national standards with ISO and EN standards for NM testing methods is possible with active participation and involvement of both manufacturers and consumers, experts and academics.

Keywords: geotextiles, nonwoven materials, test methods.

Многообразие способов и технологий производства, используемого сырья (волокон, нитей, волокнообразующих полимеров), а также сочетаний с текстильными и нетекстильными материалами, областей применения нетканых материалов (НМ) позволяет сегодня производить их практически с любыми характеристиками и свойствами по требованию потребителей (заказчиков). Наиболее перспективным и востребованным на российском рынке направлением развития НМ является технический текстиль [1]. Введение новых предприятий, оснащенных современным импортным технологическим оборудованием, потенциальная емкость и большая востребованность рынка создают предпосылки для дальнейшего развития технического текстиля, такого как геотекстиль, агротекстиль, автомобильный, медицинский, защитный, фильтрующий и сорбирующий и т.д.

Нетканые полотна и изделия из них наиболее востребованы на российском рынке и широко используются в отечественной практике дорожного, мостового, трубопроводного, промышленно-гражданского и гидротехнического строительства. Г еотекстильные материалы (ГМ) относятся к сектору технического текстиля и почти 90 % представляют собой нетканые материалы, доля которых на внутреннем и мировом рынке постоянно возрастает [2].

Это объясняется, прежде всего, очевидными технико-экономическими преимуществами технологии производства нетканых материалов: высокой

производительностью технологического оборудования, позволяющего вырабатывать полотна шириной до 6,0 м (при сшиве 2-х полотен и до 12 м), разнообразием способов и технологии производства, используемого ассортимента исходного сырья (включая вторичное волокно, получаемое путем переработки бутылок из полиэтилентерефталата), быстрой окупаемостью капиталовложений и, следовательно, привлекательностью для инвесторов.

Актуальность применения ГМ в различных областях строительства особенно возросла в связи с увеличением стоимости традиционно используемых материалов (песка, щебня, гравия и др.), повышением транспортных расходов, а также огромными масштабами строительства и ремонта автомобильных и железных дорог, магистральных нефте- и газопроводов, мостов и искусственных сооружений в России. Росту рынка ГМ способствует осознание проектировщиками и строителями целесообразности увеличения первичных затрат для повышения качества, надежности и долговечности строительных сооружений.

В условиях экономического кризиса замена НМ импортного производства отечественными, обеспечение их конкурентоспособности при разумной ассортиментной и ценовой политике послужат важным фактором их продвижения на внутреннем рынке. Поэтому актуальными становятся проблемы правильной оценки характеристик и свойств НМ, разработки обоснованных и единых методов испытаний и приборов, гармонизированных с международными (КО) и европейскими (Е^ стандартами.

Номенклатура оцениваемых показателей НМ, методы испытаний и используемые приборы в основном определяются областью применения и способами производства НМ. Так, например, номенклатура показателей и методы испытаний утеплителей отличаются от аналогичных показателей и методов для геотекстильных или фильтрующих материалов. Методы испытаний и номенклатура контролируемых показателей НМ

технического назначения значительно шире и разнообразнее по сравнению с бытовым и домашним текстилем.

Г еотекстиль (ГМ) - это наиболее распространенная группа НМ ввиду разнообразия и способов производства, исходного сырья, областей применения, востребованности отечественного рынка. На отечественном рынке пользуется спросом ГМ, выработанный из штапельного волокна иглопробивным способом (в т.ч. термостабилизированный) и из непрерывных полипропиленовых и полиэфирных нитей, так называемые термоскрепленный и иглопробивной спанбонд. С вводом в эксплуатацию новых предприятий, работающих по технологии спанбонд, появляется возможность замены широко известного НМ TYPAR SF от 90 до 190 г/м2 термоскрепленным отечественным спанбондом. Особенности производства и потребления ГМ на российском рынке заключаются в следующем:

- широкая область применения (железнодорожное и автодорожное, трубопроводное, гражданское, гидротехническое, ландшафтное строительство и др.);

- большая протяженность федеральных, региональных и муниципальных дорог, требующих строительства и ремонта;

- строительство новых федеральных дорог, нефте-, газопроводов в Сибири и восточных регионах страны;

- разнообразие климатических, почвенно-минералогических условий: диапазон колебания температур от - 600 С до + 430 С, переувлажненные участки, различия в химическом составе грунтов (от щелочной до кислой среды);

- географическая ограниченность потребления ГМ при строительстве дорог, трубопроводов и гидросооружений: сегодня ГМ используются при строительстве и ремонте автодорог в основном в крупных городах и регионах (Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Тюменская обл.), а региональные и муниципальные центры недостаточно информированы о преимуществах использования, номенклатуре и свойствах ГМ и поэтому используют их в относительно малых объемах;

- все возрастающие темпы дорожного, транспортного и гидротехнического строительства, мостов, магистральных нефте-, газопроводов в различных климатических зонах, таких как Восточная Сибирь и Дальний Восток;

- потребность в ГМ, различных по типам, структурам, сырьевому составу и свойствам с учетом реальных условий их эксплуатации.

Из всего многообразия присущих ГМ свойств для оценки качества и соответствия требованиям потребителей, как правило, выбираются те, которые наиболее полно определяют пригодность их при использовании по прямому назначению. Свойства ГМ оцениваются предприятиями-изготовителями и аккредитованными испытательными центрами (лабораториями), результаты испытаний зависят от принятых методов, вида и типа испытательного оборудования и приборов, условий испытаний. Например, DIN EN 13249:2001-04 регламентирует определенные требования и характеристики ГМ для строительства дорог и покрытий, а также методы контрольных испытаний. В процессе проектирования при выборе типа и марки ГМ важно знать структурные, механические, физические и гидравлические характеристики, которые в основном зависят от исходного сырья и способа производства. Номенклатура контролируемых показателей и методы испытаний ГМ отличаются в зависимости от области применения: армирование, фильтрация, разделение и др., поэтому их следует подразделить на общие и специальные. Например, прочность на разрыв важна для всех типов ГМ, а водопроницаемость, коэффициент фильтрации, размеры пор, устойчивость к пробою важны для выполнения функции фильтрации, дренажа и разделения.

Перечень и номенклатуру контролируемых показателей и методов испытаний ГМ следует подразделить на 2 группы:

- на стадии разработки и выпуска новых типов и видов по более широкой номенклатуре;

- на стадии массового производства и поставки ГМ потребителям по минимуму показателей при проведении выходного контроля продукции.

Номенклатуру показателей и методы испытаний ГМ каждого типа в зависимости от функционального значения изготовитель согласовывает с потребителем при заключении контракта и разработке нормативно-технической документации (СТО, ТУ и др.). Например, применительно к нетканым ГМ для фильтрации и дренажных систем в паспорте качества изготовитель должен отражать следующие показатели и их значения: природу и состав сырья, поверхностную плотность, толщину при давлении 2,0 и 100 кПа, прочность, значения деформации при 25% от разрывной нагрузки, прочность при продавливании, эффективный размер пор, водонепроницаемость, коэффициент фильтрации при давлении 2,0 и 100 кПа и устойчивость к кислой и щелочной среде.

Технические требования, значения показателей ГМ должны быть увязаны с методами испытаний и используемыми приборами, иначе трудно получить сопоставимые результаты. Прямое применение стандартов ISO и EN на методы испытаний ГМ возможно

при наличии у наших производителей и потребителей аналогичного испытательного оборудования.

В настоящее время многие потребители (проектировщики, строители автодорог и других сооружений) требуют, чтобы производители ГМ проводили испытания по стандартам КО и Е^ Однако для этого нет соответствующих приборов и гармонизированных методов испытаний. Поэтому следует ориентироваться на имеющиеся национальные стандарты на методы испытаний нетканых полотен, тканей и полимерных материалов при оценке качества ГМ.

Все действующие стандарты КО и EN и др. на методы испытаний ГМ невозможно использовать без учета наших возможностей в обеспечении испытательным оборудованием и приборами. Однако, на наш взгляд, усилия производителей и служб дорожной отрасли и др. потребителей должны быть направлены на создание следующих приборов, устройств и приспособлений, а именно: прочности на разрыв широкой полоской 200 мм (КО 10319), швов и соединений (КО 12236), устойчивости к климатическим воздействиям (КО 4892), прочности контакта с грунтом (КО 12957), химической стойкости (КО 12960), ползучести при растяжении (КО 13431).

В процессе эксплуатации на ГМ воздействуют повышенные отрицательные температуры, химические агрессивные грунтовые среды (солевые растворы почвенных вод), циклическое замораживание и оттаивание, микробиологическая активность грунтов, переменный уровень увлажнения/высыхания, ультрафиолетовое облучение, одновременное воздействие давления и трения грунта, ударных воздействий. Более точные и объективные результаты воздействия перечисленных факторов на ГМ можно получать путем проведения натурных испытаний, определяющих, в конечном счете, их долговечность и срок службы при эксплуатации. Если учесть, что срок службы ГМ устанавливается в пределах 20 и более лет, то проведение натурных испытаний оправдано для получения более точных и достоверных результатов, хотя это довольно длительный и трудоемкий процесс.

Многообразие типов, видов, способов изготовления, исходного сырья и областей применения обусловливает разработку обоснованных технических требований и методических указаний по использованию применительно к каждой группе ГМ. ГМ, применяемые в дорожном строительстве, должны обладать стойкостью к воздействию воды, химически и биологически активных сред, температуры от - 600 С до + 430 С. Этим требованиям соответствуют ГМ из синтетических волокон, нитей, волокнообразующих и полимерных материалов. Однако при выборе этих материалов необходимо учесть их

свойства. Так, полиэфир не стоек к щелочным средам при контакте со слоями грунта, содержащими известь, доломит; полипропилен не стоек к УФ-облучению и в условиях длительного воздействия значительной нагрузки, полиамид - в кислых средах (рН < 5,5).

Области применения и способы производства НМ настолько разнообразны, что необходимо их классифицировать по различным признакам с целью точной идентификации, разработки методов испытаний и технических требований. Поэтому на термины ГМ утвержден ГОСТ Р 53225-2008 «Материалы геотекстильные. Термины и определения».

Методы испытаний ГМ разнообразны в зависимости от областей применения, назначения и типов. Так, например, на методы испытаний ГМ действуют 90 стандартов КО и Е^ которые постоянно совершенствуются и пересматриваются через каждые 5 лет.

Прямое применение стандартов на методы испытаний ГМ затрудняется отсутствием соответствующих приборов и испытательной базы. Поэтому, например, в России действуют только 6 национальных стандартов на методы испытаний ГМ, гармонизированных со стандартами КО. Из-за отсутствия финансирования работы по гармонизации национальных стандартов на методы испытаний ГМ со стандартами КО и EN ведутся крайне медленно, хотя темпы и объемы производства и применения геосинтетики из года в год увеличиваются.

Так, в 2008 г. утвержден ГОСТ Р 53226-2008 «Полотна нетканые. Методы определения прочности», предусматривающий методы определения прочности геосинтетики, а также ГОСТ Р 53228-2008 «Материалы геотекстильные. Метод определения характеристик пор».

Выводы

1. Совершенствование методов оценки свойств и качества НМ несомненно является важным фактором в обеспечении конкурентоспособности отечественной продукции;

2. Гармонизация национальных стандартов со стандартами КО и EN на методы испытаний НМ возможна при заинтересованности и активном участии как производителей, так и потребителей, а также научной общественности;

3. Разработка и выпуск новых приборов, установок и испытательного оборудования для НМ должны осуществляться по заданию производителей и потребителей.

Литература

1. Нетканые материалы технического назначения (теория и практика): монография / М.Ю. Трещалин, Г.К. Мухамеджанов, Н.И. Левакова, В.С. Мандрон, А.В. Трещалина, Ю.Я. Тюменев. Ярославль: Изд-во ООО НТЦ «Рубеж», 2007. 224 с.

2. Тюменев Ю.Я., Назарова Ю.В., Мухамеджанов Г.К. К вопросу о классификации нетканых материалов для дорожного строительства. В кн. Сборник научных трудов по текстильному материаловедению, посвященный 100-летию со дня рождения Георгия Николаевича Кукина. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2007. С. 152-157.