Геосинтетические материалы, такие как геотекстиль и георешетки, уже более 30 лет используются в строительстве автомобильных дорог. Они помогают повысить устойчивость и долговечность дорожных конструкций, снизить затраты на строительство. Однако при отрицательных температурах прочность и эластичность материалов могут снижаться, что делает их менее эффективными. Поэтому важно понимать, как геосинтетика ведет себя при многократных циклах замораживания и оттаивания. Ученые Пермского Политеха провели эксперименты и выяснили, что большинство таких материалов не только сохраняют свои свойства, но и становятся прочнее и устойчивее к холодам: в зависимости от типа морозостойкость геосинтетиков составила от 111,8% до 174,4%.
Фото: Maxim Andrew, Unsplash
Статья опубликована в журнале «Construction and Geotechnics», т. 16, № 1, 2025. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
Геосинтетические материалы — это искусственно созданные полимерные изделия, которые используются для укрепления грунта, разделения слоев дорожного покрытия, защиты от эрозии. Это как ткань или пластик, но разработанный специально для работы под землей, в воде или внутри строительных конструкций, где он должен выдерживать большие нагрузки и воздействие окружающей среды. Материалы бывают разных видов: геотекстиль (тканый и нетканый), георешетки, геомембраны и другие. Они широко применяются в строительстве дорог, особенно в условиях сложных грунтов и климатических условий.
Тканый геотекстиль изготавливается путем переплетения полипропиленовых или полиэфирных нитей (как в обычной ткани), что придает ему высокую прочность и жесткость. Нетканый же создается за счет скрепления полимерных волокон с помощью пробивания иглой или термообработки. Наибольшее распространение в дорожном строительстве получила георешетка, которая имеет ячеистую структуру, благодаря чему она хорошо упрочняет и стабилизирует покрытие, уменьшая вероятность образования колеи на дороге.
Одним из ключевых преимуществ геосинтетики является ее способность работать в широком диапазоне температур — от -40 °C до +60 °C. Однако при отрицательных температурах прочность и эластичность полимеров могут снижаться, что делает их менее эффективными. Поэтому важно понимать, как такой материал ведет себя при многократных циклах замораживания и оттаивания.
Ученые из Пермского политехнического университета провели серию лабораторных испытаний, чтобы оценить морозостойкость четырех различных геосинтетиков: нетканого и двух видов тканого геотекстиля, полипропиленовой георешетки (с нейтральными химическими свойствами).
Образцы подвергались многократным циклам замораживания и оттаивания — если материал выдерживает эти нагрузки без потери свойств, то он считается морозостойким. Всего было 30 циклов, что имитирует реальные условия эксплуатации в холодных регионах. В течение 12 часов образцы замораживали при температуре -18 °C и 12 часов они оттаивали при +20 °C. После этого их тестировали на растяжение, чтобы определить, как изменились прочность и эластичность.
— В результате исследования оказалось, что большинство геосинтетических материалов не только сохраняют свои свойства после многократных циклов замораживания и оттаивания, но и становятся прочнее. По результатам проведенных испытаний показатель морозостойкости составил: у георешетки — 111,8%, тканого геотекстиля ТН 20 — 174,4%, нетканого — 112,5% (при допустимой норме — 90%). Это значит, что у данных материалов увеличилась прочность на растяжение, а, следовательно, они могут успешно использоваться в условиях экстремально низких температур, — объясняет Альберт Бургонутдинов, профессор кафедры «Автомобильные дороги и мосты» ПНИПУ, доктор технических наук.
Однако не все материалы показали такие результаты. Это указывает на то, что выбор правильного типа дорожного покрытия имеет решающее значение.
— Тканый геотекстиль TH 50 оказался менее устойчивым: после 30 циклов замораживания и оттаивания его морозостойкость составила 81% (на 19% ниже допустимой), что делает его непригодным для использования в условиях отрицательных температур, — дополняет Дмитрий Золотозубов, доцент кафедры «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Исследование ученых Пермского Политеха имеет большое значение для дорожного строительства, особенно в регионах с холодным климатом. Использование морозостойких геосинтетических материалов позволяет увеличить срок службы дорожных конструкций, снизить затраты на ремонт и повысить безопасность дорог.
