テクニカルテキスタイルの 最大の使用分野の XNUMX つはジオテキスタイルです。 土壌の安定化、侵食の制御、コンクリートやアスファルトの防湿層、人工の池プール型構造物に使用されるコーティング材など、多くの用途があります。
土壌の安定化と侵食の制御に使用すると、ジオテキスタイルは層の間に広がり、緩衝地帯を作り、土壌が滑りにくくなります。 このようにして、土壌層の移動は防止されますが、水流の可能性に対して十分な環境が提供されます。 ジオテキスタイルは、地面の応力を広い範囲に分散させるため、滑りを防ぎます。 これらの機能により、ダム、ダム、水路、下水道などの構造物の建設に頻繁に使用されます。 アスファルト道路の建設では、ジオテキスタイルは、アスファルト層のすぐ下で、土と石の層の上に配置されます。 このようにして、応力は均等化されます。 このシステムは、アスファルトの破損を防ぎ、路面を安定させるために必要なアスファルトの量を減らします。
ジオテキスタイルの望ましい特性は、昆虫や微生物によって引き起こされる可能性のある損傷に耐性があること、適用および使用中の温度変化の影響を受けないこと、化学薬品に耐性があること、光に耐性があることなどです。 が特徴です。 また、用途に応じて十分な強度を有していることが望ましい。 多くの場合、それらは特別な構造 (非常に薄くて強いなど) を持つことも期待されます。 それらは通常、不織布の表面の形をしています。 また、一部の用途では織物としても使用されます。
地震の危険性が高い地域では、さまざまな織物ジオテキスタイルが壁をまとめて保持するために使用されています。
農業での使用は、浸食防止に関連しています。 柔らかい土壌を補強するために、何千年もの間、皮、茂み、わらの複合材が使用されてきました。 理論的には同じ役割を果たしますが、最新のジオテキスタイルには標準的で一貫した特性があります。 開発されたさまざまなテキスタイル ポリマーにより、ジオテキスタイル科学は新しい応用分野を発見しました。
1960 年代から 1970 年代初頭にかけて、布地が運河の内張りに使用され、泥や泥が運河を詰まらせるのを防ぎました。 同様に、非常に柔らかく湿った土の上に建設された小さな出口道路の下でテキスタイルを使用する方法が試みられました. これらの用途により、道路の寿命と性能が向上することが観察されています。 同時に、波の作用による侵食を防ぐために、ビーチに布地を敷設することに関する最初の研究が開始されました。
20 世紀の最後の 20 年間で、ジオテキスタイルの使用は地理的に世界中に広がり、使用量は大幅に増加しました。 ジオテキスタイルの使用は 21 世紀も増加し続けると予想されます。
ジオテキスタイルでは、繊維に加えて、さまざまなファブリック構造が非常に多く使用されています. 合成繊維の開発により、ジオテキスタイルの性能も向上しました。 場合によっては、繊維と金属でできた複合構造も使用されています。
「第 XNUMX 世代のジオテキスタイルは、他の目的のために製造されたテキスタイル (カーペットまたは工業用袋) であるが、転用され、地盤工学的目的に使用されている」と見なすことができます。 第 XNUMX 世代のジオテキスタイルは、地盤工学的な目的に適した特定のテキスタイルを選択するが、従来の製造技術を使用するメーカーによって製造されています。 第 XNUMX 世代のテキスタイルは、DSF、DOS、複合製品など、地盤工学用途向けに特別に製造されています。
1978 年の国際ジオテキスタイル協会の設立は、ジオテキスタイルの設計と使用の国際的な開発のための調整と適切なアプローチを提供しました。
ジオテキスタイルは、ジオシンセティックスと呼ばれる土木工学の膜の一部です。 それらは構造と外観が異なります。
ただし、通常は限られた数のポリマー (ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル) から作られ、主に XNUMX つの基本的なタイプがあります。
これらのさまざまなグループの製品の物理的特性は、強度によって異なり、最大 2000 kNm-1 に達します。 ただし、通常は 10 ～ 200 kNm-1 です。 伸びは 100% を超えることもありますが、エンジニアが使用できる範囲は 3 ～ 10% です。 同様に、異なるジオテキスタイルのろ過能力と透過性はかなり異なります。
ジオテキスタイルは土木工学で使用され、土の垂直端と垂直端を支え、一時的および恒久的な道路と幹線道路の強固な基礎を構築し、地面の水路を敷設し、それによって土自体をろ過し、土が水路を埋めるのを防ぎ、浸食を防ぎます。川岸や浜辺の岩や石の陰。 ジオテキスタイルは 1970 年代半ばから開発が続けられてきましたが、ニットや複合生地の開発により、テキスタイル構造を改善する取り組みが再び活性化されました。 複数のファブリックを使用し、各ファブリックの最高の特性を利用することで、より優れた物理特性を実現できます。
ジオシンセティックス
土壌中または土壌と接触する土木工学で使用される膜 「ジオシンセティックス」 と名付けられています。 この用語には、透過性繊維、プラスチック製グリッド、エンドレスおよびステープル ファイバー、不透過性膜が含まれます。 テキスタイルは、この分野における最初の製品です。 他の製品が追加されましたが、テキスタイルが最も重要なままでした。 グリッドは、穴あきおよび延伸プラスチック シート、メッシュ、溶融押出ポリマーで構成されます。 これらはいずれも織物として分類することはできません。 Geozars は、繊維ではなく、不浸透性のプラスチックでできた連続プレートです。 分類するのがはるかに難しいジオシンセティック フィールドは、タイトなステープルとエンドレス ファイバーが土壌と直接混合される状況です。 これらはポリマー繊維であるため、ジオテキスタイルの定義に含まれています。
ジオテキスタイルの種類
ジオテキスタイルは、一般的に XNUMX つのカテゴリに分類されます。
これらは、次のとおりです。
- 織物、
- 熱接着不織布、
- ニードリング固定不織布、
- ニット
- それらは繊維/土壌混合物です。
織物
織り方が滑らかな織機で作られていますが、繊維の織り方が異なります。 驚くほど幅広い用途があり、土壌分離器、フィルター、侵食防止繊維として軽量で使用されています。 重量のあるものは、急な盛土や土壁の土の支えとして使用されます。 さらに重いものは、柔らかい土の上に建てられた盛土を支えるために使用されます。
サポートに関する織り構造のプラスの特性は、過度の機械的伸びを受けることなく、張力がたて糸とよこ糸、ひいては繊維によって吸収されることです。 これにより、比較的高いモジュラスまたは剛性が得られます。
熱接着不織布
一般的には、移動するベルトコンベア上にエンドレスの細い繊維を無作為に並べ、加熱ローラーの間を通過させることで得られます。 これらの織物は強度を増し、高温ローラーの間で繊維が部分的に溶融する結果、繊維を互いに保持する特性が得られ、比較的薄い織物層が得られる。
ニードリング固定不織布
ステープルファイバーとフィラメントから形成されたチーズクロスの多くの端を、ノッチ付きの針で固定することによって製造されます。 生地は、針のフックによって引き起こされる繊維のもつれから機械的な結合特性を得ます。 これらの生地はウールのフェルトに似ています。
ジオテキスタイルに使用されるニット生地
経編織物に限定され、その目的のために特別に生産されています。 細かいフィルター生地、中程度のメッシュ スクリーン、および大径の土壌サポート グリッドは、たて編み機で製造されます。 しかし、地盤補強やダム支持の目的で使用される製品は、より費用対効果が高いことがわかっています。
ジオテキスタイル繊維を形成する塩基性ポリマー
ジオテキスタイルの製造で最も一般的に使用される XNUMX つのポリマーは、ポリプロピレンとポリエチレンです。
しかし、高い強度が求められる場合は、ポリエステルの使用も避けられません。 市場には他にも高強度ポリマーがありますが、ジオテキスタイルは大量に (一部のポリマーは大量に入手できません)、経済的に (特殊なポリマーは非常に高価です) 生産する必要があります。 コスト対性能の点では、ポリエステルが今日の最適です。 ポリプロピレンとポリエチレンは、最も耐薬品性を競います。
ジオテキスタイルで使用するために製造および使用されるポリマーは、化学的に純粋ではありません。.
例えば、無色透明の原料ポリエチレンは、光による劣化を非常に受けやすくなっています。 通常、この状態ではジオテキスタイルに使用できないため、紫外線 (UV) 光安定剤としてカーボン ブラックが含まれています。 この黒い形では、最も耐光性の高いポリマーです。
さらに、実際のような方法でジオテキスタイル ポリマーをテストする可能性は限られています。 刊行物や当局は、キセノン UV 暴露、高温劣化試験、および同様の試験で迅速な実験結果を提供できますが、これらには、実際の使用中に発生する可能性のある生物学的攻撃や相乗反応などの追加の劣化要因が含まれます。 評価目的で使用される場合、加速検査室検査は、ある点では楽観的であり、他の点では悲観的である可能性があるため、問題が生じる可能性があります。
ポリアミド 一般的な繊維形成材・繊維素材ですが、ジオテキスタイルにはほとんど使用されていません。 ポリエステルよりもコストと性能が悪いからです。
たとえば、一部の織物では、その特性があまり重要でない場合に、横糸方向の詰め物として使用されます。 その主な特徴は耐摩耗性ですが、水にさらされると柔らかくなるため、ジオシンセティック用途にはあまり普及していません。
ポリ塩化ビニリデン繊維は、日本と米国で XNUMX つか XNUMX つの製品に使用されていますが、ヨーロッパでは使用されていません。
ジオテキスタイルの重要な特性
ジオテキスタイルに必要かつ指定された XNUMX つの主な特性は次のとおりです。
機械的挙動
ろ過能力
ケミカル
抵抗です。
これらは、必要な作業効果を提供する特性であり、ポリマー繊維の物理的形態、繊維構造、およびポリマーの化学的特性の組み合わせから開発されます。
たとえば、ジオテキスタイルの機械的挙動は、それが作られるポリマーの種類、および繊維の滑らかさと方向に依存します。 さらに ジオテキスタイルの耐薬品性は、生地の繊維のサイズと化学組成によって異なります。. 大きな比表面積を持つ細い繊維は、同じポリマーから製造された太い繊維よりも速く化学的損傷を受けます。
機械的挙動には、繊維がストレスのかかる環境で機能し、過酷な環境での損傷に抵抗する能力が含まれます。 一般に、緊張環境は事前に知られており、予測される使用期間中に所定の量を超えて伸びないことによって予測される張力に耐えることができる数値基準と、張力を吸収する能力に基づいてテキスタイルが選択されます。
仕事をする能力は、主に張力下でのテキスタイルの剛性と、任意の負荷の下での時間の経過に伴う伸びへの抵抗に依存します。 損傷に抵抗する能力は複雑で、生地の構造の関数であり、繊維がどのように破断に抵抗するか、および張力がどのように集中および解放されるかを決定します. 実際には、ジオテキスタイルは、保護構造タイプを使用して作業要素への損傷を軽減する複合形式で製造されます。
例えば、厚手の不織布を織布と組み合わせることができる。 織布は強度の役割を果たし、不織布は損傷防止クッションとして機能します。
多くの要因がジオテキスタイルのろ過性能に影響を与えます。 これを理解するためには、繊維の機能がフィルターのようなものではないことを理解する必要があります。 一般に、フィルターは液体に浮遊する粒子を除去します。 これらの例は、浮遊汚れを除去するために使用されるエアコンのダストフィルターまたは水フィルターです。
ジオテキスタイル フィルターの場合は逆です。 ジオテキスタイルの機能は、新しく準備された土壌表面を無傷に保ち、表面を損傷することなく、この表面とテキスタイルを介して水が浸透できるようにすることです。 水が繊維と土壌の界面に浮遊粒子を介して流れると、繊維は目詰まりによってその機能を果たすことができなくなります。 実際には、外面の完全性が維持されていれば、繊維を含む土壌はそれ自体をろ過する傾向があります。 関連する実際のプロセスは、透過性の布地によって無傷に保たれた固体媒体を液体が通過することです。 このプロセスは、液体媒体に浮遊する固体の通過を妨げるものではありません。
ジオテキスタイルが非常に攻撃的な化学環境に耐えることはめったに期待されません。 それらが使用される場所の例は、化学廃棄物コンテナまたは廃棄物投棄エリアの基層です。 これは、流出が発生して化学廃棄物が不浸透性ライナーを通過できるようになった場合、またはテキスタイルが不浸透性ライナーのフィルター排出システムと直接組み合わされた場合に発生する可能性があります。 もう 2 つの例は、pH 値が XNUMX まで低下する可能性がある熱帯諸国での酸性度の高い糞土と接触するテキスタイルの使用です。 高度に汚染された地域でインフラ開発が確立されている先進国では、ジオテキスタイルは不利な環境と接触している可能性があります。
紫外線は多くのポリマーを損傷する傾向がありますが、酸化防止剤と粉末カーボンブラック添加剤を添加すると、この影響が大幅に減少します。 ジオテキスタイルが太陽にさらされるのは、建設期間中だけです。 契約では、建設中の実際の日光暴露の最小期間を指定する必要があります。 ただし、この状況は時期や緯度によって異なります。
要約すると、英国と北ヨーロッパで日光にさらされる期間は、夏に XNUMX 週間、冬に XNUMX 週間になります。 ただし、熱帯の国では、目に見える損傷のない太陽への露出は、年中いつでもXNUMX日間に制限する必要があります.
機械的性質
英国の標準ジオシンセティック テスト仕様は BS 6906 で、以下が含まれます。
1 ワイドストリップ試験による強度試験
2 乾式ふるいによる細孔径試験
3 テキスタイル表面への通常の流入水流のテスト
4 耐パンク試験
5 クリープ試験
6 穿孔適性試験
7 生地表面の水流試験
8 砂・ジオテキスタイル摩擦挙動試験
通常、テキスタイルに期待される機械的要件の一部ではありませんが、シート エッジ間の結合の強度は、ジオテキスタイルの性能の重要な指標です。 テキスタイルは堰を支えるために柔らかい表面に広げられるため、平行なテキスタイル層を縫い合わせて、負荷がかかっても分離しないようにする必要があります。 縫い目の強度は縫い糸によって異なります。 縫い合わせがよこ糸の強度を 30% 超えることはめったにありません。 研究と現場での実践により、縫い合わせの強度は、生地の強度ではなく、縫い糸の強度と張力、ループの種類と生地の種類に依存することが示されています。 結合の「有効性」は誤っていますが、広く使用されている概念であり、布の強度に対する縫い目の強度の割合をパーセンテージで表したものです。 実際、比較的弱い生地でも、接着力が生地と同じくらい強く、100% の効率が達成されるような方法で縫うことができます。
生地が強くなるにつれて、縫い合わせの相対的な強度が低下し、固い生地では破断不良につながります。 縫う生地が弱い場合、例えば 20 kN 強度の場合、75% の縫製効率を期待するのは合理的ですが、600 kN 強度の生地からこの効率を期待することはできません。 しかし、せきなどを支えるためには、固い繊維を接合する必要があります。
一方、大気中の湿度によって硬化し始める一液型接着剤を使用すると、接着接合を行うことができます。 それらは、高強度の生地であっても、繊維と同じくらい強力に結合するために使用されます。 応用方法についてはまだまだ研究が必要ですが、今後さらに普及していくでしょう。
接続の強度をテストするだけでなく、土壌パイルで圧縮されたとき、または土壌パイルによって圧縮されたときにテキスタイルがどのように動作するかを説明するテストを緊急に開発する必要があります. 過去に使用された標準的なテストでは、これを行うことはできません。 この意味で、研究作業が開始されましたが、理論的分析の基礎を提供するものではありません。
ろ過特性
土を扱う土木工事で使われる織物の重要な機能の一つにろ過があります。 これは、テキスタイルの最も幅広い用途の XNUMX つであり、溝のライニング、道路の下、廃棄物除去用途、地下排水溝の建設など、さまざまな方法で使用されています。
ジオテキスタイルのさまざまな用途の中で、支持された土壌塊に有益なろ過効果があるだけではありません。 運河、水路、川の警備、海の警備、ダムの支柱、コンクリートの流し込みなど、他のすべての用途では、ジオテキスタイルは一次または二次のろ過機能を果たします。
ジオテキスタイルの通気性は、生地の構造によって大きく異なります。 テキスタイルの表面に直角な透過性 (クロス フロー) およびテキスタイル表面を横切る透過性 (表面内の流れ、導電率) の測定に関して、さまざまな国内および国際規格が設定されています。 地上での土木研究では、水がジオテキスタイルを自由に流れ、不必要な水圧の上昇を防ぐことが重要です。 透水係数は、流れ方向の寸法を考慮した、考慮中の材料の透磁率を表す数値であり、その単位はメートル/秒です。 事実上、係数は繊維を通る水の流量を指定する速度です。 一般に、0,001 ms-1 のオーダーです。 一般的に定義されたテストは、100 mm の圧力で XNUMX 平方メートル/秒あたりの体積のリットルで表される、直接観測された流量を測定します。 エンジニアはまた、透過率と呼ばれる係数を使用します。これは、生地の厚さとは無関係に理論的な透過率を定義します。
ろ過効果は、テキスタイルを土壌に密着させて配置し、水が通過する露出した土壌表面の物理的統合を確実にすることによって達成されます。 土壌の最初の数ミリメートル以内に内部フィルターが形成され、短いポンピング期間の後に安定性が達成され、ろ過が行われます。
耐薬品性
繊維の分解に関与する化学メカニズムは複雑ですが、分解には XNUMX つの基本的な形態があります。
また、有機物、ミクロおよびマクロファウナによる攻撃も含まれます。 これは劣化の主な原因とは考えられていません。 ジオテキスタイルは、動物によって一次的ではなく二次的に損傷を受ける可能性があります。 例えば、それらを食べる動物はほとんどいませんが、織物が地中に埋まっている場合や、地面に穴を掘る際に穴を開けて傷つける動物もいます。
微生物は、繊維の上または内部に生息することで繊維に損傷を与え、有害な副産物を生成します。 おそらく、ジオテキスタイルに最高の強度が期待される環境は、海が海岸にぶつかる地域であり、そこでは酸素化された水が微生物やマクロ生物の成長を可能にし、移動する水が説得力のある物理的負担を生み出します.
無機攻撃は一般に、pH が極端に高いか低い環境に限定されます。 ほとんどの適用条件下では、ジオテキスタイル ポリマーはあまり影響を受けません。 11 を超える pH レベルでポリエステルが損傷する特定のケースがありますが、これらはまれであり、よく知られています。
ジオテキスタイルは、微生物が細孔を詰まらせて増殖するため、または細孔を塞ぐ飽和ミネラルウォーターの化学的沈殿の結果として、ろ過機能を実行できなくなります。 古い採掘作業からの水は、織物であろうと粒状であろうと、酸化鉄で飽和してフィルターをすぐに詰まらせる可能性があります.
紫外線に長時間さらされると、ジオテキスタイル繊維が損傷します。
ただし、実験室でのテストでは、実験室で乾燥した、暗く、涼しい状態で保管されたとしても、繊維は時間の経過とともに自然に劣化することが示されています. したがって、周囲温度と熱劣化の結果、時間自体が損傷要因となり、ジオテキスタイルがどの程度劣化するかはわかりません。
天然繊維から作られたジオテキスタイル
一般に、ジオシンセティック マテリアルは寿命が長いです。 このため、単純なアプリケーションでは、ユーザーは自分のニーズを超えるものに対して支払います。 また、従来のジオテキスタイルは、多くの場合、開発途上国にとって高価です。
しかし、これらの国々の多くには、安価な天然繊維 (ジュート、サイザル麻、コイアなど) が豊富にあり、一般的な形態のジオテキスタイルを再現できる繊維産業があります。
使用できる動物性および鉱物性天然繊維は数多くありますが、特に使用目的がジオテキスタイルをサポートする場合、ジオテキスタイルにとって重要な特性は十分ではありません。
合成ジオテキスタイルは、土壌にとって異物であるだけでなく、他の問題ももたらします。 一部の合成製品は石油ベースです。
無限の石油不足、1973年のオイルショック、
クウェートとイラクの間の紛争と、他の一部の産油国の潜在的に不安定な政治情勢により、石油から作られた製品のコストと、その消費に対する意識の高まりの両方が増加しています。
植物由来の天然繊維製品は、合成繊維よりもはるかに環境にやさしく、繊維自体は再生可能な資源であり、生分解性です。 天然繊維と比較すると、化学繊維の一般的な特性はさまざまなカテゴリに分類されます。 天然繊維は、強度、弾性率、吸湿性が高く、伸びが少なく伸縮性があります。 再生セルロース繊維は、強度と弾性率が低く、伸びと吸湿性が高く、伸縮性に劣ります。 一方、合成繊維は吸湿性が比較的低く、強度、弾性率、伸びが高く、適度な弾力性があります。
土壌サポート
土壌は圧縮すると比較的固くなりますが、張力には非常に弱いです。 このため、地盤に抗張支持材（ジオテキスタイル）を添加し、地盤と直接接触させると、地盤に比べて工学的特性に優れた複合材料が形成されます。
土への負荷は膨張を引き起こします。 したがって、土壌と支持体の間の界面に負荷がかかると (せん断がないと仮定すると、つまり、土壌/布地の界面に十分なせん断強度があると仮定すると)、これらの XNUMX つの材料は同じ程度に伸び、両方の支持部材に同じ負荷がかかるため、制限されます。張力を土壌に再分配する必要があります。 サポートは、横方向のせん断力による横方向の動きを防止するように移動します。 したがって、変位を防止する横方向の拘束応力が追加されます。 土を支えるこの方法は斜面および堰の安定化に拡張することができます。
ほとんどの開発途上国では、ジオテキスタイルは、斜面の安定化、ダムや洪水堤防の補強、軟弱地盤での建設などの工学的用途に大きな利点を持って使用されています。
そのような国は一般に、再生可能で豊富な天然繊維源を持っています。 これらの開発途上国では労働力が余っているため、安価な短期プロジェクトに着手し、定期的にその安定性を監視および評価し、必要に応じて数年後に再構築することがより望ましいです（つまり、天然素材がその機能を失った場合）。劣化プロセスにより強度が低下し、加えられた力にもはや耐えることができなくなります)。 さらに、この手順は土壌を豊かにし、有害な廃棄物を発生させることなく生育条件を改善します。 推奨されていませんが、これらの天然ジオテキスタイルは発展途上国の経済に大きな影響を与えるため、普遍的な解決策になる可能性があります.
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