Роль контроля и испытаний геосинтетических материалов: гарантия надежности в дорожном строительстве

В дорожном строительстве, где надежность и долговечность играют решающую роль, контроль качества и испытания геосинтетических материалов становятся неотъемлемой частью процесса. Георешетки играют важную роль в повышении стабильности и прочности дорожных покрытий, предотвращении просадок и защите от переувлажнения основания. Однако, чтобы геосинтетические материалы могли выполнять свои функции эффективно, необходимо обеспечить высокое качество и соответствие стандартам. На примере компании «Сотерра Инжиниринг» (ранее Tensar) разберем, как контроль качества сырья и материалов осуществляется на производстве.

На производстве компании «Сотерра Инжиниринг», расположенном в Санкт-Петербурге, выпускаются различные виды георешеток, при этом технологические процессы и процедуры контроля качества соответствуют ряду требований. На каждом этапе производства производится отбор проб и контроль продукции, начиная от проверки соответствия качеству входного сырья и заканчивая готовым материалом.

Компания серьезно относится к выбору поставщиков сырья. Это связано с тем, что георешетки компании «Сотерра Инжиниринг» проходят многочисленные испытания как в специализированных лабораториях, так и на полномасштабных полигонах. В течение этих испытаний определяются инженерные показатели георешеток, их влияние на прочностные свойства конструктивных слоев различных сооружений, будь то дорога, мостовая опора или подкрановая площадка. После того, как георешетки доказывают свою эффективность, их тестируют на срок службы, определяют долговременные свойства. И только после получения всех необходимых данных для включения георешеток в национальные нормативы по проектированию, они запускаются в промышленное производство на заводе «Сотерра Инжиниринг». При этом специалисты завода уже хорошо знают, какие параметры и для чего необходимо контролировать и понимают, что изменение хотя бы одной характеристики - химической, геометрической или физико-механической - может привести к непредсказуемым последствиям. Именно поэтому компания придерживается политики закупки только первичного полимера у проверенных поставщиков и не допускает использование сторонних добавок, направленных на снижение затрат производства, а также использование вторичного сырья из переработанных пластиковых бытовых отходов. Производство организации работает в замкнутом цикле, и все материалы, покинувшие цех, больше не возвращаются в производственный процесс.

Входной контроль

Процедура проверки поступающего сырья на входном контроле в компании «Сотерра Инжиниринг» проводится в несколько этапов. Во-первых, осуществляется проверка соответствия всей транспортной документации, маркировки и внешнего вида материала. Во-вторых, для каждой поставляемой партии требуется наличие паспорта качества. В-третьих, выборочно проводятся испытания на показатель текучести расплава, с целью убедиться в соответствии заявленных в паспорте качественных характеристик реальным показателям материала.

Одной из основных задач при производстве продукции является обеспечение стабильных физико-механических, геометрических и химических показателей материала на протяжении всего срока эксплуатации. Для искусственных сооружений этот срок, например, составляет 120 лет! Это достигается с помощью постоянного контроля процессов на каждом этапе производства.

Помимо строгого контроля размеров осуществляется проверка оптимальности состава, включая содержание сажи и зольности. Низкое содержание сажи (она же углерод технический) и антиоксидантов в полимерном материале может негативно влиять на его характеристики при воздействии ультрафиолетовых лучей. Георешетка, находящаяся на открытых складах или строительных площадках, может потерять свои прочностные свойства за 10 дней, если содержание в ней сажи составляет менее 2%! Антиоксиданты – это специальные добавки, которые защищают полимер в процессе нагрева на производстве и позволяют сохранять исходные характеристики на протяжении срока его службы в конструкции. Кислород гораздо более разрушительно воздействует на полимер, чем химические вещества, мороз или грибки. Для проверки этого параметра разработаны специальные методики испытания, продолжительностью в четыре месяца, которые моделируют 100-летнее естественное старение материала. Без антиоксидантов георешетка теряет прочность уже на половине заявленного срока службы. Важен также контроль зольности, то есть количества посторонних примесей, которые неизбежно попадают в сырье, например, при использовании переработанных бытовых пластиковых отходов.

К сожалению, в России отсутствуют требования по испытаниям на окисление полимерных георешеток, не определяются зольность и содержание сажи. Это дает возможность некоторым недобросовестным производителям экономить на саже и антиоксидантах, несмотря на предсказуемые последствия в отношении снижения срока службы. В компании «Сотерра Инжиниринг» это недопустимо.

Благодаря высокой технологичности процесса производство «Сотерра Инжиниринг» позволяет использовать полимер с низкой текучестью, так называемые "трубные марки". Использование такого полимера напрямую влияет на долгосрочные характеристики георешеток в условиях статической и динамической нагрузок.

Опять же, с целью удешевления многие китайские производители оборудования рекомендуют использовать в технологическом процессе полимер средней или низкой плотности, который и стоит дешевле, и для его переработки можно использовать оборудование гораздо более низкого класса, так как он плавится и растягивается при относительно низких температурах. Но при этом следует учитывать, что в искусственных сооружениях, например, таких как подпорные стены, такого материала понадобится значительно больше, так как он будет растягиваться значительно сильнее. На этикетке некоторых видов продукции можно увидеть указание на полиэтилен вместо ПЭНД (полиэтилен низкого давления), и это означает, что удлинение при ползучести возрастает в два раза, при сохранении идентичной кратковременной прочности при растяжении. То же касается и георешеток из полипропилена, которые работают в условиях многократной циклической нагрузки. В качестве примера можно привести такое сравнение: труба из полимера с низкой текучестью работает под давлением 60 лет, а из полимера с высокой текучестью в таких же условиях всего 60 минут!

После входного контроля сырье запускается в производство. Само производство осуществляется по уникальной технологии «Тенсар». Суть этого процесса заключается в том, что при производстве георешеток сперва производится лист, затем в этом листе пробиваются крошечные отверстия, а далее на специальной линии производится вытяжка этого листа в различных направлениях. В результате получаются жесткие георешетки, ребра которых объединены в интегральную структуру, в которой молекулы полимера выстроены в идеальные упорядоченные цепочки. Такие георешётки обладают уникальными инженерными характеристиками и эффективно взаимодействуют с инертными материалами в конструктивных слоях.

Каждая операция нормирована, на каждом этапе производится контроль всех параметров, регулярно отбираются образцы и ведется постоянный контроль в заводской лаборатории.

Вся информация о выпуске полуфабрикатов и готовой продукции фиксируется, документируется и бессрочно архивируется. Это позволяет отслеживать каждую партию продукции от конкретных паллет сырья, из которых она изготовлена, до технологических параметров, при которых она была выпущена. На каждом рулоне готовой продукции есть уникальная маркировка, которая позволяет проследить его историю даже после того, как он уложен на объекте.

Испытания на прочность: отличия российских стандартов от международных нормативов

Испытание кратковременных разрывных характеристик является самым простым и доступным способом отследить качество выпускаемой продукции. Для проведения испытаний на прочность при растяжении проводится проверка физико-механических показателей георешетки на разрывной машине. Этот параметр важен для производителя, так как позволяет быстро обнаружить несоответствие регламенту и устранить его причину в процессе производства. В России эти испытания для дорожной отрасли регламентируются ГОСТ 55-030.

Комплексный подход

Помимо ежегодного периодического контроля вся выпускаемая продукция проходит комплекс типовых испытаний, которые сертифицированы в ведущих регистрах. Также проводятся нестандартные испытания в зависимости от требований различных заказчиков. К примеру, один из клиентов после испытаний на повреждаемость проводит новый цикл испытаний для подтверждения заявленных характеристик и качества продукции.

Основная научно-исследовательская деятельность компании сосредоточена в собственном НИЦ. В этом центре разрабатываются и внедряются новые методики тестирования. Например, колесный стенд для симуляции нагрузки на автомобильные дороги в лабораторных условиях. Также имеется отдел, занимающийся усовершенствованием и разработкой новых видов продукции. В этом отделе функционирует мини-производство с экструдером, прессом и линией растяжки для полного цикла производства новых видов георешеток с улучшенными свойствами. В специальных климатических камерах, в которых поддерживается разная постоянная температура от +10 до +50 градусов Цельсия, годами висят образцы георешеток с постоянной нагрузкой и датчиками, фиксирующими степень удлинения. Минимальный срок такого испытания составляет 10 000 часов (60 недель). Кроме того, материалы проходят полный комплекс испытаний для определения коэффициентов повреждаемости.

Все эти методы, включая методическое соблюдение всех параметров, разработанных и выявленных в ходе исследований, гарантируют стабильное качество и надежность продукции, и, как следствие, являются основой качества конструкций.

При этом вопросы стандартизации, возникшие перед российскими регуляторами в конце двухтысячных годов, до сих пор остаются недоработанной проблемой. Основным острым вопросом является недостаточное оснащение лабораторий, способных проводить исследования геосинтетических материалов, а также их недостаточное количество.

Статья опубликована в журнале "Безопасные и качественные дороги" в июне 2023 г.