30 апреля 2019
Мировой опыт показывает, что использование геосинтетических материалов повышает срок службы дорог, позволяет снизить стоимость их содержания и ремонта. Но для решения вышеуказанных проблем необходимо совершенствовать нормативно-правовую базу.
В соответствии с планом научно-исследовательских работ Федерального дорожного агентства усилиями АНО «НИИ ТСК» и ООО «Мегатех Инжиниринг» значительно обновилась нормативная база, в частности по методикам испытаний геосинтетики и требованиям к ним.
В Российской Федерации с 2010 года действует ОДМ 218.5.006-2010 «Рекомендации по методикам испытаний геосинтетических материалов в зависимости от области их применения в дорожной отрасли». Данный документ послужил основой для разработки ряда национальных стандартов. С 1 апреля 2013 года введен в действие целый комплекс документов, устанавливающих требования к методам испытаниям геосинтетики: ГОСТ Р 55028-2012, ГОСТ Р 55029-2012, ГОСТ Р 55030-2012, ГОСТ Р 55031-2012, ГОСТ Р 55032-2012, ГОСТ Р 55033- 2012, ГОСТ Р 55034-2012, ГОСТ Р 55035-2012.
Особо стоит отметить, что с введением указанных выше нормативных документов для геосинтетических материалов на территории РФ стали определять максимальную прочность и относительное удлинение при максимальной нагрузке, то есть максимальные предельные характеристики, которые может обеспечить материал в конструкции. До этого определялись лишь прочность и относительное удлинение при разрыве — характеристики, малоприменимые для геосинтетиков ввиду неоднозначности критерия разрыва материала, состоящего из огромного количества мононитей. А с учетом того, что геосинтетические материалы не применяются в конструкциях с расчетными нагрузками, приближенными к максимальным, то при наличии нормативных документов на методы расчета конструкции целесообразно нормировать именно прочность материала при заданном относительном удлинении.
Остановимся подробнее на ГОСТ Р 55030-2012 «Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения прочности при растяжении». Этот документ устанавливает одну из самых универсальных и часто применяемых методик испытания геосинтетических материалов как при выпуске из производства, так и при входном и строительном контроле на объекте.
В научных кругах широко обсуждается проблема расхождения измерения удлинения при максимальной нагрузке по перемещению зажимов, требуемого ГОСТ Р 55030, и по показаниям экстензометра. Последний вариант кажется более предпочтительным производителям геосинтетических материалов. По их мнению, он по сравнению с измерением по перемещению зажимов дает для ряда материалов лучший показатель относительного удлинения при максимальной прочности. Между тем измерение с помощью экстензометра не учитывает условия зажатия материала в лабораторных и реальных условиях, так как измеряет удлинение на меньшей длине, чем база зажатия (100 мм согласно ГОСТ 55030-2012 и 60 мм для экстензометра согласно EN 10319). Из этого следует, что данный способ является абстрактным и не соответствующим реальным условиям эксплуатации, при которых материал фиксируется грунтом, минеральными материалами или асфальтобетоном.
Вторым по важности вопросом является условие зажатия материала с узлами больших толщин (в частности пластмассовых экструдированных георешеток) и связанное с этим измерение относительного удлинения. Предполагается, что данное измерение происходит от узлов, не совпадающих с кромкой зажима, и это дает неточность при максимальной нагрузке. На самом деле, уже при усилии зажатия 100 бар, тиски с ребристой формой продавливают узлы на толщину, приблизительно равную толщине ребер материала, и надежно фиксируют его (без проскальзывания) по всей соприкасающейся с тисками поверхности. То есть, при правильно подобранном давлении (силе сжатия тисков разрывной машины), в соответствии с условиями испытания по ГОСТ Р 55030-2012, существенных погрешностей измерения относительного удлинения не возникает. Исключением являются одноосные экструдированные георешетки с наибольшей из применяемых сегодня толщиной узлов. Однако у подобных решеток обычно не возникает подобной ситуации, так как расстояние между узлами намного превосходит стандартную базу (100 мм согласно ГОСТ 55030-2012). К тому же, образец для испытаний можно изготовить только с одним узлом между зажимами. Данное обстоятельство показывает несостоятельность предложений отдельных производителей, говорящих о необходимости ввести в методику испытания одноосных георешеток требования об увеличении базы (расстояния между зажимами), обеспечивающей испытание целой ячейки.
На взгляд авторов, это не обеспечит соблюдение единых условий проведения испытаний. Перемена длины образца должна повлечь за собой и изменение скорости испытания. При этом материал закапывается в грунт и щебень аналогично экструдированным в двух направлениях георешеткам, и — что вполне логично — должен испытываться в аналогичных условиях.
Сегодня специалистами АНО «НИИ ТСК» проведено более 20 тысяч различных испытаний геосинтетических материалов по ГОСТ Р 55030-2012. Наработан огромный практический опыт, который позволил идентифицировать слабые моменты применяемой методики испытаний, а именно:
- избыточное число испытуемых образцов,
- неоправданно строгие требования к хранению и кондиционированию образцов для испытаний,
- применение обкладок для исключения механического повреждения образца внутри зажима и обеспечения надежной фиксации в процессе испытания.
Остановимся подробнее на количестве образцов. В п.8.3 «Подготовка образцов» ГОСТа Р 55030-2012 указано: «Число образцов, испытываемых в каждом направлении, должно быть не менее шести (по два образца от каждой упаковочной единицы)».
При этом ОДМ 218.5.006-2010 устанавливает, что количество образцов, испытываемых в одном режиме, должно быть не менее пяти в каждом направлении.
Данное положение отталкивалось от приведения итоговой цифры прочности образца шириной 0,2 м (согласно ГОСТ Р 55030-2012 и ОДМ 218.5.006-2010) к прочности материала, пересчитанной на 1 м ширины. По опыту проведения испытаний, отбор двух образцов от каждой упаковочной единицы не дает существенного улучшения точности результата по сравнению с отбором одного образца произвольной упаковочной единицы (одной из трех по ГОСТ Р 55030-2012).
Данное положение статистически не значимо для данной выборки и даже для более обширного комплексного испытания. Но число образцов равное шести приводит к увеличению трудоемкости на 16% (порядка 20 образцов для одной партии для комплексного испытания), при том, что устойчивого улучшения качества в подобном случае не наблюдается. Вывод можно сделать только один: имеются веские основания для перехода в новой редакции ГОСТ Р 55030-2012 к количеству испытуемых образцов, кратному пяти штукам.
Требования к условиям проведения испытаний, на наш взгляд, также могут быть пересмотрены. Пункт 7 ГОСТ Р 55030-2012 «Требования к условиям измерения» устанавливает следующие условия проведения испытаний: температура 20±2°С и относительная влажность 65±5%. Если образец из пробы вырезают не сразу, то материал должен храниться при температуре 20±2°С (п.8.2 ГОСТ Р 55030).
Эти параметры соответствуют требованиям международного стандарта ISO 10319:2005. Однако необходимость обеспечения такого микроклимата в помещении лаборатории приводит к дополнительным расходам на установку систем кондиционирования.
Согласно проведенным АНО «НИИ ТСК» исследованиям, существенного влияния на результаты испытаний геосинтетических материалов температурно-влажностных условий не выявлено.
Сходимость методики измерений обеспечивается в широком диапазоне температур от 15 до 25 °С и относительной влажности — от 50 до 80%. В связи с этим мы считаем целесообразным при актуализации ГОСТ Р 55030-2012 расширить допустимый диапазон температурно-влажностных условий проведения испытаний. Дополнительно стоит отметить, что материаловедение подтверждает устойчивость физико-механических характеристик исходного сырья и, соответственно, готовых изделий из ПЭТ, ПП, ПВХ и т.д. в вышеуказанных микроклиматических условиях, при том, что условия эксплуатации геосинтетических материалов имеют существенно больший диапазон как по температуре, так и по влажности.
Самыми неоднозначными и сложными из-за различной конфигурации губок зажимных устройств разрывных машин является применение и использование обкладок. Связано это с тем, что от структуры и материала губок зависит необходимость использования тех или иных обкладок.
Остановимся на машине, оснащенной волнообразными губками, которая наиболее распространена для испытаний геосинтетических материалов на территории Российской Федерации. В ГОСТ Р 55030-2012 определено: «все образцы в месте зажима непосредственно перед установкой в испытательную машину должны быть обмотаны (оклеены) бумажной малярной лентой (скотчем) в 3 слоя с каждой стороны до линии разметки образца для предотвращения его разрушения в месте зажима».
Данное требование позволяет исключить разрушение материала в месте зажима только части геосинтетических материалов. Для остальных же приходится подбирать покрытие губок или использовать различные дополнительные обкладки.
Производителям геосинтетиков проще осуществлять подбор покрытия губок, так как они испытывают лишь производимые на их предприятии материалы, исходя из типов и видов которых можно избрать универсальный вариант. Для остальных испытательных лабораторий такой подход не является оптимальным решением проблемы разрушения и выскальзывания образцов в зажимах, поскольку номенклатура геосинтетических материалов огромна и к тому же постоянно расширяется. Вследствие этого найти универсальное покрытие губок зажима не представляется возможным.
Единственным правильным, на наш взгляд, решением является использование различного вида обкладок, например, из переплетного картона, фанеры или резины. С учетом полученного опыта проведения испытаний, прослеживается следующая тенденция: материалам (например, из полиэфира), обладающим существенным относительным удлинением, лучше всего соответствуют обкладки из переплетного картона, а тем, что обладают небольшим относительным удлинением (например, из стекловолокна), подходят сделанные из фанеры и резины. При этом универсального решения не существует, и к каждому виду и марке материала требуется индивидуальный подход.
Данные наблюдения могут быть учтены в качестве рекомендаций или примечаний к требованиям к зажимам разрывной машины и процедуре подготовки образцов для испытания.
Следующим важным аспектом ГОСТ Р 55030 является ограничение использования методики для материалов прочностью при растяжении выше 500 кН/м. В настоящее время на особо важных объектах строительства применяются высокопрочные геосинтетические материалы с прочностью, превышающей 500 кН/м в два, а то и в три раза. Разрывные машины для таких сверхпрочных материалов очень дороги и, если производитель геосинтетики может себе позволить ее приобрести, то лаборатория, проводящая входной контроль, вряд ли когда-либо может ею обзавестись. Решение этой проблемы видится в допущении испытания материалов прочностью выше 500 кН/м полосой менее 200 мм. При этом ширина полосы должна выбираться таким образом, чтобы ее прочность лежала в третьей четверти диапазона разрывной машины, и выскальзывание образца из зажимов не допускалось.
Применение ГОСТ Р 55030-2012 показало важность, своевременность и правильность выбранной методики измерения прочности и относительного удлинения при максимальной нагрузке геосинтетических материалов. Следует также учесть, что специалистами уже набраны достаточный опыт и знания для его совершенствования.
М.И. Никитин,
руководитель лаборатории геосинтетических материалов АНО «НИИ ТСК»;
Д.В. Медведев,
заместитель генерального директора АО «ЦНИИС»
Журнал «ДОРОГИ. Инновации в строительстве» № 51, февраль 2016 г.