DE212022000316U1

DE212022000316U1 - Expandierte mehrschichtige integrale Geogitter und Verwendung derselben

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Publication number: DE212022000316U1
Application number: DE212022000316.0U
Authority: DE
Original assignee: Tensar International Corp
Current assignee: Tensar International Corp
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2024-08-19
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: GEAP202416567A; GB2635296A; WO2023122524A2; WO2023122524A3; KR20240120727A; CO2024007417A2; GB202407701D0; CN118574966A; IL313500A; US12291829B2; MX2024007605A; GB2627639A; US20240200297A1; GB2635870A; CL2024001673A1; PE20241978A1; GB202502873D0; JP2025500326A; GB202502207D0; EP4423343A4

Abstract

Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter zur Verzahnung mit und Verstärkung von Zuschlagstoffen, aufweisend:
eine Vielzahl von ausgerichteten Strängen, die durch teilweise ausgerichtete Verbindungen miteinander verbunden sind und eine Reihe von Öffnungen zwischen sich aufweisen,
wobei das integrale Geogitter eine Vielzahl von Schichten jeweils aus einem Polymermaterial aufweist,
wobei zumindest eine Innenschicht der Vielzahl von Schichten eine expandierte Struktur aufweist, die eine Verteilung von Hohlräumen in sich enthält, um die anfängliche Kompatibilität zwischen dem Zuschlagstoff und dem integrierten Geogitter zu verbessern, um eine Zuschlagstoffdichte nach der Verdichtung des Zuschlagstoffs und des Geogitters zu maximieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein integrale Geogitter und andere ausgerichtete Gitter, die zur strukturellen oder baulichen Verstärkung und Stabilisierung sowie für andere geotechnische Zwecke verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung solche integralen Geogitter mit einer expandierten Mehrschichtkonstruktion, die eine verbesserte Kompressibilität des integralen Geogitters bietet. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls solche integralen Geogitter, die sowohl verbesserte Steifigkeitseigenschaften als auch die Fähigkeit aufweisen, mit einer größeren Vielfalt und einem größeren Qualitätsbereich von Zuschlagstoffen in Eingriff zu kommen und diese zu stabilisieren, sowie andere wünschenswerte Eigenschaften, wie hierin offenbart.
Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung solcher expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter zur Verstärkung und Stabilisierung von Böden und Partikeln sowie Verfahren zur Verstärkung und Stabilisierung.
Für die Zwecke dieser Erfindung soll der Begriff „integrales Geogitter“ integrale Geogitter und andere integrale Gitterstrukturen umfassen, die durch Ausrichten (d.h. Strecken) eines polymeren Ausgangsmaterials in Form einer Folie oder einer folienähnlichen Form mit der erforderlichen Dicke und mit darin hergestellten oder ausgebildeten Löchern oder Vertiefungen hergestellt werden.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Integrale polymere Gitterstrukturen mit Maschenöffnungen, die durch verschiedene geometrische Muster von im Wesentlichen parallelen, ausgerichteten Strängen und dazwischen liegenden Verbindungen definiert sind, wie zum Beispiel integrale Geogitter, werden seit über 35 Jahren hergestellt und verkauft. Solche Gitter werden hergestellt, indem eine integral gegossene Ausgangsfolie mit einem bestimmten Muster von Löchern oder Vertiefungen extrudiert und geformt wird, woraufhin die Folie kontrolliert ein- oder biaxial gestreckt und in hochgradig ausgerichtete Stränge und teilweise ausgerichtete Verbindungen ausgerichtet wird, die durch die Löcher oder Vertiefungen gebildete Maschenöffnungen definieren. Durch eine solche uniaxial oder biaxiale Streckung und Ausrichtung der Folie werden die Zugfestigkeit und der Modul der Stränge in der entsprechenden Streckungsrichtung entwickelt. Diese integral ausgerichteten Polymergitterstrukturen können zur Rückhaltung oder Stabilisierung von teilchenförmigem Material jeder geeigneten Form, wie Erde, Sand, Ton, Kies usw., und an jeder geeigneten Stelle, wie zum Beispiel an der Seite einer Straße oder eines anderen Einschnitts oder einer Böschung, unter einer Straßenoberfläche, einer Startbahnoberfläche usw., verwendet werden.
Es wurde mit verschiedenen Formen und Mustern von Löchern experimentiert, um ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht oder eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit während des Herstellungsprozesses zu erreichen. Die Ausrichtung erfolgt unter kontrollierten Temperaturen und Verformungsgeschwindigkeiten. Zu den Variablen in diesem Prozess gehören das Streckungsverhältnis, das Molekulargewicht, die Molekulargewichtsverteilung und der Grad der Verzweigung oder Vernetzung des Polymers.
Die Herstellung und Verwendung solcher integraler Geogitter und anderer integraler Gitterstrukturen kann durch bekannte Techniken erfolgen. Wie in den US-Patenten Nr. 4.374.798 (Mercer), Nr. 4.590.029 (Mercer), Nr. 4.743.486 (Mercer und Martin), Nr. 4.756.946 (Mercer) und Nr. 5.419.659 (Mercer) ausführlich beschrieben, wird ein polymeres Ausgangsfolienmaterial zunächst extrudiert und dann gestanzt, um das erforderliche definierte Muster von Löchern oder Vertiefungen zu bilden. Das integrierte Geogitter wird dann durch das erforderliche Strecken und Ausrichten des gestanzten Folienmaterials geformt.
Solche integralen Geogitter, sowohl uniaxiale integrale Geogitter als auch biaxiale integrale Geogitter (zusammen „integrale Geogitter“ oder separat „uniaxiale integrale Geogitter“ oder „biaxiale integrale Geogitter“) wurden von dem oben genannten Mercer in den späten 1970er Jahren erfunden und waren in den letzten 35 Jahren ein enormer kommerzieller Erfolg, der die Technologie der Verstärkung von Böden, Straßenunterbau und anderen Tiefbaukonstruktionen aus körnigen oder teilchenförmigen Materialien völlig revolutionierte.
Mercer entdeckte, dass man mit einer relativ dicken, im Wesentlichen uniplanaren Ausgangspolymerfolie, bevorzugt in der Größenordnung von 1,5 mm (0,059055 Zoll) bis 4,0 mm (0,15748 Zoll) dick, mit einem Muster von Löchern oder Vertiefungen, deren Mittelpunkte auf einem fiktiven, im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Gitter aus Reihen und Spalten liegen, beginnen und die Ausgangsfolie entweder einseitig oder biaxial strecken kann, so dass die Ausrichtung der Stränge in die Verbindungen hineinreicht, ein völlig neues, im Wesentlichen uniplanares integrales Geogitter bilden kann. Wie von Mercer beschrieben, bedeutet „uniplanar“, dass alle Zonen des Folienförmigen Materials symmetrisch zur Mittelebene des Folienförmigen Materials sind.
In den US-Patentnummern 3.252.181 von Hureau, 3.317.951 von Hureau, 3.496.965 von Hureau, 4.470.942 von Beretta, 4.808.358 von Beretta und 5.053.264 von Beretta wird das Ausgangsmaterial mit dem erforderlichen Muster von Löchern oder Vertiefungen in Verbindung mit einer zylindrischen Polymerextrusion geformt, und eine wesentliche Unebenheit wird erreicht, indem die Extrusion über einen expandierenden Dorn geführt wird. Der aufgeweitete Zylinder wird dann in Längsrichtung geschlitzt, um eine flache, im Wesentlichen uniplane Ausgangsfolie zu erhalten.
Ein weiteres integrales Geogitter wird im US-Patent Nr. 7.001.112 an Walsh (im Folgenden das „Walsh-Patent '112“) beschrieben, das der Tensar International Limited, einem verbundenen Unternehmen der Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Patentanmeldung, der Tensar International Corporation, Inc. (im Folgenden „Tensar“) aus Atlanta, Georgia, zugeordnet wurde. Das Walsh-Patent '112 offenbart ausgerichtete Polymer-Integralgeogitter, die ein biaxial gestrecktes Integralgeogitter umfassen, bei dem ausgerichtete Stränge dreieckige Maschenöffnungen mit einer teilweise ausgerichteten Verbindung an jeder Ecke bilden und bei dem sich sechs stark ausgerichtete Stränge an jeder Verbindung treffen (im Folgenden manchmal als „triaxiales Integralgeogitter“ bezeichnet). Die triaxialen integralen Geogitter des Walsh-Patents '112 wurden von Tensar mit großem Erfolg vermarktet.
Ein weiteres integrales Geogitter ist in den US-Patenten Nr. 9.556.580 an Walsh, 10.024.002 an Walsh und 10.501.896 an Walsh offenbart, die alle an Tensar Technologies Limited, ein weiteres verbundenes Unternehmen der Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Patentanmeldung, vergeben sind. Die vorgenannten US-Patente Nr. 9.556.580 , 10.024.002 und 10.501.896 von Walsh offenbaren ein integrales Geogitter mit einem Verhältnis, das dem Fachmann als hohes Seitenverhältnis bekannt ist, d.h. ein Verhältnis der Dicke oder Höhe des Strangquerschnitts zur Breite des Strangquerschnitts, das größer als 1,0 ist. Es hat sich zwar gezeigt, dass die Leistung von multiaxialen integralen Geogittern durch die Verwendung einer Geogitterstruktur mit Rippen mit einem Seitenverhältnis von mehr als 1,0 verbessert werden kann, aber die Erhöhung des Seitenverhältnisses geht mit einer Erhöhung der erforderlichen Gesamtmenge an Polymer einher, wodurch sich das Gewicht und die Kosten des Geogitters erhöhen.
Im Stand der Technik werden für die Herstellung von integralen Geogittern hochmolekulare Homo- oder Copolymere wie Polypropylen und Polyethylen mit hoher Dichte und hohem Molekulargewicht verwendet. Diesen Polymeren werden verschiedene Zuschlagstoffe wie UV-Licht-Inhibitoren, Ruß, Verarbeitungshilfsmittel usw. zugesetzt, um die gewünschten Effekte im Endprodukt und/oder die Effizienz der Herstellung zu erzielen.
Und auch das Ausgangsmaterial für die Herstellung solcher integraler Geogitter besteht in der Regel aus einer im Wesentlichen ebenen Folie mit einschichtigem Aufbau, d.h. einer homogenen Einzelschicht aus einem polymeren Material.
Während ein integrales Geogitter, das aus den oben beschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten Ausgangsmaterialien hergestellt wird, im Allgemeinen zufriedenstellende Eigenschaften aufweist, ist es strukturell und wirtschaftlich vorteilhaft, integrale Geogitter herzustellen, die einen relativ höheren Grad an Steifigkeit aufweisen, der für die Anforderungen von Dienstleistungen wie geosynthetische Verstärkung geeignet ist, oder andere Eigenschaften haben, die für bestimmte geosynthetische Anwendungen wünschenswert sind.
Es besteht also ein Bedarf an einem Ausgangsmaterial, das nicht nur für die mit der Herstellung von integralen Geogittern verbundenen Prozessbeschränkungen geeignet ist, sondern das auch, sobald das integrale Geogitter hergestellt und in Betrieb ist, eine höhere Steifigkeit als aus dem Stand der Technik bekannte Geogitter-Ausgangsmaterialien aufweist oder andere wünschenswerte Eigenschaften bietet, die bei den derzeitigen einschichtigen integralen Geogittern nicht vorhanden sind.
Während ein integrales Geogitter, das aus den oben beschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten Ausgangsmaterialien und in aus dem Stand der Technik bekannten Konfigurationen hergestellt wird, allgemein zufriedenstellende Eigenschaften aufweisen kann, ist es strukturell und wirtschaftlich vorteilhaft, ein integrales Geogitter herzustellen, das eine Struktur und Geometrie aufweist, die in der Lage ist, sich mit einer größeren Vielfalt und einem größeren Qualitätsbereich von Zuschlagstoffen zu verbinden und diese zu stabilisieren, und das für die Anforderungen von Dienstleistungen, wie zum Beispiel geosynthetische Verstärkung, geeignet ist oder andere Eigenschaften aufweist, die für bestimmte geosynthetische Anwendungen wünschenswert sind.
Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf alle integralen Gitter anwendbar ist, unabhängig von des Verfahrens des Beginns der Folienbildung oder des Verfahrens der Ausrichtung des Ausgangsmaterials in das integrale Geogitter oder die Gitterstruktur. Der Gegenstand der vorstehenden US-Patente Nr. 3,252,181 , 3,317,951 , 3,496,965 , 4,470,942 , 4,808,358 , 5,053,264 , 7,001,112 , 9,556,580 , 10,024,002 und 10,501,896 wird ausdrücklich durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen, als ob die Offenbarungen hier in ihrer Gesamtheit dargelegt wären. Diese Patente werden zur Veranschaulichung zitiert und gelten nicht als allumfassend oder als Ausschluss anderer in der Technik bekannter Techniken zur Herstellung von integralen Polymergittermaterialien.
Trotz der funktionalen Eigenschaften, die mit den derzeitigen einschichtigen integralen Geogittern verfügbar sind, gibt es Leistungsverbesserungen, die gegenüber dem Stand der Technik bei integralen Geogittern noch erreicht werden müssen. Eine solche Verbesserung ist in der US-Anmeldung Nr. 15/766,960 (im Folgenden „die '960-Anmeldung“; veröffentlicht als US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2018/0298582 A1 ) offenbart, die ebenfalls Tensar International Limited zugeordnet ist. Die '960-Anmeldung offenbart verschiedene Ausführungsformen für coextrudierte mehrschichtige Polymerfolien als Ausgangsmaterial für die Herstellung von integralen Geogittern. Aufgrund der Konstruktion des coextrudierten mehrschichtigen Ausgangsmaterials ergeben die coextrudierten mehrschichtigen Folienkomponenten nach der Extrusion und Ausrichtung integrale Geogitter mit verbesserten Materialeigenschaften, die Leistungsvorteile bei der geosynthetischen Bodenverstärkung bieten.
Eine der in der Anmeldung '960 offenbarten Ausführungsformen ist ein dreischichtiges integrales Geogitter, das aus einer coextrudierten dreischichtigen Ausgangsfolie hergestellt wird, wobei die mittlere Schicht des ausgerichteten integralen Geogitters eine expandierte oder „geschäumte“ Struktur aufweist. Laut der Anmeldung '960 sind die einzigen Vorteile der expandierten oder geschäumten Mehrschichtstruktur geringere Rohstoffkosten und ein geringeres Gewicht des Geogitters und „können wünschenswerte physikalische und chemische Eigenschaften der geschäumten Schicht an sich beinhalten“. Weitere Vorteile werden nicht offenbart. Der Gegenstand der Anmeldung '960 wird ausdrücklich durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen, als ob die Offenbarung hier in ihrer Gesamtheit dargelegt wäre.
Bislang können mit den aktuellen Produktions- und Verfahrenstechnologien hergestellte integrale Geogitterprodukte multiaxiale Geogitterprodukte mit den gewünschten Eigenschaften und Merkmalen erzeugen; die aktuelle Prozess- und Produktionstechnologie erlaubt jedoch keine Änderungen der Materialart innerhalb des Querschnitts des gesamten Geogitters. Um die gewünschten physikalischen, mechanischen und geometrischen Eigenschaften zu erreichen, welche die Leistung verbessern, ist daher eine erhebliche Erhöhung der Polymermenge erforderlich.
Darüber hinaus schränkt die derzeitige Prozess-/Produktionstechnologie die Möglichkeit ein, bestimmte leistungssteigernde Parameter zu erhöhen oder zu verbessern und gleichzeitig andere Parameter zu kontrollieren oder nicht zu ändern, die bei einer Änderung die Leistung verringern.
Darüber hinaus ist die derzeitige Prozess-/Produktionstechnologie nicht auf die Verwendung unterschiedlicher Polymermaterialien in verschiedenen Teilen der Geogitterstruktur ausgerichtet, um die Leistung zu maximieren.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an integralen Geogittern, die eine bessere „anfängliche Kompatibilität“ zwischen dem Zuschlagstoff und dem Geogitter ermöglichen und somit die Zuschlagstoffdichte nach der Verdichtung maximieren und dadurch jede mögliche verbleibende Zuschlagstoffbewegung oder Neupositionierung minimieren, die normalerweise nach der Verdichtung und in den Anfangsphasen der „in Betrieb befindlichen“ Belastungen auftreten würde. Insbesondere besteht ein Bedarf an einem integralen Geogitter, das die oben genannten Eigenschaften aufweist, indem es für eine erhöhte Komprimierbarkeit der Schicht unter Last sorgt. Der Begriff „anfängliche Kompatibilität“ wird hier im Sinne einer Maximierung der Zuschlagstoffdichte nach Abschluss der Verdichtung verwendet, um dadurch eine mögliche Bewegung oder Positionierung des Zuschlagstoffs zu minimieren, die normalerweise nach der Verdichtung und in den Anfangsphasen der „in Betrieb befindlichen“ Belastungen auftreten würde.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, eine verbesserte funktionelle Leistung von multiaxialen integralen Geogittern durch die Verbesserung bestimmter physikalischer, mechanischer und geometrischer Eigenschaften der multiaxialen integralen Geogitterstruktur zu erreichen, welche die funktionelle Leistung verbessert, zum Beispiel durch Modifizierung und/oder Einbeziehung anderer neuer physikalischer, mechanischer und geometrischer Eigenschaften. Durch sorgfältige physikalische Positionierung und Beeinflussung der Menge verschiedener polymerer Materialien, welche die gewünschten mechanischen und physikalischen Eigenschaften aufweisen, an bestimmten Stellen der integralen Geogitterstrukturen und durch Optimierung aller anderen physikalischen Parameter der Geogitterstruktur können erhebliche Leistungsverbesserungen erzielt werden.
Insbesondere wurde nach der Einreichung der Anmeldung '960 überraschend entdeckt, dass eine erheblich verbesserte anfängliche Kompatibilität zwischen dem Zuschlagstoff und dem expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter erreicht werden kann, wenn bestimmte Parameter für die geschäumte oder expandierte Schicht in das Geogitter aufgenommen werden, wie hier offenbart. Zu diesen Parametern gehören die folgenden:

1. die Gesamthöhe oder vertikale Dicke des Strangs (oder der Rippe) des mehrschichtigen integralen Geogitters an der dünnsten Höhe des Strangs (wahrscheinlich dem Mittelpunkt des Strangs) für eine geschäumte Mittelschicht von 1 mm bis 4 mm und für eine expandierte Mittelschicht von 1 mm bis 5 mm und bevorzugt für eine geschäumte Mittelschicht von 1,874 mm bis 3,095 mm und für eine expandierte Mittelschicht von 1,97 mm bis 3,36 mm beträgt;
2. die Hohlräume der geschäumten oder expandierten Mittelschicht 5 % bis 60 % des Volumens der geschäumten oder expandierten Schicht und bevorzugt 20 % bis 40 % ausmachen;
3. die geschäumte oder expandierte Mittelschicht eine Mindestkomprimierbarkeit oder „Quetschbarkeit“ oder Höhenreduzierung nach vollständiger Verdichtung von 5 % bis zu 75 % aufweist, wobei ein Komprimierbarkeitsbereich von 20 % bis 60 % und ein noch stärker bevorzugter Komprimierbarkeitsbereich von 30 % bis 50 % bevorzugt wird;
4. die geschäumte oder geschäumte Mittelschicht ein solches Seitenverhältnis aufweist, dass ihre Höhe, d.h. vertikale Dicke, von 1,0:1 bis 3,5:1 zur Höhe oder vertikalen Dicke der dünnsten Außenschicht beträgt und bevorzugt für eine geschäumte Mittelschicht von 1,0:1 bis 1,16:1 und für eine geschäumte Mittelschicht von 1,7:1 bis 2,46:1 beträgt; und
5. die geschäumte oder expandierte Mittelschicht eine Höhe oder vertikale Dicke hat, die zumindest vierzig Prozent (40%) der Gesamthöhe des endgültigen integralen Geogitters und bevorzugt zumindest siebzig Prozent (70%) beträgt.

Durch die Einbeziehung der oben genannten physikalischen Eigenschaften in das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung wird die anfängliche Kompatibilität zwischen dem Zuschlagstoff und dem Geogitter nach Abschluss der Verdichtung maximiert. Und durch die Maximierung der anfänglichen Kompatibilität wird jede mögliche verbleibende Bewegung oder Neupositionierung des Zuschlagstoffs, die normalerweise nach der Verdichtung in den ersten Phasen der Belastung im Betrieb" auftreten würde, minimiert. Auf diese Weise wird die andere Fahrbahnoberfläche besser stabilisiert und für den zukünftigen Verkehr verstärkt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, wirtschaftliche Vorteile für die Verwendung eines integralen Geogitters mit der expandierten Mehrschichtstruktur zu schaffen. Wenn ein integrales Geogitter mit Strängen mit einem höheren Seitenverhältnis gewünscht wird, kann die expandierte Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung dieses höhere Seitenverhältnis bereitstellen, während derselbe Gesamtpolymergehalt (d.h. die gleiche „Menge“ an Polymer) verwendet wird wie bei einem ähnlich konfigurierten integralen Geogitter ohne expandierte Schicht. Oder, wenn ein integrales Geogitter mit Strängen mit dem gleichen Seitenverhältnis wie ein ähnlich konfiguriertes integrales Geogitter gewünscht wird, kann die expandierte Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung das gleiche Seitenverhältnis bereitstellen, während weniger Gesamtpolymergehalt (d.h. „Menge“ des Polymers) verwendet wird. Dementsprechend können die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu den damit verbundenen strukturellen und leistungsmäßigen Verbesserungen, erhebliche wirtschaftliche Vorteile bieten, d.h. ein höheres Seitenverhältnis bei gleichen Kosten oder ein gleiches Seitenverhältnis bei geringeren Kosten erreichen.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf integrale Geogitter mit einer Mehrschichtstruktur gerichtet, wobei zumindest eine Schicht davon eine Struktur aufweist, die relativ zu zumindest einer anderen Schicht der mehreren Schichten expandiert ist. Diese mehrschichtigen Geogitter werden hier oft als integrale Geogitter bezeichnet, von denen zumindest eine Schicht eine Struktur aufweist, die relativ zu zumindest einer anderen Schicht der mehreren Schichten expandiert ist, oder, einfacher ausgedrückt, als „expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter“ oder „expandierte mehrschichtige integrale Geogitter“. Aufgrund der expandierten Schichtstruktur bieten die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Schichtkompressibilität unter Last und andere wünschenswerte Eigenschaften.
Insbesondere enthält die Schicht mit der expandierten Struktur eine Verteilung von Hohlräumen in sich. Die Hohlräume können mit einer geschäumten Konstruktion der Schicht verbunden sein oder mit einem teilchenförmigen Füllstoff, der in der Schicht verteilt ist, um die Expansion der Schicht zu erzeugen.
Darüber hinaus kann die mehrschichtige Konstruktion der expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter Schichten umfassen, die coextrudiert oder laminiert sind. Die Expansion der expandierten Schicht kann während der Extrusion/Laminierung oder während des Streckens/Ausrichtens oder in beiden Fällen erfolgen.
Und die sich ergebenden expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter mit einer Vielzahl von ausgerichteten mehrschichtigen Strängen, die durch die teilweise ausgerichteten mehrschichtigen Verbindungen miteinander verbunden sind und eine Reihe von Öffnungen dazwischen aufweisen, können in einer Vielzahl von sich wiederholenden geometrischen Mustern, wie hier beschrieben, konfiguriert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ausgangsmaterial zur Herstellung von expandierten mehrschichtigen integralen Geogittern eine mehrschichtige Ausgangspolymerfolie mit Löchern oder Vertiefungen in sich, die eine Reihe von geformten Öffnungen bilden, wenn das Ausgangsmaterial biaxial gestreckt wird. Die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie enthält eine expandierbare Innenschicht mit einer geschäumten Konstruktion oder mit einem darin dispergierten teilchenförmigen Füllstoff, der die Expansion der Schicht bewirkt. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen können die Schichten der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie coextrudiert oder miteinander laminiert werden.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter eine Vielzahl von ausgerichteten mehrschichtigen Strängen, die durch teilweise ausgerichtete mehrschichtige ausgerichtete Verbindungen miteinander verbunden sind und eine Anordnung von Öffnungen dazwischen aufweisen, bei der zumindest eine expandierte Schicht zwischen zwei nicht expandierten Schichten angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform ist das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter ein rechteckiges Geogitter mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster von teilweise ausgerichteten Verbindungen, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden, die rechteckige Öffnungen definieren. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter ein triaxiales Geogitter mit einem sich wiederholenden sechseckigen geometrischen Muster von teilweise ausgerichteten Verbindungen, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden und dreieckige Öffnungen bilden. Und gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter ein Geogitter mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster von teilweise ausgerichteten Verbindungen, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden, die äußere Sechsecke bilden, wobei jedes der äußeren Sechsecke sechs innere miteinander verbundene ausgerichtete Stränge umgibt und stützt, die in der Form eines inneren Sechsecks geformt sind und eine kleinere sechseckige Öffnung definieren, die hier als ein „sich wiederholendes schwebendes Sechseck innerhalb eines Sechseckmusters“ bezeichnet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Bodenkonstruktion eine Masse aus teilchenförmigem Material, die durch Einbetten eines expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster und einer expandierten Innenschicht verstärkt und stabilisiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für ein expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter eine mehrschichtige Ausgangspolymerfolie mit einer expandierbaren Innenschicht wie Löchern oder Vertiefungen darin, die ein sich wiederholendes geometrisches Muster von teilweise ausgerichteten Verbindungen bilden, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden und Öffnungen definieren, wenn das Ausgangsmaterial biaxial gestreckt wird, verwendet werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zur Herstellung eines expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters eine mehrschichtige Ausgangspolymerfolie mit einer expandierbaren Innenschicht, Löchern oder Vertiefungen darin verwendet werden, wobei die expandierbare mehrschichtigen Polymerfolie mit den Löchern oder Vertiefungen darin biaxial gestreckt sein kann, um ein sich wiederholendes geometrisches Muster von teilweise ausgerichteten Verbindungen zu erzeugen, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden und Öffnungen darin definieren.
Und gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zur Verstärkung einer Masse aus teilchenförmigem Material ein expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter in die Masse aus teilchenförmigem Material eingebettet werden, das ein sich wiederholendes geometrisches Muster aus teilweise ausgerichteten Verbindungen aufweist, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden, die Öffnungen definieren, und das eine expandierte Innenschicht aufweist.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mehrschichtiges integrales Geogitter bereitzustellen, bei dem zumindest eine Innenschicht eine Struktur aufweist, die relativ zu zumindest einer anderen Schicht der mehreren Schichten expandiert ist, um so ein integrales Geogitter mit erhöhter Schichtkompressibilität unter Last bereitzustellen.
Daher ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausgangsmaterial zur Herstellung eines expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters bereitzustellen. Das Ausgangsmaterial umfasst eine mehrschichtige Ausgangspolymerfolie mit einer expandierbaren Innenschicht und Löchern oder Vertiefungen darin, die eine Reihe von geformten Öffnungen bilden, wenn das Ausgangsmaterial biaxial gestreckt wird. Die expandierbare Schicht der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie hat eine geschäumte Konstruktion oder einen darin dispergierten teilchenförmigen Füllstoff, um eine Expansion der Innenschicht zu erzeugen, und die Schichten der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie können coextrudiert oder miteinander laminiert werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung von expandierten mehrschichtigen integralen Geogittern mit einer Vielzahl von ausgerichteten mehrschichtigen Strängen, die durch teilweise ausgerichtete mehrschichtige Verbindungen miteinander verbunden sind und eine Reihe von Öffnungen dazwischen aufweisen, die aus einer mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie mit einer expandierbaren Innenschicht hergestellt werden. Das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter kann ein rechteckiges Geogitter mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster von teilweise ausgerichteten Verbindungen sein, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden und rechteckige Öffnungen definieren, ein triaxiales Geogitter mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster von teilweise ausgerichteten Verbindungen, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden und dreieckige Öffnungen definieren, oder ein Geogitter mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster von teilweise ausgerichteten Verbindungen, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden und äußere Sechsecke definieren, von denen jedes ein inneres ausgerichtetes Sechseck umgibt und trägt, d.h., das „sich wiederholende schwimmende Sechseck innerhalb eines Sechseckmusters“.
Eine dementsprechende Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Geometrie bereitzustellen, die mit einer größeren Vielfalt und einem größeren Qualitätsbereich von Zuschlagstoffen in Eingriff kommen und diese stabilisieren kann als Geometrien, die mit früheren Geogitterstrukturen verbunden sind, während sie gleichzeitig eine verbesserte Kompressibilität und andere wünschenswerte Eigenschaften bietet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bodenkonstruktion bereitzustellen, die eine Masse aus teilchenförmigem Material enthält, das durch die Einbettung eines expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster und einer expandierten Innenschicht verstärkt und stabilisiert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für expandierte mehrschichtige integrale Geogitter eine mehrschichtige Ausgangspolymerfolie mit einer expandierbaren Innenschicht sowie mit Löchern oder Vertiefungen darin bereitzustellen, die ein sich wiederholendes geometrisches Muster von teilweise ausgerichteten Verbindungen, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden, und Öffnungen bilden, wenn das Ausgangsmaterial biaxial gestreckt wird. Die expandierbare Innenschicht kann durch eine geschäumte Konstruktion oder durch Dispergieren eines teilchenförmigen Füllstoffs hergestellt werden. Die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie kann durch Coextrudieren der mehreren Schichten oder durch Laminieren der mehreren Schichten miteinander hergestellt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zur Herstellung von expandierten mehrschichtigen integralen Geogittern eine mehrschichtige Ausgangspolymerfolie mit einer expandierbaren Innenschicht zu verwenden, die Löcher oder Vertiefungen darin aufweist, und das biaxial gestreckt ist, um ein sich wiederholendes geometrisches Muster von teilweise ausgerichteten Verbindungen, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden, und Öffnungen bereitzustellen. Bei der Herstellung der oben beschriebenen integralen Geogitter mit rechteckigen oder dreieckigen Öffnungen kann auf bekannte Geogitter-Herstellungsverfahren zurückgegriffen werden, wie sie in den oben genannten US-Patenten Nr. 4,374,798 , 4,590,029 , 4,743,486 , 5,419,659 , 7,001,112 , 9,556,580 , 10,024,002 und 10,501,896 sowie in anderen Patenten beschrieben sind. Zur Herstellung des oben beschriebenen integralen Geogitters mit einem sich wiederholenden geometrischen Muster von teilweise ausgerichteten Verbindungen, die ausgerichtete Stränge miteinander verbinden und äußere Sechsecke definieren, von denen jedes ein ausgerichtetes inneres Sechseck umgibt und stützt, kann ein Herstellungsverfahren verwenden, wie es im Folgenden beschrieben wird.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zur Herstellung von geschäumten mehrschichtigen integralen Geogittern die geschäumte Innenschicht bereitzustellen, indem zunächst eine geschäumte Konstruktion in einer Schicht der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie bereitgestellt wird und dann die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie biaxial ausgerichtet wird, um das geschäumte Material zu strecken und eine Verteilung von Hohlräumen des Schaumstoffs zu erzeugen.
Dementsprechend ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zur Herstellung von expandierten mehrschichtigen integralen Geogittern die expandierte Innenschicht bereitzustellen, indem zunächst ein teilchenförmiger Füllstoff in einer Schicht der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie dispergiert wird und dann die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie biaxial ausgerichtet wird, um die Dispersion des teilchenförmigen Füllstoffs zu strecken und eine Verteilung von Hohlräumen zu erzeugen, wenn sich der teilchenförmige Füllstoff teilweise von dem polymeren Schichtmaterial trennt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zur Verstärkung einer Masse aus teilchenförmigem Material die Einbettung eines expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters in die Masse aus teilchenförmigem Material vorzunehmen, das ein sich wiederholendes geometrisches Muster aus teilweise ausgerichteten Verbindungen aufweist, die ausgerichtete Stränge und Öffnungen miteinander verbinden, und das eine expandierte Innenschicht aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zusätzlich zu den damit verbundenen strukturellen und leistungsmäßigen Verbesserungen, erhebliche wirtschaftliche Vorteile für die Verwendung der erfindungsgemäßen mehrschichtigen integralen Geogitter zu schaffen, d.h. ein höheres Seitenverhältnis bei gleichen Kosten oder ein gleiches Seitenverhältnis bei geringeren Kosten zu erreichen. Die zahlreichen Vorteile, die mit dem expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind, sind vielfältiger Natur.
Da die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung nicht nur einen Mehrschichtstruktur haben, sondern zumindest eine Innenschicht davon eine Struktur aufweist, die relativ zu zumindest einer anderen Schicht der Mehrfachschichten als Ergebnis der Verteilung von Hohlräumen darin expandiert ist, sorgen die Geogitter für eine erhöhte Schichtkompressibilität unter Last.
Darüber hinaus verleiht die mehrschichtige Beschaffenheit der expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung dem integralen Geogitter eine insgesamt höhere Steifigkeit im Vergleich zu den früheren einschichtigen integralen Geogittern. Darüber hinaus sind die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung aufgrund der expandierten Innenschicht durch eine nachgiebige, d.h. anfängliche Nachgiebigkeit oder Flexibilität gekennzeichnet, die zu einer besseren Verdichtung und höheren Dichte führt, jedoch mit einer endgültigen horizontalen Zuschlagstoff-Geogitter-Verbundsteifigkeit, die als Ergebnis der anfänglichen Nachgiebigkeit größer ist.
Darüber hinaus bieten die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu früheren integralen Geogittern ein höheres Seitenverhältnis auf allen Strängen. Da das hohe Seitenverhältnis der integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung die Verzahnung der Zuschlagstoffe erhöht, können die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung die unterschiedlichen Seitenverhältnisse der Zuschlagstoffe besser aufnehmen.
Insbesondere im Hinblick auf das höhere Seitenverhältnis, das mit den expandierten mehrschichtigen integralen Geogittern der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, bietet das höhere Seitenverhältnis zumindest die folgenden deutlichen und wichtigen Vorteile. Erstens, wenn ein integrales Geogitter mit Strängen mit einem höheren Seitenverhältnis gewünscht wird, kann die expandierte Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung dieses höhere Seitenverhältnis bereitstellen, während derselbe Gesamtpolymergehalt (d.h. die gleiche „Menge“ an Polymer) wie bei einem ähnlich konfigurierten integralen Geogitter ohne expandierte Schicht verwendet wird. Zweitens, wenn ein integrales Geogitter mit Strängen mit demselben Längenverhältnis wie ein ähnlich konfiguriertes integrales Geogitter gewünscht wird, kann die expandierte Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung dasselbe Längenverhältnis bereitstellen, während weniger Gesamtpolymergehalt (d.h. „Menge“ an Polymer) verwendet wird. Dementsprechend können die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu den damit verbundenen strukturellen und leistungsmäßigen Verbesserungen, erhebliche wirtschaftliche Vorteile bieten, d.h. ein höheres Seitenverhältnis bei gleichen Kosten oder ein gleiches Seitenverhältnis bei geringeren Kosten erreichen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung aufgrund der hohlraumhaltigen expandierten Innenschicht sowohl eine erhöhte Komprimierbarkeit der Schicht unter Last als auch eine erhöhte Festigkeit als Zuschlagsstoffverstärkung bieten und gleichzeitig wirtschaftliche Vorteile für ihre Verwendung bieten, die allein auf der Menge des verwendeten Polymers basieren.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile, die später deutlich werden, liegen in den Einzelheiten der Konstruktion und der Funktionsweise, wie sie nachstehend ausführlicher beschrieben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die einen Teil dieses Dokuments bilden, in dem sich gleiche Bezugszeichen durchgehend auf gleiche Teile beziehen. Die beigefügten Zeichnungen dienen der Veranschaulichung der Erfindung, sind aber nicht unbedingt maßstabsgetreu.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts eines triaxial expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine uniplanare mehrschichtige Ausgangspolymerfolie für das in 1 dargestellte triaxial expandierte mehrschichtige integrale Geogitter, bevor darin Löcher oder Vertiefungen gebildet werden.
3 ist eine perspektivische Draufsicht auf die in 2 gezeigte Ausgangsfolie, in die Löcher zur Bildung eines triaxial expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters gestanzt sind.
4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 3 gezeigten Ausgangsfolie.
5 zeigt eine uniplanare mehrschichtige Ausgangspolymerfolie für ein triaxial-expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter, bevor darin Löcher oder Vertiefungen gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
6 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts eines triaxialen mehrschichtigen integralen Geogitters, das mit der in 5 gezeigten Ausgangsfolie verbunden ist.
7 ist eine Draufsicht auf ein rechteckiges expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine perspektivische Ansicht des in 7 gezeigten rechteckigen, expandierten, mehrschichtigen integralen Geogitters.
9 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine Ausgangsfolie mit darin ausgebildeten Löchern oder Vertiefungen zur Herstellung des in 7 gezeigten rechteckigen, expandierten, mehrschichtigen integralen Geogitters.
10 ist eine Draufsicht auf ein sechseckiges expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine perspektivische Ansicht des in 10 gezeigten sechseckigen, expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters.
12 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine Ausgangsfolie mit darin ausgebildeten Löchern oder Vertiefungen zur Herstellung des in 10 gezeigten sechseckigen expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters.
13 ist eine Draufsicht auf eine mögliche Größe und einen möglichen Abstand für die Löcher, die auf der Ausgangsfolie von 12 dargestellt sind.
Die 14A-14E veranschaulichen die Hypothese eines Kompressionsmechanismus eines dreischichtigen, expandierten, mehrschichtigen, integralen Geogitters, der mit Hohlräumen in der expandierten Innenschicht unter aufgebrachter Last verbunden ist.
Die 15A-15C zeigen die Hypothese eines biegsamen Rippenmechanismus der expandierten Innenschicht eines dreischichtigen expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters, der auch mit Hohlräumen in der expandierten Innenschicht verbunden ist, und zeigen sowohl die vertikale als auch die horizontale Biegsamkeit des integralen Geogitters unter aufgebrachter Last.
16 zeigt Diagramme, die einen Vergleich des nicht-elastischen Rippenverhaltens auf der Grundlage einer Ausgangsfolie eines aus dem Stand der Technik bekannten integralen Geogitters mit dem elastischen Rippenverhalten einer Ausgangsfolie des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters der vorliegenden Erfindung mit der expandierten Innenschicht veranschaulichen.
17 zeigt eine Tabelle, in der die Vorteile des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters der vorliegenden Erfindung mit jenen eines einschichtigen Geogitters ohne expandierte Schicht verglichen werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Obgleich nur bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben werden, wird angemerkt, dass die Erfindung in ihrem Schutzumfang nicht auf die Details der Konstruktion und Anordnung der Komponenten, die in der folgenden Beschreibung oder in den Zeichnungen dargestellt sind, beschränkt ist. Wie im Folgenden beschrieben kann die vorliegende Erfindung andere Ausführungsformen ergeben und in verschiedenen Arten ausgeführt bzw. durchgeführt werden.
Auch bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen wird der Klarheit halber auf eine bestimmte Terminologie zurückgegriffen. Es ist beabsichtigt, dass jeder Begriff seine weiteste Bedeutung hat, wie sie von Fachleuten verstanden wird, und alle technischen Äquivalente einschließt, die in ähnlicher Weise funktionieren, um einen ähnlichen Zweck zu erreichen.
Die Begriffe „coextrudiert“ und „coextrudieren“ werden hier gemäß ihrer allgemein anerkannten Definition verwendet, d.h. sie beziehen sich auf ein einstufiges Verfahren, das mit zwei oder mehr polymeren Materialien beginnt, die gleichzeitig in einer einzigen Düse extrudiert und geformt werden, um eine Mehrschichtfolie zu bilden.
Die Begriffe „laminiert“, „laminieren“ und „Laminierung“ werden hier im Sinne ihrer allgemein anerkannten Definition verwendet, d.h. sie beziehen sich auf ein Verfahren, bei dem zunächst zwei oder mehr Polymerfolien einzeln hergestellt und dann miteinander verbunden werden, um eine mehrschichtige Folie aus drei oder mehr Schichten zu bilden.
Die vorliegende Erfindung betrifft integrale Geogitter mit einer Mehrschichtstruktur, bevorzugt aus drei oder mehr Schichten, wobei zumindest eine Innenschicht davon eine Struktur aufweist, die relativ zu zumindest einer anderen Schicht der mehreren Schichten expandiert ist, d.h. ein „expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter“ oder „expandierte mehrschichtige integrale Geogitter“. Aufgrund der expandierten Innenschichtstruktur sorgen die expandierten mehrschichtigen, integralen Geogitter für eine erhöhte Schichtkompressibilität unter Last und andere wünschenswerte Eigenschaften.
Insbesondere umfassen die expandierten mehrschichtigen, integralen Geogitter eine Vielzahl von ausgerichteten mehrschichtigen Strängen, die durch teilweise ausgerichtete mehrschichtige Verbindungen miteinander verbunden sind und eine Reihe von Öffnungen zwischen sich aufweisen, wobei jeder der ausgerichteten mehrschichtigen Stränge und jede der teilweise ausgerichteten mehrschichtigen Verbindungen eine Vielzahl von Schichten aufweist, einschließlich einer Innenschicht mit einer Struktur, die relativ zu zumindest einer anderen Schicht der Vielzahl von Schichten expandiert ist, und wobei die Vielzahl von Schichten sowohl entlang jedes der ausgerichteten mehrschichtigen Stränge als auch jeder der teilweise ausgerichteten mehrschichtigen Verbindungen in Kontakt steht.
Insbesondere enthält die Innenschicht mit der expandierten Struktur eine Verteilung von Hohlräumen. Die Hohlräume können mit einer geschäumten Konstruktion der Schicht verbunden sein oder mit einem teilchenförmigen Füllstoff, der in der Schicht verteilt ist, um die Expansion der Schicht zu erzeugen.
Und, wie hier ebenfalls verwendet, bezieht sich der Begriff „expandierbar“, wenn er zur Beschreibung der vorgenannten Innenschicht verwendet wird, auf die Fähigkeit der Innenschicht, sich während der Bildung des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters auszudehnen. Der Begriff „expandiert“, wenn er zur Beschreibung der vorgenannten Innenschicht verwendet wird, bezieht sich auf die Struktur der Innenschicht nach der Bildung des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters durch Dehnung zur Ausrichtung des Geogitters, einschließlich der damit verbundenen Vergrößerung der in der expandierbaren Innenschicht vorhandenen Hohlräume.
Darüber hinaus kann die mehrschichtige Konstruktion Schichten aufweisen, die coextrudiert oder laminiert sind. Die Expansion der expandierten Innenschicht kann während der Extrusion/Laminierung oder der Streckung/Ausrichtung oder beidem erfolgen. Und das resultierende expandierte mehrschichtige integrale Geogitter mit der Vielzahl von ausgerichteten mehrschichtigen Strängen, die durch die teilweise ausgerichteten mehrschichtigen Verbindungen miteinander verbunden sind und eine Reihe von Öffnungen zwischen sich aufweisen, kann in einer Vielzahl von vorliegend beschriebenen, sich wiederholenden geometrischen Strukturen konfiguriert sein.
Wie in 1 gezeigt umfasst ein expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (hier ein triaxiales integrales Geogitter), das zwischen einer ersten Außenschicht 210 und einer zweiten Außenschicht 230 angeordnet ist, eine dritte Schicht, d.h. eine expandierte Innenschicht 220.
Wie bereits erwähnt umfasst die expandierte Innenschicht 220 eine Verteilung von Hohlräumen 250. Die Hohlräume 250 können mit einer geschäumten Konstruktion der expandierten Innenschicht 220 verbunden sein oder mit einem teilchenförmigen Füllstoff, der in der expandierten Innenschicht 220 verteilt ist, um die Expansion der Innenschicht zu erzeugen.
Gemäß der geschäumten Ausführungsform der expandierten Innenschicht 220 kann die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Schaumbildners umfassen, um eine expandierbare Innenschicht 220 bereitzustellen, d.h. mit einer hohlraumhaltigen Schaumstruktur. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die Schichten des integralen Geogitters durch Coextrusion hergestellt werden (siehe unten), besteht ein mögliches Verfahren darin, ein chemisches Treibmittel mit dem Polymer zu mischen, das zur Bildung der expandierbaren Innenschicht 220 extrudiert wird. Die zum Schmelzen des Polymers erzeugte Wärme zersetzt das chemische Treibmittel, wodurch ein Gas freigesetzt wird. Das Gas wird dann in der Polymerschmelze dispergiert und dehnt sich beim Austritt aus der Düse aus. Infolgedessen wird die expandierbare Innenschicht 220 aufgeschäumt. Ähnlich wie das chemische Schäumen wird auch das Einspritzen eines Gases in die eine oder mehrere expandierbare Schichten als ein Schäumungsprozess gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung betrachtet.
Insbesondere macht der Schaumzusatz, d.h. das Schaummittel, bevorzugt 0,5 bis 2 Gew.-% der expandierten Schicht aus, und besonders bevorzugt 0,75 bis 1,25 Gew.-% der expandierten Schicht. Im Allgemeinen erzeugt das Schaummittel, wie oben erwähnt, während des Extrusionsprozesses Hohlräume, indem es flüchtige Gase erzeugt. Das Volumen der Hohlräume wird durch den prozentualen Anteil des Schaumadditivs, die Schmelztemperatur und die Steuerung des Drucks entlang des Polymerextrusionsweges gesteuert. Darüber hinaus wird ein Polymer mit hoher Schmelzfestigkeit verwendet, um die Hohlraumform und -größe während des Extrusionsprozesses zu steuern.
Gemäß der Ausführungsform des teilchenförmigen Füllstoffs der expandierten Innenschicht 220 verwendet die vorliegende Erfindung eine Dispersion eines teilchenförmigen Füllstoffs, um eine expandierbare Innenschicht 220 bereitzustellen, d.h. mit einer hohlraumhaltigen Struktur. Die Aufnahme eines solchen teilchenförmigen Füllstoffs in die expandierte Innenschicht 220 führt zu einem Produkt mit einem dickeren, d.h. höheren Profil, was zu einer verbesserten Leistung des integrierten Geogitters in bestimmten Anwendungsbereichen führen kann. Je nach Anwendungsbereich, in dem das expandierte, mehrschichtige, integrale Geogitter eingesetzt werden soll, können solche teilchenförmigen Füllstoffe zum Beispiel eines oder mehrere der folgenden Elemente enthalten: CaCO₃ (Calciumcarbonat), wasserhaltige Magnesiumsilikate (zum Beispiel Talk), CaSiO₃ (Wollastonit), Calciumsulfate (zum Beispiel, Gips), Kieselgur, Titandioxid, Nanofüllstoffe, mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren („MWCNT“), einwandige Kohlenstoffnanoröhren („SWCNT“), natürliche und synthetische Fasern (zum Beispiel Glasfasern, Metallfasern), Dolomit, Kieselerde, Glimmer und Aluminiumhydrat.
Insbesondere macht der teilchenförmige Füllstoff bevorzugt 10 bis 40 Gew.-% der expandierten Schicht aus, und besonders bevorzugt 15 bis 25 Gew.-% der expandierten Schicht. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform des teilchenförmigen Füllstoffs entstehen die Hohlräume nicht während des Extrusionsprozesses selbst, sondern vielmehr während des Ausrichtens (Streckens) der Ausgangsschicht, die zu dem integralen Geogitter führt. Das heißt, der Streckvorgang erzeugt Hohlräume durch Kavitation hinter den einzelnen Partikeln des teilchenförmigen Füllstoffs, d.h. wenn Scherkräfte auf die Polymermatrix einwirken.
Sowohl bei der geschäumten Ausführung als auch bei der Ausführung mit teilchenförmigem Füllstoff können das Konstruktionsmaterial der ersten Außenschicht (hier 210) und das Konstruktionsmaterial der zweiten Außenschicht (hier 230) gleich sein oder sich voneinander unterscheiden, wobei das gleiche Material bevorzugt wird. Im Allgemeinen unterscheidet sich das Konstruktionsmaterial der expandierbaren Innenschicht 220 von dem Konstruktionsmaterial sowohl der ersten Außenschicht 210 als auch des Konstruktionsmaterials der zweiten Außenschicht 230.
Zu den denkbaren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehören solche, bei denen eine oder mehrere der geschäumten Schichten in Verbindung mit einer oder mehreren Schichten verwendet werden, die den teilchenförmigen Füllstoff enthalten.
2 zeigt eine uniplanare mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 100 für das in 1 gezeigte expandierte mehrschichtige integrale Geogitter 200, bevor darin Löcher oder Vertiefungen gebildet werden.
Wie in 2 dargestellt, handelt es sich bei der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 100 um eine dreischichtige Folie im Sinne der Erfindung. Das heißt, bevorzugt umfasst die Folie 100 eine erste Außenschicht 110, eine zweite Außenschicht 130 und eine Innenschicht 120, bei der es sich um die expandierbare Schicht handelt, die Hohlräume 150 enthält. Die erste Außenschicht 110 und die zweite Außenschicht 130 sind auf gegenüberliegenden planaren Oberflächen der Innenschicht 120 angeordnet, bevorzugt in einer uniplanaren oder im Wesentlichen uniplanaren Konfiguration. Während die dreischichtige Konfiguration der Folie 100 zum Zwecke der Veranschaulichung gezeigt wird, sieht die Erfindung die Verwendung einer Folie mit mehreren Schichten vor, die in verschiedenen Konfigurationen angeordnet sind, mit mehreren Schichten, die verschiedene Kombinationen von Dicken haben, und mit mehreren Schichten, die verschiedene Konstruktionsmaterialien haben, alle so, wie es von der besonderen Anwendung vorgegeben wird, in der das integrierte Geogitter verwendet werden soll. Während zum Beispiel die dreischichtige Konfiguration der Folie 100 zur Veranschaulichung gezeigt wird, sieht die Erfindung auch die Verwendung von Folien mit mehr als drei Schichten vor. Im Allgemeinen werden die Schichtkonfiguration, die Schichtdicken und die Konstruktionsmaterialien der Schichten derart ausgewählt, dass nicht nur die Herstellung des integralen Geogitters einfach ist, sondern auch ein integrales Geogitter mit dem gewünschten Grad an Kompressibilität, Steifigkeit und anderen Leistungseigenschaften entsteht.
Wie oben beschrieben ist die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 100, die als Ausgangsmaterial für ein expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bevorzugt durchgestanzt, obwohl es möglich sein kann, stattdessen darin ausgebildete Vertiefungen zu verwenden. Gemäß der Ausführungsform, bei der Vertiefungen in der Folie ausgebildet sind, sind die Vertiefungen auf jeder Seite der Folie 100 vorgesehen, d.h. sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite der Folie. Außerdem erstrecken sich die Vertiefungen in jede Schicht der mehrschichtigen Folie.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Gesamtdicke der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 100 etwa 2 mm bis etwa 12 mm und gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Gesamtdicke der Folie 100 etwa 2 mm bis etwa 6 mm.
Hinsichtlich der einzelnen Dicken der Folienschichten beträgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Dicke der ersten Außenschicht 110 etwa 0,5 mm bis etwa 4,5 mm, die Dicke der expandierbaren Innenschicht 120 etwa 1 mm bis etwa 9 mm und die Dicke der zweiten Außenschicht 130 etwa 0,5 mm bis etwa 4,5 mm, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Gesamtdicke der Ausgangsfolie 100 etwa 2 mm bis etwa 12 mm beträgt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Dicke der ersten Außenschicht 110 etwa 0,5 mm bis etwa 2 mm, die Dicke der expandierbaren Innenschicht 120 etwa 2 mm bis etwa 5 mm und die Dicke der zweiten Außenschicht 130 etwa 0,5 mm bis etwa 2 mm.
Im Allgemeinen können die erste Außenschicht 110, die expandierbare Innenschicht 120 und die zweite Außenschicht 130 aus demselben Material gebildet sein oder sich voneinander unterscheiden. Bevorzugt sind das Konstruktionsmaterial der ersten Außenschicht 110 und das Konstruktionsmaterial der zweiten Außenschicht 130 dasselbe. Bevorzugt ist das Konstruktionsmaterial der expandierbaren Innenschicht 120 ein anderes als das Konstruktionsmaterial sowohl der ersten Außenschicht 110 als auch des Konstruktionsmaterials der zweiten Außenschicht 130.
Und im Allgemeinen sind die Schichten der Folie polymerer Natur. Zu den Konstruktionsmaterialien können zum Beispiel Polyolefine mit hohem Molekulargewicht und Polymere mit breiter Spezifikation gehören. Darüber hinaus können die polymeren Werkstoffe aus Neuware oder aus recycelten Materialien bestehen, wie zum Beispiel aus postindustriellen oder post-consumer recycelten polymeren Werkstoffen. Auch die Verwendung einer oder mehrerer Polymerschichten, die kostengünstiger sind als die oben erwähnten hochmolekularen Polyolefine und Polymere mit breiter Spezifikation, wird in Betracht gezogen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Konstruktionsmaterial der ersten Außenschicht 110 und der zweiten Außenschicht 130 ein hochmolekulares Polyolefin, wie zum Beispiel ein Polypropylen („PP“). Gemäß derselben bevorzugten Ausführungsform ist das Konstruktionsmaterial der expandierbaren Innenschicht 120 ein Polymer mit breiter Spezifikation, wie zum Beispiel ein neues PP oder ein recyceltes PP, wie zum Beispiel ein postindustrielles PP oder ein anderes recyceltes PP. Je nach der besonderen Anwendung des integralen Geogitters können jedoch polymere Komponenten mit einem anderen Konstruktionsmaterial als Polypropylen in die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 100 aufgenommen werden.
Dabei kann die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 100 durch Coextrusion der Schichten, wie in der vorgenannten Anmeldung '960 offenbart, oder durch Laminierung von getrennt hergestellten Schichten hergestellt werden.
3 ist eine perspektivische Draufsicht auf die in 2 gezeigte mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 100, in die Löcher 140 gestanzt sind, um das in 1 gezeigte, triaxial expandierte mehrschichtige integrale Geogitter 200 zu bilden. 4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 3 gezeigten mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 100.
Die Größe und der Abstand der Löcher 140 entsprechen dem Walsh-Patent 112. Das triaxial expandierte mehrschichtige integrale Geogitter 200 umfasst hoch-ausgerichtete Stränge 205 und teilweise ausgerichtete Verbindungen 235, wie ebenfalls im Walsh-Patent '112 offenbart. Die zweite äußere oder obere Schicht 130 der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 100 wurde gestreckt und in die obere Schicht 230 der Stränge 205 und der Verbindungen 235 ausgerichtet. In ähnlicher Weise wurde die erste äußere oder untere Schicht 110 der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 100 gestreckt und in die untere oder untere Schicht 210 der Stränge 205 und der Verbindungen 235 ausgerichtet. Während die zweite Schicht 130 und die erste Schicht 110 gestreckt und ausgerichtet werden, wird die zweite oder expandierte Innenschicht 120 ebenfalls gestreckt und in die mittlere Schicht 220 sowohl der Stränge 205 als auch der Verbindungen 235 ausgerichtet.
Wie oben erwähnt wurde die dreischichtige Konfiguration der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 100 zur Veranschaulichung gezeigt, doch die Erfindung sieht auch die Verwendung von Ausgangsfolien mit mehr als drei Schichten vor.
Die Ausgangsfolie kann zum Beispiel eine fünfschichtige Konfiguration sein, wie die in 5 gezeigte mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 400. Folie 400 umfasst eine Mittelschicht 420, eine erste expandierte Innenschicht 410, eine zweite expandierte Innenschicht 430, eine erste Außenschicht 440 und eine zweite Außenschicht 450. Die erste expandierte Innenschicht 410 und die zweite expandierte Innenschicht 430 sind auf gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der mittleren Schicht 420 angeordnet, bevorzugt in einer uniplanaren oder im Wesentlichen uniplanaren Konfiguration. Die erste Außenschicht 440 und die zweite Außenschicht 450 sind auf gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der ersten expandierten Innenschicht 410 bzw. der zweiten expandierten Innenschicht 430 angeordnet, bevorzugt in einer uniplanaren oder im Wesentlichen uniplanaren Konfiguration.
In der in 5 gezeigten besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 400 durch Co-Extrudieren oder Laminieren eines ersten Materials, das die mittlere Schicht 420 bildet, eines zweiten Materials, das die erste expandierte Innenschicht 410 bildet, eines dritten Materials, das die zweite expandierte Innenschicht 430 bildet, eines vierten Materials, das die erste Außenschicht 440 bildet, und eines fünften Materials, das die zweite Außenschicht 450 bildet, hergestellt.
Im Allgemeinen kann das Konstruktionsmaterial der mittleren Schicht 420, der ersten expandierten Innenschicht 410, der zweiten expandierten Innenschicht 430, der ersten Außenschicht 440 und der zweiten Außenschicht 450 dasselbe sein oder sich voneinander unterscheiden. Zum Beispiel kann die mittlere Schicht 420 aus einem ersten Material gebildet sein, die erste expandierte Innenschicht 410 und die zweite expandierte Innenschicht 430 können aus einem zweiten Material gebildet sein, und die erste Außenschicht 440 und die zweite Außenschicht 450 können aus einem dritten Material gebildet sein. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass je nach der jeweiligen Anwendung, in der das aus der Folie 400 hergestellte expandierte mehrschichtige integrale Geogitter eingesetzt werden soll, verschiedene Kombinationen von Konstruktionsmaterialien für die oben beschriebenen fünf Schichten verwendet werden können.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines triaxial expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters 500, das mit der in 5 gezeigten mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 400 verbunden ist. Das triaxial expandierte mehrschichtige integrale Geogitter 500 enthält hoch-ausgerichtete Stränge 505 und teilweise ausgerichtete Verbindungen 535. Nachdem Löcher in die Folie 400 gestanzt wurden, wurden die erste Außenschicht 440 und die zweite Außenschicht 450 der Folie 400 gestreckt und in die erste Außenschicht 540 bzw. die zweite Außenschicht 550 der Stränge 505 und der Verbindungen 535 ausgerichtet. In ähnlicher Weise wurden die erste expandierte Innenschicht 410 und die zweite expandierte Innenschicht 430 der Folie 400 gestreckt und zu der ersten expandierten Innenschicht 510 bzw. der zweiten expandierten Innenschicht 530 der Stränge 505 und der Verbindungen 535 ausgerichtet. Und während die erste Außenschicht 440 und die zweite Außenschicht 450 sowie die erste expandierte Innenschicht 410 und die zweite expandierte Innenschicht 430 gestreckt und ausgerichtet werden, wird auch die mittlere Schicht 420 gestreckt und in die mittlere Schicht 520 sowohl der Stränge 505 als auch der Verbindungen 535 ausgerichtet.
Wie bei der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 100 (d.h. der dreischichtigen Ausführung) kann auch die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 400 mit fünf Schichten expandierte Schichten aufweisen, die geschäumt sind oder einen teilchenförmigen Füllstoff enthalten, und kann durch Coextrusion oder Laminierung hergestellt werden.
Was nun die Geometrie der expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter betrifft, so sieht die Erfindung zumindest drei allgemeine Kategorien vor: dreieckig (zum Beispiel „triaxial“), rechteckig und hexagonal.
Die Geometrie des triaxial expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters 200 ist in den 1 und 6 dargestellt.
Die Geometrie des rechteckigen expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters 700 ist in 7 dargestellt. Das rechteckige, expandierte, mehrschichtige, integrale Geogitter 700 umfasst hoch-ausgerichtete bzw. hoch-orientierte Stränge 705 und teilweise ausgerichtete bzw. teilweise orientierte Verbindungen 735. Wie in 8 gezeigt, enthält das rechteckige, expandierte, mehrschichtige integrale Geogitter 700 zwischen einer ersten Außenschicht 710 und einer zweiten Außenschicht 730 eine dritte Schicht, d.h. eine expandierte Innenschicht 720. Wie bei der hier beschriebenen dreieckigen Geometrie enthält die expandierte Innenschicht 720 eine Verteilung von Hohlräumen 750. Die Hohlräume 750 können mit einer geschäumten Konstruktion der expandierten Innenschicht 720 oder mit einem teilchenförmigen Füllstoff verbunden sein, der in der expandierten Innenschicht 720 verteilt ist, um die Expansion der Innenschicht zu bewirken.
Die zweite äußere oder obere Schicht 730 einer mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 600 (wie unten beschrieben) wurde gestreckt und in die obere Schicht 730 der Stränge 705 und der Verbindungen 735 ausgerichtet. In ähnlicher Weise wurde die erste äußere oder untere Schicht 710 der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 600 gestreckt und in die untere oder untere Schicht 710 der Stränge 705 und der Verbindungen 735 ausgerichtet. Während die zweite Schicht 730 und die erste Schicht 710 gedehnt und ausgerichtet werden, wird die zweite oder expandierte Innenschicht 720 ebenfalls gedehnt und in die mittlere Schicht 720 sowohl der Stränge 705 als auch der Verbindungen 735 ausgerichtet.
9 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 600, in die Löcher 640 gestanzt sind, um das in den 7 und 8 gezeigte rechteckige expandierte mehrschichtige integrale Geogitter 700 zu bilden. Die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 600 enthält zwischen einer ersten Außenschicht 610 und einer zweiten Außenschicht 630 eine dritte Schicht, d.h. eine expandierbare Innenschicht 620. Wie bei der hier beschriebenen dreieckigen Geometrie enthält die expandierbare Innenschicht 620 eine Verteilung von Hohlräumen 650 in sich.
Und wie bei der dreieckigen Ausführungsform des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters hat die rechteckige Ausführungsform des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters eine expandierte Schicht, die entweder geschäumt ist oder einen teilchenförmigen Füllstoff enthält. Und die Ausgangsfolie der rechteckigen Ausführungsform des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters ist die gleiche wie zuvor hier für die dreieckige Ausführungsform offenbart und kann entweder eine co-extrudierte Konstruktion oder eine laminierte Konstruktion haben.
Und schließlich ist die Geometrie des sechseckigen expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters in den 10 und 11 dargestellt. Ein Anstoß für die Entwicklung des hexagonal expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters ist, dass es strukturell und wirtschaftlich vorteilhaft ist, ein integrales Geogitter herzustellen, das eine Struktur und Geometrie aufweist, die in der Lage ist, sich mit einer großen Vielfalt und einem breiten Qualitätsbereich von Zuschlagstoffen zu verbinden und diese zu stabilisieren, und das für die Anforderungen von Dienstleistungen wie geosynthetische Verstärkung geeignet ist oder andere Eigenschaften aufweist, die für bestimmte geosynthetische Anwendungen wünschenswert sind.
Um die oben erwähnte Fähigkeit zu erreichen, sich mit einer größeren Vielfalt und einem größeren Qualitätsbereich von Zuschlagstoffen zu verbinden und diese zu stabilisieren als Geometrien, die mit früheren Geogitterstrukturen verbunden sind, während gleichzeitig eine Vielzahl von Graden von lokalisierter Steifigkeit außerhalb der Ebene und innerhalb der Ebene bereitgestellt wird, Das sechseckige, expandierte, mehrschichtige, integrale Geogitter der vorliegenden Erfindung hat ein sich wiederholendes Muster von miteinander verbundenen, ausgerichteten Stränge und teilweise ausgerichteten Verbindungen, die eine sich wiederholende Struktur bzw. Muster von äußeren Sechsecken bilden, von denen jedes ein ausgerichtetes inneres Sechseck stützt und umgibt, um drei unterschiedlich geformte Öffnungen eines einschichtigen, multiaxialen, integralen Geogitters zu definieren. Um zusätzliche Festigkeit und Stabilität zu gewährleisten, bildet die Geometrie der äußeren Sechsecke außerdem lineare Stränge, die sich kontinuierlich über das gesamte multiaxiale integrale Geogitter erstrecken.
Das so gebildete innere Sechseck ist aus sechs ausgerichteten Strängen gebildet und wird von sechs ausgerichteten Verbindungssträngen getragen, die sich von den teilweise ausgerichteten Verbindungen bzw. Verbindungsstellen des äußeren Sechsecks zu einer jeweiligen Ecke des inneren Sechsecks erstrecken, um ausgerichtete Dreifachknoten zu bilden. Die Dreifachknoten haben einen viel höheren Ausrichtungsgrad als die Verbindungen bzw. Übergangsstellen und neigen dazu, vollständig ausgerichtet bzw. orientiert zu sein. Durch diese Konfiguration entsteht ein inneres Sechseck, das im Verhältnis zur äußeren Sechseckstruktur schwebt bzw. schwimmt. Diese Struktur ermöglicht es dem inneren Sechseck, sich nach oben oder unten zu verschieben, so dass es während des Einbaus und der Verdichtung der Gesteinskörnung relativ zur Hauptebene des Geogitters „schwimmt“ oder sich biegt (verformt), was die Fähigkeit des Geogitters, die Gesteinskörnung zu erfassen und zu stabilisieren, verbessert. Die vorstehende Geogitterstruktur wird hier als „sich wiederholendes schwimmendes Sechseck innerhalb eines Sechseckmusters“ bezeichnet.
Unter Bezugnahme auf die 10 und 11 umfasst das sechseckige, expandierte, mehrschichtige integrale Geogitter 1100 eine Vielzahl von miteinander verbundenen, ausgerichteten Strängen mit einer Anordnung von Öffnungen darin, ein sich wiederholendes, schwimmendes Sechseck innerhalb eines Sechseckmusters der miteinander verbundenen, ausgerichteten Stränge und der Öffnungen und einschließlich linearer Stränge, die sich kontinuierlich durch die Gesamtheit des multiaxialen integralen Geogitters erstrecken. Insbesondere enthält das sechseckige, expandierte, mehrschichtige integrale Geogitter 1100 ein sich wiederholendes Muster von schwimmenden inneren Sechsecken 1130 innerhalb jedes äußeren Sechsecks 1110. Das äußere Sechseck 1110 umfasst eine Vielzahl von äußeren ausgerichteten Stränge oder Rippen 1120, die durch teilweise ausgerichtete Verbindungen 1115 miteinander verbunden sind. Das innere Sechseck 1130 umfasst eine Vielzahl von ausgerichteten Verbindungssträngen 1145 und 1150, die durch Dreifachknoten 1135 miteinander verbunden sind, und definiert eine sechseckige Mittelöffnung 1170. Das äußere Sechseck 1110 ist mit dem kleineren inneren Sechseck 1130 durch eine Vielzahl von Stützsträngen 1140 und 1160 verbunden, die eine Vielzahl von trapezförmigen Öffnungen 1180 bilden. In der Mitte jedes Musters von drei benachbarten äußeren Sechsecken 1110 befindet sich eine dreieckige Öffnung 1190. Wie dargestellt sind die Kreuzungen 1115 viel größer als die Dreifachknoten 1135.
Wie aus 10 ersichtlich ist, ist ein weiteres Merkmal des hexagonal expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters der vorliegenden Erfindung die linear kontinuierliche Natur der äußeren Stränge 1120 des sich wiederholenden äußeren Hexagonmusters. Das heißt, die ausgerichteten Stränge 1120 sind linear kontinuierlich, über teilweise ausgerichtete Verbindungen 1115, da sie sich kontinuierlich durch die Gesamtheit des multiaxialen integralen Geogitters in drei verschiedenen Richtungen erstrecken, die voneinander durch ungefähr 120° getrennt sind und durch Pfeile 120A, 120B und 120C in den 10 und 11 angezeigt werden. Fachleute wissen, dass verschiedene Ausrichtungen der gleichen Grundgeometrie nach dem Strecken möglich sind, wenn eine entsprechende Drehung der gestanzten Ausgangsgeometrie vorgenommen wird. Die linear kontinuierliche Beschaffenheit der Stränge 1120 verleiht dem hexagonal expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung sowohl eine erhöhte Festigkeit als auch eine Steifigkeit in der Ebene.
Bevorzugt beträgt die Dicke des sechseckigen, expandierten, mehrschichtigen integralen Geogitters 1100 an seiner dicksten Abmessung (an den Verbindungen 1115) etwa 2 mm bis etwa 9 mm, und besonders bevorzugt beträgt diese Dicke des multiaxialen, expandierten, mehrschichtigen integralen Geogitters 1100 etwa 4 mm bis etwa 7 mm.
12 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 1300 mit darin ausgebildeten Löchern oder Vertiefungen zur Bildung des in den 10 und 11 gezeigten sechseckigen expandierten integralen Mehrschicht-Geogitters. Die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 1300 enthält zwischen einer ersten Außenschicht 1310 und einer zweiten Außenschicht 1330 eine dritte Schicht, d.h. eine expandierbare Innenschicht 1320. Wie bei den hier beschriebenen dreieckigen und rechteckigen Geometrien enthält die expandierbare Innenschicht 1320 eine Verteilung von Hohlräumen 1350.
Die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 1300, die als Ausgangsmaterial für ein hexagonal expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist bevorzugt durchgestanzt, obwohl es möglich ist, stattdessen darin gebildete Vertiefungen zu verwenden. Gemäß der Ausführungsform des Ausgangsmaterials, bei der Vertiefungen in der Folie gebildet werden, sind die Vertiefungen auf jeder Seite der Folie vorgesehen, d.h. sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite der Folie.
Wie in 13 gezeigt, enthält die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 1300 von 12 ein sich wiederholendes Muster 1410 von Löchern 1420 und Abständen 1430, die, wenn sie ausgerichtet sind, das schwimmende Sechseck innerhalb eines Sechseckmusters des in den 10 und 11 gezeigten sechseckigen expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters ergeben. Gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Durchmesser der Löcher 1420 3,68 mm, und der Abstand der Löcher 1420 entspricht den in 13 dargestellten Abmessungen.
Bevorzugt beträgt die Gesamtdicke der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 1300 etwa 3 mm bis etwa 10 mm und besonders bevorzugt beträgt die Gesamtdicke der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 1300 etwa 5 mm bis etwa 8 mm.
Und im Allgemeinen ist die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 1300 von polymerer Natur. Das Konstruktionsmaterial kann zum Beispiel hochmolekulare Polyolefine und Polymere mit breiter Spezifikation enthalten. Darüber hinaus können die polymeren Werkstoffe Neuware sein oder aus recycelten Materialien gebildet sein, wie zum Beispiel aus recycelten polymeren Werkstoffen aus der Industrie oder dem Verbrauch. Auch die Verwendung einer oder mehrerer Polymerschichten, die kostengünstiger sind als die oben erwähnten hochmolekularen Polyolefine und Polymere mit breiter Spezifikation, wird in Betracht gezogen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das hochmolekulare Polyolefin ein Polypropylen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben die Stränge 1120, 1140, 1145, 1150 und 1160 des sechseckigen, expandierten, mehrschichtigen, integralen Geogitters 1100 das, was dem Fachmann als hohes Seitenverhältnis bekannt ist, d.h., ein Verhältnis der Dicke oder Höhe des Strangquerschnitts zur Breite des Strangquerschnitts, das größer als 1,0 ist, in Übereinstimmung mit den vorgenannten Walsh-Patenten, U.S. Patent Nr. 9,556,580 , 10,024,002 und 10,501,896 . Obwohl für die vorliegende Erfindung nicht unbedingt erforderlich, ist ein hohes Längenverhältnis für die Stränge oder Rippen bevorzugt. Somit bietet das multiaxiale integrale Geogitter der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Kompatibilität zwischen Geogitter und Zuschlagstoff, was zu einer verbesserten Verzahnung, seitlichen Rückhaltung und Einschließung des Zuschlagstoffs führt.
Wie bei den rechteckigen und triaxialen Ausführungsformen des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters hat die multiaxiale Ausführungsform des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters mit „sich wiederholendem schwimmenden Sechseck in einem Sechseckmuster“ eine expandierte Schicht, die entweder geschäumt ist oder einen teilchenförmigen Füllstoff enthält. Und die Ausgangsschicht des multiaxialen „sich wiederholenden schwimmenden Sechsecks innerhalb eines Sechseckmusters“ des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters ist die gleiche wie zuvor hier für die dreieckigen und rechteckigen Ausführungsformen offenbart und kann entweder eine co-extrudierte Konstruktion oder eine laminierte Konstruktion haben.
Die Erfindung betrifft ebenfalls die Herstellung der oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen der expandierten, mehrschichtigen integralen Geogitter. Zum Beispiel umfasst die Herstellung des oben beschriebenen triaxialen expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters 200: Bereitstellen der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 100; Bilden einer Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen in der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie 100 in einem ausgewählten Muster, wie zum Beispiel gemäß der Offenbarung des Walsh '112-Patents; und biaxiales Strecken und Ausrichten der mehrschichtigen Ausgangspolymerfolie mit der strukturierten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen darin, um ein expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen, ausgerichteten bzw. orientierten Strängen zwischen teilweise ausgerichteten bzw. orientierten Verbindungen bzw. Verbindungsstellen zu bilden und die Löcher oder Vertiefungen als Gitteröffnungen zu konfigurieren.
Im Allgemeinen kann, nachdem die mehrschichtige Ausgangspolymerfolie 100 mit Löchern oder Vertiefungen versehen wurde, das triaxial expandierte mehrschichtige integrale Geogitter 200 aus der Folie 100 gemäß den in den oben genannten Patenten beschriebenen und dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden.
Im Hinblick auf die multiaxiale „sich wiederholenden schwimmenden Sechsecke innerhalb eines Sechseckmusters“-Ausführung des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters ist ferner die Verwendung einer Polymerfolie 1300 mit einer strukturierten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen 1310 in der Polymerfolie 1300 vorgesehen; und mit der strukturierten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen 1310 darin, um eine Vielzahl von miteinander verbundenen, ausgerichteten Strängen 1120, 1140, 1145, 1150 und 1160 mit einer Anordnung von Öffnungen 1170, 1180 und 1190 darin, ein sich wiederholendes schwimmendes Sechseck 1130 innerhalb eines äußeren Sechseckmusters 1110 der miteinander verbundenen, ausgerichteten Stränge und der Öffnungen, einschließlich drei linearer Stränge, die sich kontinuierlich durch die Gesamtheit des multiaxialen expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters 1100 erstrecken.
Im Allgemeinen kann das multiaxiale, expandierte, mehrschichtige, integrale Geogitter 1100 aus der Ausgangsfolie 1300 hergestellt werden, nachdem die Ausgangsfolie 1300 mit Löchern oder Vertiefungen versehen wurde, und zwar gemäß den Verfahren, die in den oben genannten Patenten beschrieben und dem Fachmann bekannt sind.
Wie oben angedeutet, ist die sechseckige geometrische Form des äußeren Sechsecks 1110 und des kleineren inneren Sechsecks 1130 eine bevorzugte Ausführungsform für die Bereitstellung der schwimmenden geometrischen Konfiguration der vorliegenden Erfindung. Andere geometrische Formen sind jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Zum Beispiel könnten die geometrischen Formen rechteckig oder quadratisch sein mit vier Stütz- oder Verbindungssträngen, die jede innere Ecke des äußeren Rechtecks oder Quadrats mit der entsprechenden äußeren Ecke des kleineren inneren Rechtecks oder Quadrats verbinden. Oder die geometrischen Formen könnten dreieckig sein, mit nur drei Stütz- oder Verbindungssträngen zwischen benachbarten inneren Ecken des äußeren Dreiecks und äußeren Ecken des kleineren inneren Dreiecks.
In der rechteckigen oder quadratischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die im vorhergehenden Absatz beschrieben wurde, gibt es bevorzugt zwei lineare Stränge, die sich kontinuierlich über die Gesamtheit des Geogitters für jedes äußere Rechteck oder Quadrat erstrecken, wobei diese kontinuierlichen Stränge in einem Winkel von etwa 90° zueinander verlaufen. In der dreieckigen Ausführungsform wird es wahrscheinlich drei lineare Stränge für jedes äußere Dreieck geben, die sich in einem Winkel von etwa 120° zueinander erstrecken, ähnlich wie die linearen Stränge 1120 der bevorzugten sechseckigen Ausführungsform, die hier im Detail beschrieben wird.
Es sind auch andere geometrische Formen möglich, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel könnte die innere geometrische Form ein kreisförmiger Ring sein, der innerhalb der bevorzugten äußeren sechseckigen Form mit sechs Stützsträngen ähnlich der hierin offenbarten bevorzugten Ausführungsform gehalten wird. Es ist also beabsichtigt, dass die geometrischen Formen der äußeren sich wiederholenden Struktur und der inneren oder inneren schwimmenden Struktur nicht auf identische geometrische Formen beschränkt sind.
Die 14A-14E veranschaulichen die Hypothese eines Kompressionsmechanismus eines dreischichtigen, expandierten, mehrschichtigen, integralen Geogitters, der mit Hohlräumen in der expandierten Innenschicht unter einwirkender Last bzw. Kraft verbunden ist. Wie in 14A dargestellt, sind die Hohlräume und das sie umgebende Polymer vor der Belastung ungestört. Wenn die Belastung beginnt (14B), beginnt das Polymer um die Hohlräume herum zu komprimieren. Wenn die Belastung fortgesetzt wird (14C), gibt das Polymer um die Hohlräume herum nicht mehr nach, und die Hohlräume beginnen sich zusammenzuziehen. Bei weiterer Belastung (14D) werden die Hohlräume vollständig komprimiert, und das Polymer um die Hohlräume beginnt erneut nachzugeben. Und schließlich, wie in 14E gezeigt, wird die Rippe des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters dekomprimiert, wobei eine permanente Verformung der Hohlräume verbleibt, da die Hohlräume bis zu einem gewissen Grad kollabiert sind, zusammen mit einer permanenten Verformung des Polymers um die Hohlräume.
Die 15A-15C zeigen die Hypothese eines biegsamen Rippenmechanismus der expandierten Innenschicht eines dreischichtigen expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters, der auch mit Hohlräumen in der expandierten Innenschicht verbunden ist, und demonstrieren sowohl die vertikale als auch die horizontale Biegsamkeit des integralen Geogitters unter aufgebrachter Last bzw. Kraft. Wie in 15A zu sehen ist, sind die Hohlräume und das Polymer um die Hohlräume herum vor einer einwirkenden Belastung ungestört. Wenn eine Last aufgebracht wird (15B), beginnt das System eine elastische Kompression zu erfahren, da die Hohlräume beginnen zu kollabieren. Wie in 15C zu sehen ist, gibt das System schließlich nicht mehr nach, da die Hohlräume zu komprimieren und sich zu verdichten beginnen. Aufgrund der Hohlräume in der expandierten Innenschicht des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters wird also sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Biegsamkeit des Geogitters unter Belastung erreicht.
16 zeigt Diagramme, die einen Vergleich des nicht-elastischen Rippenverhaltens auf der Grundlage einer Ausgangsschicht eines aus dem Stand der Technik bekannten integralen Geogitters mit dem elastischen Rippenverhalten einer Ausgangsschicht des vorliegenden expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters mit der expandierten Innenschicht veranschaulichen. Es ist offensichtlich, dass die Rippen des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters, die vertikal und horizontal biegsam sind, eine optimalere Positionierung und Verdichtung der Zuschlagstoffe ermöglichen. Diese Eigenschaft des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters ermöglicht die Verwendung „großer“ Rippen, ohne dass die Rippen das Zuschlagstoffsystem „stören“.
17 zeigt eine Tabelle, in der die Vorteile des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters der vorliegenden Erfindung mit denen eines einschichtigen Geogitters ohne expandierte Schicht verglichen werden. Probe 1 ist ein integrales Geogitter mit einer dreieckigen Geometrie, das aus einer einschichtigen Polypropylen-Ausgangsfolie mit einer Gesamt-Ausgangsfoliendicke von 4,15 mm hergestellt wird. Probe 1 hat ein Fertiggewicht von 200 g/m². Probe 2 ist ein integrales Geogitter mit einer dreieckigen Geometrie, das aus einer expandierten mehrschichtigen Ausgangsfolie gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Gesamtdicke der Ausgangsfolie von 4,2 mm hergestellt wurde. Die mehrschichtige Struktur von Probe 2 umfasst eine erste äußere (d.h. obere) Polypropylenschicht mit einer Dicke von 0,5 mm, eine innere expandierte Polypropylenschicht mit einer Dicke von 3,2 mm und eine zweite äußere (d.h. untere) Polypropylenschicht mit einer Dicke von 0,5 mm. Probe 2 hat ein fertiges integrales Geogitterproduktgewicht von 171 g/m². Die Proben 1 und 2 wurden einer simulierten Verkehrsprüfung unterzogen, bei der die durchschnittliche Oberflächenverformung des integrierten Geogitters für die letzten 500 Überfahrten bestimmt wurde, wobei die Leistung in mm Oberflächenverformung gemessen wurde. Die durchschnittliche Oberflächenverformung der Probe 1 betrug 61,8 mm und die durchschnittliche Oberflächenverformung der Probe 2 war im Wesentlichen die gleiche, d.h. 61,6 mm.
Wie aus 17 ersichtlich ist, ist Probe 2, das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung, 14,5 % leichter als Probe 1, das nicht expandierte einschichtige integrale Geogitter. Dennoch erreicht Probe 2 eine Oberflächenverformungsleistung, die der der schwereren Probe 1 gleichwertig ist, basierend auf der Belastungsprüfung. Dementsprechend kann durch die Verwendung der expandierten mehrschichtigen integralen Geogittertechnologie der vorliegenden Erfindung das Produktgewicht reduziert werden, während immer noch eine Oberflächenverformungsleistung erreicht wird, die der eines schwereren, nicht expandierten, einschichtigen Produkts entspricht.
Auch in 17 ist Probe 3 ein integrales Geogitter mit einer dreieckigen Geometrie, das aus einer einschichtigen Polypropylen-Ausgangsfolie mit einer Gesamtdicke der Ausgangsfolie von 4,55 mm hergestellt wird. Probe 3 hat ein Gewicht des fertigen integralen Geogitters von 217 g/m². Probe 4 ist ein integrales Geogitter mit einer dreieckigen Geometrie, das aus einer expandierten mehrschichtigen Ausgangsfolie gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Gesamtdicke der Ausgangsfolie von 6,2 mm hergestellt wurde. Die Mehrschichtstruktur von Probe 4 umfasst eine erste äußere (d.h. obere) Polypropylenschicht mit einer Dicke von 1 mm, eine innere expandierte Polypropylenschicht mit einer Dicke von 4,2 mm und eine zweite äußere (d.h. untere) Polypropylenschicht mit einer Dicke von 1 mm. Probe 4 hat ein fertiges integrales Geogitter-Produktgewicht von 215 g/m², d.h. im Wesentlichen das gleiche Gewicht wie das von Probe 3. Die Proben 3 und 4 wurden auch einem simulierten Verkehrstest unterzogen, bei dem die durchschnittliche Oberflächenverformung des integralen Geogitters für 500 Überfahrten bestimmt wurde, wobei die Leistung in mm Oberflächenverformung gemessen wurde. Die durchschnittliche Oberflächenverformung der Probe 3 betrug 46,4 mm, während die durchschnittliche Oberflächenverformung der Probe 4 mit 37,2 mm wesentlich geringer war.
Wie aus 17 ersichtlich ist, hat Probe 4, das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Gewicht, das im Wesentlichen dem von Probe 3, dem nicht expandierten einschichtigen integralen Geogitter, entspricht. Dennoch erreicht die Probe 4 eine um 19,8 % bessere Oberflächenverformung (d.h. weniger Oberflächenverformung) als die Probe 3. Dementsprechend kann durch die Verwendung der expandierten mehrschichtigen integralen Geogittertechnologie der vorliegenden Erfindung das Produktgewicht beibehalten werden, während eine bessere Oberflächenverformungsleistung, d.h. eine geringere Oberflächenverformung, als bei einem nicht expandierten, einschichtigen Produkt erzielt wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung nicht nur einen Mehrschichtstruktur haben, sondern dass zumindest eine Innenschicht davon eine Struktur aufweist, die relativ zu zumindest einer anderen Schicht der mehreren Schichten als Ergebnis der Verteilung von Hohlräumen darin expandiert ist, und dass die Geogitter für eine erhöhte Schichtkompressibilität unter Last sorgen.
Darüber hinaus verleiht die mehrschichtige Beschaffenheit der expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung dem integralen Geogitter eine insgesamt höhere Steifigkeit im Vergleich zu den früheren einschichtigen integralen Geogittern. Darüber hinaus sind die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung aufgrund der expandierten Innenschicht durch eine nachgiebige, d.h. anfängliche Nachgiebigkeit oder Flexibilität gekennzeichnet, die zu einer besseren Verdichtung und höheren Dichte führt, jedoch mit einer endgültigen horizontalen Zuschlagstoff-Geogitter-Verbundsteifigkeit, die als Ergebnis der anfänglichen Nachgiebigkeit größer ist.
Darüber hinaus bieten die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu früheren integralen Geogittern ein höheres Seitenverhältnis auf allen Strängen. Da das hohe Seitenverhältnis der integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung die Verzahnung der Zuschlagstoffe erhöht, können die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung die unterschiedlichen Seitenverhältnisse der Zuschlagstoffe besser aufnehmen.
Und schließlich haben die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den hier beschriebenen strukturellen und leistungsmäßigen Verbesserungen auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile. Wenn ein integrales Geogitter mit Strängen mit einem höheren Seitenverhältnis gewünscht wird, kann die expandierte Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung dieses höhere Seitenverhältnis bereitstellen, während derselbe Gesamtpolymergehalt (d.h. die gleiche „Menge“ an Polymer) wie bei einem ähnlich konfigurierten integralen Geogitter ohne expandierte Schicht verwendet wird. Oder, wenn ein integrales Geogitter mit Strängen mit dem gleichen Seitenverhältnis wie ein ähnlich konfiguriertes integrales Geogitter gewünscht wird, kann die expandierte Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung das gleiche Seitenverhältnis bereitstellen, während weniger Gesamtpolymergehalt (d.h. „Menge“ des Polymers) verwendet wird. Dementsprechend können die expandierten mehrschichtigen integralen Geogitter der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu den damit verbundenen strukturellen und leistungsmäßigen Verbesserungen, erhebliche wirtschaftliche Vorteile bieten, d.h. ein höheres Seitenverhältnis bei gleichen Kosten oder ein gleiches Seitenverhältnis bei geringeren Kosten erreichen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein expandiertes, mehrschichtiges integrales Geogitter zur Verzahnung mit und Verstärkung von Zuschlagstoffen, das eine Vielzahl von ausgerichteten Strängen umfasst, die durch teilweise ausgerichtete Verbindungen miteinander verbunden sind und eine Anordnung von Öffnungen zwischen sich aufweisen, wobei das integrale Geogitter eine Vielzahl von Schichten jeweils aus einem Polymermaterial aufweist, wobei zumindest eine Innenschicht der Vielzahl von Schichten eine expandierte Struktur aufweist, die eine Verteilung von Hohlräumen in sich enthält, um die anfängliche Kompatibilität zwischen dem Zuschlagstoff und dem integralen Geogitter zu verbessern, um eine Zuschlagstoffdichte nach der Verdichtung des Zuschlagstoffs und des Geogitters zu maximieren.
Die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur kann ein Hohlraumvolumen von 5 % bis 60 % aufweisen. Die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur kann einen Kompressibilitätsfaktor von 5 % bis 75 % aufweisen. Die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur kann einen Schaumstoff enthalten, wobei der Schaumstoff ein Polypropylen und ein Schaumstoffadditiv umfasst. Die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur kann einen teilchenförmigen Füllstoff enthalten. Der teilchenförmige Füllstoff kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus einem Kalziumkarbonat, einem wasserhaltigen Magnesiumsilikat, einem Kalziumsulfat, Diatomeenerde, einem Titandioxid, einem Nanofüllstoff, einem mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen, einem einwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen, einer Naturfaser, einer synthetischen Faser, Dolomit, einem Siliziumdioxid, Glimmer und einem Aluminiumhydrat besteht. Das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter kann aus einer coextrudierten mehrschichtigen Polymerfolie hergestellt werden. Das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter kann aus einer laminierten mehrschichtigen Polymerfolie hergestellt werden. Die ausgerichteten Stränge können uniaxial oder biaxial gestreckt worden sein. Das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter nach Anspruch 8, wobei die mehrschichtige Polymerfolie eine erste Schicht, eine expandierte Innenschicht und eine dritte Schicht umfasst, wobei die erste Schicht und die dritte Schicht auf gegenüberliegenden planaren Oberflächen der expandierten Innenschicht angeordnet sind. Die mehrschichtige Polymerfolie kann eine Dicke von etwa 2 mm bis etwa 12 mm haben. Die erste Schicht der mehrschichtigen Polymerfolie kann eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4,5 mm haben, die expandierte Innenschicht kann eine Dicke von etwa 1 mm bis etwa 9 mm haben, und die dritte Schicht kann eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4,5 mm haben. Das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter kann ein triaxiales integrales Geogitter oder ein rechteckiges integrales Geogitter sein.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Ausgangsmaterial zur Herstellung eines expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer Vielzahl von Schichten, die jeweils aus einem Polymermaterial bestehen, wobei zumindest eine Innenschicht der Vielzahl von Schichten in der Lage ist, eine expandierte Struktur zu bilden, die eine Verteilung von Hohlräumen in sich enthält, wobei das Ausgangsmaterial eine mehrschichtige Polymerfolie mit Löchern oder Vertiefungen darin umfasst, die Öffnungen bereitstellen, wenn die Folie biaxial gestreckt wird.
Die mehrschichtige Polymerfolie kann coextrudiert werden. Die mehrschichtige Polymerfolie kann laminiert sein. Die mehrschichtige Polymerfolie kann eine erste Schicht, eine expandierte Innenschicht und eine dritte Schicht umfassen, wobei die erste Schicht und die dritte Schicht auf gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der expandierten Innenschicht angeordnet sind. Die mehrschichtige Polymerfolie kann eine Ausgangsdicke von zumindest 2 mm haben.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Bodenkonstruktion, die eine Masse aus teilchenförmigem Material umfasst, die dadurch verstärkt wird, dass darin das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter zur Verzahnung mit und zur Verstärkung von Zuschlagstoffen eingebettet ist, das eine Vielzahl von ausgerichteten Strängen umfasst, die durch teilweise ausgerichtete Verbindungen miteinander verbunden sind und eine Anordnung von Öffnungen dazwischen aufweisen, wobei das integrale Geogitter eine Vielzahl von Schichten jeweils aus einem polymeren Material aufweist, wobei zumindest eine Innenschicht der Vielzahl von Schichten eine expandierte Struktur aufweist, die eine Verteilung von Hohlräumen darin enthält, um die anfängliche Kompatibilität zwischen dem Zuschlagstoff und dem integralen Geogitter zu verbessern, um eine Zuschlagstoffdichte nach der Verdichtung des Zuschlagstoffs und des Geogitters zu maximieren.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Verstärkung einer Masse aus teilchenförmigem Material, bei dem in die Masse aus teilchenförmigem Material das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter zur Verzahnung mit und Verstärkung von Zuschlagstoff eingebettet ist, das eine Vielzahl von ausgerichteten Strängen umfasst, die durch teilweise ausgerichtete Verbindungen miteinander verbunden sind und eine Anordnung von Öffnungen dazwischen aufweisen, wobei das integrale Geogitter eine Vielzahl von Schichten jeweils aus einem polymeren Material aufweist, wobei zumindest eine Innenschicht der Vielzahl von Schichten eine expandierte Struktur aufweist, die eine Verteilung von Hohlräumen darin enthält, um die anfängliche Kompatibilität zwischen dem Zuschlagstoff und dem integralen Geogitter zu verbessern, um eine Zuschlagstoffdichte nach dem Verdichten des Zuschlagstoffs und des Geogitters zu maximieren.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines expandierten, mehrschichtigen integralen Geogitters, umfassend die Verwendung einer mehrschichtigen Polymerfolie mit einer Vielzahl von Schichten, jede aus einem Polymermaterial, wobei zumindest eine Innenschicht der Vielzahl von Schichten in der Lage ist, eine expandierte Struktur zu bilden, die eine Verteilung von Hohlräumen darin enthält; einer strukturierten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen in der mehrschichtigen Polymerfolie; und Verwendung der mehrschichtigen Polymerfolie mit der strukturierten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen in sich, um eine Vielzahl von ausgerichteten Strängen bereitzustellen, die durch teilweise ausgerichtete Verbindungen miteinander verbunden sind, und um die Löcher oder Vertiefungen als Gitteröffnungen zu konfigurieren, wobei die zumindest eine Innenschicht die expandierte Struktur aufweist, welche die Verteilung von Hohlräumen in dem mehrschichtigen integralen Geogitter enthält.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur einen Schaumstoff enthalten. Die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur kann einen teilchenförmigen Füllstoff enthalten. Der Schritt der Bereitstellung der mehrschichtigen Polymerfolie kann eine Coextrusion sein. Der Schritt des Bereitstellens der mehrschichtigen Polymerfolie kann eine Laminierung sein. Die Mehrschichtpolymerfolie mit der strukturierten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen kann durch uniaxiales oder biaxiales Strecken ausgerichtet werden. Die mehrschichtige Polymerfolie kann eine erste Schicht, eine expandierte Innenschicht und eine dritte Schicht umfassen, wobei die erste Schicht und die dritte Schicht auf gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der expandierten Innenschicht angeordnet sind. Die mehrschichtige Polymerfolie kann eine Ausgangsdicke von zumindest 2 mm haben. Die erste Schicht der mehrschichtigen Polymerfolie kann eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4,5 mm haben, die expandierte Innenschicht kann eine Dicke von etwa 1 mm bis etwa 9 mm haben, und die dritte Schicht kann eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4,5 mm haben. Die erste Schicht kann aus einem hochmolekularen Polyolefin bestehen, die expandierte Innenschicht kann aus einem Polymer mit breiter Spezifikation bestehen, und die dritte Schicht kann aus einem hochmolekularen Polyolefin bestehen. Das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter kann ein triaxiales integrales Geogitter oder ein rechteckiges integrales Geogitter sein.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Bereitstellung einer expandierten mehrschichtigen integralen Geogitterkonstruktion, umfassend das Verwenden eines uniaxial oder biaxial gestreckten Ausgangsmaterials, das eine mehrschichtige Polymerfolie mit einer strukturierten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen darin ist, um ein expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter mit einer Vielzahl von ausgerichteten Strängen, die durch teilweise ausgerichtete Verbindungen miteinander verbunden sind, und einer Vielzahl von Gitteröffnungen bereitzustellen, und das Einbetten des integralen Geogitters in eine Masse aus teilchenförmigem Material.
Und ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter, das eine Vielzahl miteinander verbundener ausgerichteter Stränge und teilweise ausgerichteter Verbindungen umfasst, die ein sich wiederholendes Muster äußerer Sechsecke mit einer Anordnung von Öffnungen darin bilden; wobei jedes der äußeren Sechsecke ein kleineres inneres Sechseck mit ausgerichteten Strängen trägt und umgibt, wobei die ausgerichteten Stränge und die teilweise ausgerichteten Verbindungen des äußeren Sechsecks eine Vielzahl von linearen Strängen bilden, die sich kontinuierlich durch die Gesamtheit des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters erstrecken, wobei das integrale Geogitter eine Vielzahl von Schichten aufweist, die jeweils aus einem polymeren Material bestehen, das sich durch das Geogitter erstreckt, und wobei zumindest eine Innenschicht der Vielzahl von Schichten eine expandierte Struktur aufweist, die eine Verteilung von Hohlräumen darin enthält.
Die vorstehenden Ausführungen dienen lediglich der Veranschaulichung der Grundsätze der Erfindung. Weil einem Fachmann darüber hinaus zahlreiche Modifikationen und Änderungen naheliegend erscheinen vermögen, ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die exakt beschriebene Konstruktion und Ausgestaltung einzuschränken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4374798 [0006, 0044]
US 4590029 [0006, 0044]
US 4743486 [0006, 0044]
US 4756946 [0006]
US 5419659 [0006, 0044]
US 3252181 [0009, 0017]
US 3317951 [0009, 0017]
US 3496965 [0009, 0017]
US 4470942 [0009, 0017]
US 4808358 [0009, 0017]
US 5053264 [0009, 0017]
US 7001112 [0010, 0017, 0044]
US 9556580 [0011, 0017, 0044, 0106]
US 10024002 [0011, 0017, 0044, 0106]
US 10501896 [0011, 0017, 0044, 0106]
US 15766960 [0018]
US 2018/0298582 A1 [0018]

Claims

Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter zur Verzahnung mit und Verstärkung von Zuschlagstoffen, aufweisend: eine Vielzahl von ausgerichteten Strängen, die durch teilweise ausgerichtete Verbindungen miteinander verbunden sind und eine Reihe von Öffnungen zwischen sich aufweisen, wobei das integrale Geogitter eine Vielzahl von Schichten jeweils aus einem Polymermaterial aufweist, wobei zumindest eine Innenschicht der Vielzahl von Schichten eine expandierte Struktur aufweist, die eine Verteilung von Hohlräumen in sich enthält, um die anfängliche Kompatibilität zwischen dem Zuschlagstoff und dem integrierten Geogitter zu verbessern, um eine Zuschlagstoffdichte nach der Verdichtung des Zuschlagstoffs und des Geogitters zu maximieren.
Expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur ein Hohlraumvolumen von 5% bis 60% aufweist.
Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur einen Kompressibilitätsfaktor von 5 % bis 75 % aufweist.
Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur einen Schaumstoff aufweist.
Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter nach Anspruch 4, wobei der Schaumstoff ein Polypropylen und ein Schaumadditiv aufweist.
Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur einen teilchenförmigen Füllstoff aufweist.
Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter nach Anspruch 6, wobei der teilchenförmige Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Kalziumkarbonat, einem wasserhaltigen Magnesiumsilikat, einem Kalziumsulfat, Diatomeenerde, einem Titandioxid, einem Nanofüllstoff, einem mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen, einem einwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen, einer Naturfaser, einer synthetischen Faser, Dolomit, einem Siliziumdioxid, Glimmer und einem Aluminiumhydrat besteht.
Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter nach Anspruch 1, wobei das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter aus einer coextrudierten mehrschichtigen Polymerfolie hergestellt ist.
Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter nach Anspruch 1, wobei das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter aus einer laminierten mehrschichtigen Polymerfolie hergestellt ist.
Expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter nach Anspruch 1, wobei die ausgerichteten Stränge uniaxial oder biaxial gestreckt wurden.
Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter nach Anspruch 8, wobei die mehrschichtige Polymerfolie eine erste Schicht, eine expandierte Innenschicht und eine dritte Schicht aufweist, wobei die erste Schicht und die dritte Schicht auf gegenüberliegenden planaren Oberflächen der expandierten Innenschicht angeordnet sind.
Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter nach Anspruch 8, wobei die mehrschichtige Polymerfolie eine Dicke von etwa 2 mm bis etwa 12 mm besitzt.
Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter nach Anspruch 11, wobei die erste Schicht der mehrschichtigen Polymerfolie eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4,5 mm hat, die expandierte Innenschicht eine Dicke von etwa 1 mm bis etwa 9 mm hat und die dritte Schicht eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4,5 mm hat.
Ausgangsmaterial zur Herstellung eines expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters mit einer Vielzahl von Schichten jeweils aus einem Polymermaterial, wobei zumindest eine Innenschicht der Vielzahl von Schichten in der Lage ist, eine expandierte Struktur zu bilden, die eine Verteilung von Hohlräumen in sich enthält, wobei das Ausgangsmaterial eine mehrschichtige Polymerfolie mit Löchern oder Vertiefungen in sich aufweist, die Öffnungen bereitstellen, wenn die Folie biaxial gestreckt wird.
Ausgangsmaterial nach Anspruch 14, wobei die mehrschichtige Polymerfolie coextrudiert ist.
Ausgangsmaterial nach Anspruch 14, wobei die mehrschichtige Polymerfolie laminiert ist.
Ausgangsmaterial nach Anspruch 14, wobei die mehrschichtige Polymerfolie eine erste Schicht, eine expandierte Innenschicht und eine dritte Schicht aufweist, wobei die erste Schicht und die dritte Schicht auf gegenüberliegenden planaren Oberflächen der expandierten Innenschicht angeordnet sind.
Ausgangsmaterial nach Anspruch 14, wobei die mehrschichtige Polymerfolie eine Ausgangsdicke von zumindest 2 mm aufweist.
Bodenaufbau, aufweisend eine Masse aus teilchenförmigem Material aufweist, die durch Einbetten eines expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters nach Anspruch 1 verstärkt wird.
Verwendung des expandierten mehrschichtigen, integralen Geogitters gemäß einem der Ansprüche 1-13 zum Verfestigen einer Masse aus teilchenförmigem Material durch Einbetten des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters in die Masse aus teilchenförmigem Material.
Verwendung einer mehrschichtigen Polymerfolie mit einer Vielzahl von Schichten jeweils aus einem Polymermaterial zum Herstellen eines expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters, wobei zumindest eine Innenschicht der Vielzahl von Schichten in der Lage ist, eine expandierte Struktur zu bilden, die eine Verteilung von Hohlräumen in sich aufweist; wobei eine strukturierte Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen in der mehrschichtigen Polymerfolie bereitgestellt ist; und wobei die mehrschichtige Polymerfolie mit der strukturierten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen in sich ausgerichtet ist, um eine Vielzahl von ausgerichteten Strängen bereitzustellen, die durch teilweise ausgerichtete Verbindungen miteinander verbunden sind, und um die Löcher oder Vertiefungen als Gitteröffnungen zu konfigurieren, wobei die zumindest eine Innenschicht die expandierte Struktur aufweist, welche die Verteilung der Hohlräume in dem mehrschichtigen integralen Geogitter aufweist.
Verwendung nach Anspruch 21, wobei die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur einen Schaumstoff aufweist.
Verwendung nach Anspruch 21, wobei die zumindest eine Innenschicht mit der expandierten Struktur einen teilchenförmigen Füllstoff aufweist.
Verwendung nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Bereitstellens der mehrschichtigen Polymerfolie eine Coextrusion ist.
Verwendung nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Bereitstellens der mehrschichtigen Polymerfolie eine Laminierung ist.
Verwendung nach Anspruch 21, wobei die mehrschichtige Polymerfolie mit der strukturierten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen darin durch uniaxiales oder biaxiales Strecken ausgerichtet wird.
Verwendung nach Anspruch 21, wobei die mehrschichtige Polymerfolie eine erste Schicht, eine expandierte Innenschicht und eine dritte Schicht aufweist, wobei die erste Schicht und die dritte Schicht auf gegenüberliegenden planaren Oberflächen der expandierten Innenschicht angeordnet sind.
Verwendung nach Anspruch 21, wobei die mehrschichtige Polymerfolie eine Ausgangsdicke von zumindest 2 mm besitzt.
Verwendung nach Anspruch 27, wobei die erste Schicht der mehrschichtigen Polymerfolie eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4,5 mm besitzt, die expandierte Innenschicht eine Dicke von etwa 1 mm bis etwa 9 mm besitzt und die dritte Schicht eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4,5 mm besitzt.
Verwendung nach Anspruch 21, wobei die erste Schicht ein Konstruktionsmaterial aus einem hochmolekularen Polyolefin aufweist, die expandierte Innenschicht ein Konstruktionsmaterial aus einem Polymer mit breiter Spezifikation aufweist und die dritte Schicht ein Konstruktionsmaterial aus einem hochmolekularen Polyolefin aufweist.
Verwendung eines Ausgangsmaterials, das eine mehrschichtige Polymerfolie mit einer Vielzahl von Schichten ist, zum Bereitstellen einer expandierten mehrschichtigen, integralen Geogitterkonstruktion, wobei das Ausgangsmaterial, das die mehrschichtige Polymerfolie mit einer strukturierten Vielzahl von Löchern oder Vertiefungen in sich ist, um ein expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter mit einer Vielzahl von ausgerichteten Strängen, die durch teilweise ausgerichtete Verbindungen miteinander verbunden sind, und einer Vielzahl von Gitteröffnungen bereitzustellen, wobei zumindest eine Innenschicht der genannten Vielzahl von Schichten in der Lage ist, eine expandierte Struktur zu bilden, die eine Verteilung von Hohlräumen in sich enthält; und wobei das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter in eine Masse aus teilchenförmigem Material eingebettet ist.
Expandiertes mehrschichtiges, integrales Geogitter nach Anspruch 1, wobei das integrale Geogitter ein triaxiales integrales Geogitter oder ein rechteckiges integrales Geogitter ist.
Verwendung nach Anspruch 21, wobei das expandierte mehrschichtige integrale Geogitter ein triaxiales integrales Geogitter oder ein rechteckiges integrales Geogitter ist.
Expandiertes mehrschichtiges integrales Geogitter, aufweisend: eine Vielzahl miteinander verbundener, ausgerichteter Stränge und teilweise ausgerichteter Verbindungen, die eine sich wiederholende Struktur äußerer Sechsecke mit einer Anordnung von Öffnungen in sich bilden; wobei jedes der äußeren Sechsecke ein kleineres inneres Sechseck mit ausgerichteten Strängen trägt und umgibt, wobei die ausgerichteten Stränge und die teilweise ausgerichteten Verbindungen des äußeren Sechsecks eine Vielzahl von linearen Strängen bilden, die sich kontinuierlich durch die Gesamtheit des expandierten mehrschichtigen integralen Geogitters erstrecken, wobei das integrale Geogitter eine Vielzahl von Schichten jeweils aus einem polymeren Material aufweist, die sich durch das Geogitter hindurch erstrecken, und zumindest eine Innenschicht der Vielzahl von Schichten eine expandierte Struktur aufweist, die eine Verteilung von Hohlräumen in sich enthält.