EP4547480A2 - Biodegradable ground sealing sheet - Google Patents
Biodegradable ground sealing sheetInfo
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- EP4547480A2 EP4547480A2 EP23736640.6A EP23736640A EP4547480A2 EP 4547480 A2 EP4547480 A2 EP 4547480A2 EP 23736640 A EP23736640 A EP 23736640A EP 4547480 A2 EP4547480 A2 EP 4547480A2
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- EP
- European Patent Office
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- layer
- swelling
- geosynthetic
- cover layer
- biodegradable material
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- B32B3/02—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions
- B32B3/04—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions characterised by at least one layer folded at the edge, e.g. over another layer ; characterised by at least one layer enveloping or enclosing a material
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- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
- E02B3/04—Structures or apparatus for, or methods of, protecting banks, coasts, or harbours
- E02B3/12—Revetment of banks, dams, watercourses, or the like, e.g. the sea-floor
- E02B3/122—Flexible prefabricated covering elements, e.g. mats, strips
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Definitions
- the invention relates to a geosynthetic mat, comprising an upper cover layer, a lower cover layer, a middle filling layer arranged between the upper cover layer and the lower cover layer made of a filler layer material which comprises a swellable material, the filler layer material having a swelling behavior, and a connecting structure by means of which the upper and lower cover layers are mechanically connected to one another at several positions through the middle filler layer, the positions of the connection being spaced apart from one another, preferably at a regular distance from one another along positions following straight lines, so that the upper and lower cover layers have peel strength through the connection structure have to each other.
- the filler layer material has a swelling behavior that is typically at a predetermined time after the start of the swelling process by a degree of swelling, which is determined by the ratio of the volume of the filler layer material, including the water absorbed therein, at the predetermined time to an initial volume of the filler layer material that the filler layer material has before the start of the swelling process, wherein the degree of swelling is determined by completely immersing the geosynthetic mat in a water bath over a period of time up to the predetermined time and determining the volume of the filler layer material before immersion and at the predetermined time.
- the degree of swelling therefore indicates the swelling ability of a material in unhindered conditions and can, for example be determined according to ASTM D5890.
- a defined amount (2g) of dry filler layer material is placed in a 100ml measuring cylinder filled with 90ml water. Then fill up to 100ml with water. The filling layer material sinks to the bottom and an initial volume of the filling layer material can be read off the scale of the measuring cylinder immediately after filling in the filling layer material. The filling layer material then swells for a predetermined period of time, for example at least 16 hours. The swelling volume can then be read off by determining the height of the swollen filling layer material using the scaling on the measuring cylinder and the degree of swelling can be determined by forming a quotient with the initial volume.
- a further aspect of the invention is a use of such a geoplastic mat and a method for producing such a geoplastic mat.
- Geosynthetic mats of the aforementioned type are used to create a seal on a soil layer or within a soil; in other applications, such geosynthetic mats can also be used to additionally stabilize a soil layer and/or to protect a structure against mechanical or hydraulic influences or combinations thereof, for example in the area of a water or channel bank, an embankment, a barrier dam or a dike structure. They can also be used to protect other thin-layer waterproofing components.
- the functional principle of such geosynthetic mats is that the middle filling layer, which is typically many times thicker than the upper cover layer and the lower cover layer, is not swollen and in no way hardened in the state immediately after production and therefore has a mechanical flexibility that prevents the material from rolling up Geosynthetic mat allowed to form a roll. On the one hand, this makes the geosynthetic mat transportable, and on the other hand, this flexibility allows the geosynthetic mat to nestle against a soil topology at the installation site.
- the geosynthetic mat is then rolled out at the installation site; In this case, by parallel, overlapping rolling out of several geosynthetic mats next to each other, a floor area can also be covered that is wider than the width of the geosynthetic mat transverse to its longitudinal direction, which corresponds to the rolling out direction.
- the middle filling layer swells due to water absorption, which can be caused by the soil moisture at the installation site, and if necessary also by artificial moisture Water supply can be accelerated.
- This swelling causes a homogenization and a decrease in the air pore volume of the middle filling layer, whereby on the one hand it achieves the desired homogeneous and largely isotropic very low water permeability, characterized by the permeability kio, which is ideally less than 5x10 -10 and preferably less than 5x10 - after swelling of the middle filling layer. 11 m/s can be.
- the upper and lower cover layers and the connecting structure connecting these two cover layers therefore fulfill essential functions that are necessary for the use and properties of the geosynthetic mat.
- the cover layers and the connecting structure make the geosynthetic mat rollable and manageable and consequently retain its structure with the positioning of the middle filling layer between the two cover layers in a desired thickness even when rolled up after production, during transport and when laying at the installation site.
- a mechanical stabilization and therefore a mechanical counter-pressure against the swelling pressure of the middle filling layer is generated and maintained after the geosynthetic mat has been installed, whereby the middle filling layer develops a desired, dense structure when it swells.
- the inventors believe that the desired low permeability of the geosynthetic mat can only be achieved after the middle filling layer has swelled, and this low permeability should be in In the best case, this can be achieved regardless of whether a layer with a certain weight can be installed above the geoplastic mat or not.
- the geosynthetic mat in installation situations in which a geosynthetic mat of the aforementioned type is installed at an angle, for example on a slope, the geosynthetic mat must have a shear strength in order to avoid that the geosynthetic mat itself represents or forms an unstable layer in the slope and consequently slides down the slope Geosynthetic mat could act as a separating layer.
- This shear strength is achieved by the connection structure between the upper and lower covering layers, thereby achieving a stable connection between the lower soil layer on which the lower covering layer rests and the upper soil layer resting on the upper covering layer.
- Geosynthetic mats of the aforementioned type with properties which have good sealing, shear strength and mechanical resilience are known as clay sealing membranes, such as the bentonite mat from Naue GmbH & Co. KG and are described in EP 0 278 419 B1.
- Another floor mat is known from DE60203517T2, which is based on the technology known from EP0278419B1.
- the aim of this floor mat is to ensure that the bentonite arranged in the intermediate layer can penetrate into the cavities and gaps in the adjacent floor area and only swell there. This is intended to fill these cavities and spaces.
- the top layer of the floor mat should dissolve when it comes into contact with the floor due to the influence of water.
- This floor mat therefore turns away from the principle of the floor mat originally described in EP0278419B1 with a swelling and compacting function of the bentonite within the intermediate layer and instead strives for rapid dissolution of the top layer so that the bentonite expands before it begins to swell the intermediate layer into the Cavities and spaces in the adjacent soil can move and then swell there.
- This floor mat is therefore suitable for special applications in which a layer of earth that is basically made up of sealing earth materials, but which has cavities and gaps, is to be sealed by sealing these defects. It is not suitable for other general sealing applications due to the rapid dissolution of the cover layer required.
- Such previously known geosynthetic mats are installed for temporary or permanent sealing, for example to protect thin-layer plastic films, as an element with a separating function or to stabilize soil layers or surfaces.
- long-term disadvantageous effects occur from an environmental protection point of view.
- sections of the geosynthetic mat can be separated by erosion processes and transported to other locations by wind or water flow and then represent pollution in an undesired location.
- the geosynthetic mat can be isolated again from the ground be dismantled and then disposed of.
- the invention is based on the object of providing a geosynthetic mat which overcomes these aforementioned disadvantages and at least meets, preferably exceeds, the necessary mechanical properties and sealing properties of previously known geosynthetic mats.
- a geosynthetic mat of the type mentioned at the beginning in which the upper cover layer and / or the lower cover layer consist of a biodegradable material or include a biodegradable material, the peel strength being at a predetermined point in time after the start of the biodegradation process a residual peel strength degree is characterized by the square of a quotient of a reduced peel strength, which the upper and lower cover layer and the connecting structure at the predetermined time has, to an initial peel strength, which has the upper and lower cover layer and the connecting structure before the start of a biological degradation process, is formed, the residual peel strength in a composting test by completely inserting the geosynthetic mat into compost and composting in a temperature range that is above 25 ° C and is below 65°C, up to the predetermined time and measurement of peel strength in a peel test before pickling and at the predetermined time after removal from the compost or in a marine incubation test, with the following environmental conditions:; Temperature 30°C +/- 2
- the geosynthetic mat has a swelling-degradation ratio, which is formed from the degree of swelling elevation divided by the residual peel strength degree, is in a range between 1 and 5 within the first week after the simultaneous start of the swelling process and the biological degradation process and within each predetermined point in time from the beginning of the second to the end of the third month after the start of swelling and dismantling in a range between 1.5 and 25, preferably in a range with a lower limit of 2 and / or an upper limit of 15.
- the invention pursues the approach of replacing the synthetic components of the geosynthetic mat, which were unavoidably used in previous geosynthetic mats in particular to provide the upper and lower cover layer and the connecting structure, at least partially, preferably completely, with biodegradable materials to be replaced by the upper and lower cover layers and the connecting structure comprising a biodegradable material or consisting of such a biodegradable material.
- a biodegradable material is to be understood as meaning a material that can be installed under the typical environmental conditions in a soil installation position, i.e.
- a soil layer which can consist of the main components earth, sand, clay and mixtures of these typical soil layer components a short or medium-term period, including a period of a few weeks to a few months, up to two years or several years, for example up to 10 years, is decomposed in a biological, chemical or biochemical process and thereby converted into components that are harmless to the environment.
- the reduction in peel strength due to this biological degradation process is determined according to the invention in a composting test; this can be done, for example, by a soil composting test with the following environmental conditions: temperature 50 ° C +/- 5 ° C; thermophilic conditions according to ISO 16929, or by a marine incubation test, with the following environmental conditions:; Temperature 30°C +/- 2°C; aerobic conditions in seawater with a salinity of 3.5 wt% +/- 1 wt%; be characterized.
- the material used according to the invention has in particular a biodegradability according to the aforementioned soil composting test if it is intended for a soil layer sealing beyond flowing or standing water and has a biodegradability according to the aforementioned marine incubation test if it is intended for a Soil layer sealing in a body of water or on the bottom of a body of water is intended.
- the peel strength of a biodegradable material is determined over the biological degradation period in such a way that the geosynthetic mat is stored under the aforementioned environmental conditions of one of the two suitable tests for several different specific periods of time and after this period of time is subjected to a peeling test, for example a drum peeling test according to DIN 53295 or a peel test according to DIN EN 28510-1:2014 DE or according to ASTM D6496 in order to determine the progression of peel strength over time.
- a peeling test for example a drum peeling test according to DIN 53295 or a peel test according to DIN EN 28510-1:2014 DE or according to ASTM D6496 in order to determine the progression of peel strength over time.
- a composting environment in accordance with Section 5.1 of DIN EN ISO 16929:2018-04 can be provided, i.e. an environment with the following conditions in order to carry out the composting test: the geosynthetic mat is placed in fresh organic waste with a natural, ubiquitous microbial population, so that this Biowaste the geosynthetic mat at least 30cm on both sides.
- the composting test is carried out in a container large enough for natural self-heating to take place, sufficient and uniform fumigation is carried out through an air supply system, the container can be placed in a climate chamber with a If the compost reaches temperatures above 65°C during the spontaneous thermophilic phase, the diversity of microorganisms can be reduced.
- the compost can be re-inoculated with mature compost (about 1% of the total initial mass of biowaste) of recent origin (maximum 3 months old).
- organic waste for the composting test, homogeneous organic waste of the same age and origin is used, which is reduced to a particle size of a maximum of 50mm by shredding or sieving.
- 10%-60% of a filler made from structurally stable components such as wood chips or bark with a particle size of 10mm to 50mm is added.
- the organic waste must meet the following criteria: the C/N ratio of the mixture of fresh organic waste and filler is between 20 and 30, it can be balanced with urea if necessary, the moisture content is more than 50% by mass, but there is no free water before the loss on ignition of the dry residue is greater than 50% mass fraction, the pH value is above 5.
- the swelling behavior is also taken into account as a property of the geosynthetic mat and the properties are adjusted in relation to the peel strength.
- the pure degree of swelling cannot be used as a characteristic variable for the desired long-term sealing properties of the geosynthetic mat for many applications because the degree of swelling does not adequately reflect the desired compaction properties of the middle filling layer.
- the middle filling layer is formed or characterized with a degree of swelling, which describes the increase in volume under a constant pressure, which is realized in the test as contact pressure on the material layer, for example by a plate or disk with a corresponding weight.
- the degree of source elevation is taken into account over at least the first month and the following two months.
- the degree of swelling can also be taken into account over a longer period of time, which results in a good coordination of the properties, particularly in the case of slowly swelling middle fill layers.
- the decisive factor for fulfilling the functions of the geosynthetic mat is, on the one hand, that the upper and lower cover layer and the connecting structure always maintain sufficient counterpressure against the swelling of the middle filling layer, which, in a timely manner, leads to sufficient compaction of the middle filling layer, particularly in the first few months This leads to the pores in the middle filling layer closing.
- the necessary tightness is achieved and can then be maintained over a long period of time, in particular after the swelling has asymptotically approached a maximum degree of swelling and the biological degradation has progressed to such an extent that the peel strength is significantly reduced or is close to zero.
- the geosynthetic mat provides the mechanical properties at any time after its installation that prevent slipping if installed on a slope.
- an initial small reduction in the peel strength in relation to the swelling is crucial in order to maintain the shear strength through the biodegradable structures in an early phase in which no stabilizing function of the middle filling layer has yet developed.
- the period within which the desired properties, characterized by the swelling-degradation ratio, must be present can range from a few weeks to one or two years from the start of swelling and biodegradation.
- biodegradable materials can in principle reduce or completely avoid the problem of contaminant transfer or pollution after removal of such a geosynthetic mat
- the use of such biodegradable materials is hindered by the fact that the sealing effect of the geosynthetic mat is fundamentally not achieved due to biodegradation is because the necessary counterpressure is not generated or not sufficiently generated when the middle filler layer swells and as a result, after swelling, the permeability of the geosynthetic mat is too high, which does not achieve the desired sealing function.
- the geosynthetic mat according to the invention overcomes these problems through a swelling behavior that is coordinated with the behavior of biological degradation.
- the composite of upper and lower cover layer and connecting structure is characterized according to a degree of residual peel strength, which this composite has due to a biological degradation rate after a certain biological degradation period, i.e. at a predetermined point in time after the start of the biological degradation process over a subsequent period of time.
- This residual peel strength therefore characterizes the composite of the two cover layers and the connecting structure in this way its peel strength decreases rapidly over time due to the biological degradation process, so it represents a curve that shows the peel strength of the biodegradable material over the time of biological degradation.
- the slope of the curve at any point in time can be defined as the degree of peel strength reduction.
- the reduction in the degree of peel strength reduction can occur through biological degradation of the upper cover layer, the lower cover layer and/or the connecting structure or through a reduction in the fastening strength of the connecting structure in the upper or lower cover layer.
- the filling layer material of the middle filling layer has a swelling capacity, which is characterized by water absorption and swelling capacity of the filling layer material.
- This ability to swell is characterized by the degree of swelling, which describes the increase in volume of the filling layer material at a certain point in time after the start of swelling in relation to the dry volume of the filling layer material before the start of swelling under a pressure load of 4.5N/m 2 and results in a curve over time which shows the increase in the of the volume of the filling layer material over the swelling time.
- the higher the degree of swelling the greater the ability of the filling layer material to swell under load.
- the degree of swelling elevation of the material is determined without restricting the path of the swelling movement, meaning that the material can increase its water content or volume unhindered when determining the degree of swelling elevation. In practice, this can be done by a force-controlled test or by placing a vertically freely movable plate weighing 4.5 kg per square meter on the fill layer material when determining the degree of swelling.
- the swellable material of the middle filling layer and the biodegradable material of the upper and lower cover layer and possibly also the connecting structure are now designed in such a way that the relationship between the degree of swelling of the swellable material and the residual peel strength of the composite of the upper and lower cover layer and connecting structure over an initial period of a week in a range between 1 and 5 and from the beginning of the second to the end of the third month between 1.5 and 25, preferably between 2 and 15.
- Middle filling layer on the one hand and the mechanical composite surrounding this middle filling layer on the other hand it is achieved that in the initial phase of swelling of the middle filling layer, the upper and lower cover layer and the connecting structure between these two cover layers build up a sufficiently high mechanical counterpressure against the swelling pressure and maintain it over such a long period of time can ensure that the middle filling layer is sufficiently compacted during this swelling process.
- the upper and lower cover layer and, if applicable, the connecting structure have biologically degraded at a later point in time, when this swelling is largely or completely complete, thereby reducing pollutant pollution when the geosynthetic mat is removed or when parts of the geosynthetic mat are removed due to erosion can no longer occur.
- the middle filling layer can develop a shear strength overall that is at least in the area of the shear strength of the geosynthetic mat immediately after installation, i.e. when the middle filling layer is not swollen and the initial peel strength of the composite of the upper and lower cover layer and the Connection structure lies or even exceeds it. This reliably prevents the risk of the slope slipping due to an unstable layer plane in the form of the geosynthetic mat.
- the geosynthetic mat according to the invention achieves a sufficiently high level of tightness due to the achievable compaction, but at the same time avoids the risk of the slope slipping and thereby provides In the medium and long term, the desired hydraulic and mechanical properties are available without the associated pollution.
- the geosynthetic mat according to the invention can therefore, provided that the middle filling layer has or consists of appropriate environmentally friendly materials, be installed without the risk of local environmental pollution and an environmental hazard caused by erosion and movement to other locations and can be expanded and disposed of cost-effectively for temporary use.
- the inventive ranges of the ratio between the degree of swelling and the degree of residual peel strength, which are maintained within the first three months, ensure a balanced development of the tightness of the geosynthetic mat Sources and the provision of mechanical strength for the soil layer are achieved even when installed on slopes and subject to corresponding shear forces.
- the swelling-degradation ratio is in a range between 1.2 and 5 within the first week after the simultaneous start of the swelling process and the biological degradation process from the third day.
- a particularly preferred swelling-degradation ratio in the first week for the installation of the geosynthetic mat with an overlying weighting soil layer is 1.25 to 4, preferably 1.25 to 3.
- a particularly preferred swelling-degradation ratio in the first week is for the installation of the geosynthetic mat without an overlying soil layer at 1 to 4, preferably at 1.2 to 3.
- the invention can preferably be implemented for different installation situations in such a way that the swelling-degradation ratio in the first week from the third day in a range which has a lower limit of 1, or 1.25 or 1.5 or 2 and which has an upper limit of 1.75 or 2 or 4 or 6.
- the swelling-degradation ratio is preferably in a range between 1.75 and 20, preferably in a range with a lower limit of 1.75 or 2 or 2, 5 or 3 and/or a cap of 25 or 20 or 15 or 10.
- the swelling-degradation ratio from the third month to the end of the twelfth month after the start of the swelling process and the biodegradation process is in a range between 2 and 50, preferably in a range with a lower limit of 3 and/or has an upper limit of 30.
- a layered silicate contained in the middle filling layer can be converted into another layered silicate during the swelling process, for example sodium bentonite can be converted into calcium bentonite, thereby providing greater strength and stability against shear forces from the middle filling layer itself.
- This conversion process in the middle filling layer therefore allows the peel strength of the stabilizing cover layer and connecting structure to be reduced as the degree of swelling increases, until the cover layer and the connecting structure are completely dismantled at a later point in time.
- a typical example of this are middle fill layers that contain a mineral mixture known as bentonite with the main component montmorillonite in powder or granule form or consist of this mineral mixture.
- This mineral mixture can change from the initial state, which contains sodium bentonite components, into a swollen state, which contains converted calcium bentonite components and thereby increases in shear strength.
- the calcium ions required for this purpose are often already contained in bentonite in sufficient quantities for ion exchange, and in additional quantities in the surrounding soil, which can accelerate the process. Over time, the ion exchange from sodium (monovalent) to calcium (divalent) takes place. The environmental conditions determine how quickly this process takes place.
- the degree of swelling one week after the start of the swelling process is greater than 1.25, preferably greater than 1.5 or 2 and / or the degree of swelling one month after the start of the swelling process is greater than 1.5, preferably greater than is 2 or 3, and/or the residual peel strength degree three months after the start of the swelling process is less than 0.95, preferably less than 0.9 or 0.8 and/or the residual peel strength degree twelve months after the start of the swelling process is less than 0, 9, preferably less than 0.75 or 0.5.
- swelling behavior is to be understood as meaning that the middle filling layer swells to a relevant extent over time and biological degradation behavior is to be understood as meaning that the peel strength drops to a relevant extent over time.
- the connecting structure comprises needling between the upper and lower cover layers or is formed by such needling.
- needling by piercing the cover layer with a barbed needle serving as a tool, several individual fibers are pulled from this cover layer through the middle filling layer and hooked into the opposite cover layer.
- needling can preferably be carried out if the pierced cover layer and/or the opposite cover layer is designed as a non-woven layer, i.e. as a layer with a disordered fiber structure, from which fibers can be pulled out during the needling process and can be anchored in the opposite layer, thereby to form the connection structure.
- needling is also possible if the anchoring cover layer is designed with ordered fiber structures, for example knitted, knitted or woven cover layers, with the needling preferably always starting from a fleece layer as the top cover layer, since the fibers in a fleece layer have good mobility perpendicular to the layer plane.
- a connecting structure can be provided by needling, which connects the upper and lower cover layers to one another at a large number of points distributed over the surface of the geosynthetic mat and spaced apart from one another, thereby creating a connection between the upper and lower cover layers that acts virtually over the entire surface both cover layers and can therefore be particularly effective against swelling pressure and shear forces.
- the connecting structure in particular the cover layer pierced to create the needling, comprises fibers made of a thermoplastic (e.g. PLA, PBS, PBAT)
- the fibers can be additionally anchored on the back of the second cover layer by melting and thus increase the initial internal shear bond of the geosynthetic mat. This can be done, for example, by means of a flame bar, which melts the fiber portions protruding outwards from the second cover layer, whereby they form small nodules which prevent or make it difficult for the fibers to be pulled out of the second cover layer in the direction of the first cover layer.
- the upper and/or the lower cover layer and/or the connecting structure comprises fibers made of the biodegradable material or is formed by such biodegradable fibers.
- fibers made of a biodegradable material on the one hand good strength and the possibility of needling can be achieved, on the other hand such fibers can be particularly can be biodegraded in a well-targeted manner and thereby provide the desired ratio of the degree of swelling and the degree of residual peel strength.
- the biodegradable material of the upper cover layer and the lower cover layer is different from each other, or the biodegradable material of the upper cover layer and the lower cover layer is the same.
- the biodegradable material of the upper and lower cover layers is different, which can be advantageous in certain installation situations and floor structures in order to adapt the geoplastic mat to local requirements on the top and bottom.
- the second alternative is advantageous, in which the biodegradable material of the upper and lower cover layers match, i.e. the two cover layers are made of the same material. This embodiment enables a harmonious, similar degradation behavior of the upper and lower cover layers, a favorable selection of connection structures between the similar materials and is therefore well suited for many applications.
- the biodegradable material of the connecting structure is different from the biodegradable material of the upper cover layer and/or the lower cover layer, or the biodegradable material of the connecting structure is identical to the upper cover layer or the lower cover layer.
- the biodegradable material of the connecting structure can be different from that of the upper and / or lower cover layer for example, to achieve a slower biological degradation behavior of the connecting structure compared to the cover layers or one of the cover layers.
- the biodegradable material's connecting structure matches the upper or lower cover layer or both cover layers and this in turn achieves manufacturing advantages due to the sameness of the materials.
- the upper and/or the lower cover layer comprises a nonwoven layer made of the biodegradable material or is formed by such a nonwoven layer.
- the cover layer is designed as such a fleece layer or includes such a fleece layer, this allows, on the one hand, a well-adhering support and shear force transmission from surrounding soil layers into the geosynthetic mat, since a fleece layer achieves sufficient shear force transmission to adjacent soil layers due to its surface structure.
- a nonwoven layer is also well suited for needling, as explained above, and can thereby enable the formation of an efficient connection structure.
- a fleece layer is to be understood as meaning a fiber layer in which the fibers are present in a disordered manner and which has medium-long to continuous fibers in the range from approx.
- the nonwoven layer can preferably consist of fibers which have at least two, preferably more, different fiber strengths, whereby a different fiber strength is understood to mean a difference of at least 100%, i.e. a difference in which fibers with a first diameter and fibers with a second diameter, which is twice as large as the first diameter, is included in the fleece layer.
- a different fiber strength is understood to mean a difference of at least 100%, i.e. a difference in which fibers with a first diameter and fibers with a second diameter, which is twice as large as the first diameter, is included in the fleece layer.
- the upper and/or the lower cover layer comprises an ordered textile layer, in particular a knitted, woven or knitted textile layer made of the biodegradable material or is formed by such a textile layer.
- an upper or lower cover layer is provided with an ordered structure of the fibers, whereby a higher strength of the cover layer in the longitudinal and transverse directions is achieved, particularly in comparison to nonwoven layers, and furthermore a lower liquid permeability can often be achieved if a close-meshed arrangement of the Fibers are realized in the textile layer.
- the middle filling layer comprises a mixture of the swellable material, such as a bentonite powder, in particular sodium bentonite, and a non-swellable additive, such as an inorganic bulk material, for example granules, in particular sand, glass granules, chalk or coal granules, or by a such mixture is formed.
- a mixture of swellable material and non-swellable tensile aggregate is arranged in the middle filling layer. Both materials are in the form of a bulk material and are preferably homogeneously mixed with one another.
- the mixture can be designed in such a way that it has a proportion of at least 20% by weight of swellable material and at least 20% by weight of additive or at least 30% by weight, 40% by weight of swellable material and at least 30% by weight .-% or 40% by weight of additive.
- the middle filling layer comprises a hardening or hardening liquid, in particular a hard oil such as linseed oil or tung oil, the liquid preferably only being present in a partial area such as a partial cross section of the middle filling layer.
- a hardening or hardening liquid By adding such a hardening or hardening liquid, the mechanical resilience, in particular against shear loads on the middle filling layer or against erosion effects acting on the surface, can be further increased and the biological degradation of the cover layers and the connecting structure can be compensated for.
- a hardening liquid is to be understood as meaning a liquid that changes from a liquid to a solid state, for example through polymer crosslinking or through evaporation of solvent components.
- a liquid that leads to hardening is understood to mean a liquid that reacts with other components of the middle filling layer and thereby promotes hardening of the middle filling layer.
- the liquid can be distributed over the entire middle filling layer and the entire cross section of the middle filling layer, but it can also only be applied in partial areas, for example at points, in grid strips, longitudinal strips or transverse strips of the geosynthetic mat.
- the liquid can only be present over a partial cross section of the middle filling layer, for example only in a surface area of the middle filling layer or in a central area of the cross section of the middle filling layer.
- the geosynthetic mat is formed by an upper barrier layer arranged adjacent to the upper cover layer and/or a lower barrier layer arranged adjacent to the lower cover layer, each barrier layer being formed by a film, in particular by a film made of a biodegradable material, wherein preferably the upper barrier layer is arranged between the upper cover layer and the middle filler layer, the lower barrier layer between the lower cover layer and the middle filler layer, the upper cover layer between the upper barrier layer and the middle filler layer, or the lower cover layer between the lower barrier layer and the middle filler layer.
- Such a barrier layer can prevent substances that accelerate or inhibit swelling from penetrating the middle filler layer from layers of earth adjacent to the geosynthetic mat and thereby influence the swelling behavior of the middle filler layer unfavorably and unpredictably. So will through such a The barrier layer ensures that a planned slow swelling behavior from the rising earth moisture or targeted irrigation is possible, which is appropriate to the biological degradation behavior of the connecting structure and the cover layers.
- a barrier layer can be provided by a polyethylene film, but films made of biodegradable plastics can also be used for the barrier layer; in particular, biodegradable materials can be used here for the barrier layer, which are the same as the upper or lower cover layer.
- the barrier layer can be applied during the manufacturing process of the geosynthetic mat in the form of a coating (inline extrusion) or applied as a finished film by laminating, gluing or similar.
- the biodegradable material of the upper cover layer, the lower cover layer and / or the connecting structure comprises fibers or consists of fibers which have a fiber core strand made of a first biodegradable material and a fiber core strand sheathing surrounding the fiber core strand made of a second biodegradable material, wherein the first biodegradable material has a first biodegradation rate that is higher than a second biodegradation rate of the second biodegradable material.
- the upper and lower cover layers and/or the connecting structure contain fibers which are constructed from a fiber core strand and a fiber core strand covering, wherein the fiber core strand and the fiber core strand covering are constructed from two materials which have different rates of biodegradation behavior.
- this design of the fibers achieves a significant advantage in that the degradation behavior of the fiber and thus its reduction in tensile strength takes place discontinuously through such a design, i.e. with two consecutive different degradation phases.
- the fiber core strand coating is first biologically degraded, whereas the fiber core strand is not yet subject to any or only a slight biological degradation because it is still protected by the fiber core strand coating from the influences that would cause such a biological degradation, for example the impact of radiation, liquid.
- the fiber core strand therefore retains its mechanical properties completely or almost completely in this first phase, so that if the fiber is dominantly characterized in its mechanical properties by the mechanical properties of the fiber core strand, then in this first phase of the biological degradation of the fiber core strand coating the fiber is not or hardly at all loses mechanical properties. Only after the fiber core strand coating has been dismantled is the Fiber core strand biodegrades and consequently the mechanical properties of the fiber are significantly reduced.
- the fiber constructed in this way initially shows a very delayed reduction in its mechanical properties, which then increases at a certain point in time.
- This is advantageous for the geosynthetic mat according to the invention in many applications, since sufficient mechanical strength can be provided by the cover layers and the connecting structure over a certain period of time, which can correspond, for example, to the typical swelling behavior or the typical conversion behavior of a middle filling layer, but after this period of time then a rapid biological and complete degradation of the cover layers and the connecting structure is achieved with a corresponding reduction in mechanical strength.
- the first biodegradable material comprises a natural fiber such as coconut fiber, jute fiber, hemp fiber, bamboo fiber or flax fiber or a biodegradable synthetic fiber made of PBS, PBAT, PLA or a polymer blend of at least two of these materials or that the biodegradable material is a Mixture of fiber cores made of natural fibers and synthetic fibers, preferably the weight proportion of the synthetic fibers being greater than 30%, in particular greater than 50%.
- the use of these fiber materials or mixtures of these fiber materials has proven to be particularly suitable for many applications in order to achieve the mechanical strengths and biodegradation rates required for a geosynthetic mat with a swellable material in the middle fill layer.
- the second biodegradable material comprises a cellulose-based plastic, a starch blend, lyocell, succinic acid (PBS), a biodegradable polyester such as polybutyrate adipate terephthalate (PBAT) or polylactic acid (PLA).
- PBS succinic acid
- PBAT polybutyrate adipate terephthalate
- PLA polylactic acid
- the cover layers can also be provided to produce the cover layers from uncoated fibers, i.e. only from the fiber core strands, and then to coat the cover layer as a whole with the second biodegradable material in order to also cover cut fiber ends and to solidify the cover layer through connecting effects at crossing points Fibers to achieve through the second biodegradable material.
- the middle filling layer has a permeability between 1x10 -5 to 1x10 -9 m/s.
- the geosynthetic mat is provided with a middle filling layer which has a permeability that is initially not sufficient in the production state before installation in order to thereby achieve a reliable sealing of soil layers.
- permeability can initially be tolerated in many applications or is even desirable in order to achieve seepage of the geosynthetic mat in an initial phase after installation.
- particles contained in the water that seeps through the geosynthetic mat are deposited in the middle filling layer and, in the manner of a clogging filter, lead to a compaction and sealing of the middle filling layer, i.e. a colmation process takes place, which causes the structure of a filter cake in or on the middle filling layer.
- This allows a favorable sealing effect to be achieved at a particularly high level of sealing with a particularly low permeability of the geosynthetic mat.
- this structure of the geosynthetic mat is particularly suitable for creating a seal in the beds of liquid-carrying flows, such as streams, rivers, and in doing so taking advantage of the fact that the liquid in the stream or river contains corresponding particles that are used for Sealing can act, carried.
- this also includes a geosynthetic membrane in which the middle filling layer consists of a material that has only a very low swellability or a non-swellable material - i.e. a material with a swelling degree of 1 over the entire installation period.
- a middle filling layer made of sand or other pourable mineral materials can be used for such a sealing effect through colmation.
- a further aspect of the invention is a geosynthetic sheet comprising at least one layer that comprises fibers or is formed by fibers, in which the fibers have a fiber core strand made of a first biodegradable material and a fiber core strand sheathing made of a second biodegradable material that envelops the fiber core strand, wherein the first biodegradable material has a first biodegradation rate and the second biodegradable material has a second biodegradation rate that is different, in particular higher, than the first biodegradation rate of the first biodegradable material.
- a structure that has dimensions in a longitudinal direction and a transverse direction that are many times higher than its thickness.
- a geoplastic mat and a geosynthetic sheet can have dimensions, particularly in the longitudinal direction, that are a multiple of their dimensions in the transverse direction, i.e. they can be significantly longer than they are wider.
- geosynthetic mats and geosynthetic sheets are transported in a rolled-up or folded state and then rolled out or unfolded at an installation site in order to be able to lay them lengthwise.
- a geosynthetic mat should differ from a geosynthetic sheet in that the geosynthetic mat has several layers, whereas a geosynthetic sheet can also have only a single layer, but can also be constructed in multiple layers if necessary.
- the geosynthetic membrane according to the invention is characterized in that it is formed from fibers that have at least a two-layer structure or has such fibers.
- the fibers have a fiber core strand and a fiber core strand covering that envelops this fiber core strand.
- the fiber core strand and the fiber core strand coating consist of two different biodegradable materials which have a different biodegradation rate from one another, i.e. are biodegraded in such a way that under the same biodegradation conditions the first material is biodegraded either faster or slower than the second material.
- the second material has a biological degradation rate that is lower than the biological degradation rate of the first material, i.e. the second material biodegrades more slowly than the first material.
- such a fiber design can result in a more favorable course of the mechanical strength during the biological degradation of the fibers or the layer. which is made from the fibers, can be achieved, in particular in such a way that the fibers maintain a high mechanical strength over a longer period of time in a first phase, namely while only the fiber core strand coating is biodegraded, whereas then, after the fiber core strand coating has been broken down, the mechanical strength of the fibers decreases rapidly in a second phase when the fiber core strand is then broken down.
- the fibers in the layer are present as a disordered structure, in particular as a nonwoven layer, or as an ordered structure, in particular as a knitted, woven or knitted textile layer.
- the special fibers of this geosynthetic sheet can be present as a disordered structure, for example as a fleece layer, which results in the properties and advantages explained above, which also arise in connection with the geosynthetic mat explained above.
- the fibers can also be processed as an ordered structure, i.e.
- an ordered structure as previously understood for the geosynthetic mat, is to be understood as meaning a structure that has a regularly repeating pattern geometric pattern of the course of the fibers, typically along a rectilinear direction or two rectilinear, intersecting directions.
- ordered structure reference is also made to the properties and advantages that were previously explained about the geosynthetic mat.
- the geosynthetic sheet can then be further developed by covering the fibers on the circumference and at the end with the fiber core strand covering, in particular by producing the layer layer in a process in which, in a first step, a fiber core layer layer is produced from fiber core strands and in a subsequent second step Fiber core strands of the fiber core layer layer are coated with a covering material.
- Such a configuration with a circumferential and end-side covering of the fiber core strand with the fiber core strand wrapping can be achieved in particular by first producing the layer layer from the fiber core strands, for example by processing it into a fleece or woven, knitted or knitted and then the pre-produced one Layer layer made of the fiber core strands is coated with the fiber core strand coating, for example by immersing it in a liquid or wetting it with a liquid in a spraying or coating process, thereby achieving an all-round coating of the fibers.
- Another aspect of the invention is a geosynthetic mat of the structure and functionality explained above, in which the upper and / or the lower cover layer Geosynthetic membrane has the structure and functionality described above or is formed by such a geosynthetic membrane.
- the properties of such a geosynthetic sheet with the two-layer fibers contained therein can be used particularly advantageously for the geosynthetic mat according to the invention.
- a still further aspect is the use of a geosynthetic mat of the construction described above or a geosynthetic sheet of the construction described above to produce a sealing layer in the ground or at the bottom of a body of water.
- the geosynthetic mat according to the invention and the geosynthetic sheet according to the invention are particularly suitable for producing a sealing layer in the ground and are also suitable for producing such a sealing layer at the bottom of a body of water.
- the balanced properties of providing mechanical peel strength for a first phase of swelling of the middle filling layer are particularly effective and can achieve a secure seal, whereas the biological degradation of the cover layers and the connecting structure and an additional barrier layer, if necessary, reduce the environmental impact when expanding the Geosynthetic mat or geosynthetic sheet or in the event of erosion-related removal of parts of the geosynthetic mat or sheet can be significantly reduced or completely avoided.
- the use can be advantageously developed by rolling out the geosynthetic mat in a first step and impregnating the geosynthetic mat with a liquid, in particular with a hard oil, in a subsequent second step.
- the geosynthetic mat or geosynthetic sheet is first almost completely prefabricated by producing the layers, arranging them to one another and connecting them to one another and then rolling up the geosynthetic mat or sheet prefabricated in this way in order to be able to transport it. After transport to the installation site, the geosynthetic mat or sheet is then rolled out in order to lay it and then wetted at the installation site with a liquid that influences the further mechanical and/or biological behavior.
- Impregnation of the geosynthetic mat or sheet only at a second point in time which follows the time of production of the geosynthetic mat or sheet, prevents the properties of the geosynthetic mat or sheet from changing during any storage or transport that has already taken place Impregnation with the liquid can change, but it is achieved that the desired functional and structural properties are influenced by the First start using the liquid at the installation site, following the wetting with the liquid that takes place there.
- this impregnation can also consist of the coating of fiber core strands that were processed in pre-production to form a cover layer, a connecting structure or the like in the geosynthetic mat or sheet and which are then provided with an additional coating on site to advantageously influence the biological degradation behavior and the mechanical properties.
- the wetting/impregnation can in particular be carried out in such a way that it is selected depending on the environmental conditions at the installation site that were previously measured, for example by adapting a layer thickness to such environmental conditions or by selecting the liquid with which the impregnation takes place from several different ones Available liquids are selected or mixed from them.
- the environmental conditions that can influence this selection or impregnation intensity are, for example, a moisture content of the soil, a pH value of the soil, a concentration of substances in the soil that accelerate or slow down the biodegradation process, the intensity of UV radiation at the installation site and other influencing factors .
- the point in time from which the swelling-degradation ratio is determined and lies in the ranges mentioned must be determined from the impregnation of the geosynthetic mat, even if the liquid with which the impregnation is carried out may not yet trigger biological degradation.
- the geosynthetic mat is impregnated at a first time before installation with a liquid which causes the middle filling layer to pre-swell and is installed in an installation position at an installation location at a subsequent second time and in the installed position, swells due to the supply of liquid, especially from the surrounding soil.
- the geosynthetic mat or sheet is impregnated with a liquid before it is laid, which causes the middle filling layer to pre-swell.
- Pre-swelling is understood to mean limited swelling in which the material of the middle filling layer has not yet exhausted its maximum swelling capacity, i.e.
- Such impregnation with a liquid for this pre-swelling can, for example, take place during the production of the Geosynthetic mat or sheet can also be used alternatively in such a way that at a first point in time the geosynthetic mat is produced and at a second point in time the geosynthetic mat is impregnated for pre-swelling, for example shortly before delivery or transport of the geosynthetic mat to the installation site, so that any changes in the geosynthetic mat during storage between the time of production and the time of transport are avoided.
- the pre-swelling can be promoted in a favorable manner and can serve to positively influence the initial swelling behavior of the geosynthetic mat immediately after installation in the first few days or weeks and thereby avoid unfavorable structural changes or changes in mechanical properties.
- the liquid with which the geosynthetic mat is impregnated at the first time can correspond to or be similar to the liquid that also causes the swelling at the installation site, for example consisting of impregnation with water.
- the liquid with which it is impregnated at the first time can also be different from the liquid with which the geosynthetic mat is wetted at the installation site, i.e. in particular have a different composition or contain additives that promote pre-swelling, for example have the effect that pre-swelling is promoted, but biological degradation is inhibited or prevented in order to prevent premature biological degradation of the cover layers and the connecting structure due to the impregnation at the first point in time.
- the geosynthetic mat is first brought into a transportable state after impregnation, in particular for this purpose it is rolled up or folded and can then be transported to the installation site.
- the use according to the invention can be further developed in the use of the geosynthetic mat to produce a sealing layer at the bottom of a body of water, or in the use of the geosynthetic mat to produce a seal in a soil layer by placing the geosynthetic mat at a first point in time on the bottom of the body of water or in the area of the water bottom or is installed in a soil layer and the upper cover layer of the geosynthetic mat has an open porosity and, as a further improvement, the outer surface of the upper one Cover layer has an outward-facing roughness structure and the geosynthetic mat is placed on the bottom of the water in such a way that the outer surface of the upper cover layer points upwards, and furthermore the middle filling layer has a permeability between 1x10 -5 to 1x10 -9 m / s and that in Particles carried in the body of water above the body of water get caught in the pore structure, further favorably influenced by a reduced flow velocity and reduced drag stress as a result
- the geosynthetic mat is used in such a way that the middle filling layer initially has a certain permeability value in a defined range of values and thereby allows the passage of liquid.
- This permeability is combined with an open porosity and consequently permeability of the upper cover layer and preferably also of the lower cover layer, further improved by an outwardly facing roughness structure of the outer surface of the upper cover layer, which is, for example, due to the typical roughness of a fleece layer or one made by weaving, knitting or knitting produced ordered structure of the cover layer can be provided.
- the design and use according to the invention therefore makes it possible to provide a middle filling layer with increased shear strength, to reduce the mechanical requirements on the upper and lower cover layer and the connecting structure, also with regard to their biological degradation behavior and the resulting peel strength, and at the same time a very low permeability in permanent use the geo plastic mat.
- the use is carried out in such a way that before the geosynthetic mat is placed on the bottom of the water, the amount of particles carried in the water per water volume is determined as the particle quantity density and the geosynthetic mat is designed in such a way that the swelling-degradation Ratio and/or the degree of residual peel strength and/or the thickness of the upper cover layer is formed as a function of this particle quantity density, in particular in such a way that the swelling-degradation ratio is made smaller, the degree of residual peel strength is made greater and/or the thickness of the upper cover layer the smaller the particle density is, the higher the particle density.
- the properties of the water are determined, in particular the amount of particles carried in the water per volume of the water, i.e. the particle density in the water. This can include the number of particles, but can alternatively or additionally also include the size of the particles that are carried in the body of water.
- the geosynthetic mat is then designed to be adapted to it, whereby this adapted training can consist of the properties of the upper cover layer and / or the properties of the middle filling layer being adapted in order to achieve an ideal colmation effect achieve this and adapt the geosynthetic mat ideally to this.
- a middle filling layer with a lower degree of swelling can be used in the geoplastic mat than in bodies of water that only have a low particle density.
- the properties of the upper cover layer can be adjusted, for example in waters that have a high particle density, rapid biological degradation with a correspondingly high degree of peel strength reduction can be used, since in this case a rapid sealing effect due to the colmation effect can be expected and consequently a Counter pressure against the swelling of the middle filling layer does not play as important a role as in waters with low particle concentrations, which require such swelling behavior for a good sealing effect of the geosynthetic mat.
- the surface of the cover layer can be adapted in terms of the roughness structure so that, depending on the water-specific flow conditions and drag tension on the surface of the mat, a deposition and incorporation of particles into the mat can take place reliably.
- a further aspect of the invention is a method for producing a geosynthetic mat, with the steps: providing a first geosynthetic layer, applying a middle filler layer made of a filler layer material that includes a swellable material to the first geosynthetic layer, the filler layer material having a swelling behavior, laying down a second geosynthetic layer on the middle filling layer, connecting the first to the second geosynthetic layer through the middle filling layer by means of a connecting structure, in particular by needling, in which a layer made of a first biodegradable material is provided as the first geoplastic layer and a layer made of a second biodegradable material is provided as the second geoplastic layer is placed, the upper and lower cover layers having a connection to one another characterized by a peel strength, which is characterized by a residual degree of peel strength at the predetermined time after the start of the biological degradation process, which is determined by the square number of a quotient of a reduced peel strength, which is the upper and lower cover
- the properties of the geosynthetic mat with regard to the degree of residual peel strength and the degree of swelling lifting and the swelling-degradation ratio formed therefrom over time and in terms of their height can be as previously explained in relation to the geosynthetic mat.
- a specific roughness structure of the surface can be produced by placing a structural material with a degradation behavior of the first or second cover layer or a third degradation rate, and needling the structural material with the geosynthetic layers.
- the method according to the invention can be used in particular to produce a geosynthetic mat with the properties described above and allows a geosynthetic mat to be provided which is suitable for the previously described use at the installation site.
- the first and/or the second biodegradable material is designed in fiber form, in particular as fibers which have a fiber core strand made of a first biodegradable material and a the fiber core strand covering made of a second biodegradable material, wherein the first biodegradable material has a first biodegradation rate that is higher than a second biodegradation rate of the second biodegradable material.
- the first and/or the second biodegradable material is formed from fibers which are constructed in two layers, i.e.
- the method can be further developed by producing the first and/or the second cover layer from the fiber core strands in a first step and, in a subsequent second step, covering the fiber core strands in the first and/or second cover layer with the fiber core strand covering.
- the fiber core strand covering is only applied after the cover layer has been produced from the fiber core strands, thereby achieving a comprehensive coating of the fiber core strands, including on any front cut edges. Reference is also made to the previous description in this regard.
- the upper and/or the lower cover layer, the middle filling layer or the entire geosynthetic mat are impregnated with a liquid, in particular with a hardening liquid such as a hard oil.
- a liquid such as a hard oil
- This production step of impregnation with a liquid such as a hard oil can in turn take place immediately during the production of the geosynthetic mat at the production site, but can also take place subsequently, for example immediately before the geosynthetic mat is transported to an installation site or after the geosynthetic mat is transported to the installation site, for example already with the geosynthetic mat laid out.
- a non-swellable additive in particular sand, is also applied when the middle filler layer is applied.
- a non-swellable tensile aggregate By applying a non-swellable tensile aggregate, on the one hand the swelling behavior of the middle filling layer can be influenced, for example to promote colmation effect, on the other hand the shear strength of the middle filling layer is increased and thereby the suitability of the geosynthetic mat for installation in shear-loaded installation situations, such as on slopes, is improved, which particularly after biological degradation of the upper and lower cover layer and the connecting structure has an advantageous effect.
- Figure 2 is a cross-sectional longitudinal view of a second embodiment of a geosynthetic mat according to the invention
- Figure 3 is a perspective, sectioned view of a fiber for producing a geosynthetic mat according to the invention
- FIG. 4 shows a second embodiment of a fiber for producing a geosynthetic mat according to the invention in a longitudinal sectional side view
- Figure 5 shows a schematic diagram of the course of the peel strength and the swelling over time of a geosynthetic mat according to the invention.
- a preferred embodiment of the geosynthetic mat according to the invention is constructed from a total of five layers.
- the top layer is a first sealing layer 10, which is made from a biodegradable plastic as a liquid-tight film and covers the upper surface of the geosynthetic mat as a fluid barrier.
- An upper cover layer in the form of a fleece layer 20 is arranged below and adjacent to this upper sealing layer 10.
- This fleece layer is made up of disordered fibers and typically has a thickness that is greater than the sealing layer 10, in particular three to ten times greater than the thickness of the sealing layer 10.
- a middle filling layer in the form of a layered silicate layer made of sodium bentonite is arranged below and adjacent to the upper cover layer 20.
- the thickness of this middle filling layer 30 is greater than the thickness of the fleece layer 20, typically by a factor of 5 to 20 greater than the thickness of the fleece layer 20.
- This middle filling layer is composed of a mixture of sodium bentonite particles and sand particles and, depending on the application, can be impregnated, for example with a Linseed oil. Thanks to this composition, the middle filling layer is able to initially have basic strength and impermeability to groundwater and to further increase this strength and impermeability to water by swelling the sodium bentonite in the composition with surrounding moisture such as soil moisture.
- the sodium bentonite is converted into calcium bentonite, which solidifies the middle filling layer effects.
- the middle filling layer can also be composed in a different way and even then has an initial basic strength and initial tightness, which can increase due to swelling from surrounding moisture.
- the middle filling layer can be composed exclusively of a swellable material such as bentonite or a layered silicate, or additives other than sand can be used. Impregnation with linseed oil can be replaced or supplemented by other liquids such as hard oils or such impregnation can be dispensed with.
- a second sealing layer 40 which is designed to match the first sealing layer 10.
- the first sealing layer 10 and the second sealing layer 40 prevent swelling-accelerating or swelling-hindering active ingredients from the surrounding soil layers from reaching the middle filling layer immediately after installation of the geosynthetic mat and thereby adversely affecting the swelling behavior.
- a geotextile layer 50 which is composed of woven fibers, is arranged below and adjacent to the second sealing layer 40.
- the fibers in the geotextile layer 50 are therefore aligned with one another in an orderly manner, here in a rectangular grid pattern, and ensure good longitudinal and transverse loading capacity of the geosynthetic mat.
- the entire geosynthetic mat is fixed to one another by needling 11 in the thickness direction, i.e. perpendicular to its longitudinal and transverse extent.
- the needling fixation includes a large number of individual needling, which are distributed over the entire geosynthetic mat and can be arranged, for example, in columns and rows or pseudo-randomly to one another.
- the upper and lower cover layers are connected flatly and the composite of upper and lower cover layers and needling therefore has resistance to peeling of the upper cover layer or the lower cover layer from the composite, i.e. peel resistance.
- the needling can be effected in terms of production technology by piercing a needle with barbs vertically through the geosynthetic mat and thereby taking fibers from the nonwoven layer 20 and/or the geotextile layer 50 and pulling these fibers vertically through the geosynthetic mat. These fibers get caught in the geotextile layer 50 and the fleece layer and can also get caught in the sealing layers 10 and 40. This entanglement and entanglement can be caused by a Welding or nodulation can be additionally reinforced in order to strengthen the attachment through needling.
- the geoplastic mat can be sewn, for example by sewing with a fiber in the same pattern as the needling and thereby the sewing thread perpendicular to the several points is guided through the geosynthetic mat and thereby fixes and stabilizes the layers to one another.
- layer 10 can be replaced by a surface roughness structure and layer 40 can be omitted in order to achieve an initial flow.
- the geosynthetic mat extends in a longitudinal direction LR and a transverse direction QR and can in particular be wound up along the longitudinal direction LR.
- the edges of the geosynthetic mat can be sealed in such a way that the first sealing layer 10 and the fleece layer 20 as well as the lower sealing layer 40 and the textile layer 50 protrude laterally beyond the middle filling layer when viewed in the transverse direction and these protruding areas are sewn together in order to also enclose the middle filling layer laterally .
- Fig. 2 shows a second embodiment of a geosynthetic mat according to the invention in a cross-sectional longitudinal view.
- a middle filling layer 130 is arranged centrally.
- a first sealing layer 110 and a second sealing layer 140 are arranged, which are consequently placed directly adjacent to the middle filling layer, in contrast to the first embodiment of FIG. 1.
- a fleece layer 120 is then arranged above the first sealing layer as the upper cover layer and a textile layer 150 is arranged below the second sealing layer 140 as the lower cover layer.
- the individual layers of the geoplastic mat are fixed and secured to one another by needling 111; Furthermore, it can be seen that the upper cover layer, the first sealing layer, the second sealing layer and the lower cover layer protrude laterally in the transverse direction and are sewn or needled together along a side edge in order to also close the middle filling layer laterally.
- Fig. 3 shows a fiber from which the connecting structure, for example as a needling 11, the nonwoven layer 20, 120 or the textile layer 50, 150 can be formed or which can be included in such a layer.
- the fiber includes a fiber core strand 210, which consists of a first biodegradable material.
- a fiber core strand casing 220 which consists of a second biodegradable material.
- the first biodegradable material has higher strength and a faster biodegradation rate than the second biodegradable material. If the fiber constructed in two layers is fed into a biological degradation process and at the same time is supposed to absorb mechanical loads over a limited period of time, this results in a favorable course of the mechanical resilience of this fiber.
- the mechanical resilience is initially only reduced slightly or not at all because only the fiber core strand coating biodegrades, which makes no significant contribution to the mechanical properties. Only after the fiber core strand covering 220 has been dismantled is the fiber core strand 210 also dismantled, which then leads to a rapid reduction in the mechanical strength of this fiber.
- Fig. 4 shows a longitudinal sectional side view of a short or medium-length fiber according to the invention.
- This fiber also includes a fiber core strand 310, which is covered by a fiber core strand sheath 320.
- Fiber core strand and fiber core strand covering 310, 320 are designed in a similar way with regard to their mechanical properties and their biological degradation rate as in the previously explained embodiment according to FIG. 3.
- This is achieved by applying the fiber core strand coating only after processing and cutting of the fiber core strand 310, thereby achieving an all-round coating that is favorable for biological and mechanical degradation behavior.
- Fig. 5 shows schematically the course of the peel strength S(t) of a composite of two fleece layers needled together, which is made up of fibers according to Fig. 3 or Fig. 4 and consequently comprises or consists of fibers which have a fiber core strand and a fiber core strand covering .
- the curve initially only drops slightly over a first period of time, which therefore corresponds to only a small reduction in tensile strength.
- the overall peel strength of the composite is influenced by the biological degradation of the fibers in the upper and lower cover layers and the connecting structure, i.e. the needling. It should be understood that in other interconnected systems also isolated Degradation behavior can significantly or solely influence the drop in peel strength, for example when a non-biodegradable connecting structure connects two cover layers, one or both of which are biodegradable, such as can be achieved by sewing. In this case, the peel strength is only influenced by the anchoring strength of the connecting structure in the biodegradable cover layer.
- FIG. 5 also shows the swelling behavior of a middle filling layer, in the form of the curve Q(t) as the degree of swelling of the middle filling layer.
- the middle fill layer initially increases rapidly in volume, corresponding to a rapid initial swelling, and then transitions to a slower increase in volume corresponding to a slower swelling, which then asymptotically approaches a final swelling state.
- a geosynthetic mat which would have a layer as the upper and lower cover layer, which is made from fibers which would have the peel strength behavior according to S (t) and which are also needled with such fibers, by a Middle filling layer with a swelling behavior according to Q(t), during the significant part of the swelling of the middle filling layer would still have a high peel strength and could therefore counteract the swelling pressure with a sufficiently high counterpressure in order to achieve the desired good homogenization and removal of the air pores of the middle filling layer through swelling achieve.
- volume of the middle filling layer swelling in the swelling lifting test under a load of 45Pa after one week of swelling is 40 liters, after three months 50 liters.
- the volume before swelling began was 20 liters. This results in a doubling of the volume within a week, i.e. a source elevation of 2 and a Source elevation of 2.5 after three months;
- the peel strength at the beginning of the composting test is 120N/10cm, this remains virtually unchanged within the first week and the peel strength after three months of composting is 90N/10cm. This results in a 25% reduction in peel strength after three months, i.e. a residual peel strength of 0.56.
- volume of the middle filling layer swelling under a load of 45Pa in the swelling lifting test is 60 liters after one week of swelling, 80 liters after three months and then no longer increases significantly.
- the volume before swelling began was 20 liters. This results in a tripling of the volume within a week, i.e. a source elevation level of 3 and a source elevation level of 4 after three or more months;
- the peel strength at the start of the composting trial is 120N/10cm, this reduces to 1 15N/10cm within the first week, the peel strength after three months of composting is 60N/10cm and drops to 40N/10cm by the twelfth month.
- volume of the middle filling layer swelling under a load of 45Pa in the swelling lifting test after one week of swelling is 30 liters, after three months 40 liters and after twelve months also 40 liters.
- the volume before swelling began was 20 liters.
- the peel strength at the beginning of the composting test is 120N/10cm, this remains virtually unchanged within the first week and the peel strength after three months of composting is 90N/10cm and drops to 60N/10cm by the twelfth month.
- volume of the middle filling layer swelling in the swelling lifting test under a load of 45Pa is 40 liters after one week of swelling, 60 liters after three months and 80 liters after twelve months.
- the volume before swelling began was 20 liters.
- the peel strength at the beginning of the composting test is 120N/1 Ocm, this reduces to 110N/10cm within the first week, the peel strength after three months of composting is 40N/10cm and drops to 20N/10cm by the twelfth month.
- Examples 1, 2 and 3 therefore represent geosynthetic mats which have particularly preferred properties according to the invention and achieve good sealing behavior.
- the geosynthetic mat according to Example 4 has a rapid swelling behavior in relation to rapid biological degradation and the associated loss of peel strength, this according to the invention
- a geosynthetic mat may still achieve good sealing behavior under heavy loads from an overlying soil layer, it is less suitable if such a weight load is not present to compensate for rapid biological degradation, because then there is too little swelling counter pressure to achieve a good seal achieve.
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Abstract
Description
Biologisch abbaubare Bodendichtungsbahn Biodegradable soil sealing membrane
Die Erfindung betrifft eine Geokunststoffmatte, umfassend eine obere Decklage, eine untere Decklage, eine zwischen der oberen Decklage und der unteren Decklage angeordnete Mittelfüllschicht aus einem Füllschichtmaterial, das ein quellfähiges Material umfasst, wobei das Füllschichtmaterial ein Quellverhalten aufweist, und eine Verbindungsstruktur, mittels derer die obere und die untere Decklage an mehreren Positionen durch die Mittelfüllschicht hindurch miteinander mechanisch verbunden sind, wobei die Positionen der Verbindung von einander beabstandet sind, vorzugsweise in einem regelmäßigen Abstand zueinander entlang geraden Linien folgenden Positionen, sodass die obere und untere Decklage durch die Verbindungsstruktur eine Schälfestigkeit zueinander aufweisen. The invention relates to a geosynthetic mat, comprising an upper cover layer, a lower cover layer, a middle filling layer arranged between the upper cover layer and the lower cover layer made of a filler layer material which comprises a swellable material, the filler layer material having a swelling behavior, and a connecting structure by means of which the upper and lower cover layers are mechanically connected to one another at several positions through the middle filler layer, the positions of the connection being spaced apart from one another, preferably at a regular distance from one another along positions following straight lines, so that the upper and lower cover layers have peel strength through the connection structure have to each other.
Das Füllschichtmaterial weist dabei ein Quellverhalten auf, das typischerweise zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Beginn des Quellprozesses durch einen Quellgrad, der durch das Verhältnis des Volumens des Füllschichtmaterials einschließlich des darin aufgenommenen Wassers zu dem vorbestimmten Zeitpunkt zu einem Ausgangsvolumens des Füllschichtmaterials, das das Füllschichtmaterial vor Beginn des Quellprozesses aufweist, charakterisiert ist, wobei der Quellgrad durch vollständiges Eintauchen der Geokunststoffmatte über einen Zeitraum bis zum vorbestimmten Zeitpunkt in ein Wasserbad und Bestimmen des Volumens des Füllschichtmaterials vor dem Eintauchen und zu dem vorbestimmten Zeitpunkt ermittelt wird. Der Quellgrad gibt folglich die Quellfähigkeit eines Materials in ungehinderten Bedingungen an und kann beispielsweise nach ASTM D5890 bestimmt werden. Dabei wird beispielsweise eine definierte Menge (2g) trockenes Füllschichtmaterial in einen, mit 90ml Wasser gefüllten 100ml Messzylinder gegeben. Anschließend wird bis 100ml mit Wasser angefüllt. Das Füllschichtmaterial sinkt zu Boden und es kann unmittelbar nach Einfüllen des Füllschichtmaterials ein Ausgangsvolumen des Füllschichtmaterials an der Skalierung des Messzylinders abgelesen werden. Das Füllschichtmaterial quillt dann für eine vorbestimmte Zeitdauer, beispielsweise mind. 16h. Danach kann anhand der Bestimmung der Höhe des gequollenen Füllschichtmaterials mit Hilfe der Skalierung am Messzylinder das Quellvolumen abgelesen werden und durch Quotientenbildung mit dem Ausgangsvolumen der Quellgrad bestimmt werden. The filler layer material has a swelling behavior that is typically at a predetermined time after the start of the swelling process by a degree of swelling, which is determined by the ratio of the volume of the filler layer material, including the water absorbed therein, at the predetermined time to an initial volume of the filler layer material that the filler layer material has before the start of the swelling process, wherein the degree of swelling is determined by completely immersing the geosynthetic mat in a water bath over a period of time up to the predetermined time and determining the volume of the filler layer material before immersion and at the predetermined time. The degree of swelling therefore indicates the swelling ability of a material in unhindered conditions and can, for example be determined according to ASTM D5890. For example, a defined amount (2g) of dry filler layer material is placed in a 100ml measuring cylinder filled with 90ml water. Then fill up to 100ml with water. The filling layer material sinks to the bottom and an initial volume of the filling layer material can be read off the scale of the measuring cylinder immediately after filling in the filling layer material. The filling layer material then swells for a predetermined period of time, for example at least 16 hours. The swelling volume can then be read off by determining the height of the swollen filling layer material using the scaling on the measuring cylinder and the degree of swelling can be determined by forming a quotient with the initial volume.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung einer solchen Geo kunststoffmatte und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Geokunststoffmatte. A further aspect of the invention is a use of such a geoplastic mat and a method for producing such a geoplastic mat.
Geokunststoffmatten der vorbezeichneten Art dienen dazu, eine Abdichtung auf einer Bodenschicht oder innerhalb eines Bodens herzustellen, in anderen Anwendungsfällen können solche Geokunststoffmatten auch dazu eingesetzt werden, zusätzlich eine Bodenschicht zu stabilisieren und/oder eine Konstruktion gegen mechanische oder hydraulische Einwirkungen oder Kombinationen daraus zu schützen , beispielsweise im Bereich eines Gewässer- oder Gerinneufers, einer Böschung, eines Absperrdammes oder einer Deichkonstruktion. Sie können auch zum Schutz anderer dünnlagiger Abdichtungskomponenten eingesetzt werden. Geosynthetic mats of the aforementioned type are used to create a seal on a soil layer or within a soil; in other applications, such geosynthetic mats can also be used to additionally stabilize a soil layer and/or to protect a structure against mechanical or hydraulic influences or combinations thereof, for example in the area of a water or channel bank, an embankment, a barrier dam or a dike structure. They can also be used to protect other thin-layer waterproofing components.
Das Funktionsprinzip solcher Geokunststoffmatten besteht darin, dass die Mittelfüllschicht, die typischerweise um ein Vielfaches dicker ist als die obere Decklage und die untere Decklage, im Zustand unmittelbar nach der Produktion nicht aufgequollen und keinesfalls ausgehärtet ist und hierdurch eine mechanische Flexibilität aufweist, die ein Aufrollen der Geokunststoffmatte zu einer Rolle erlaubt. Die Geokunststoffmatte wird dadurch einerseits transportfähig, andererseits ermöglicht diese Flexibilität ein Anschmiegen der Geokunststoffmatte an eine Bodentopologie am Einbauort. Am Einbauort wird die Geokunststoffmatte dann ausgerollt; hierbei kann gegebenenfalls durch paralleles, überlappendes Ausrollen mehrerer Geokunststoffmatten nebeneinander auch ein Bodenbereich abgedeckt werden, der breiter ist als die Breite der Geokunststoffmatte quer zu ihrer Längsrichtung, die der Ausrollrichtung entspricht. The functional principle of such geosynthetic mats is that the middle filling layer, which is typically many times thicker than the upper cover layer and the lower cover layer, is not swollen and in no way hardened in the state immediately after production and therefore has a mechanical flexibility that prevents the material from rolling up Geosynthetic mat allowed to form a roll. On the one hand, this makes the geosynthetic mat transportable, and on the other hand, this flexibility allows the geosynthetic mat to nestle against a soil topology at the installation site. The geosynthetic mat is then rolled out at the installation site; In this case, by parallel, overlapping rolling out of several geosynthetic mats next to each other, a floor area can also be covered that is wider than the width of the geosynthetic mat transverse to its longitudinal direction, which corresponds to the rolling out direction.
Nach dem Einbau quillt die Mittelfüllschicht durch Wasseraufnahme auf, was durch die Bodenfeuchtigkeit am Einbauort erfolgen kann, gegebenenfalls auch durch künstliche Wasserzufuhr beschleunigt werden kann. Dieses Aufquellen bewirkt eine Homogenisierung und eine Abnahme des Luftporenvolumens der Mittelfüllschicht, wodurch diese einerseits eine angestrebte homogene und weitgehend isotrope sehr geringe Wasserdurchlässigkeit erreicht, charakterisiert durch den Durchlässigkeitskennwert kio, der idealerweise nach Aufquellen der Mittelfüllschicht kleiner als 5x10-10 und vorzugsweise kleiner als 5x10-11 m/s sein kann. Allerdings erfordert diese Homogenisierung und Abnahme des Luftporenvolumens, dass die Mittelfüllschicht sich nicht ungehindert ausdehnen kann, wozu der Einfluss der miteinander verbundenen oberen und unteren Decklage als mechanischer Gegendruck notwendig ist, wodurch eine gewünschte Begrenzung der Volumenzunahme bewirkt wird. In bestimmten Einbausituationen oder -Einbauphasen kann ein solcher Gegendruck auch durch eine Flächenpressung auf der oberen Decklage bewirkt oder verstärkt werden, die durch den Einbau von Bodenschichten oberhalb der Geokunststoffmatte über deren Gewichtskraft erzielt wird. Die erzielte geringe Wasserdurchlässigkeit bewirkt eine ausreichend hohe Abdichtungswirkung, um hierdurch Wasser in stehenden oder fließenden Gewässern halten zu können, Deponieabdichtungen bereitzustellen oder Deichbauten gegen eine Durchfeuchtung abzusichern. After installation, the middle filling layer swells due to water absorption, which can be caused by the soil moisture at the installation site, and if necessary also by artificial moisture Water supply can be accelerated. This swelling causes a homogenization and a decrease in the air pore volume of the middle filling layer, whereby on the one hand it achieves the desired homogeneous and largely isotropic very low water permeability, characterized by the permeability kio, which is ideally less than 5x10 -10 and preferably less than 5x10 - after swelling of the middle filling layer. 11 m/s can be. However, this homogenization and decrease in the air pore volume requires that the middle filling layer cannot expand unhindered, which requires the influence of the interconnected upper and lower cover layers as mechanical counterpressure, which brings about a desired limitation of the increase in volume. In certain installation situations or installation phases, such counterpressure can also be caused or increased by surface pressure on the upper cover layer, which is achieved by installing soil layers above the geosynthetic mat using its weight. The low water permeability achieved results in a sufficiently high sealing effect to be able to hold water in standing or flowing water, to provide landfill seals or to protect dike structures against moisture penetration.
Die obere und untere Decklage und die diese beiden Decklagen miteinander verbindende Verbindungsstruktur erfüllen demzufolge wesentliche Funktionen, die für die Nutzung und die Eigenschaften der Geokunststoffmatte notwendig sind. So wird durch die Decklagen und die Verbindungsstruktur zum einen die Geokunststoffmatte aufrollbar und handhabbar und behält folglich ihre Struktur mit Positionierung der Mittelfüllschicht zwischen den beiden Decklagen in einer gewünschten Dicke auch beim Aufrollen nach der Produktion, während des Transports und bei dem Verlegen am Einbauort bei. Durch die beiden Decklagen und die Verbindungsstruktur wird weiterhin nach dem Einbau der Geokunststoffmatte eine mechanische Stabilisierung und daher ein mechanischer Gegendruck gegen den Quelldruck der Mittelfüllschicht erzeugt und aufrechterhalten, wodurch die Mittelfüllschicht beim Aufquellen eine gewünschte, dichte Struktur entwickelt. Durch dieses Aufquellen unter dem mechanischen Gegendruck, der durch die Einengung der Mittelfüllschicht zwischen den beiden Decklagen und die Verbindungsstruktur erzielt wird, kann nach Erkenntnis der Erfinder erst die gewünschte niedrige Durchlässigkeit der Geokunststoffmatte nach dem Aufquellen der Mittelfüllschicht erreicht werden, und diese niedrige Durchlässigkeit sollte im besten Fall unabhängig davon erreicht werden, ob eine Schichtlage mit einer bestimmten Gewichtskraft oberhalb der Geo kunststoffmatte eingebaut werden kann oder nicht. Schließlich muss in Einbausituationen, bei denen eine Geokunststoffmatte der vorgenannten Art schräg eingebaut wird, beispielsweise an einem Hang, die Geokunststoffmatte eine Scherfestigkeit aufweisen, um zu vermeiden, dass die Geokunststoffmatte selbst eine labile Schicht in dem Hang darstellt oder ausbildet und folglich ein Hangabrutschen mit der Geokunststoffmatte als Trennschicht auftreten könnte. Diese Scherfestigkeit wird durch die Verbindungsstruktur zwischen der oberen und der unteren Decklage erzielt, wodurch eine stabile Verbindung zwischen der unteren Bodenschicht, auf der die untere Decklage aufliegt, und der auf der oberen Decklage aufliegenden oberen Bodenschicht erzielt wird. The upper and lower cover layers and the connecting structure connecting these two cover layers therefore fulfill essential functions that are necessary for the use and properties of the geosynthetic mat. On the one hand, the cover layers and the connecting structure make the geosynthetic mat rollable and manageable and consequently retain its structure with the positioning of the middle filling layer between the two cover layers in a desired thickness even when rolled up after production, during transport and when laying at the installation site. Through the two cover layers and the connecting structure, a mechanical stabilization and therefore a mechanical counter-pressure against the swelling pressure of the middle filling layer is generated and maintained after the geosynthetic mat has been installed, whereby the middle filling layer develops a desired, dense structure when it swells. As a result of this swelling under the mechanical counterpressure, which is achieved by the narrowing of the middle filling layer between the two cover layers and the connecting structure, the inventors believe that the desired low permeability of the geosynthetic mat can only be achieved after the middle filling layer has swelled, and this low permeability should be in In the best case, this can be achieved regardless of whether a layer with a certain weight can be installed above the geoplastic mat or not. Finally, in installation situations in which a geosynthetic mat of the aforementioned type is installed at an angle, for example on a slope, the geosynthetic mat must have a shear strength in order to avoid that the geosynthetic mat itself represents or forms an unstable layer in the slope and consequently slides down the slope Geosynthetic mat could act as a separating layer. This shear strength is achieved by the connection structure between the upper and lower covering layers, thereby achieving a stable connection between the lower soil layer on which the lower covering layer rests and the upper soil layer resting on the upper covering layer.
Geokunststoffmatten der vorbezeichneten Art mit Eigenschaften, welche eine gute Abdichtung, Scherfestigkeit und mechanische Belastbarkeit aufweisen, sind als Tondichtungsbahnen, wie beispielsweise als Bentonitmatte der Firma Naue GmbH & Co. KG bekannt und sind in EP 0 278 419 B1 beschrieben. Geosynthetic mats of the aforementioned type with properties which have good sealing, shear strength and mechanical resilience are known as clay sealing membranes, such as the bentonite mat from Naue GmbH & Co. KG and are described in EP 0 278 419 B1.
Aus DE19956783A1 ist eine für die Abdeckung von Kadavern ausgebildete Matte vorbekannt, die aus der in EP 0278419 B1 beschriebenen Bentonitmatte entwickelt wurde. Bei dieser veränderten Matte wird durch die Verwendung eines viruziden oder bakteriziden Pulvers anstatt des dichtenden Pulvers (z. B. Bentonit) eine Matte vorgeschlagen, die das Heraustreten aktiver Mikroorganismen aus der Grabstätte wirksam durch eine chemischbiologische Wirkung unterbindet. Die so fortentwickelte Matte schlägt daher einen Weg ein, anstelle der Abdichtung mittels Aufquellen eine chemisch-biologisch wirkende Barriere gegen Mikroorganismen bereitzustellen, indem entsprechende viruzide/bakterizide Füllstoffe eingesetzt werden. Dies stellt eine für den spezifischen Zweck einer Abdeckung von Kadavern und der damit einhergehenden mikrobiellen Gefährdung geeignete Spezialmatte dar, die sich aber für andere Zwecke nicht gut einsetzen lässt. From DE19956783A1 a mat designed for covering carcasses is previously known, which was developed from the bentonite mat described in EP 0278419 B1. With this modified mat, the use of a virucidal or bactericidal powder instead of the sealing powder (e.g. bentonite) proposes a mat that effectively prevents active microorganisms from emerging from the grave site through a chemical-biological effect. The mat developed in this way therefore takes a route to providing a chemical-biological barrier against microorganisms instead of sealing by swelling by using appropriate virucidal/bactericidal fillers. This represents a special mat that is suitable for the specific purpose of covering carcasses and the associated microbial hazard, but cannot be used well for other purposes.
Aus DE60203517T2 ist eine weitere Bodenmatte bekannt, die auf der aus EP0278419B1 bekannten Technologie basiert. Bei dieser Bodenmatte soll erreicht werden, dass das in der Zwischenlage angeordnete Bentonit in die Hohl- und Zwischenräume im angrenzenden Bodenbereich eindringen kann und erst dort aufquillt. Dadurch sollen diese Hohl- und Zwischenräume ausgefüllt werden. Um dies zu erreichen, soll sich die Decklage der Bodenmatte bei Kontakt mit dem Boden durch Wassereinfluss auflösen. Die Technologie dieser Bodematte wendet sich daher von dem Prinzip der ursprünglich in EP0278419B1 beschriebenen Bodenmatte mit einer Quell- und Verdichtungsfunktion des Bentonit innerhalb der Zwischenlage ab und strebt stattdessen eine rasche Auflösung der Decklage an, damit sich das bentonit noch bevor es zu Quellen beginnt, aus der Zwischenlage in die Hohl- und Zwischenräume im angrenzenden Erdreich bewegen und dann dort aufquellen kann. Diese Bodenmatte ist daher für spezielle Anwendungen, in denen eine prinzipiell aus abdichtenden Erdmaterialien aufgebaute Erdschicht, die jedoch Hohl- und Zwischenräume aufweist, abgedichtet werden soll, indem diese Fehlstellen abgedichtet werden, geeignet. Sie eignet sich aufgrund der dafür notwendigen raschen Auflösung der Decklage nicht für andere allgemeine Abdichtungsanwendungen. Another floor mat is known from DE60203517T2, which is based on the technology known from EP0278419B1. The aim of this floor mat is to ensure that the bentonite arranged in the intermediate layer can penetrate into the cavities and gaps in the adjacent floor area and only swell there. This is intended to fill these cavities and spaces. In order to achieve this, the top layer of the floor mat should dissolve when it comes into contact with the floor due to the influence of water. The technology of this floor mat therefore turns away from the principle of the floor mat originally described in EP0278419B1 with a swelling and compacting function of the bentonite within the intermediate layer and instead strives for rapid dissolution of the top layer so that the bentonite expands before it begins to swell the intermediate layer into the Cavities and spaces in the adjacent soil can move and then swell there. This floor mat is therefore suitable for special applications in which a layer of earth that is basically made up of sealing earth materials, but which has cavities and gaps, is to be sealed by sealing these defects. It is not suitable for other general sealing applications due to the rapid dissolution of the cover layer required.
Solche vorbekannten Geokunststoffmatten werden zur temporären oder dauerhaften Abdichtung, weiter z.B. zum Schutz dünnlagiger Kunststofffolien, als Element mit trennender Funktion oder zur Stabilisierung von Bodenschichten oder Oberflächen eingebaut. Jedoch treten hierbei in einigen Anwendungen mit morphologisch veränderlicher Geometrie langfristig unter Umweltschutz-Gesichtspunkten nachteilige Effekte auf. So können einerseits beim dauerhaften Einsatz solcher Geokunststoffmatten durch Erosionsvorgänge Abschnitte der Geokunststoffmatte abgetrennt und durch Windoder Wasserströmung an andere Orte verbracht werden und stellen dann eine Verschmutzung an ungewünschter Stelle dar. Beim temporären Einsatz solcher Geokunststoffmatten kann zwar in einigen Fällen die Geokunststoffmatte wieder isoliert aus dem Boden ausgebaut werden und dann einer Entsorgung zugeführt werden. In vielen Fällen ist aber ein solcher isolierter Ausbau nicht möglich, da Erdschichten an der Geokunststoffmatte anhaften oder die Geokunststoffmatte beim Ausbau beschädigt wird. In solchen Fällen wird dann häufig eine größere Menge Erdreich mit ausgebaut und das gesamte ausgebaute Volumen muss dann entsorgt werden. Aufgrund der synthetischen Bestandteile in diesem ausgebauten Volumen fällt die Entsorgung dabei in hohe Schadstoffklassen und ist entsprechend kostspielig. Such previously known geosynthetic mats are installed for temporary or permanent sealing, for example to protect thin-layer plastic films, as an element with a separating function or to stabilize soil layers or surfaces. However, in some applications with morphologically variable geometry, long-term disadvantageous effects occur from an environmental protection point of view. On the one hand, when such geosynthetic mats are used permanently, sections of the geosynthetic mat can be separated by erosion processes and transported to other locations by wind or water flow and then represent pollution in an undesired location. When such geosynthetic mats are used temporarily, in some cases the geosynthetic mat can be isolated again from the ground be dismantled and then disposed of. In many cases, however, such an isolated expansion is not possible because layers of earth adhere to the geosynthetic mat or the geosynthetic mat is damaged during expansion. In such cases, a large amount of soil is often removed and the entire removed volume then has to be disposed of. Due to the synthetic components in this expanded volume, disposal falls into high pollutant classes and is correspondingly expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Geokunststoffmatte bereitzustellen, welche diese vorgenannten Nachteile überwindet und hierbei die notwendigen mechanischen Eigenschaften und Dichtungseigenschaften vorbekannter Geokunststoffmatten zumindest einhält, vorzugsweise übertrifft. The invention is based on the object of providing a geosynthetic mat which overcomes these aforementioned disadvantages and at least meets, preferably exceeds, the necessary mechanical properties and sealing properties of previously known geosynthetic mats.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Geokunststoffmatte der eingangs genannten Art gelöst, bei der die obere Decklage und/oder die untere Decklage aus einem biologisch abbaubaren Material bestehen oder ein biologisch abbaubares Material umfassen, wobei die Schälfestigkeit zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Beginn des biologischen Abbauprozesses durch einen Restschälfestigkeitsgrad charakterisiert ist, der durch die Quadratzahl eines Quotienten aus einer reduzierten Schälfestigkeit, welche die obere und untere Decklage und die Verbindungsstruktur zu dem vorbestimmten Zeitpunkt aufweist, zu einer Ausgangsschälfestigkeit, welche die obere und untere Decklage und die Verbindungsstruktur vor Beginn eines biologischen Abbauprozesses aufweist, gebildet wird, wobei der Restschälfestigkeitsgrad in einem Kompostierungsversuch durch vollständiges Einlegen der Geokunststoffmatte in Kompost und Kompostierung in einem Temperaturbereich, der über 25°C und unter 65°C liegt, bis zu dem vorbestimmten Zeitpunkt und Messung der Schälfestigkeit in einem Schälversuch vor dem Einlegen und zu dem vorbestimmten Zeitpunkt nach Entnahme aus dem Kompost oder in einem marinen Inkubationstest, mit folgenden Umgebungsbedingungen:; Temperatur 30°C +/- 2°C; aerobe Bedingungen in Meerwasser mit einem Salzgehalt von 3,5 Gew.-% +/- 1 Gew.-% und Messung der Schälfestigkeit in einem Schälversuch vor dem Einlegen und zu dem vorbestimmten Zeitpunkt nach Entnahme aus dem Meerwasser ermittelt wird, und wobei das Quellverhalten durch einen Quellhebungsgrad charakterisiert ist, der durch den Quotienten aus dem Volumen des Füllschichtmaterials einschließlich des darin aufgenommenen Wassers an dem vorbestimmten Zeitpunkt zu einem Ausgangsvolumen des Füllschichtmaterials vor Quellbeginn, gebildet wird, wobei der Quellhebungsgrad durch vollständiges Eintauchen einer Füllschichtmateriallage in ein Wasserbad und Belasten der Füllschichtmateriallage mit einem Druck von 4,5 N/m2 ermittelt wird. Erfindungsgemäß weist die Geokunststoffmatte ein Quell-Abbau-Verhältnis auf, das gebildet ist aus dem Quellhebungsgrad dividiert durch den Restschälfestigkeitsgrad, innerhalb der ersten Woche nach dem zeitgleichen Beginn des Quellprozesses und des biologischen Abbauprozesses in einem Bereich zwischen 1 und 5 liegt und innerhalb jedes vorbestimmten Zeitpunkts ab dem Anfang des zweiten bis zum Ende des dritten Monats nach Quell- und Abbaubeginn in einem Bereich zwischen 1 ,5 und 25, vorzugsweise in einem Bereich mit einer Untergrenze von 2 und/oder einer Obergrenze von 15 liegt.This object is achieved according to the invention with a geosynthetic mat of the type mentioned at the beginning, in which the upper cover layer and / or the lower cover layer consist of a biodegradable material or include a biodegradable material, the peel strength being at a predetermined point in time after the start of the biodegradation process a residual peel strength degree is characterized by the square of a quotient of a reduced peel strength, which the upper and lower cover layer and the connecting structure at the predetermined time has, to an initial peel strength, which has the upper and lower cover layer and the connecting structure before the start of a biological degradation process, is formed, the residual peel strength in a composting test by completely inserting the geosynthetic mat into compost and composting in a temperature range that is above 25 ° C and is below 65°C, up to the predetermined time and measurement of peel strength in a peel test before pickling and at the predetermined time after removal from the compost or in a marine incubation test, with the following environmental conditions:; Temperature 30°C +/- 2°C; aerobic conditions in seawater with a salt content of 3.5% by weight +/- 1% by weight and measuring the peel strength in a peeling test before insertion and at the predetermined time after removal from the seawater, and the swelling behavior is characterized by a degree of swelling elevation, which is formed by the quotient of the volume of the filling layer material including the water absorbed therein at the predetermined time to an initial volume of the filling layer material before the start of swelling, the degree of swelling elevation being achieved by completely immersing a layer of filling layer material in a water bath and loading the layer of filling layer material is determined with a pressure of 4.5 N/m 2 . According to the invention, the geosynthetic mat has a swelling-degradation ratio, which is formed from the degree of swelling elevation divided by the residual peel strength degree, is in a range between 1 and 5 within the first week after the simultaneous start of the swelling process and the biological degradation process and within each predetermined point in time from the beginning of the second to the end of the third month after the start of swelling and dismantling in a range between 1.5 and 25, preferably in a range with a lower limit of 2 and / or an upper limit of 15.
Der Erfindung liegen dabei die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Grundsätzlich verfolgt die Erfindung den Ansatz, die synthetischen Bestandteile der Geokunststoffmatte, die insbesondere bei bisherigen Geokunststoffmatten unvermeidbar zur Bereitstellung der oberen und unteren Decklage und der Verbindungsstruktur eingesetzt wurden, durch biologisch abbaubare Materialien zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig zu ersetzen, indem die obere und die untere Decklage und die Verbindungsstruktur ein biologisch abbaubares Material umfassen oder aus einem solchen biologisch abbaubaren Material bestehen. Unter einem biologisch abbaubaren Material soll im erfindungsgemäßen Sinne ein Material verstanden werden, dass sich unter den typischen Umgebungsbedingungen in einer Bodeneinbaulage, also in einer feuchten Umgebung einer Bodenschicht, die aus den Hauptbestandteilen Erde, Sand, Lehm und Mischungen dieser typischen Bodenschichtbestandteile bestehen kann, in einem kurz- oder mittelfristigen Zeitraum, worunter ein Zeitraum von wenigen Wochen bis wenigen Monaten, bis zu zwei Jahren oder mehrere Jahre z.B. bis zu 10 Jahre verstanden wird, in einem biologischen, chemischen oder biochemischen Prozess zersetzt und hierdurch in für die Umwelt unschädliche Bestandteile wandelt. The invention is based on the following findings: Basically, the invention pursues the approach of replacing the synthetic components of the geosynthetic mat, which were unavoidably used in previous geosynthetic mats in particular to provide the upper and lower cover layer and the connecting structure, at least partially, preferably completely, with biodegradable materials to be replaced by the upper and lower cover layers and the connecting structure comprising a biodegradable material or consisting of such a biodegradable material. In the sense of the invention, a biodegradable material is to be understood as meaning a material that can be installed under the typical environmental conditions in a soil installation position, i.e. in a moist environment of a soil layer, which can consist of the main components earth, sand, clay and mixtures of these typical soil layer components a short or medium-term period, including a period of a few weeks to a few months, up to two years or several years, for example up to 10 years, is decomposed in a biological, chemical or biochemical process and thereby converted into components that are harmless to the environment.
Die erfindungsgemäß maßgebliche Herabsetzung der Schälfestigkeit durch diesen biologischen Abbauvorgang wird erfindungsgemäß in einem Kompostierungstest ermittelt, dies kann beispielsweise durch einen Boden-Kompostierungstest mit folgenden Umgebungsbedingungen: Temperatur 50°C +/- 5°C; thermophile Bedingungen gemäß ISO 16929, oder durch einen marinen Inkubationstest, mit folgenden Umgebungsbedingungen:; Temperatur 30°C +/- 2°C; aerobe Bedingungen in Meerwasser mit einem Salzgehalt von 3,5 Gew.-% +/- 1 Gew.-%; charakterisiert sein. Hierbei ist zu verstehen, dass das erfindungsgemäß eingesetzte Material insbesondere eine biologische Abbaubarkeit nach dem vorgenannten Boden- Kompostierungstest aufweist, wenn es für eine Bodenschichtabdichtung jenseits eines fließenden oder stehenden Gewässer bestimmt ist und eine biologische Abbaubarkeit nach dem vorgenannten marinen Inkubationstest aufweist, wenn es für eine Bodenschichtabdichtung in einem Gewässer bzw. an einem Gewässergrund bestimmt ist. Die Schälfestigkeit eines biologisch abbaubaren Materials wird dabei über den biologischen Abbauzeitraum so bestimmt, dass die Geokunststoffmatte unter den vorgenannten Umgebungsbedingungen eines der beiden geeigneten Tests für mehrere unterschiedliche bestimmte Zeitdauern gelagert werden und nach dieser Zeitdauer einem Schälversuch unterzogen werden, beispielsweise einem Trommelschälversuch nach DIN 53295 oder einem Schälversuch nach DIN EN 28510-1 :2014 DE oder nach ASTM D6496, um so einen Verlauf der Schälfestigkeit über die Zeit zu ermitteln. The reduction in peel strength due to this biological degradation process, which is significant according to the invention, is determined according to the invention in a composting test; this can be done, for example, by a soil composting test with the following environmental conditions: temperature 50 ° C +/- 5 ° C; thermophilic conditions according to ISO 16929, or by a marine incubation test, with the following environmental conditions:; Temperature 30°C +/- 2°C; aerobic conditions in seawater with a salinity of 3.5 wt% +/- 1 wt%; be characterized. It should be understood here that the material used according to the invention has in particular a biodegradability according to the aforementioned soil composting test if it is intended for a soil layer sealing beyond flowing or standing water and has a biodegradability according to the aforementioned marine incubation test if it is intended for a Soil layer sealing in a body of water or on the bottom of a body of water is intended. The peel strength of a biodegradable material is determined over the biological degradation period in such a way that the geosynthetic mat is stored under the aforementioned environmental conditions of one of the two suitable tests for several different specific periods of time and after this period of time is subjected to a peeling test, for example a drum peeling test according to DIN 53295 or a peel test according to DIN EN 28510-1:2014 DE or according to ASTM D6496 in order to determine the progression of peel strength over time.
Dabei kann insbesondere eine Kompostierungsumgebung gemäß Abschnitt 5.1 der DIN EN ISO 16929:2018-04 vorgesehen sein, also eine Umgebung mit folgenden Bedingungen, um den Kompostierungstest durchzuführen: die Geokunststoffmatte wird in frischen Bioabfall mit einer natürlichen, ubiquitär vorkommenden mikrobiellen Population eingelegt, sodass dieser Bioabfall die Geokunststoffmatte beidseitig zumindest mit 30cm. Dicke bedeckt, Temperatur, pH-Wert, Feuchtegehalt und Gaszusammensetzung werden überwacht, der Kompostierungstest wird in einem Behälter durchgeführt, der groß genug ist, damit die natürliche Selbsterwärmung stattfindet, durch ein Luftzuführungssystem wird eine ausreichende und gleichmäßige Begasung durchgeführt, der Behälter kann in einer Klimakammer mit einer konstanten Kammertemperatur durchgeführt werden, wenn der Kompost während der spontanen thermophilen Phase Temperaturen oberhalb von 65°C erreicht, kann die Vielfältigkeit der Mikroorganismen verringert werden. In particular, a composting environment in accordance with Section 5.1 of DIN EN ISO 16929:2018-04 can be provided, i.e. an environment with the following conditions in order to carry out the composting test: the geosynthetic mat is placed in fresh organic waste with a natural, ubiquitous microbial population, so that this Biowaste the geosynthetic mat at least 30cm on both sides. thick covered, Temperature, pH, moisture content and gas composition are monitored, the composting test is carried out in a container large enough for natural self-heating to take place, sufficient and uniform fumigation is carried out through an air supply system, the container can be placed in a climate chamber with a If the compost reaches temperatures above 65°C during the spontaneous thermophilic phase, the diversity of microorganisms can be reduced.
Um die gesamte Bandbreite von thermophilen Bakterien wiederherzustellen, kann der Kompost erneut mit ausgereiftem Kompost (etwa 1 % der gesamten Ausgangsmasse des Bioabfalls) jüngeren Ursprungs (höchstens 3 Monate alt) beimpft werden. To restore the full range of thermophilic bacteria, the compost can be re-inoculated with mature compost (about 1% of the total initial mass of biowaste) of recent origin (maximum 3 months old).
Dabei werden für den Kompostierungstest ein homogener Bioabfall desselben Alters und Ursprungs verwendet, der durch Schreddern oder Sieben auf eine Teilchengröße von höchstens 50mm verringert wird. Abhängig von der Art des Abfalls werden 10%-60% eines Füllstoffs aus strukturell stabilen Bestandteilen wie Holzhackschnitzel oder Rinde mit einer Teilchengröße von 10mm bis 50mm hinzugefügt. Der Bioabfall muss folgende Kriterien erfüllen: das C/N-Verhältnis des Gemischs aus frischem Bioabfall und Füllstoff beträgt zwischen 20 und 30, es kann bei Bedarf mit Harnstoff ausgeglichen werden, der Feuchtegehalt beträgt mehr als 50% Massenanteil, es liegt jedoch kein freies Wassere vor der Glühverlust des Trockenrückstandes ist größer als 50% Massenanteil, der pH-Wert liegt über 5. Neben der Schälfestigkeit wird erfindungsgemäß weiterhin das Quellverhalten als Eigenschaft der Geokunststoffmatte berücksichtigt und die Eigenschaften in einem Verhältnis zu der Schälfestigkeit eingestellt. Dabei ist nach Erkenntnis der Erfinder der reine Quellgrad für die gewünschten langfristigen Dichtigkeitseigenschaften der Geokunststoffmatte für viele Anwendungen nicht als charakteristische Größe heranziehbar, weil durch den Quellgrad die angestrebten Verdichtungseigenschaften der Mittelfüllschicht nicht ausreichend abgebildet werden. Stattdessen wird die Mittelfüllschicht mit einem Quellhebungsgrad ausgebildet bzw. charakterisiert, der die Volumenzunahme unter einem konstanten Druck beschreibt, der in der Prüfung als Auflagedruck auf die Materialschicht realisiert wird, beispielsweise durch eine Platte oder Scheibe mit entsprechendem Gewicht. For the composting test, homogeneous organic waste of the same age and origin is used, which is reduced to a particle size of a maximum of 50mm by shredding or sieving. Depending on the type of waste, 10%-60% of a filler made from structurally stable components such as wood chips or bark with a particle size of 10mm to 50mm is added. The organic waste must meet the following criteria: the C/N ratio of the mixture of fresh organic waste and filler is between 20 and 30, it can be balanced with urea if necessary, the moisture content is more than 50% by mass, but there is no free water before the loss on ignition of the dry residue is greater than 50% mass fraction, the pH value is above 5. In addition to the peel strength, according to the invention the swelling behavior is also taken into account as a property of the geosynthetic mat and the properties are adjusted in relation to the peel strength. According to the inventors' knowledge, the pure degree of swelling cannot be used as a characteristic variable for the desired long-term sealing properties of the geosynthetic mat for many applications because the degree of swelling does not adequately reflect the desired compaction properties of the middle filling layer. Instead, the middle filling layer is formed or characterized with a degree of swelling, which describes the increase in volume under a constant pressure, which is realized in the test as contact pressure on the material layer, for example by a plate or disk with a corresponding weight.
Dabei ist grundsätzlich zu verstehen, dass der Quellhebungsgrad über zumindest den ersten Monat und die darauffolgenden beiden Monate berücksichtigt wird. Grundsätzlich kann der Quellhebungsgrad auch über einen längeren Zeitraum berücksichtigt werden, was insbesondere bei langsam quellenden Mittelfüllschichten eine gute Abstimmung der Eigenschaften ergibt. Bei einigen Materialien ist zu berücksichtigen, dass diese bereits durch Lagerung an Luft eine initiale Quellung durchlaufen, beispielsweise weil diese Materialien sehrtrocken und wasseraufnahmefähig aus dem Produktionsprozess kommen. In solchen Fällen ist zu verstehen, dass die Materialien einer den realistischen Bedingungen einer Zwischenlagerung an Luft und dem dabei auftretenden Aufquellen entsprechend erst in einem sich danach einstellenden Zustand in die erfindungsgemäße Prüfung des Quellhebeverhaltens eingesetzt werden, um eine Verfälschung der Ergebnisse durch nicht repräsentative Anfangseffekte, die in den ersten Stunden oder den ersten Tagen der Quellhebeprüfung sonst auftreten könnten, zu vermeiden. In principle, it should be understood that the degree of source elevation is taken into account over at least the first month and the following two months. In principle, the degree of swelling can also be taken into account over a longer period of time, which results in a good coordination of the properties, particularly in the case of slowly swelling middle fill layers. For some materials, it should be taken into account that they undergo an initial swelling when stored in air, for example because these materials come out of the production process very dry and capable of absorbing water. In such cases, it should be understood that the materials, in accordance with the realistic conditions of intermediate storage in air and the swelling that occurs, are only used in the test of the swelling behavior according to the invention in a state that then arises, in order to avoid falsification of the results due to unrepresentative initial effects, which could otherwise occur in the first hours or the first days of the swelling test.
Maßgeblich für die Erfüllung der Funktionen der Geokunststoffmatte ist hierbei zum einen, dass durch die obere und untere Decklage und die Verbindungsstruktur stets ein ausreichender Gegendruck gegen das Aufquellen der Mittelfüllschicht erhalten bleibt, der zeitlich abgestimmt insbesondere in den ersten Monaten zu einer ausreichenden Verdichtung der Mittelfüllschicht und damit einem Schließen der Poren in der Mittelfüllschicht führt. Hierdurch wird die notwendige Dichtigkeit erreicht und kann dann nachfolgend über einen langen Zeitraum, insbesondere nachdem das Aufquellen sich asymptotisch einem maximalen Quellgrad genähert hat und der biologische Abbau soweit fortgeschritten ist, dass die Schälfestigkeit signifikant reduziert ist oder nahe null liegt, erhalten bleiben. Zum anderen ist es in vielen Anwendungsfällen wichtig, dass die Geokunststoffmatte zu jedem Zeitpunkt nach ihrem Einbau die mechanischen Eigenschaften bereitstellt, die bei einem etwaigen Einbau in einer Hanglage ein Abrutschen verhindern. Hierzu ist nach Erkenntnis der Erfinder eine initial geringe Reduktion der Schälfestigkeit im Verhältnis zu dem Aufquellen maßgeblich, um in einer frühen Phase, in der sich noch keine stabilisierende Funktion der Mittelfüllschicht ausgebildet hat, die Scherfestigkeit durch die biologisch abbaubaren Strukturen zu erhalten. The decisive factor for fulfilling the functions of the geosynthetic mat is, on the one hand, that the upper and lower cover layer and the connecting structure always maintain sufficient counterpressure against the swelling of the middle filling layer, which, in a timely manner, leads to sufficient compaction of the middle filling layer, particularly in the first few months This leads to the pores in the middle filling layer closing. In this way, the necessary tightness is achieved and can then be maintained over a long period of time, in particular after the swelling has asymptotically approached a maximum degree of swelling and the biological degradation has progressed to such an extent that the peel strength is significantly reduced or is close to zero. On the other hand, in many applications it is important that the geosynthetic mat provides the mechanical properties at any time after its installation that prevent slipping if installed on a slope. According to the inventors' knowledge, an initial small reduction in the peel strength in relation to the swelling is crucial in order to maintain the shear strength through the biodegradable structures in an early phase in which no stabilizing function of the middle filling layer has yet developed.
Der Zeitraum, innerhalb dem hierbei die gewünschten Eigenschaften, charakterisiert durch das Quell-Abbauverhältnis, vorliegen müssen, kann dabei von einigen Wochen bis hin zu einem oder zwei Jahren ab Beginn des Aufquellens und des biologischen Abbaus liegen.. The period within which the desired properties, characterized by the swelling-degradation ratio, must be present can range from a few weeks to one or two years from the start of swelling and biodegradation.
Zwar kann durch die Verwendung solcher biologisch abbaubarer Materialien grundsätzlich die Problematik einer Schadstoffverbringung oder Schadstoffbelastung nach Ausbau bei einer solchen Geokunststoffmatte verringert oder gänzlich vermieden werden, jedoch steht dem Einsatz solcher biologisch abbaubarer Materialien entgegen, dass durch den biologischen Abbau grundsätzlich die Dichtungswirkung der Geokunststoffmatte nicht erreicht wird, weil der notwendige Gegendruck beim Aufquellen der Mittelfüllschicht nicht oder nicht ausreichend erzeugt wird und hierdurch nach dem Aufquellen eine zu hohe Durchlässigkeit der Geokunststoffmatte vorliegt, welche die gewünschte Abdichtungsfunktion nicht erzielt. Zum anderen wird durch den biologischen Abbau der Decklagen und der Verbindungsstruktur die Scherfestigkeit der Geokunststoffmatte so stark reduziert, dass ein Abrutschen von Hangschichten auftritt, wenn die Geokunststoffmatte in einer Hanglage schräg verbaut ist. Der Einsatz biologisch abbaubarer Geotextilien wird daher in vielen Anwendungen als kritisch oder ungeeignet gesehen hinsichtlich der zeitlichen Anforderungen an die mechanische Verbundwirkung und DIN EN 12225 gibt für Geokunststoffe Prüfkriterien an, um eine allgemeine Beständigkeit gegen mikrobiellen Abbau nachzuweisen. Although the use of such biodegradable materials can in principle reduce or completely avoid the problem of contaminant transfer or pollution after removal of such a geosynthetic mat, the use of such biodegradable materials is hindered by the fact that the sealing effect of the geosynthetic mat is fundamentally not achieved due to biodegradation is because the necessary counterpressure is not generated or not sufficiently generated when the middle filler layer swells and as a result, after swelling, the permeability of the geosynthetic mat is too high, which does not achieve the desired sealing function. On the other hand, due to the biological degradation of the cover layers and the connecting structure, the shear strength of the geosynthetic mat is reduced to such an extent that slipping of slope layers occurs if the geosynthetic mat is installed at an angle on a slope. The use of biodegradable geotextiles is therefore seen as critical or unsuitable in many applications with regard to the time requirements for the mechanical bonding effect and DIN EN 12225 specifies test criteria for geosynthetics in order to demonstrate general resistance to microbial degradation.
Diese Probleme überwindet die erfindungsgemäße Geokunststoffmatte durch ein zeitlich abgestimmtes Quellverhalten zum Verhalten des biologischen Abbaus. Dazu wird der Verbund aus oberer und unterer Decklage und Verbindungsstruktur, nach einem Restschälfestigkeitsgrad charakterisiert, den dieser Verbund aufgrund einer biologischen Abbaugeschwindigkeit nach einer bestimmten biologischen Abbauzeitdauer, also zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Beginn des biologischen Abbauprozesses über einen darauf folgenden Zeitraum aufweist. Dieser Restschälfestigkeitsgrad charakterisiert folglich den Verbund aus den beiden Decklagen und der Verbindungsstruktur dahingehend, wie rasch sich dessen Schälfestigkeit durch den biologischen Abbauprozess über die Zeit verringert, stellt also eine Kurve dar, welche die Schälfestigkeit des biologisch abbaubaren Materials über die Zeit des biologischen Abbaus wiedergibt. Die Steigung der Kurve an jeder Stelle eines beliebigen Zeitpunkts kann als Schälfestigkeitsreduktionsgrad definiert werden. Je weiter der biologische Abbau vorangeschritten ist, desto geringer ist der Schälfestigkeitsreduktionsgrad.Je schneller der biologische Abbau stattfindet, desto steiler fällt die Kurve des Schälfestigkeitsreduktionsgrad über die Zeit ab und desto schneller verringert sich folglich die Schälfestigkeit des Verbunds. Dabei kann die Reduktion des Schälfestigkeitsreduktionsgrads durch einen biologischen Abbau der oberen Decklage, der unteren Decklage und/oder der Verbindungsstruktur erfolgen oder durch eine Reduktion der Befestigungsfestigkeit der Verbindungsstruktur in der oberen oder der unteren Decklage. The geosynthetic mat according to the invention overcomes these problems through a swelling behavior that is coordinated with the behavior of biological degradation. For this purpose, the composite of upper and lower cover layer and connecting structure is characterized according to a degree of residual peel strength, which this composite has due to a biological degradation rate after a certain biological degradation period, i.e. at a predetermined point in time after the start of the biological degradation process over a subsequent period of time. This residual peel strength therefore characterizes the composite of the two cover layers and the connecting structure in this way its peel strength decreases rapidly over time due to the biological degradation process, so it represents a curve that shows the peel strength of the biodegradable material over the time of biological degradation. The slope of the curve at any point in time can be defined as the degree of peel strength reduction. The further the biological degradation has progressed, the lower the degree of reduction in peel strength. The faster the biological degradation takes place, the steeper the curve of the degree of peel strength reduction falls over time and, consequently, the faster the peel strength of the composite decreases. The reduction in the degree of peel strength reduction can occur through biological degradation of the upper cover layer, the lower cover layer and/or the connecting structure or through a reduction in the fastening strength of the connecting structure in the upper or lower cover layer.
Zum anderen weist das Füllschichtmaterial der Mittelfüllschicht ein Quellvermögen auf, welches durch Wasseraufnahme und Quellfähigkeit des Füllschichtmaterials charakterisiert ist. Diese Quellfähigkeit wird durch den Quellhebungsgrad charakterisiert, der die Volumenzunahme des Füllschichtmaterials zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Quellbeginn im Verhältnis zum Trockenvolumen des Füllschichtmaterials vor Quellbeginn unter einer Druckbelastung von 4,5N/m2 beschreibt und im zeitlichen Verlauf eine Kurve ergibt, welche die Zunahme des des Volumens des Füllschichtmaterials über die Quellzeit wiedergibt. Je höher der Quellhebungsgrad, desto stärker ist das Vermögen des Füllschichtmaterials, unter Last aufzuquellen. Dabei ist zu verstehen, dass der Quellhebungsgrad des Materials ohne Wegbeschränkung der Quellbewegung bestimmt wird, das Material also bei der Ermittlung des Quellhebungsgrades ungehindert seinen Wassergehalt oder sein Volumen vergrößern kann. In der Praxis kann dies durch einen kraftgesteuerten Versuch erfolgen oder durch Auflegen einer vertikal frei beweglichen Platte mit einem Gewicht von 4,5kg pro Quadratmeter auf das Füllschichtmaterial bei der Bestimmung des Quellhebungsgrades. On the other hand, the filling layer material of the middle filling layer has a swelling capacity, which is characterized by water absorption and swelling capacity of the filling layer material. This ability to swell is characterized by the degree of swelling, which describes the increase in volume of the filling layer material at a certain point in time after the start of swelling in relation to the dry volume of the filling layer material before the start of swelling under a pressure load of 4.5N/m 2 and results in a curve over time which shows the increase in the of the volume of the filling layer material over the swelling time. The higher the degree of swelling, the greater the ability of the filling layer material to swell under load. It should be understood that the degree of swelling elevation of the material is determined without restricting the path of the swelling movement, meaning that the material can increase its water content or volume unhindered when determining the degree of swelling elevation. In practice, this can be done by a force-controlled test or by placing a vertically freely movable plate weighing 4.5 kg per square meter on the fill layer material when determining the degree of swelling.
Das quellfähige Material der Mittelfüllschicht und das biologisch abbaubare Material der oberen und unteren Deckklage und gegebenenfalls auch der Verbindungsstruktur sind nun solcherart beschaffen, dass das Verhältnis zwischen dem Quellhebungsgrad des quellfähigen Materials zu dem Restschälfestigkeitsgrad des Verbunds aus oberer und unterer Decklage und Verbindungsstruktur über einen Anfangszeitraum von einer Woche in einem Bereich zwischen 1 und 5 und ab Anfang des zweiten bis zum Ende des dritten Monats zwischen 1 ,5 und 25, bevorzugt zwischen 2 und 15 liegt. Durch diese beiden in zeitlicher Hinsicht aufeinander folgenden und abgestimmten Materialeigenschaften der Mittelfüllschicht einerseits und des diese Mittelfüllschicht einfassenden mechanischen Verbunds andererseits wird erreicht, dass in der initialen Phase des Aufquellens der Mittelfüllschicht die obere und untere Decklage und die Verbindungsstruktur zwischen diesen beiden Decklagen einen ausreichend hohen mechanischen Gegendruck gegen den Quelldruck aufbauen und über einen so langen Zeitraum aufrechterhalten können, dass eine ausreichende Verdichtung der Mittelfüllschicht bei diesem Quellvorgang bewirkt wird. Darüber hinaus wird erreicht, dass sich die obere und untere Decklage und gegebenenfalls die Verbindungsstruktur zu einem späteren Zeitpunkt, zu dem diese Quellung weitestgehend oder vollständig abgeschlossen ist, biologisch abgebaut hat und hierdurch eine Schadstoffbelastung bei Ausbau der Geokunststoffmatte oder bei erosionsbedingtem Verbringen von Teilen der Geokunststoffmatte nicht mehr auftreten kann. The swellable material of the middle filling layer and the biodegradable material of the upper and lower cover layer and possibly also the connecting structure are now designed in such a way that the relationship between the degree of swelling of the swellable material and the residual peel strength of the composite of the upper and lower cover layer and connecting structure over an initial period of a week in a range between 1 and 5 and from the beginning of the second to the end of the third month between 1.5 and 25, preferably between 2 and 15. Through these two temporally successive and coordinated material properties Middle filling layer on the one hand and the mechanical composite surrounding this middle filling layer on the other hand, it is achieved that in the initial phase of swelling of the middle filling layer, the upper and lower cover layer and the connecting structure between these two cover layers build up a sufficiently high mechanical counterpressure against the swelling pressure and maintain it over such a long period of time can ensure that the middle filling layer is sufficiently compacted during this swelling process. In addition, it is achieved that the upper and lower cover layer and, if applicable, the connecting structure have biologically degraded at a later point in time, when this swelling is largely or completely complete, thereby reducing pollutant pollution when the geosynthetic mat is removed or when parts of the geosynthetic mat are removed due to erosion can no longer occur.
Nach Erkenntnis der Erfinder kann bei einer ausreichenden Homogenisierung und Abnahme des Luftporenvolumens die Mittelfüllschicht insgesamt eine Scherfestigkeit entwickeln, die zumindest im Bereich der Scherfestigkeit der Geokunststoffmatte unmittelbar nach Einbau, also bei nicht gequollener Mittelfüllschicht und initialer Schälfestigkeit des Verbunds aus der oberen und unteren Decklage und der Verbindungsstruktur liegt oder diese sogar übertrifft. Hierdurch wird die Gefahr eines Abrutschens des Hangs aufgrund einer labilen Schichtebene in Gestalt der Geokunststoffmatte zuverlässig verhindert. According to the inventors' knowledge, with sufficient homogenization and a decrease in the air pore volume, the middle filling layer can develop a shear strength overall that is at least in the area of the shear strength of the geosynthetic mat immediately after installation, i.e. when the middle filling layer is not swollen and the initial peel strength of the composite of the upper and lower cover layer and the Connection structure lies or even exceeds it. This reliably prevents the risk of the slope slipping due to an unstable layer plane in the form of the geosynthetic mat.
Die erfindungsgemäße Geokunststoffmatte erzielt durch diese Zusammensetzung und das Verhältnis der Materialeigenschaften hinsichtlich des Quellverhaltens der Mittelfüllschicht und des Abbaus der mechanischen Eigenschaften der oberen und unteren Decklage eine ausreichend hohe Dichtigkeit aufgrund der erzielbaren Verdichtung, zugleich aber eine Vermeidung der Gefahr eines Abrutschens des Hangs und stellt dadurch mittel- und langfristig die angestrebten hydraulischen und mechanischen Eigenschaften ohne damit einhergehende Schadstoffbelastung bereit. Die erfindungsgemäße Geokunststoffmatte kann daher, sofern die Mittelfüllschicht entsprechend umweltverträgliche Materialien aufweist oder aus diesen besteht, ohne die Gefahr einer lokalen Umweltbelastung und einer durch Erosion und Verbringung an anderen Orten entstehende Umweltgefährdung eingebaut werden und bei einem temporären Einsatz kostengünstig ausgebaut und entsorgt werden. Due to this composition and the ratio of the material properties with regard to the swelling behavior of the middle filling layer and the degradation of the mechanical properties of the upper and lower cover layer, the geosynthetic mat according to the invention achieves a sufficiently high level of tightness due to the achievable compaction, but at the same time avoids the risk of the slope slipping and thereby provides In the medium and long term, the desired hydraulic and mechanical properties are available without the associated pollution. The geosynthetic mat according to the invention can therefore, provided that the middle filling layer has or consists of appropriate environmentally friendly materials, be installed without the risk of local environmental pollution and an environmental hazard caused by erosion and movement to other locations and can be expanded and disposed of cost-effectively for temporary use.
Durch die erfindungsgemäßen Bereiche des Verhältnisses zwischen Quellhebungsgrad und Restschälfestigkeitsgrad, die innerhalb der ersten drei Monate eingehalten werden, wird eine ausgewogene Entwicklung der Dichtigkeit der Geokunststoffmatte durch das Quellen und der mechanischen Festigkeitsbereitstellung für die Bodenschicht auch bei Einbau in Hanglage und Einwirkung entsprechender Scherkräfte erzielt. The inventive ranges of the ratio between the degree of swelling and the degree of residual peel strength, which are maintained within the first three months, ensure a balanced development of the tightness of the geosynthetic mat Sources and the provision of mechanical strength for the soil layer are achieved even when installed on slopes and subject to corresponding shear forces.
Es ist insbesondere bevorzugt, wenn das Quell-Abbau-Verhältnis innerhalb der ersten Woche nach dem zeitgleichen Beginn des Quellprozesses und des biologischen Abbauprozesses ab dem dritten Tag in einem Bereich zwischen 1 ,2 und 5 liegt. Ein besonders bevorzugtes Quell- Abbau-Verhältnis in der ersten Woche liegt für den Einbau der Geokunststoffmatte mit darüberliegender beschwerender Bodenschicht bei 1 ,25 bis 4, bevorzugt bei 1 ,25 bis 3. Ein besonders bevorzugtes Quell- Abbau-Verhältnis in der ersten Woche liegt für den Einbau der Geokunststoffmatte ohne darüberliegende Bodenschicht bei 1 bis 4, bevorzugt bei 1 ,2 bis 3. Grundsätzlich kann die Erfindung für unterschiedliche Einbausituationen bevorzugt so verwirklicht werden, dass das Quell- Abbau-Verhältnis in in der ersten Woche ab dem dritten Tag in einem Bereich liegt, der eine Untergrenze von 1 , oder 1 ,25 oder 1 ,5 oder 2 aufweist und der eine Obergrenze von 1 ,75 oder 2 oder 4 oder 6 aufweist. It is particularly preferred if the swelling-degradation ratio is in a range between 1.2 and 5 within the first week after the simultaneous start of the swelling process and the biological degradation process from the third day. A particularly preferred swelling-degradation ratio in the first week for the installation of the geosynthetic mat with an overlying weighting soil layer is 1.25 to 4, preferably 1.25 to 3. A particularly preferred swelling-degradation ratio in the first week is for the installation of the geosynthetic mat without an overlying soil layer at 1 to 4, preferably at 1.2 to 3. In principle, the invention can preferably be implemented for different installation situations in such a way that the swelling-degradation ratio in the first week from the third day in a range which has a lower limit of 1, or 1.25 or 1.5 or 2 and which has an upper limit of 1.75 or 2 or 4 or 6.
Ab dem Anfang des zweiten bis zum Ende des dritten Monats nach Quell- und Abbaubeginn liegt das Quell-Abbau-Verhältnis bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 ,75 und 20, vorzugsweise in einem Bereich mit einer Untergrenze von 1 ,75 oder 2 oder 2,5 oder 3 und/oder einer Obergrenze von 25 oder 20 oder 15 oder 10. From the beginning of the second to the end of the third month after the start of swelling and degradation, the swelling-degradation ratio is preferably in a range between 1.75 and 20, preferably in a range with a lower limit of 1.75 or 2 or 2, 5 or 3 and/or a cap of 25 or 20 or 15 or 10.
Bevorzugt ist es, wenn das Quell-Abbau-Verhältnis ab dem dritten Monat bis zum Ende des zwölften Monats nach dem Beginn des Quellprozesses und des biologischen Abbauprozesses in einem Bereich zwischen 2 und 50, vorzugsweise in einem Bereich mit einer Untergrenze von 3 und/oder einer Obergrenze von 30 liegt. Bei einer solch längeren Zeitspanne wird ein langfristiger Quell- und Abbauprozess der Geokunststoffmatte erfasst und die Eigenschaften der Geo kunststoffmatte sind solcherart beschaffen, dass über diesen längeren Zeitraum ein optimales Quell- und Abbauverhalten erzielt wird. It is preferred if the swelling-degradation ratio from the third month to the end of the twelfth month after the start of the swelling process and the biodegradation process is in a range between 2 and 50, preferably in a range with a lower limit of 3 and/or has an upper limit of 30. With such a longer period of time, a long-term swelling and degradation process of the geosynthetic mat is recorded and the properties of the geosynthetic mat are such that optimal swelling and degradation behavior is achieved over this longer period of time.
Nach Erkenntnis der Erfinder können durch eine solcherart abgestimmte Reduktion der Schälfestigkeit einerseits und Quellung andererseits verschiedene Effekte vorteilhaft umgesetzt werden. So tritt regelmäßig zu Beginn des Quellprozesses eine starke Gewichts- und Volumenzunahme auf und zu diesem Zeitpunkt ist ein hoher Gegendruck gegen den Quelldruck erforderlich, um eine möglichst dichte Struktur in der Mittelfüllschicht zu erzielen. Die Quellung der Mittelfüllschicht bewirkt zudem eine dortige Verdichtung, mechanische Stabilisierung, die sich einerseits durch das Quellen unter Gegendruck selbst ergibt, die sich bei vielen Materialien, die für quellfähige Mittelfüllschichten eingesetzt werden können, aber auch durch einen chemischen Prozess eine stabilisierte Mittelfüllschicht ergibt. So kann sich beispielsweise ein in der Mittelfüllschicht enthaltenes Schichtsilikat während des Quellprozesses zu einem anderen Schichtsilikat umwandeln, beispielsweise kann sich Natriumbentonit in Kalziumbentonit umwandeln, und hierdurch eine höhere Festigkeit und Stabilität gegenüber Scherkräften aus der Mittelfüllschicht selbst heraus bereitstellen. Dieser Umbauprozess in der Mittelfüllschicht erlaubt es daher, mit zunehmendem Quellhebungsgrad die Schälfestigkeit der stabilisierenden Decklage und Verbindungsstruktur zu reduzieren, bis zu einem vollständigen Abbau der Decklage und der Verbindungsstruktur zu einem späteren Zeitpunkt. According to the inventors' knowledge, various effects can be advantageously implemented through such a coordinated reduction in peel strength on the one hand and swelling on the other. A strong increase in weight and volume regularly occurs at the beginning of the swelling process and at this point a high counter pressure against the swelling pressure is required in order to achieve the densest possible structure in the middle filling layer. The swelling of the middle filling layer also causes a local compression and mechanical stabilization, which on the one hand results from the swelling under counter pressure itself, which occurs in many materials that are used for swellable middle filling layers can be made, but also results in a stabilized middle filling layer through a chemical process. For example, a layered silicate contained in the middle filling layer can be converted into another layered silicate during the swelling process, for example sodium bentonite can be converted into calcium bentonite, thereby providing greater strength and stability against shear forces from the middle filling layer itself. This conversion process in the middle filling layer therefore allows the peel strength of the stabilizing cover layer and connecting structure to be reduced as the degree of swelling increases, until the cover layer and the connecting structure are completely dismantled at a later point in time.
Ein typisches Beispiel hierfür sind Mittelfüllschichten, die eine als Bentonit bekannte Mineralienmischung mit dem Hauptbestandteil Montmorillonit in Pulver- oder Granulatform enthalten oder aus dieser Mineralienmischung bestehen. Diese Mineralienmischung kann sich aus dem Ausgangszustand, der Natriumbentonit-Anteile enthält, in einen aufgequollenen Zustand, der daraus gewandelte Kalziumbentonit-Anteile enthält wandeln und nimmt hierbei an Scherfestigkeit zu. Die hierfür benötigten Kalzium-Ionen sind nach Erkenntnis der Erfinder zum lonenaustausch in ausreichenden Mengen oftmals bereits im Bentonit enthalten, in zusätzlichen Mengen auch immer im umgebenden Boden, wodurch der Vorgang beschleunigt werden kann. Mit der Zeit findet der lonenaustausch von Natrium (einwertig) zu Kalzium (zweiwertig) dann statt, Die Umgebungsbedingungen bestimmen, wie schnell dieser Vorgang vonstatten geht. A typical example of this are middle fill layers that contain a mineral mixture known as bentonite with the main component montmorillonite in powder or granule form or consist of this mineral mixture. This mineral mixture can change from the initial state, which contains sodium bentonite components, into a swollen state, which contains converted calcium bentonite components and thereby increases in shear strength. According to the inventors' knowledge, the calcium ions required for this purpose are often already contained in bentonite in sufficient quantities for ion exchange, and in additional quantities in the surrounding soil, which can accelerate the process. Over time, the ion exchange from sodium (monovalent) to calcium (divalent) takes place. The environmental conditions determine how quickly this process takes place.
Es ist besonders bevorzugt, wenn der Quellhebungsgrad eine Woche nach dem Beginn des Quellprozesses größer als 1 ,25 ist, vorzugsweise größer als 1 ,5 oder 2 und/oder der Quellhebungsgrad einen Monat nach dem Beginn des Quellprozesses größer als 1 ,5 vorzugsweise größer als 2 oder 3 ist, und/oder der Restschälfestigkeitsgrad drei Monate nach dem Beginn des Quellprozesses kleiner als 0,95 ist, vorzugsweise kleiner als 0,9 oder 0,8 und/oder der Restschälfestigkeitsgrad zwölf Monate nach dem Beginn des Quellprozesses kleiner als 0,9, vorzugsweise kleiner als 0,75 oder 0,5 ist. Grundsätzlich ist ein Quellverhalten so zu verstehen ist, dass die Mittelfüllschicht über die Zeit in relevantem Maße aufquillt und ein biologisches Abbauverhalten so zu verstehen, dass die Schälfestigkeit über die Zeit in relevantem Maße sinkt. Gemäß dieser Fortbildung ist nicht nur das Verhältnis aus Aufquellen und biologischem Abbau in einem bestimmten Bereich eingestellt, sondern das Quellverhalten und die Reduktion der mechanischen Festigkeit durch den biologischen Abbau sind auch jeweils isoliert in einem vorteilhaften Wertebereich, der ein günstiges Quellen und einen zeitlich zweckmäßigen biologischen Abbau erzielt. So ist für viele Anwendungszwecke ein rasches Aufquellen zwecks Herstellung einer Dichtigkeit initial von Bedeutung, wohingegen der biologische Abbau bevorzugt über einen demgegenüber längeren Zeitraum stattfinden kann und soll. It is particularly preferred if the degree of swelling one week after the start of the swelling process is greater than 1.25, preferably greater than 1.5 or 2 and / or the degree of swelling one month after the start of the swelling process is greater than 1.5, preferably greater than is 2 or 3, and/or the residual peel strength degree three months after the start of the swelling process is less than 0.95, preferably less than 0.9 or 0.8 and/or the residual peel strength degree twelve months after the start of the swelling process is less than 0, 9, preferably less than 0.75 or 0.5. Basically, swelling behavior is to be understood as meaning that the middle filling layer swells to a relevant extent over time and biological degradation behavior is to be understood as meaning that the peel strength drops to a relevant extent over time. According to this training, not only is the ratio of swelling and biological degradation set in a certain range, but the swelling behavior and the reduction in mechanical strength due to biological degradation are also isolated in an advantageous range of values, which ensures favorable swelling and a time-appropriate biological Reduction achieved. For many applications, rapid swelling is necessary Establishing a tightness is initially important, whereas biological degradation can and should preferably take place over a longer period of time.
Es ist besonders bevorzugt, wenn die Verbindungsstruktur eine Vernadelung zwischen der oberen und der unteren Decklage umfasst oder durch eine solche Vernadelung gebildet wird. Bei einer Vernadelung werden mittels Durchstoßen der Decklage mit einer als Werkzeug dienenden, mit Widerhaken versehenen Nadel mehrere einzelne Fasern aus dieser Decklage durch die Mittelfüllschicht gezogen und in der gegenüberliegenden Decklage verhakt. Bevorzugt kann eine solche Vernadelung ausgeführt werden, wenn die durchstoßene Decklage und/oder die gegenüberliegende Decklage als Vlieslage ausgeführt ist, also als Lage mit einer ungeordneten Faserstruktur, aus der Fasern beim Vernadelungsprozess herausgezogen werden können und in der gegenüberliegenden Schicht verankert werden können, um hierdurch die Verbindungsstruktur zu bilden. Eine Vernadelung ist aber auch möglich, wenn die verankernde Decklage mit geordneten Faserstrukturen ausgebildet sind, also beispielsweise gewirkten, gestrickten oder gewebten Decklagen, wobei hierbei vorzugsweise die Vernadelung immer ausgehend von einer Vlieslage als oberste Decklage ausgeht, da in einer Vlieslage die Fasern eine gute Mobilität senkrecht zur Schichtebene aufweisen. Durch eine Vernadelung kann insbesondere eine Verbindungsstruktur bereitgestellt werden, die die obere und die untere Decklage an einer Vielzahl von über die Fläche der Geokunststoffmatte verteilten und voneinander beabstandeten Punkten miteinander verbindet und hierdurch eine quasi über die gesamte Fläche der oberen und unteren Decklage wirkende Verbindung zwischen den beiden Decklagen erzielt und folglich besonders wirksam gegen Quelldruck und Scherkräfte wirken kann. Umfasst die Verbindungsstruktur, also insbesondere die zur Erstellung der Vernadelung durchstoßene Decklage, Fasern aus einem Thermoplast (z.B. PLA, PBS, PBAT) können die Fasern auf der Rückseite der zweiten Decklage durch Anschmelzen zusätzlich verankert werden und so den initialen inneren Scherverbund der Geokunststoffmatte erhöhen. Dies kann beispielsweise mittels eines Flammbalkens erfolgen, der die aus der zweiten Decklage nach außen vorstehenden Faseranteile anschmilzt, wodurch diese kleine Knötchen bilden, die ein Herausziehen der Fasern aus der zweiten Decklage in Richtung zur ersten Decklage verhindern oder erschweren. It is particularly preferred if the connecting structure comprises needling between the upper and lower cover layers or is formed by such needling. During needling, by piercing the cover layer with a barbed needle serving as a tool, several individual fibers are pulled from this cover layer through the middle filling layer and hooked into the opposite cover layer. Such needling can preferably be carried out if the pierced cover layer and/or the opposite cover layer is designed as a non-woven layer, i.e. as a layer with a disordered fiber structure, from which fibers can be pulled out during the needling process and can be anchored in the opposite layer, thereby to form the connection structure. However, needling is also possible if the anchoring cover layer is designed with ordered fiber structures, for example knitted, knitted or woven cover layers, with the needling preferably always starting from a fleece layer as the top cover layer, since the fibers in a fleece layer have good mobility perpendicular to the layer plane. In particular, a connecting structure can be provided by needling, which connects the upper and lower cover layers to one another at a large number of points distributed over the surface of the geosynthetic mat and spaced apart from one another, thereby creating a connection between the upper and lower cover layers that acts virtually over the entire surface both cover layers and can therefore be particularly effective against swelling pressure and shear forces. If the connecting structure, in particular the cover layer pierced to create the needling, comprises fibers made of a thermoplastic (e.g. PLA, PBS, PBAT), the fibers can be additionally anchored on the back of the second cover layer by melting and thus increase the initial internal shear bond of the geosynthetic mat. This can be done, for example, by means of a flame bar, which melts the fiber portions protruding outwards from the second cover layer, whereby they form small nodules which prevent or make it difficult for the fibers to be pulled out of the second cover layer in the direction of the first cover layer.
Noch weiter ist es bevorzugt, wenn die obere und/oder die untere Decklage und/oder die Verbindungsstruktur Fasern aus dem biologisch abbaubaren Material umfasst oder durch solche biologisch abbaubaren Fasern gebildet wird. Durch die Ausgestaltung aus Fasern aus einem biologisch abbaubaren Material kann einerseits eine gute Festigkeit und die Möglichkeit der Vernadelung erzielt werden, andererseits können solche Fasern besonders gut gezielt biologisch abgebaut werden und hierdurch das gewünschte Verhältnis von Quellhebungsgrad und Restschälfestigkeitsgrad bereitstellen. It is even further preferred if the upper and/or the lower cover layer and/or the connecting structure comprises fibers made of the biodegradable material or is formed by such biodegradable fibers. By designing fibers made of a biodegradable material, on the one hand good strength and the possibility of needling can be achieved, on the other hand such fibers can be particularly can be biodegraded in a well-targeted manner and thereby provide the desired ratio of the degree of swelling and the degree of residual peel strength.
Noch weiter ist es bevorzugt, wenn das biologisch abbaubare Material der oberen Decklage und der unteren Decklage verschieden voneinander ist, oder das biologisch abbaubare Material der oberen Decklage und der unteren Decklage übereinstimmend ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist bei einer ersten Ausgestaltung das biologisch abbaubare Material von oberer und unterer Decklage verschieden, was in bestimmten Einbausituationen und Bodenstrukturen vorteilhaft sein kann, um die Geo kunststoffmatte an lokale Anforderungen auf der Ober- und der Unterseite anzupassen. In vielen Anwendungen ist demgegenüber die zweite Alternative vorteilhaft, bei der das biologisch abbaubare Material von oberer und unterer Decklage übereinstimmen , die beiden Decklagen also aus dem gleichen Material aufgebaut sind. Diese Ausführungsform ermöglicht ein harmonisches, gleichartiges Abbauverhalten von oberer und unterer Decklage, eine günstige Auswahl an Verbindungsstrukturen zwischen den gleichartigen Materialien und ist somit für viele Anwendungsfälle gut geeignet. Even further, it is preferred if the biodegradable material of the upper cover layer and the lower cover layer is different from each other, or the biodegradable material of the upper cover layer and the lower cover layer is the same. According to this embodiment, in a first embodiment, the biodegradable material of the upper and lower cover layers is different, which can be advantageous in certain installation situations and floor structures in order to adapt the geoplastic mat to local requirements on the top and bottom. In many applications, the second alternative is advantageous, in which the biodegradable material of the upper and lower cover layers match, i.e. the two cover layers are made of the same material. This embodiment enables a harmonious, similar degradation behavior of the upper and lower cover layers, a favorable selection of connection structures between the similar materials and is therefore well suited for many applications.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das biologisch abbaubare Material der Verbindungsstruktur verschieden von dem biologisch abbaubaren Material der oberen Decklage und/oder der unteren Decklage ist, oder das biologisch abbaubare Material der Verbindungsstruktur übereinstimmend mit der oberen Decklage oder der unteren Decklage ist. Auch bei diesen beiden bevorzugten Ausführungsformen kann wiederum in bestimmten Einbausituationen, beispielsweise dann, wenn eine besonders hohe Scherfestigkeit oder eine über einen langen Zeitraum wirkende Scherfestigkeit gefordert ist, das biologisch abbaubare Material der Verbindungsstruktur verschieden von demjenigen der oberen und/oder unteren Decklage sein, um beispielsweise ein langsameres biologisches Abbauverhalten der Verbindungsstruktur im Vergleich zu den Decklagen oder einer der Decklagen zu erzielen. Wiederum ist es in vielen, üblichen Einbausituationen demgegenüber vorteilhaft, wenn das biologisch abbaubare Material von Verbindungsstruktur übereinstimmend zur oberen oder unteren Decklage oder beiden Decklagen ist und hierdurch wiederum Fertigungsvorteile aufgrund der Gleichheit der Materialien erzielt werden. According to a further preferred embodiment, it is provided that the biodegradable material of the connecting structure is different from the biodegradable material of the upper cover layer and/or the lower cover layer, or the biodegradable material of the connecting structure is identical to the upper cover layer or the lower cover layer. In these two preferred embodiments, too, in certain installation situations, for example when a particularly high shear strength or a shear strength acting over a long period of time is required, the biodegradable material of the connecting structure can be different from that of the upper and / or lower cover layer for example, to achieve a slower biological degradation behavior of the connecting structure compared to the cover layers or one of the cover layers. Again, in many common installation situations, it is advantageous if the biodegradable material's connecting structure matches the upper or lower cover layer or both cover layers and this in turn achieves manufacturing advantages due to the sameness of the materials.
Es ist weiter bevorzugt, wenn die obere und/oder die untere Decklage eine Vlieslage aus dem biologisch abbaubaren Material umfasst oder durch eine solche Vlieslage gebildet wird. Wenn die Decklage als solche Vlieslage ausgebildet ist oder eine solche Vlieslage umfasst, erlaubt dies einerseits eine gut anhaftende Auflage und Scherkraftübertragung aus umliegenden Bodenschichten in die Geokunststoffmatte, da eine Vlieslage aufgrund ihrer Oberflächenstruktur eine ausreichende Scherkraftübertragung zu anliegenden Bodenschichten erzielt. Eine Vlieslage eignet sich weiterhin gut zurVernadelung, wie zuvor erläutert, und kann dadurch eine Ausbildung einer effizienten Verbindungsstruktur eröffnen. Dabei ist unter einer Vlieslage eine Faserlage zu verstehen, in der die Fasern ungeordnet vorliegen und die über mittellange bis Endlosfasern im Bereich von ca. 6cm bis mehreren Metern oder mehr verfügt. Die Vlieslage kann bevorzugt aus Fasern bestehen, die zumindest zwei, vorzugsweise mehr unterschiedliche Faserstärken aufweisen, wobei hierbei unter einer unterschiedlichen Faserstärke ein Unterschied von zumindest 100 % zu verstehen, ist, also ein Unterschied, bei dem Fasern mit einem ersten Durchmesser und Fasern mit einem zweiten Durchmesser, der doppelt so groß ist wie der erste Durchmesser, in der Vlieslage umfasst sind. Durch solche Vlieslagen mit inhomogenen Faserdicken kann das biologische Abbauverhalten oftmals gut an das Quellverhalten der Mittelfüllschicht angepasst werden. It is further preferred if the upper and/or the lower cover layer comprises a nonwoven layer made of the biodegradable material or is formed by such a nonwoven layer. If the cover layer is designed as such a fleece layer or includes such a fleece layer, this allows, on the one hand, a well-adhering support and shear force transmission from surrounding soil layers into the geosynthetic mat, since a fleece layer achieves sufficient shear force transmission to adjacent soil layers due to its surface structure. A nonwoven layer is also well suited for needling, as explained above, and can thereby enable the formation of an efficient connection structure. A fleece layer is to be understood as meaning a fiber layer in which the fibers are present in a disordered manner and which has medium-long to continuous fibers in the range from approx. 6cm to several meters or more. The nonwoven layer can preferably consist of fibers which have at least two, preferably more, different fiber strengths, whereby a different fiber strength is understood to mean a difference of at least 100%, i.e. a difference in which fibers with a first diameter and fibers with a second diameter, which is twice as large as the first diameter, is included in the fleece layer. Through such fleece layers with inhomogeneous fiber thicknesses, the biological degradation behavior can often be well adapted to the swelling behavior of the middle filling layer.
Noch weiter ist es bevorzugt, wenn die obere und/oder die untere Decklage eine geordnete Textillage, insbesondere eine gewirkte, gewebte oder gestrickte Textillage aus dem biologisch abbaubaren Material umfasst oder durch eine solche Textillage gebildet wird. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine obere oder untere Decklage mit einer geordneten Struktur der Fasern vorgesehen, wodurch insbesondere im Vergleich zu Vlieslagen eine höhere Festigkeit der Decklage in Längs- und Querrichtung erzielt wird und weiterhin häufig eine geringere Flüssigkeitsdurchlässigkeit erzielt werden kann, wenn eine engmaschige Anordnung der Fasern in der Textillage verwirklicht wird. It is even further preferred if the upper and/or the lower cover layer comprises an ordered textile layer, in particular a knitted, woven or knitted textile layer made of the biodegradable material or is formed by such a textile layer. According to this embodiment, an upper or lower cover layer is provided with an ordered structure of the fibers, whereby a higher strength of the cover layer in the longitudinal and transverse directions is achieved, particularly in comparison to nonwoven layers, and furthermore a lower liquid permeability can often be achieved if a close-meshed arrangement of the Fibers are realized in the textile layer.
Noch weiter ist es bevorzugt, wenn die Mittelfüllschicht eine Mischung aus dem quellfähigen Material, wie einem Bentonitpulver, insbesondere Natriumbentonit, und einem nicht quellfähigen Zuschlagstoff, wie einem anorganischen Schüttgut, beispielsweise einem Granulat, insbesondere Sand, Glasgranulat, Kreide oder Kohlegranulat umfasst oder durch eine solche Mischung gebildet wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird in der Mittelfüllschicht eine Mischung aus quellfähigem Material und nicht quellfähigem Zugschlagstoff angeordnet. Beide Materialien liegen dabei in Form eines Schüttgutes vor und sind bevorzugt homogen miteinander vermischt. Durch die Hinzumischung eines solchen Zuschlagstoffes kann die Belastbarkeit der Mittelfüllschicht gegenüber Scherkräften nach Erkenntnis der Erfinder erheblich erhöht werden und hierdurch die mechanischen Eigenschaften der Geokunststoffmatte nach einem weitestgehenden oder vollständigen biologischen Abbau der beiden Decklagen und der Verbindungsstruktur in vorteilhafter Weise so beeinflusst werden, dass auch ein Einbau und Verbleib in steileren Hanglagen möglich wird. Dabei kann die Mischung so ausgebildet sein, dass sie einen Anteil von mindestens 20 Gew.- % quellfähigem Material und mindestens 20 Gew.-% Zuschlagstoff oder aber mindestens 30 Gew.-%, 40 Gew.-% quellfähiges Material aufweist und mindestens 30 Gew.-% oder 40 Gew.-% Zuschlagstoff. It is even further preferred if the middle filling layer comprises a mixture of the swellable material, such as a bentonite powder, in particular sodium bentonite, and a non-swellable additive, such as an inorganic bulk material, for example granules, in particular sand, glass granules, chalk or coal granules, or by a such mixture is formed. According to this embodiment, a mixture of swellable material and non-swellable tensile aggregate is arranged in the middle filling layer. Both materials are in the form of a bulk material and are preferably homogeneously mixed with one another. By adding such an additive, the resilience of the middle filling layer to shear forces can be significantly increased, according to the inventors' knowledge, and the mechanical properties of the geosynthetic mat can be influenced in an advantageous manner after extensive or complete biological degradation of the two cover layers and the connecting structure in such a way that a Installation and retention in steeper ones Slope locations become possible. The mixture can be designed in such a way that it has a proportion of at least 20% by weight of swellable material and at least 20% by weight of additive or at least 30% by weight, 40% by weight of swellable material and at least 30% by weight .-% or 40% by weight of additive.
Noch weiter ist es bevorzugt, wenn die Mittelfüllschicht eine aushärtende oder zur Aushärtung führende Flüssigkeit, insbesondere ein Hartöl wie Leinöl oder Tungöl, umfasst, wobei die Flüssigkeit vorzugsweise nur in einem Teilbereich wie einem Teilquerschnitt der Mittelfüllschicht vorhanden ist. Durch die Zugabe einer solchen aushärtenden oder zur Aushärtung führenden Flüssigkeit kann die mechanische Belastbarkeit, insbesondere gegenüber Scherbelastungen der Mittelfüllschicht oder gegenüber an der Oberfläche wirkenden Erosionseinwirkungen, weiter erhöht werden und hierdurch der biologische Abbau der Decklagen und der Verbindungsstruktur kompensiert werden. Dabei ist unter einer aushärtenden Flüssigkeit eine Flüssigkeit zu verstehen, die aus einem flüssigen in einen festen Zustand übergeht, beispielsweise durch Polymervernetzung oder durch Ausdampfen von Lösungsmittelanteilen. Unter einer zur Aushärtung führenden Flüssigkeit ist hingegen eine Flüssigkeit zu verstehen, die mit anderen Bestandteilen der Mittelfüllschicht reagiert und hierdurch eine Aushärtung der Mittelfüllschicht befördert. Die Flüssigkeit kann über die gesamte Mittelfüllschicht und den gesamten Querschnitt der Mittelfüllschicht verteilt sein, sie kann aber auch nur in Teilbereichen, beispielsweise punktuell, in Gitterbahnen, Längsbahnen oder Querbahnen der Geokunststoffmatte aufgetragen sein. Ebenso kann die Flüssigkeit nur über einen Teilquerschnitt der Mittelfüllschicht vorhanden sein, beispielsweise nur in einem Oberflächen bereich der Mittelfüllschicht oder in einem Mittelbereich des Querschnitts der Mittelfüllschicht. It is even further preferred if the middle filling layer comprises a hardening or hardening liquid, in particular a hard oil such as linseed oil or tung oil, the liquid preferably only being present in a partial area such as a partial cross section of the middle filling layer. By adding such a hardening or hardening liquid, the mechanical resilience, in particular against shear loads on the middle filling layer or against erosion effects acting on the surface, can be further increased and the biological degradation of the cover layers and the connecting structure can be compensated for. A hardening liquid is to be understood as meaning a liquid that changes from a liquid to a solid state, for example through polymer crosslinking or through evaporation of solvent components. On the other hand, a liquid that leads to hardening is understood to mean a liquid that reacts with other components of the middle filling layer and thereby promotes hardening of the middle filling layer. The liquid can be distributed over the entire middle filling layer and the entire cross section of the middle filling layer, but it can also only be applied in partial areas, for example at points, in grid strips, longitudinal strips or transverse strips of the geosynthetic mat. Likewise, the liquid can only be present over a partial cross section of the middle filling layer, for example only in a surface area of the middle filling layer or in a central area of the cross section of the middle filling layer.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Geokunststoffmatte fortgebildet ist durch eine benachbart zur oberen Decklage angeordnete obere Sperrlage und/oder eine benachbart zur unteren Decklage angeordnete untere Sperrlage, wobei jede Sperrlage durch eine Folie gebildet wird, insbesondere durch eine Folie aus einem biologisch abbaubaren Material, wobei bevorzugt die obere Sperrlage zwischen der oberen Decklage und der Mittelfüllschicht, die untere Sperrlage zwischen der unteren Decklage und der Mittelfüllschicht, die obere Decklage zwischen der oberen Sperrlage und der Mittelfüllschicht, oder die untere Decklage zwischen der unteren Sperrlage und der Mittelfüllschicht angeordnet ist. Durch eine solche Sperrlage kann verhindert werden, dass aus an der Geokunststoffmatte anliegenden Erdschichten quellbeschleunigende oder quellbehindernde Stoffe in die Mittelfüllschicht eindringen und hierdurch das Quellverhalten der Mittelfüllschicht ungünstig und unvorhersagbar beeinflussen. So wird durch eine solche Sperrschicht erreicht, dass ein geplantes und zum biologischen Abbauverhalten der Verbindungsstruktur und der Decklagen passendes langsames Quellverhalten aus der aufsteigenden Erdfeuchte oder einer gezielten Bewässerung ermöglicht wird. Eine solche Sperrlage kann durch eine Polyethylenfolie bereitgestellt werden, es können aber auch für die Sperrlage Folien aus biologisch abbaubaren Kunststoffen eingesetzt werden, insbesondere können hier biologisch abbaubare Materialien für die Sperrlage eingesetzt werden, die übereinstimmend zur oberen oder unteren Decklage sind. Die Sperrlage kann im Herstellungsprozess der Geokunststoffmatte in Form einer Beschichtung (Inline- Extrusion) aufgebracht oder als fertige Folie durch Laminieren, Kleben o.ä. aufgebracht werden. It is further preferred if the geosynthetic mat is formed by an upper barrier layer arranged adjacent to the upper cover layer and/or a lower barrier layer arranged adjacent to the lower cover layer, each barrier layer being formed by a film, in particular by a film made of a biodegradable material, wherein preferably the upper barrier layer is arranged between the upper cover layer and the middle filler layer, the lower barrier layer between the lower cover layer and the middle filler layer, the upper cover layer between the upper barrier layer and the middle filler layer, or the lower cover layer between the lower barrier layer and the middle filler layer. Such a barrier layer can prevent substances that accelerate or inhibit swelling from penetrating the middle filler layer from layers of earth adjacent to the geosynthetic mat and thereby influence the swelling behavior of the middle filler layer unfavorably and unpredictably. So will through such a The barrier layer ensures that a planned slow swelling behavior from the rising earth moisture or targeted irrigation is possible, which is appropriate to the biological degradation behavior of the connecting structure and the cover layers. Such a barrier layer can be provided by a polyethylene film, but films made of biodegradable plastics can also be used for the barrier layer; in particular, biodegradable materials can be used here for the barrier layer, which are the same as the upper or lower cover layer. The barrier layer can be applied during the manufacturing process of the geosynthetic mat in the form of a coating (inline extrusion) or applied as a finished film by laminating, gluing or similar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das biologisch abbaubare Material der oberen Decklage, der unteren Decklage und/oder der Verbindungsstruktur Fasern umfasst oder aus Fasern besteht, die einen Faserkernstrang aus einem ersten biologisch abbaubaren Material und eine den Faserkernstrang umhüllende Faserkernstrangumhüllung aus einem zweiten biologisch abbaubaren Material aufweisen, wobei das erste biologisch abbaubare Material eine erste biologische Abbaurate aufweist, die höher ist als eine zweite biologische Abbaurate des zweiten biologisch abbaubaren Materials. Gemäß dieser Ausführungsform enthalten die obere und untere Decklage und/oder die Verbindungsstruktur Fasern, die aus einem Faserkernstrang und einer Faserkernstrangumhüllung aufgebaut sind, wobei Faserkernstrang und Faserkernstrangumhüllung aus zwei Materialien aufgebaut sind, die ein unterschiedlich schnelles biologisches Abbauverhalten aufweisen. Diese Ausgestaltung der Fasern erzielt nach Erkenntnis der Erfinder einen wesentlichen Vorteil dahingehend, dass das Abbauverhalten der Faser und damit deren Zugfestigkeitsreduktion durch eine solche Ausgestaltung diskontinuierlich, also mit zwei aneinander anschließenden unterschiedlichen Abbauphasen stattfindet. So wird in einer ersten Phase zunächst die Faserkernstrangumhüllung biologisch abgebaut, wohingegen der Faserkernstrang noch keinem oder einem nur geringen biologischen Abbau unterliegt, weil er durch die Faserkernstrangumhüllung noch vor den Einflüssen, die einen solchen biologischen Abbau bewirken würden, geschützt wird, also beispielsweise der Einwirkung von Strahlung, Flüssigkeit. Der Faserkernstrang behält daher in dieser ersten Phase vollständig oder nahezu vollständig seine mechanischen Eigenschaften, sodass dann, wenn die Faser dominant durch die mechanischen Eigenschaften des Faserkernstrangs in ihren mechanischen Eigenschaften charakterisiert ist, in dieser ersten Phase des biologischen Abbaus der Faserkernstrangumhüllung die Faser nicht oder kaum an mechanischen Eigenschaften einbüßt. Erst nach Abbau der Faserkernstrangumhüllung wird dann der Faserkernstrang biologisch abgebaut und folglich die mechanischen Eigenschaften der Faser maßgeblich reduziert. Die solcherart aufgebaute Faser zeigt also eine zunächst sehr verzögerte Verringerung ihrer mechanischen Eigenschaften, die dann in einem bestimmten Zeitpunkt zunimmt. Dies ist für die erfindungsgemäße Geokunststoffmatte in vielen Anwendungsfällen vorteilhaft, da hierdurch über einen bestimmten Zeitraum, der beispielsweise dem typischen Quellverhalten oder dem typischen Umbauverhalten einer Mittelfüllschicht entsprechen kann, eine ausreichende mechanische Festigkeit durch die Decklagen und die Verbindungsstruktur bereitgestellt werden kann, nach dieser Zeitdauer aber dann ein rascher biologischer und vollständiger Abbau der Decklagen und der Verbindungsstruktur mit entsprechender mechanischer Festigkeitsreduktion erzielt wird. According to a further preferred embodiment, it is provided that the biodegradable material of the upper cover layer, the lower cover layer and / or the connecting structure comprises fibers or consists of fibers which have a fiber core strand made of a first biodegradable material and a fiber core strand sheathing surrounding the fiber core strand made of a second biodegradable material, wherein the first biodegradable material has a first biodegradation rate that is higher than a second biodegradation rate of the second biodegradable material. According to this embodiment, the upper and lower cover layers and/or the connecting structure contain fibers which are constructed from a fiber core strand and a fiber core strand covering, wherein the fiber core strand and the fiber core strand covering are constructed from two materials which have different rates of biodegradation behavior. According to the inventors, this design of the fibers achieves a significant advantage in that the degradation behavior of the fiber and thus its reduction in tensile strength takes place discontinuously through such a design, i.e. with two consecutive different degradation phases. In a first phase, the fiber core strand coating is first biologically degraded, whereas the fiber core strand is not yet subject to any or only a slight biological degradation because it is still protected by the fiber core strand coating from the influences that would cause such a biological degradation, for example the impact of radiation, liquid. The fiber core strand therefore retains its mechanical properties completely or almost completely in this first phase, so that if the fiber is dominantly characterized in its mechanical properties by the mechanical properties of the fiber core strand, then in this first phase of the biological degradation of the fiber core strand coating the fiber is not or hardly at all loses mechanical properties. Only after the fiber core strand coating has been dismantled is the Fiber core strand biodegrades and consequently the mechanical properties of the fiber are significantly reduced. The fiber constructed in this way initially shows a very delayed reduction in its mechanical properties, which then increases at a certain point in time. This is advantageous for the geosynthetic mat according to the invention in many applications, since sufficient mechanical strength can be provided by the cover layers and the connecting structure over a certain period of time, which can correspond, for example, to the typical swelling behavior or the typical conversion behavior of a middle filling layer, but after this period of time then a rapid biological and complete degradation of the cover layers and the connecting structure is achieved with a corresponding reduction in mechanical strength.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das erste biologisch abbaubare Material eine Naturfaser wie Kokosfaser, Jutefaser, Hanffaser, Bambusfaser oder Flachsfaser oder eine biologisch abbaubare Kunstfaser aus PBS, PBAT, PLA oder ein Polymerblend aus mindestens zwei dieser Materialien umfasst oder dass das biologisch abbaubare Material eine Mischung aus Faserkernen aus Naturfasern und Kunstfasern umfasst, wobei vorzugsweise der Gewichtsanteil der Kunstfasern größer als 30 %, insbesondere größer als 50 % ist. Die Verwendung dieser Fasermaterialien oder Mischungen aus diesen Fasermaterialien hat sich für viele Anwendungsfälle als besonders geeignet erwiesen, um die mechanischen Festigkeiten und biologischen Abbaugeschwindigkeiten zu erzielen, die für eine Geokunststoffmatte mit einem quellfähigen Material in der Mittelfüllschicht benötigt werden.It is further preferred if the first biodegradable material comprises a natural fiber such as coconut fiber, jute fiber, hemp fiber, bamboo fiber or flax fiber or a biodegradable synthetic fiber made of PBS, PBAT, PLA or a polymer blend of at least two of these materials or that the biodegradable material is a Mixture of fiber cores made of natural fibers and synthetic fibers, preferably the weight proportion of the synthetic fibers being greater than 30%, in particular greater than 50%. The use of these fiber materials or mixtures of these fiber materials has proven to be particularly suitable for many applications in order to achieve the mechanical strengths and biodegradation rates required for a geosynthetic mat with a swellable material in the middle fill layer.
Noch weiter ist es dabei bevorzugt, wenn das zweite biologisch abbaubare Material einen Kunststoff auf Cellulosebasis, einen Stärkeblend, Lyocell, Bernsteinsäure (PBS), ein biologisch abbaubarer Polyester wie Polybutyratadipat-Terephthalat (PBAT) oder Polylactic acid (PLA) umfasst. Diese Materialien haben sich als Beschichtungsmaterialen besonders bewährt, da sie ein ausreichend langsames biologisches Abbauverhalten zeigen, sich gleichzeitig aber in flüssiger Form gut als Beschichtung auftragen lassen. Dabei ist zu verstehen, dass die Fasern in der Decklage oder der Verbindungsstruktur so ausgestaltet sein können, dass sie bereits vor Verarbeitung des Fasermaterials zur Decklage beschichtet worden sind, also die Decklagen aus beschichteten Fasern hergestellt worden sind. Alternativ kann auch vorgesehen sein, die Decklagen aus unbeschichteten Fasern herzustellen, also nur aus den Faserkernsträngen, und die Decklage dann insgesamt mit dem zweiten biologisch abbaubaren Material zu beschichten, um hierdurch auch abgeschnittene Faserenden zu umhüllen und eine Verfestigung der Decklage durch Verbindungswirkungen an Kreuzungsstellen von Fasern durch das zweite biologisch abbaubare Material zu erreichen. Noch weiter ist es bevorzugt, wenn die Mittelfüllschicht eine Durchlässigkeit zwischen 1x10-5 bis 1x10-9 m/s aufweist. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Geokunststoffmatte mit einer Mittelfüllschicht versehen, die eine Durchlässigkeit aufweist, die im Produktionszustand vor Einbau zunächst nicht ausreichend ist, um hierdurch eine zuverlässige Abdichtung von Bodenschichten zu erreichen. Nach Erkenntnis der Erfinder kann eine solche Durchlässigkeit initial in vielen Anwendungsfällen toleriert werden oder ist sogar gewünscht, um eine Durchsickerung der Geokunststoffmatte in einer ersten zeitlichen Phase nach dem Einbau zu erreichen. Bei dieser Durchsickerung lagern sich Partikel, die in dem Wasser, das die Geokunststoffmatte durchsickert, enthalten sind, in der Mittelfüllschicht ab und führen nach Art eines sich verstopfenden Filters zu einer Verdichtung und Abdichtung der Mittelfüllschicht, es findet also ein Kolmationsvorgang statt, der dem Aufbau eines Filterkuchens in oder auf der Mittelfüllschicht entspricht. Hierdurch kann eine günstige Abdichtungswirkung auf ein besonders hohes Abdichtungsniveau mit einer besonders niedrigen Durchlässigkeit der Geokunststoffmatte erzielt werden. Die Geokunststoffmatte wirkt hierbei in der ersten Phase nur als Durchsickerungsbremse und erreicht erst nach einer gewissen Durchsickerungsphase ihre endgültige Dichtigkeit, die sie dann beibehält. Diese Struktur der Geokunststoffmatte eignet sich nach Erkenntnis der Erfinder insbesondere gut dafür, um in Bettungen von flüssigkeitsführenden Strömungen, wie Bächen, Flüssen, eine Abdichtung zu bewirken und sich hierbei zunutze zu machen, dass die Flüssigkeit in dem Bach oder Fluss entsprechende Partikel, die zur Abdichtung wirken können, mitführt. Hiervon umfasst ist nach einem Aspekt der Erfindung auch eine Geokunststoffbahn, bei der die Mittelfüllschicht aus einem nur sehr gering quellfähigen Material oder einem nicht-quellfähigen Material - also einem Material mit einem Quellhebungsgrad von 1 über den gesamten Einbauzeitraum - besteht. So kann beispielsweise eine aus Sand oder anderen schüttfähigen Mineralmaterialien aufgebaute Mittelfüllschicht für eine solche Dichtungswirkung durch Kolmation eingesetzt werden. It is even further preferred if the second biodegradable material comprises a cellulose-based plastic, a starch blend, lyocell, succinic acid (PBS), a biodegradable polyester such as polybutyrate adipate terephthalate (PBAT) or polylactic acid (PLA). These materials have proven particularly useful as coating materials because they exhibit sufficiently slow biodegradation behavior, but at the same time can be easily applied as a coating in liquid form. It should be understood that the fibers in the cover layer or the connecting structure can be designed in such a way that they have already been coated before the fiber material is processed into the cover layer, i.e. the cover layers have been made from coated fibers. Alternatively, it can also be provided to produce the cover layers from uncoated fibers, i.e. only from the fiber core strands, and then to coat the cover layer as a whole with the second biodegradable material in order to also cover cut fiber ends and to solidify the cover layer through connecting effects at crossing points Fibers to achieve through the second biodegradable material. It is even further preferred if the middle filling layer has a permeability between 1x10 -5 to 1x10 -9 m/s. According to this embodiment, the geosynthetic mat is provided with a middle filling layer which has a permeability that is initially not sufficient in the production state before installation in order to thereby achieve a reliable sealing of soil layers. According to the inventors' knowledge, such permeability can initially be tolerated in many applications or is even desirable in order to achieve seepage of the geosynthetic mat in an initial phase after installation. During this seepage, particles contained in the water that seeps through the geosynthetic mat are deposited in the middle filling layer and, in the manner of a clogging filter, lead to a compaction and sealing of the middle filling layer, i.e. a colmation process takes place, which causes the structure of a filter cake in or on the middle filling layer. This allows a favorable sealing effect to be achieved at a particularly high level of sealing with a particularly low permeability of the geosynthetic mat. In the first phase, the geosynthetic mat only acts as a leakage barrier and only reaches its final tightness after a certain seepage phase, which it then maintains. According to the inventors' knowledge, this structure of the geosynthetic mat is particularly suitable for creating a seal in the beds of liquid-carrying flows, such as streams, rivers, and in doing so taking advantage of the fact that the liquid in the stream or river contains corresponding particles that are used for Sealing can act, carried. According to one aspect of the invention, this also includes a geosynthetic membrane in which the middle filling layer consists of a material that has only a very low swellability or a non-swellable material - i.e. a material with a swelling degree of 1 over the entire installation period. For example, a middle filling layer made of sand or other pourable mineral materials can be used for such a sealing effect through colmation.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Geokunststoffbahn, umfassend zumindest eine Schichtlage, die Fasern umfasst oder durch Fasern gebildet wird, bei der die Fasern einen Faserkernstrang aus einem ersten biologisch abbaubaren Material und eine den Faserkernstrang umhüllende Faserkernstrangumhüllung aus einem zweiten biologisch abbaubaren Material aufweisen, wobei das erste biologisch abbaubare Material eine erste biologische Abbaurate aufweist und das zweite biologisch abbaubare Material eine zweite biologische Abbaurate aufweist, die verschieden, insbesondere höher ist als die erste biologische Abbaurate des ersten biologisch abbaubaren Materials. Im Sinne der Erfindung wird unter einer Geokunststoffbahn, ebenso wie unter einer Geokunststoffmatte, eine Struktur verstanden, die in einer Längsrichtung und einer Querrichtung um ein Vielfaches höhere Abmessungen aufweist als ihre Dicke. Eine Geo kunststoffmatte und eine Geokunststoffbahn können insbesondere in der Längsrichtung wiederum Abmessungen aufweisen, die ein Vielfaches ihrer Abmessungen in Querrichtung betragen, also deutlich länger als breiter sein. Typischerweise werden Geokunststoffmatten und Geokunststoffbahnen daher in einem aufgerollten oder gefalteten Zustand transportiert und an einem Einbauort dann ausgerollt oder entfaltet, um sie der Länge nach verlegen zu können. Eine Geokunststoffmatte soll sich im Verständnis der Erfindung von einer Geokunststoffbahn dadurch unterscheiden, dass die Geokunststoffmatte über mehrere Schichtlagen verfügt, wohingegen eine Geokunststoffbahn auch über nur eine einzelne Schichtlage verfügen kann, gegebenenfalls aber auch mehrschichtig aufgebaut sein kann.A further aspect of the invention is a geosynthetic sheet comprising at least one layer that comprises fibers or is formed by fibers, in which the fibers have a fiber core strand made of a first biodegradable material and a fiber core strand sheathing made of a second biodegradable material that envelops the fiber core strand, wherein the first biodegradable material has a first biodegradation rate and the second biodegradable material has a second biodegradation rate that is different, in particular higher, than the first biodegradation rate of the first biodegradable material. In the sense of the invention, under a geosynthetic sheet, as well as under a geosynthetic mat, a structure that has dimensions in a longitudinal direction and a transverse direction that are many times higher than its thickness. A geoplastic mat and a geosynthetic sheet can have dimensions, particularly in the longitudinal direction, that are a multiple of their dimensions in the transverse direction, i.e. they can be significantly longer than they are wider. Typically, geosynthetic mats and geosynthetic sheets are transported in a rolled-up or folded state and then rolled out or unfolded at an installation site in order to be able to lay them lengthwise. In the understanding of the invention, a geosynthetic mat should differ from a geosynthetic sheet in that the geosynthetic mat has several layers, whereas a geosynthetic sheet can also have only a single layer, but can also be constructed in multiple layers if necessary.
Die erfindungsgemäße Geokunststoffbahn zeichnet sich dadurch aus, dass sie aus Fasern, die einen zumindest zweischichtigen Aufbau haben, ausgebildet ist oder solche Fasern aufweist. Die Fasern weisen einen Faserkernstrang und eine diesen Faserkernstrang umhüllende Faserkernstrangumhüllung auf. Faserkernstrang und Faserkernstrangumhüllung bestehen aus zwei unterschiedlichen biologisch abbaubaren Materialien, die eine voneinander unterschiedliche biologische Abbaurate aufweisen, also in solcher Weise biologisch abgebaut werden, dass unter den gleichen biologischen Abbaubedingungen das erste Material entweder schneller oder langsamer biologisch abgebaut wird als das zweite Material. Bevorzugt ist es, dass das zweite Material eine biologische Abbaurate aufweist, die niedriger ist als die biologische Abbaurate des ersten Materials, sich das zweite Material also langsamer biologisch abbaut als das erste Material.The geosynthetic membrane according to the invention is characterized in that it is formed from fibers that have at least a two-layer structure or has such fibers. The fibers have a fiber core strand and a fiber core strand covering that envelops this fiber core strand. The fiber core strand and the fiber core strand coating consist of two different biodegradable materials which have a different biodegradation rate from one another, i.e. are biodegraded in such a way that under the same biodegradation conditions the first material is biodegraded either faster or slower than the second material. It is preferred that the second material has a biological degradation rate that is lower than the biological degradation rate of the first material, i.e. the second material biodegrades more slowly than the first material.
Wie zuvor im Zusammenhang mit der Geokunststoffmatte, die ebenfalls Fasern oder eine Schichtlage aus Fasern aufweisen kann, die in solcher Weise zumindest zweischichtig ausgebildet sind, kann durch eine solche Fasergestaltung ein günstigerer Verlauf der mechanischen Festigkeit während des biologischen Abbaus der Fasern bzw. der Lage, die aus den Fasern hergestellt ist, erzielt werden, insbesondere in solcher Weise, dass die Fasern über einen längeren Zeitraum in einer ersten Phase eine hohe mechanische Festigkeit beibehalten, nämlich während nur die Faserkernstrangumhüllung biologisch abgebaut wird, wohingegen dann, nach erfolgtem Abbau der Faserkernstrangumhüllung, die mechanische Festigkeit der Fasern in einer zweiten Phase rasch abnimmt, wenn dann der Faserkernstrang abgebaut wird. Es ist zu verstehen, dass diese Eigenschaften und auch die weiteren Fortbildungen hierzu, die zuvor in Bezug auf die Geokunststoffmatte erläutert wurden, auch auf die Geokunststoffbahn anwendbar sind und dementsprechend wird hierauf Bezug genommen. Es ist dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Fasern in der Schichtlage als ungeordnete Struktur, insbesondere als Vlieslage, vorliegen, oder als geordnete Struktur, insbesondere als gewirkte, gewebte, oder gestrickte Textillage vorliegen. Demnach können die speziellen Fasern dieser Geokunststoffbahn als ungeordnete Struktur, beispielsweise als Vlieslage, vorliegen, woraus die zuvor erläuterten Eigenschaften und Vorteile resultieren, die auch im Zusammenhang mit der zuvor erläuterten Geokunststoffmatte entstehen. Alternativ können die Fasern auch als geordnete Struktur verarbeitet werden, also gewirkt, gewebt oder gestrickt oder in sonstiger Weise gerichtet angeordnet werden, wobei unter einer geordneten Struktur, wie auch zuvor zur Geokunststoffmatte zu verstehen, eine Struktur zu verstehen ist, die ein sich regelmäßig wiederholendes geometrisches Muster des Verlaufs der Fasern, typischerweise entlang einer geradlinigen Richtung oder zwei geradlinigen, sich kreuzenden Richtungen, aufweist. Auch bezüglich der geordneten Struktur wird auf die Eigenschaften und Vorteile Bezug genommen, die zuvor zur Geokunststoffmatte erläutert wurden. As before in connection with the geosynthetic mat, which can also have fibers or a layer of fibers which are designed in at least two layers in this way, such a fiber design can result in a more favorable course of the mechanical strength during the biological degradation of the fibers or the layer. which is made from the fibers, can be achieved, in particular in such a way that the fibers maintain a high mechanical strength over a longer period of time in a first phase, namely while only the fiber core strand coating is biodegraded, whereas then, after the fiber core strand coating has been broken down, the mechanical strength of the fibers decreases rapidly in a second phase when the fiber core strand is then broken down. It should be understood that these properties and also the further developments on this, which were previously explained in relation to the geosynthetic mat, are also applicable to the geosynthetic sheet and reference is made accordingly. According to a preferred embodiment, it is provided that the fibers in the layer are present as a disordered structure, in particular as a nonwoven layer, or as an ordered structure, in particular as a knitted, woven or knitted textile layer. Accordingly, the special fibers of this geosynthetic sheet can be present as a disordered structure, for example as a fleece layer, which results in the properties and advantages explained above, which also arise in connection with the geosynthetic mat explained above. Alternatively, the fibers can also be processed as an ordered structure, i.e. knitted, woven or knitted or arranged in another direction, whereby an ordered structure, as previously understood for the geosynthetic mat, is to be understood as meaning a structure that has a regularly repeating pattern geometric pattern of the course of the fibers, typically along a rectilinear direction or two rectilinear, intersecting directions. With regard to the ordered structure, reference is also made to the properties and advantages that were previously explained about the geosynthetic mat.
Die Geokunststoffbahn kann dann weiter fortgebildet werden, indem die Fasern umfangs- und stirnseitig mit der Faserkernstrangumhüllung umhüllt sind, insbesondere indem die Schichtlage in einem Prozess hergestellt wird, bei dem in einem ersten Schritt eine Faserkernschichtlage aus Faserkernsträngen hergestellt wird und in einem nachfolgenden zweiten Schritt die Faserkernstränge der Faserkernschichtlage mit einem Umhüllungsmaterial beschichtet werden. Eine solche Ausgestaltung mit einer umfangs- und stirnseitigen Umhüllung des Faserkernstrangs mit der Faserkernstrangumhüllung kann insbesondere erreicht werden, indem die Schichtlage zunächst aus den Faserkernsträngen produziert wird, also beispielsweise zu einem Vlies verarbeitet wird oder gewebt, gewirkt oder gestrickt wird und hierauf folgend die so vorproduzierte Schichtlage aus den Faserkernsträngen mit der Faserkernstrangumhüllung beschichtet wird, beispielsweise durch Eintauchen in eine Flüssigkeit oder Benetzen mit einer Flüssigkeit in einem Sprühoder Beschichtungsverfahren und hierdurch eine allseitige Umhüllung der Fasern erreicht wird. Dies ist, um die biologischen Abbaueigenschaften in der gewünschten Weise zu erzielen, vorteilhaft und daher bevorzugt gegenüber Verfahren, bei denen die Fasern vollständig vorproduziert werden und hiernach verarbeitet werden, weil bei dieser Verarbeitungsweise durch das notwendige Abtrennen der Fasern die stirnseitigen Faserkernstrang-Querschnittsenden freigelegt werden und folglich einem schnellen biologischen Abbau zugänglich wären. The geosynthetic sheet can then be further developed by covering the fibers on the circumference and at the end with the fiber core strand covering, in particular by producing the layer layer in a process in which, in a first step, a fiber core layer layer is produced from fiber core strands and in a subsequent second step Fiber core strands of the fiber core layer layer are coated with a covering material. Such a configuration with a circumferential and end-side covering of the fiber core strand with the fiber core strand wrapping can be achieved in particular by first producing the layer layer from the fiber core strands, for example by processing it into a fleece or woven, knitted or knitted and then the pre-produced one Layer layer made of the fiber core strands is coated with the fiber core strand coating, for example by immersing it in a liquid or wetting it with a liquid in a spraying or coating process, thereby achieving an all-round coating of the fibers. In order to achieve the biodegradation properties in the desired manner, this is advantageous and therefore preferred over processes in which the fibers are completely pre-produced and then processed, because in this processing method the frontal fiber core strand cross-sectional ends are exposed due to the necessary separation of the fibers and would therefore be susceptible to rapid biodegradation.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Geokunststoffmatte der zuvor erläuterten Struktur und Funktionalität, bei der die obere und/oder die untere Decklage eine Geokunststoffbahn der zuvor beschriebenen Struktur und Funktionalität aufweist oder durch eine solche Geokunststoffbahn gebildet wird. Wie zuvor erläutert, können die Eigenschaften einer solchen Geokunststoffbahn mit den darin enthaltenen zweischichtigen Fasern besonders vorteilhaft für die erfindungsgemäße Geokunststoffmatte eingesetzt werden. Another aspect of the invention is a geosynthetic mat of the structure and functionality explained above, in which the upper and / or the lower cover layer Geosynthetic membrane has the structure and functionality described above or is formed by such a geosynthetic membrane. As explained above, the properties of such a geosynthetic sheet with the two-layer fibers contained therein can be used particularly advantageously for the geosynthetic mat according to the invention.
Ein noch weiterer Aspekt ist die Verwendung einer Geokunststoffmatte der vorangehend beschriebenen Bauweise oder einer Geokunststoffbahn der vorangehend beschriebenen Bauweise zur Herstellung einer Abdichtungsschicht im Boden oder am Grund eines Gewässers. Wie zuvor bereits erläutert, eignet sich die erfindungsgemäße Geokunststoffmatte und die erfindungsgemäße Geokunststoffbahn besonders gut zur Herstellung einer Abdichtungsschicht im Boden und weiterhin gut zur Herstellung einer solchen Abdichtungsschicht am Grund eines Gewässers. Dabei kommen die ausgewogenen Eigenschaften der Bereitstellung einer mechanischen Schälfestigkeit für eine erste Phase eines Aufquellens der Mittelfüllschicht besonders gut zur Wirkung und können eine sichere Abdichtung erzielen, wohingegen durch den biologischen Abbau der Decklagen und der Verbindungsstruktur und einer gegebenenfalls zusätzlich vorgesehenen Sperrlage die Umweltbelastung beim Ausbau der Geokunststoffmatte oder Geokunststoffbahn oder bei einem erosionsbedingten Austrag von Teilen der Geokunststoffmatte oder -bahn signifikant reduziert oder vollständig vermieden werden können. A still further aspect is the use of a geosynthetic mat of the construction described above or a geosynthetic sheet of the construction described above to produce a sealing layer in the ground or at the bottom of a body of water. As already explained above, the geosynthetic mat according to the invention and the geosynthetic sheet according to the invention are particularly suitable for producing a sealing layer in the ground and are also suitable for producing such a sealing layer at the bottom of a body of water. The balanced properties of providing mechanical peel strength for a first phase of swelling of the middle filling layer are particularly effective and can achieve a secure seal, whereas the biological degradation of the cover layers and the connecting structure and an additional barrier layer, if necessary, reduce the environmental impact when expanding the Geosynthetic mat or geosynthetic sheet or in the event of erosion-related removal of parts of the geosynthetic mat or sheet can be significantly reduced or completely avoided.
Dabei kann die Verwendung vorteilhaft fortgebildet werden, indem in einem ersten Schritt die Geokunststoffmatte ausgerollt wird und in einem darauffolgenden zweiten Schritt die Geokunststoffmatte mit einer Flüssigkeit imprägniert wird, insbesondere mit einem Hartöl. Bei dieser Verwendungsweise wird die Geokunststoffmatte oder Geokunststoffbahn zunächst nahezu vollständig vorgefertigt, indem die Schichtlagen herstellt, zueinander angeordnet und miteinander verbunden werden und die solcherart vorgefertigte Geokunststoffmatte oder -bahn dann aufgerollt, um diese transportieren zu können. Nach erfolgtem Transport an den Einbauort wird die Geokunststoffmatte oder -bahn dann ausgerollt, um sie hierdurch zu verlegen und dann am Einbauort mit einer Flüssigkeit benetzt, die auf das weitere mechanische und/oder biologische Verhalten Einfluss nimmt. Durch diese Imprägnierung der Geokunststoffmatte oder -bahn erst zu einem zweiten Zeitpunkt, der dem Zeitpunkt der Produktion der Geokunststoffmatte oder -bahn nachfolgt, wird vermieden, dass sich die Eigenschaften der Geokunststoffmatte oder -bahn während einer etwaigen Lagerung oder einem Transport schon durch eine bereits erfolgte Imprägnierung mit der Flüssigkeit verändern können, sondern es wird erreicht, dass die gewünschten funktionellen und strukturellen Eigenschaftsbeeinflussungen durch die Flüssigkeit erst am Einbauort beginnen, folgend der dort stattfindenden Benetzung mit der Flüssigkeit. The use can be advantageously developed by rolling out the geosynthetic mat in a first step and impregnating the geosynthetic mat with a liquid, in particular with a hard oil, in a subsequent second step. In this method of use, the geosynthetic mat or geosynthetic sheet is first almost completely prefabricated by producing the layers, arranging them to one another and connecting them to one another and then rolling up the geosynthetic mat or sheet prefabricated in this way in order to be able to transport it. After transport to the installation site, the geosynthetic mat or sheet is then rolled out in order to lay it and then wetted at the installation site with a liquid that influences the further mechanical and/or biological behavior. This impregnation of the geosynthetic mat or sheet only at a second point in time, which follows the time of production of the geosynthetic mat or sheet, prevents the properties of the geosynthetic mat or sheet from changing during any storage or transport that has already taken place Impregnation with the liquid can change, but it is achieved that the desired functional and structural properties are influenced by the First start using the liquid at the installation site, following the wetting with the liquid that takes place there.
Dabei ist zu verstehen, dass diese Imprägnierung auch in der Umhüllung von Faserkernsträngen bestehen kann, die in einer Vorproduktion zu einer Decklage, einer Verbindungsstruktur oder dergleichen in der Geokunststoffmatte oder -bahn verarbeitet wurden und die dann vor Ort mit einer zusätzlichen Beschichtung versehen werden, um das biologische Abbauverhalten und die mechanischen Eigenschaften vorteilhaft zu beeinflussen. It should be understood that this impregnation can also consist of the coating of fiber core strands that were processed in pre-production to form a cover layer, a connecting structure or the like in the geosynthetic mat or sheet and which are then provided with an additional coating on site to advantageously influence the biological degradation behavior and the mechanical properties.
Die Benetzung/Imprägnierung kann insbesondere solcherart erfolgen, dass sie in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen am Einbauort, die zuvor gemessen wurden, ausgewählt wird, beispielsweise indem eine Schichtdicke an solche Umgebungsbedingungen angepasst wird oder indem die Flüssigkeit, mit der die Imprägnierung erfolgt, aus mehreren, unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Flüssigkeiten ausgewählt wird oder daraus gemischt wird. Die Umgebungsbedingungen, welche diese Auswahl oder Imprägnierungsintensität beeinflussen können, sind beispielsweise ein Feuchtigkeitsgehalt des Bodens, ein pH-Wert des Bodens, eine Konzentration von dem biologischen Abbauprozess beschleunigenden oder verlangsamenden Stoffen in dem Boden, die Intensität der UV-Strahlung am Einbauort und andere Einflussfaktoren. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass bei diesen Verwendungsarten mit Vorbenetzung der Zeitpunkt, ab dem das Quell-Abbau-Verhältnis bestimmt wird und in den genannten Bereichen liegt, ab Imprägnierung der Geokunststoffmatte zu bestimmen ist, auch wenn die Flüssigkeit, mit derdie Imprägnierung erfolgt, einen biologischen Abbau möglicherweise noch nicht auslöst. The wetting/impregnation can in particular be carried out in such a way that it is selected depending on the environmental conditions at the installation site that were previously measured, for example by adapting a layer thickness to such environmental conditions or by selecting the liquid with which the impregnation takes place from several different ones Available liquids are selected or mixed from them. The environmental conditions that can influence this selection or impregnation intensity are, for example, a moisture content of the soil, a pH value of the soil, a concentration of substances in the soil that accelerate or slow down the biodegradation process, the intensity of UV radiation at the installation site and other influencing factors . Basically, it should be understood that in these types of use with pre-wetting, the point in time from which the swelling-degradation ratio is determined and lies in the ranges mentioned must be determined from the impregnation of the geosynthetic mat, even if the liquid with which the impregnation is carried out may not yet trigger biological degradation.
Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Fortbildung der erfindungsgemäßen Verwendung kann vorgesehen werden, dass die Geokunststoffmatte zu einem ersten Zeitpunkt vor der Verlegung mit einer Flüssigkeit imprägniert wird, die ein Vorquellen der Mittelfüllschicht bewirkt und in einem hierauf folgenden zweiten Zeitpunkt an einem Einbauort in eine Einbaulage eingebaut wird und in der Einbaulage durch Flüssigkeitszufuhr, insbesondere aus dem umgebenden Erdreich, nachquillt. Gemäß dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Geokunststoffmatte oder -bahn bereits vor ihrer Verlegung mit einer Flüssigkeit imprägniert wird, die ein Vorquellen der Mittelfüllschicht bewirkt. Unter einem Vorquellen ist hierbei ein begrenztes Quellen zu verstehen, bei dem das Material der Mittelfüllschicht noch nicht seine maximale Quellfähigkeit ausschöpft, also noch nicht maximal aufquillt, sondern lediglich einen Teil dieser Quellfähigkeit ausschöpft. Ein solches Imprägnieren mit einer Flüssigkeit für dieses Vorquellen kann beispielsweise bereits bei der Produktion der Geokunststoffmatte oder -bahn erfolgen, kann aber auch alternativ in einer solchen Verwendungsweise erfolgen, dass zu einem ersten Zeitpunkt die Geo kunststoffmatte produziert wird, zu einem zweiten Zeitpunkt die Geokunststoffmatte für ein Vorquellen imprägniert wird, beispielsweise kurz vor der Auslieferung bzw. dem Transport der Geokunststoffmatte an den Einbauort, sodass Veränderungseffekte in der Geokunststoffmatte während einer etwaigen Lagerung zwischen Produktionszeitpunkt und Transportzeitpunkt hierdurch vermieden werden. Das Vorquellen kann in günstiger Weise befördern und dazu dienen, das initiale Quellverhalten der Geokunststoffmatte unmittelbar nach Einbau in den ersten Tagen oder Wochen positiv zu beeinflussen und dadurch ungünstige strukturelle Veränderungen oder mechanische Eigenschaftsveränderungen zu vermeiden. According to a further preferred development of the use according to the invention, it can be provided that the geosynthetic mat is impregnated at a first time before installation with a liquid which causes the middle filling layer to pre-swell and is installed in an installation position at an installation location at a subsequent second time and in the installed position, swells due to the supply of liquid, especially from the surrounding soil. According to this embodiment, it is provided that the geosynthetic mat or sheet is impregnated with a liquid before it is laid, which causes the middle filling layer to pre-swell. Pre-swelling is understood to mean limited swelling in which the material of the middle filling layer has not yet exhausted its maximum swelling capacity, i.e. has not yet swelled to the maximum, but rather has only exhausted part of this swelling capacity. Such impregnation with a liquid for this pre-swelling can, for example, take place during the production of the Geosynthetic mat or sheet can also be used alternatively in such a way that at a first point in time the geosynthetic mat is produced and at a second point in time the geosynthetic mat is impregnated for pre-swelling, for example shortly before delivery or transport of the geosynthetic mat to the installation site, so that any changes in the geosynthetic mat during storage between the time of production and the time of transport are avoided. The pre-swelling can be promoted in a favorable manner and can serve to positively influence the initial swelling behavior of the geosynthetic mat immediately after installation in the first few days or weeks and thereby avoid unfavorable structural changes or changes in mechanical properties.
Die Flüssigkeit, mit der die Geokunststoffmatte zu dem ersten Zeitpunkt imprägniert wird, kann dabei der Flüssigkeit entsprechen oder ähneln, die auch am Einbauort das Quellen verursacht, also beispielsweise in einer Imprägnierung mit Wasser bestehen. In anderen Anwendungsfällen kann aber die Flüssigkeit, mit der zu dem ersten Zeitpunkt imprägniert wird, auch verschieden von der Flüssigkeit sein, mit der die Geokunststoffmatte am Einbauort benetzt wird, also insbesondere eine andere Zusammensetzung aufweisen oder die Vorquellung begünstigende Zuschlagstoffe enthalten, die beispielsweise auch so wirken, dass ein Vorquellen gefördert, der biologische Abbau jedoch gehemmt oder verhindert wird, um einen vorzeitigen biologischen Abbau der Decklagen und der Verbindungsstruktur durch die Imprägnierung zum ersten Zeitpunkt zu verhindern. The liquid with which the geosynthetic mat is impregnated at the first time can correspond to or be similar to the liquid that also causes the swelling at the installation site, for example consisting of impregnation with water. In other applications, however, the liquid with which it is impregnated at the first time can also be different from the liquid with which the geosynthetic mat is wetted at the installation site, i.e. in particular have a different composition or contain additives that promote pre-swelling, for example have the effect that pre-swelling is promoted, but biological degradation is inhibited or prevented in order to prevent premature biological degradation of the cover layers and the connecting structure due to the impregnation at the first point in time.
Dabei ist dann bevorzugt vorgesehen, dass die Geokunststoffmatte nach der Imprägnierung zum ersten Zeitpunkt in einen transportfähigen Zustand gebracht wird, insbesondere hierzu aufgerollt oder gefaltet wird und dann an den Einbauort transportiert werden kann. Grundsätzlich ist es bevorzugt, für eine gleichmäßige Imprägnierung zum ersten Zeitpunkt diese vor dem Herstellen eines transportfähigen Zustands für die Geokunststoffmatte vorzunehmen, um zu vermeiden, dass die Geokunststoffmatte ortsaufgelöst unterschiedlich imprägniert wird. It is then preferably provided that the geosynthetic mat is first brought into a transportable state after impregnation, in particular for this purpose it is rolled up or folded and can then be transported to the installation site. In principle, it is preferred to carry out uniform impregnation at the first point in time before the geosynthetic mat is in a transportable state in order to avoid the geosynthetic mat being impregnated differently in a spatially resolved manner.
Die erfindungsgemäße Verwendung kann weiter fortgebildet werden in der Nutzung der Geokunststoffmatte zur Herstellung einer Abdichtungsschicht am Grund eines Gewässers, oder in der Anwendung der Geokunststoffmatte zur Herstellung einer Abdichtung in einer Bodenschicht, indem die Geokunststoffmatte zu einem ersten Zeitpunkt auf dem Gewässergrund aufgelegt wird oder im Bereich des Gewässergrundes eingebaut wird bzw. in eine Bodenschicht eingebaut wird und wobei die obere Decklage der Geokunststoffmatte eine offene Porosität und als weitere Verbesserung die äußere Oberfläche der oberen Decklage eine nach außen weisende Rauigkeitsstruktur aufweist und die Geokunststoffmatte so auf dem Gewässergrund aufgelegt wird, dass die äußere Oberfläche der oberen Decklage nach oben weist, und wobei weiterhin die Mittelfüllschicht eine Durchlässigkeit zwischen 1x10-5 bis 1x10-9 m/s aufweist und dass in dem Gewässer oberhalb des Gewässers mitgeführte Partikel sich in der Porenstruktur, weiter günstig beeinflusst durch eine infolge der Rauigkeitsstruktur verminderte Fliessgeschwindigkeit und verminderte Schleppspannung, verfangen und durch die obere Decklage in die Mittelfüllschicht migrieren, sodass in der Mittelfüllschicht und der oberen Decklage abgelagerte Partikel aus dem Gewässer eine Dichtungsschicht bilden, welche zu einem zweiten Zeitpunkt, der nach dem biologischen Abbau der oberen Decklage liegt, eine ergänzende Abdichtungswirkung innerhalb der aufgequollenen Mittelfüllschicht und eine zusätzliche Abdichtungsschicht an der Stelle der abgebauten oberen Decklage bilden.The use according to the invention can be further developed in the use of the geosynthetic mat to produce a sealing layer at the bottom of a body of water, or in the use of the geosynthetic mat to produce a seal in a soil layer by placing the geosynthetic mat at a first point in time on the bottom of the body of water or in the area of the water bottom or is installed in a soil layer and the upper cover layer of the geosynthetic mat has an open porosity and, as a further improvement, the outer surface of the upper one Cover layer has an outward-facing roughness structure and the geosynthetic mat is placed on the bottom of the water in such a way that the outer surface of the upper cover layer points upwards, and furthermore the middle filling layer has a permeability between 1x10 -5 to 1x10 -9 m / s and that in Particles carried in the body of water above the body of water get caught in the pore structure, further favorably influenced by a reduced flow velocity and reduced drag stress as a result of the roughness structure, and migrate through the upper cover layer into the middle filler layer, so that particles deposited in the middle filler layer and the upper cover layer come out of the water form a sealing layer which, at a second time subsequent to the biodegradation of the top cover layer, provides a supplementary sealing effect within the swollen middle fill layer and an additional sealing layer at the location of the degraded top cover layer.
Gemäß dieser vorteilhaften Verwendung wird die Geokunststoffmatte solcherart eingesetzt, dass die Mittelfüllschicht zunächst einen gewisse Durchlässigkeitswert in einem definierten Wertebereich aufweist und hierdurch den Durchtritt von Flüssigkeit erlaubt. Diese Durchlässigkeit ist kombiniert mit einer offenen Porosität und folglich Durchlässigkeit der oberen Decklage und vorzugsweise ebenso der unteren Decklage, weiter verbessert durch eine nach außen weisenden Rauigkeitsstruktur der äußeren Oberfläche der oberen Decklage, die beispielsweise durch die typische Rauigkeit einer Vlieslage oder einer durch Weben, Stricken oder Wirken hergestellten geordneten Struktur der Decklage bereitgestellt werden kann. Hierdurch wird erreicht, dass die Mittelfüllschicht in einer ersten Phase nach dem Einbau von Flüssigkeit durchströmt wird und sich hierbei Partikel, die sich in der Flüssigkeit befinden, in der Mittelfüllschicht und der oberen oder unteren Decklage festsetzen können und hierdurch die Durchlässigkeit reduzieren. Diese Durchströmung und die damit verbundene Festsetzung von Partikeln aus der durchströmten Flüssigkeit in der Geokunststoffmatte bewirkt folglich eine allmähliche Abdichtung der Geokunststoffmatte in dieser ersten Phase nach dem Einbau, die kontinuierlich in einen Zustand übergeht, in dem die Durchlässigkeit so weit reduziert wird, dass kaum mehr oder keine Durchströmung mehr stattfindet und die Geokunststoffmatte zu diesem Zeitpunkt abgedichtet ist. Dieser Abdichtungseffekt durch Partikel am Einbauort während einer ersten Phase ist als sogenannte Kolmation bekannt und kann insbesondere durch den Aufbau der Geokunststoffmatte vorteilhaft für die Gesamteigenschaften genutzt werden. So ist es durch den Aufbau der Geokunststoffmatte in dieser Art und die Nutzung der Kolmation nicht erforderlich, dass die Mittelfüllschicht so stark aufquillt und mit einem so hohen Gegendruck gegen das Quellverhalten innerhalb der Geokunststoffmatte gearbeitet werden muss, dass alleine durch dieses Quellverhalten die gewünschte Dichtigkeit bereitstellt. Dies entlastet die Anforderungen an die Schälfestigkeit der oberen und unteren Decklage und der Verbindungsstruktur und ermöglicht es zudem, die Mittelfüllschicht so auszugestalten, dass sie nur ein begrenztes Quellverhalten aufweist, beispielsweise also auch die Mittelfüllschicht mit Zuschlagstoffen zu versehen, welche die Scherfestigkeit der Mittelfüllschicht erhöhen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Verwendung erlaubt es folglich, eine Mittelfüllschicht mit erhöhter Scherfestigkeit bereitzustellen, die mechanischen Anforderungen an die obere und untere Decklage und die Verbindungsstruktur zu reduzieren, auch hinsichtlich deren biologischen Abbauverhaltens und der daraus resultierenden Schälfestigkeit und gleichwohl eine sehr niedrige Durchlässigkeit im dauerhaften Einsatz der Geo kunststoffmatte zu erzielen. According to this advantageous use, the geosynthetic mat is used in such a way that the middle filling layer initially has a certain permeability value in a defined range of values and thereby allows the passage of liquid. This permeability is combined with an open porosity and consequently permeability of the upper cover layer and preferably also of the lower cover layer, further improved by an outwardly facing roughness structure of the outer surface of the upper cover layer, which is, for example, due to the typical roughness of a fleece layer or one made by weaving, knitting or knitting produced ordered structure of the cover layer can be provided. This ensures that liquid flows through the middle filling layer in a first phase after installation and that particles that are in the liquid can settle in the middle filling layer and the upper or lower cover layer and thereby reduce the permeability. This flow and the associated settling of particles from the liquid flowing through it in the geosynthetic mat consequently causes a gradual sealing of the geosynthetic mat in this first phase after installation, which continuously changes to a state in which the permeability is reduced to such an extent that hardly any more or there is no longer any flow through and the geosynthetic mat is sealed at this point. This sealing effect caused by particles at the installation site during a first phase is known as so-called colmation and can be used advantageously for the overall properties, particularly through the construction of the geosynthetic mat. By constructing the geosynthetic mat in this way and using the colmation, it is not necessary for the middle filling layer to swell so much and for it to be necessary to work with such a high counter pressure against the swelling behavior within the geosynthetic mat that this swelling behavior alone creates the desired tightness provides. This relieves the requirements for the peel strength of the upper and lower cover layer and the connecting structure and also makes it possible to design the middle filler layer in such a way that it only has a limited swelling behavior, for example to provide the middle filler layer with additives which increase the shear strength of the middle filler layer. The design and use according to the invention therefore makes it possible to provide a middle filling layer with increased shear strength, to reduce the mechanical requirements on the upper and lower cover layer and the connecting structure, also with regard to their biological degradation behavior and the resulting peel strength, and at the same time a very low permeability in permanent use the geo plastic mat.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Verwendung in solcher Weise erfolgt, dass vor dem Auflegen der Geokunststoffmatte auf dem Gewässergrund die Menge der in dem Gewässer mitgeführten Partikel pro Gewässervolumen als Partikelmengendichte ermittelt wird und die Geokunststoffmatte so ausgebildet ist, dass das Quell-Abbau-Verhältnis und/oder der Restschälfestigkeitsgrad und/oder die Dicke der oberen Decklage in Abhängigkeit dieser Partikelmengendichte ausgebildet ist, insbesondere so, dass das Quell-Abbau-Verhältnis umso kleiner ausgebildet wird, der Restschälfestigkeitsgrad umso größer ausgebildet ist und/oder die Dicke der oberen Decklage umso kleiner ausgebildet ist, je höher die Partikelmengendichte ist. Gemäß dieser Ausführungsform werden vor dem Einbau der Geokunststoffmatte Eigenschaften des Gewässers ermittelt, insbesondere die Menge der in dem Gewässer mitgeführten Partikel pro Gewässervolumen, also die Partikeldichte in dem Gewässer. Dies kann die Anzahl der Partikel umfassen, kann aber alternativ oder zusätzlich auch die Größe der Partikel umfassen, die in dem Gewässer mitgeführt werden. In Abhängigkeit von dieser ermittelten Kenngröße des Gewässers in Bezug auf die Partikelmenge wird die Geokunststoffmatte dann daran angepasst ausgebildet, wobei diese angepasste Ausbildung darin bestehen kann, dass die Eigenschaften der oberen Decklage und/oder die Eigenschaften der Mittelfüllschicht angepasst werden, um einen idealen Kolmationseffekt zu erzielen und die Geokunststoffmatte hieran ideal anzupassen. So kann in Gewässern, in denen besonders viele Partikel mitgeführt werden, eine Mittelfüllschicht mit geringerem Quellhebungsgrad in der Geo kunststoffmatte eingesetzt werden als bei Gewässern, die nur eine geringe Partikeldichte aufweisen. In gleicherweise können die Eigenschaften der oberen Decklage angepasst werden, also beispielsweise bei Gewässern, die eine hohe Partikeldichte aufweisen, auch ein schneller biologischer Abbau mit entsprechend hohem Schälfestigkeitsreduktionsgrad verwendet werden, da in diesem Fall mit einer schnellen Abdichtungswirkung durch den Kolmationseffekt zu rechnen ist und folglich ein Gegendruck gegen das Aufquellen der Mittelfüllschicht keine so große Rolle spielt wie bei Gewässern mit geringer Partikelkonzentration, die für eine gute Abdichtungswirkung der Geokunststoffmatte ein solches Aufquellverhalten benötigen. Weiter kann die Oberfläche der Decklage hinsichtlich der Rauigkeitsstruktur so angepasst werden, dass in Abhängigkeit der gewässerspezifischen Strömungsverhältnisse und Schleppspannung an der Oberfläche der Matte eine Ablagerung und Einlagerung von Partikeln in die Matte zuverlässig stattfinden kann. It is particularly preferred if the use is carried out in such a way that before the geosynthetic mat is placed on the bottom of the water, the amount of particles carried in the water per water volume is determined as the particle quantity density and the geosynthetic mat is designed in such a way that the swelling-degradation Ratio and/or the degree of residual peel strength and/or the thickness of the upper cover layer is formed as a function of this particle quantity density, in particular in such a way that the swelling-degradation ratio is made smaller, the degree of residual peel strength is made greater and/or the thickness of the upper cover layer the smaller the particle density is, the higher the particle density. According to this embodiment, before the geosynthetic mat is installed, the properties of the water are determined, in particular the amount of particles carried in the water per volume of the water, i.e. the particle density in the water. This can include the number of particles, but can alternatively or additionally also include the size of the particles that are carried in the body of water. Depending on this determined parameter of the water in relation to the amount of particles, the geosynthetic mat is then designed to be adapted to it, whereby this adapted training can consist of the properties of the upper cover layer and / or the properties of the middle filling layer being adapted in order to achieve an ideal colmation effect achieve this and adapt the geosynthetic mat ideally to this. In bodies of water in which a particularly large number of particles are carried, a middle filling layer with a lower degree of swelling can be used in the geoplastic mat than in bodies of water that only have a low particle density. In the same way, the properties of the upper cover layer can be adjusted, for example in waters that have a high particle density, rapid biological degradation with a correspondingly high degree of peel strength reduction can be used, since in this case a rapid sealing effect due to the colmation effect can be expected and consequently a Counter pressure against the swelling of the middle filling layer does not play as important a role as in waters with low particle concentrations, which require such swelling behavior for a good sealing effect of the geosynthetic mat. Furthermore, the surface of the cover layer can be adapted in terms of the roughness structure so that, depending on the water-specific flow conditions and drag tension on the surface of the mat, a deposition and incorporation of particles into the mat can take place reliably.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Geokunststoffmatte, mit den Schritten: Bereitstellen einer ersten Geokunststofflage, Aufbringen einer Mittelfüllschicht aus einem Füllschichtmaterial, das ein quellfähiges Material umfasst, auf die erste Geokunststofflage, wobei das Füllschichtmaterial ein Quellverhalten aufweist, Auflegen einerzweiten Geokunststofflage auf die Mittelfüllschicht, Verbinden der ersten mit der zweiten Geokunststofflage durch die Mittelfüllschicht hindurch mittels einer Verbindungsstruktur, insbesondere durch Vernadeln, bei dem als erste Geokunststofflage eine Lage aus einem ersten biologisch abbaubaren Material bereitgestellt wird und als zweite Geokunststofflage eine Lage aus einem zweiten biologisch abbaubaren Material aufgelegt wird, wobei die obere und untere Decklage durch das Verbinden eine durch eine Schälfestigkeit charakterisierte Verbindung zueinander aufweisen, die zu dem vorbestimmten Zeitpunkt nach Beginn des biologischen Abbauprozesses durch einen Restschälfestigkeitsgrad charakterisiert ist, der durch die Quadratzahl eines Quotienten aus einer reduzierten Schälfestigkeit, welche die obere und untere Decklage und die Verbindungsstruktur zu dem vorbestimmten Zeitpunkt aufweist, zu einer Ausgangsschälfestigkeit, welche die obere und untere Decklage und die Verbindungsstruktur vor Beginn eines biologischen Abbauprozesses aufweist, , gebildet wird, wobei der Restschälfestigkeitsgrad in einem Kompostierungsversuch durch vollständiges Einlegen der Geokunststoffmatte in Kompost und Kompostierung in einem Temperaturbereich, der über 25°C und unter 65°C liegt, bis zu dem vorbestimmten Zeitpunkt und Messung der Schälfestigkeit in einem Schälversuch vor dem Einlegen und zu dem vorbestimmten Zeitpunkt nach Entnahme aus dem Kompost ermittelt wird, und wobei das Quellverhalten durch einen Quellhebungsgrad charakterisiert ist, der durch den Quotienten aus dem Volumen des Füllschichtmaterials einschließlich des darin aufgenommenen Wassers an dem vorbestimmten Zeitpunkt zu einem Ausgangsvolumen des Füllschichtmaterials vor Quellbeginn, gebildet wird, wobei der Quellhebungsgrad durch vollständiges Eintauchen einer Füllschichtmateriallage in ein Wasserbad und Belasten der Füllschichtmateriallage mit einem Druck von 4,5 N/m2 ermittelt wird, und bei der ein Quell- Abbau-Verhältnis, das gebildet ist aus dem Quellhebungsgrad dividiert durch den Restschälfestigkeitsgrad innerhalb der ersten Woche nach dem zeitgleichen Beginn des Quellprozesses und des biologischen Abbauprozesses in einem Bereich zwischen 1 und 5 liegt und innerhalb jedes vorbestimmten Zeitpunkts ab dem Anfang des zweiten bis zum Ende des dritten Monats nach Quell- und Abbaubeginn in einem Bereich zwischen 1 ,5 und 25, vorzugsweise in einem Bereich mit einer Untergrenze von 2 und/oder einer Obergrenze von 15 liegt. A further aspect of the invention is a method for producing a geosynthetic mat, with the steps: providing a first geosynthetic layer, applying a middle filler layer made of a filler layer material that includes a swellable material to the first geosynthetic layer, the filler layer material having a swelling behavior, laying down a second geosynthetic layer on the middle filling layer, connecting the first to the second geosynthetic layer through the middle filling layer by means of a connecting structure, in particular by needling, in which a layer made of a first biodegradable material is provided as the first geoplastic layer and a layer made of a second biodegradable material is provided as the second geoplastic layer is placed, the upper and lower cover layers having a connection to one another characterized by a peel strength, which is characterized by a residual degree of peel strength at the predetermined time after the start of the biological degradation process, which is determined by the square number of a quotient of a reduced peel strength, which is the upper and lower cover layer and the connecting structure at the predetermined time, to an initial peel strength, which has the upper and lower cover layer and the connecting structure before the start of a biological degradation process, is formed, wherein the residual peel strength level in a composting test by completely placing the geosynthetic mat in compost and composting in a temperature range that is above 25 ° C and below 65 ° C up to the predetermined time and measuring the peel strength in a peel test before insertion and at the predetermined time after removal from the compost, and wherein the swelling behavior is characterized by a degree of swelling elevation, which is formed by the quotient of the volume of the filling layer material including the water absorbed therein at the predetermined time to an initial volume of the filling layer material before the start of swelling, the degree of swelling elevation being achieved by completely immersing a layer of filling layer material in a water bath and loading the layer of filling layer material is determined with a pressure of 4.5 N/m 2 and at which a swelling-degradation ratio is formed from the degree of swelling divided by the The degree of residual peel strength within the first week after the simultaneous start of the swelling process and the biological degradation process is in a range between 1 and 5 and within each predetermined time from the beginning of the second to the end of the third month after the start of swelling and degradation in a range between 1, 5 and 25, preferably in a range with a lower limit of 2 and / or an upper limit of 15.
Bezüglich des Herstellungsverfahrens ist zu verstehen, dass die Eigenschaften der Geokunststoffmatte hinsichtlich des Restschälfestigkeitsgrades und des Quellhebegrades und des daraus gebildeten Quell-Abbau-Verhältnisses über die Zeit und ihrer Höhe nach so ausgebildet sein könne, wie zuvor in Bezug auf die Geokunststoffmatte erläutert.With regard to the manufacturing process, it should be understood that the properties of the geosynthetic mat with regard to the degree of residual peel strength and the degree of swelling lifting and the swelling-degradation ratio formed therefrom over time and in terms of their height can be as previously explained in relation to the geosynthetic mat.
Weiter kann die Herstellung einer spezifischen Rauigkeitsstruktur der Oberfläche durch das Auflegen eines Strukturmaterials, mit einer dem Abbauverhalten der ersten oder zweiten Decklage oder einer dritten Abbaurate, und das Vernadeln des Strukturmaterials mit den Geokunststofflagen erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zur Herstellung einer Geokunststoffmatte mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften dienen und erlaubt es, eine Geokunststoffmatte bereitzustellen, welche am Einbauort für die zuvor beschriebene Verwendung geeignet ist. Furthermore, a specific roughness structure of the surface can be produced by placing a structural material with a degradation behavior of the first or second cover layer or a third degradation rate, and needling the structural material with the geosynthetic layers. The method according to the invention can be used in particular to produce a geosynthetic mat with the properties described above and allows a geosynthetic mat to be provided which is suitable for the previously described use at the installation site.
Dabei ist zu verstehen, dass die in dem Verfahren durchgeführten Schritte bevorzugt zu den zuvor erläuterten strukturellen und funktionellen Eigenschaften und Vorteilen der erfindungsgemäßen Geokunststoffmatte führen und die zuvor erläuterte Verwendung ermöglichen. Insoweit wird in Bezug auf diese Verfahrensschritte Bezug genommen auf die vorherige Erläuterung der entsprechenden Eigenschaften und Vorteile. It should be understood that the steps carried out in the method preferably lead to the previously explained structural and functional properties and advantages of the geosynthetic mat according to the invention and enable the previously explained use. In this respect, with regard to these process steps, reference is made to the previous explanation of the corresponding properties and advantages.
Dabei kann das zuvor erläuterte Verfahren und die zuvor erläuterte erfindungsgemäße Weiterbildung des Verfahrens bevorzugt so fortgebildet werden, dass das erste und/oder das zweite biologisch abbaubare Material in Faserform ausgebildet ist, insbesondere als Fasern, die einen Faserkernstrang aus einem ersten biologisch abbaubaren Material und eine den Faserkernstrangumhüllung aus einem zweiten biologisch abbaubaren Material aufweisen, wobei das erste biologisch abbaubare Material eine erste biologische Abbaurate aufweist, die höher ist als eine zweite biologische Abbaurate des zweiten biologisch abbaubaren Materials. Gemäß dieser Verfahrensfortbildung wird das erste und/oder das zweite biologisch abbaubare Material aus Fasern ausgebildet, die zweischichtig aufgebaut sind, also einen Faserkernstrang und eine Faserkernstrangumhüllung aufweisen, wobei die Faserkernstrangumhüllung bereits vor Herstellung der jeweiligen Lagen oder der Verbindungsstruktur aus den Fasern vorhanden sein kann oder nachträglich in dem Produktionsverfahren aufgebracht werden kann oder auch erst vor Ort am Einbauort aufgebracht werden kann. Diesbezüglich wird Bezug genommen auf die vorherige Erläuterung von entsprechenden Fasern im Einsatz in der erfindungsgemäßen Geokunststoffmatte oder einer entsprechenden Geokunststoffbahn.The previously explained method and the previously explained development of the method according to the invention can preferably be developed in such a way that the first and/or the second biodegradable material is designed in fiber form, in particular as fibers which have a fiber core strand made of a first biodegradable material and a the fiber core strand covering made of a second biodegradable material, wherein the first biodegradable material has a first biodegradation rate that is higher than a second biodegradation rate of the second biodegradable material. According to this process development, the first and/or the second biodegradable material is formed from fibers which are constructed in two layers, i.e. have a fiber core strand and a fiber core strand covering, whereby the fiber core strand covering can already be present before the respective layers or the connecting structure are made from the fibers or can be applied subsequently in the production process or can also be applied on site at the installation site. In this regard, reference is made to the previous explanation of corresponding fibers in use in the geosynthetic mat according to the invention or a corresponding geosynthetic sheet.
Das Verfahren kann weiter fortgebildet werden, indem aus den Faserkernsträngen in einem ersten Schritt die erste und/oder die zweite Decklage hergestellt wird und in einem darauffolgenden zweiten Schritt die Faserkernstränge in der ersten und/oder zweiten Decklage mit der Faserkernstrangumhüllung umhüllt werden. Gemäß dieser Fortbildung wird die Faserkernstrangumhüllung erst nach Herstellung der Decklage aus den Faserkernsträngen aufgebracht und hierdurch eine umfassende Beschichtung der Faserkernstränge, auch an etwaigen stirnseitigen Schnittkanten, erzielt. Auch diesbezüglich wird auf die vorherige Beschreibung Bezug genommen. The method can be further developed by producing the first and/or the second cover layer from the fiber core strands in a first step and, in a subsequent second step, covering the fiber core strands in the first and/or second cover layer with the fiber core strand covering. According to this development, the fiber core strand covering is only applied after the cover layer has been produced from the fiber core strands, thereby achieving a comprehensive coating of the fiber core strands, including on any front cut edges. Reference is also made to the previous description in this regard.
Noch weiter ist es bevorzugt, wenn die obere und/oder die untere Decklage, die Mittelfüllschicht oder die gesamte Geokunststoffmatte mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit einer aushärtenden Flüssigkeit wie einem Hartöl, imprägniert werden. Dieser Produktionsschritt einer Imprägnierung mit einer Flüssigkeit wie einem Hartöl kann wiederum unmittelbar bei der Produktion der Geokunststoffmatte am Produktionsstandort erfolgen, kann aber auch erst nachfolgend, also beispielsweise unmittelbar vor dem Transport der Geokunststoffmatte zu einem Einbauort oder nach dem Transport der Geokunststoffmatte an den Einbauort, beispielsweise bereits bei ausgelegter Geokunststoffmatte, erfolgen. Die zuvor erläuterten Vorteile einer zeitversetzten Imprägnierung mit der Flüssigkeit gelten diesbezüglich auch für das erfindungsgemäße Verfahren. It is even further preferred if the upper and/or the lower cover layer, the middle filling layer or the entire geosynthetic mat are impregnated with a liquid, in particular with a hardening liquid such as a hard oil. This production step of impregnation with a liquid such as a hard oil can in turn take place immediately during the production of the geosynthetic mat at the production site, but can also take place subsequently, for example immediately before the geosynthetic mat is transported to an installation site or after the geosynthetic mat is transported to the installation site, for example already with the geosynthetic mat laid out. The previously explained advantages of time-delayed impregnation with the liquid also apply to the method according to the invention in this regard.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn beim Aufbringen der Mittelfüllschicht zusätzlich ein nicht quellfähiger Zuschlagstoff, insbesondere Sand aufgebracht wird. Durch das Aufbringen eines nicht quellfähigen Zugschlagstoffes kann einerseits das Quellverhalten der Mittelfüllschicht beeinflusst werden, beispielsweise, um Kolmationswirkung zu befördern, andererseits wird die Scherfestigkeit der Mittelfüllschicht erhöht und hierdurch die Eignung der Geokunststoffmatte zum Einbau in schubbelasteten Einbausituationen, wie beispielsweise an Hanglagen, verbessert, was insbesondere nach biologischem Abbau der oberen und unteren Decklage und der Verbindungsstruktur sich vorteilhaft auswirkt.It is further preferred if a non-swellable additive, in particular sand, is also applied when the middle filler layer is applied. By applying a non-swellable tensile aggregate, on the one hand the swelling behavior of the middle filling layer can be influenced, for example to promote colmation effect, on the other hand the shear strength of the middle filling layer is increased and thereby the suitability of the geosynthetic mat for installation in shear-loaded installation situations, such as on slopes, is improved, which particularly after biological degradation of the upper and lower cover layer and the connecting structure has an advantageous effect.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug auf die anliegenden Figuren erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische, perspektivische und teilgeschnittene sowie teilweise nach Schichtlagen aufgefächerte Darstellung einer erfindungsgemäßen Geoku nststoffmatte , Preferred embodiments of the invention are explained with reference to the accompanying figures. Show it: 1 shows a schematic, perspective and partially sectioned representation of a geoplastic mat according to the invention, partially fanned out according to layer layers,
Figur 2 eine quergeschnittene Längsansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Geokunststoffmatte, Figure 2 is a cross-sectional longitudinal view of a second embodiment of a geosynthetic mat according to the invention,
Figur 3 eine perspektivische, geschnittene Ansicht einer Faser zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Geokunststoffmatte, Figure 3 is a perspective, sectioned view of a fiber for producing a geosynthetic mat according to the invention,
Figur 4 eine zweite Ausführungsform einer Faser zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Geokunststoffmatte in einer längsgeschnittenen Seitenansicht, 4 shows a second embodiment of a fiber for producing a geosynthetic mat according to the invention in a longitudinal sectional side view,
Figur 5 ein schematisches Diagramm des Verlaufs der Schälfestigkeit und der Quellung über die Zeit einer erfindungsgemäßen Geokunststoffmatte. Figure 5 shows a schematic diagram of the course of the peel strength and the swelling over time of a geosynthetic mat according to the invention.
Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Geokunststoffmatte aus insgesamt fünf Lagen aufgebaut. Die oberste Lage ist eine erste Dichtungslage 10, die aus einem biologisch abbaubaren Kunststoff als flüssigkeitsdichte Folie hergestellt ist und die obere Fläche der Geokunststoffmatte als Fluidbarriere abdeckt. Referring first to FIG. 1, a preferred embodiment of the geosynthetic mat according to the invention is constructed from a total of five layers. The top layer is a first sealing layer 10, which is made from a biodegradable plastic as a liquid-tight film and covers the upper surface of the geosynthetic mat as a fluid barrier.
Unterhalb und benachbart zu dieser oberen Dichtungslage 10 ist eine obere Decklage in Form einer Vlieslage 20 angeordnet. Diese Vlieslage ist aus ungeordnet verlegten Fasern aufgebaut und weist typischerweise eine Dicke auf, die größer ist als die Dichtungslage 10, insbesondere um das Drei- bis Zehnfache größer als die Dicke der Dichtungslage 10.An upper cover layer in the form of a fleece layer 20 is arranged below and adjacent to this upper sealing layer 10. This fleece layer is made up of disordered fibers and typically has a thickness that is greater than the sealing layer 10, in particular three to ten times greater than the thickness of the sealing layer 10.
Unterhalb und benachbart zur oberen Decklage 20 ist eine Mittelfüllschicht in Gestalt einer Schichtsilikatlage aus Natriumbentonit angeordnet. Die Dicke dieser Mittelfüllschicht 30 ist größer als die Dicke der Vlieslage 20, typischerweise um den Faktor 5 bis 20 größer als die Dicke der Vlieslage 20. Diese Mittelfüllschicht ist zusammengesetzt aus einem Gemisch aus Natriumbentonit-Partikeln und Sandpartikeln und kann anwendungsbedingt imprägniert sein z.B. mit einem Leinöl. Die Mittelfüllschicht ist durch diese Zusammensetzung in der Lage, eine Grundfestigkeit und Grundwasserundurchlässigkeit initial aufzuweisen und diese Festigkeit und Wasserundurchlässigkeit durch Aufquellen des Natriumbentonits in der Zusammensetzung mit umgebender Feuchtigkeit wie beispielsweise Bodenfeuchte weiter zu erhöhen. Das Natriumbentonit wandelt sich durch diesen Quellvorgang in Calciumbentonit um, was eine Verfestigung der Mittelfüllschicht bewirkt. Es ist zu verstehen, dass die Mittelfüllschicht auch in anderer Weise zusammengesetzt sein kann und auch dann eine Ausgangsgrundfestigkeit und Ausgangsgrunddichtigkeit aufweist, die durch Aufquellen aus umgebender Feuchtigkeit sich erhöhen kann. So kann beispielsweise die Mittelfüllschicht ausschließlich aus einem quellfähigen Material wie einem Bentonit oder einem Schichtsilikat zusammengesetzt sein oder es können andere Zuschlagstoffe als Sand eingesetzt werden. Eine Imprägnierung mit Leinöl kann durch andere Flüssigkeiten wie z.B. Hartöle ersetzt oder ergänzt werden öder es kann auf eine solche Imprägnierung verzichtet werden. A middle filling layer in the form of a layered silicate layer made of sodium bentonite is arranged below and adjacent to the upper cover layer 20. The thickness of this middle filling layer 30 is greater than the thickness of the fleece layer 20, typically by a factor of 5 to 20 greater than the thickness of the fleece layer 20. This middle filling layer is composed of a mixture of sodium bentonite particles and sand particles and, depending on the application, can be impregnated, for example with a Linseed oil. Thanks to this composition, the middle filling layer is able to initially have basic strength and impermeability to groundwater and to further increase this strength and impermeability to water by swelling the sodium bentonite in the composition with surrounding moisture such as soil moisture. Through this swelling process, the sodium bentonite is converted into calcium bentonite, which solidifies the middle filling layer effects. It is to be understood that the middle filling layer can also be composed in a different way and even then has an initial basic strength and initial tightness, which can increase due to swelling from surrounding moisture. For example, the middle filling layer can be composed exclusively of a swellable material such as bentonite or a layered silicate, or additives other than sand can be used. Impregnation with linseed oil can be replaced or supplemented by other liquids such as hard oils or such impregnation can be dispensed with.
Unterhalb der Mittelfüllschicht 30 ist eine zweite Dichtungslage 40 angeordnet, die übereinstimmend zur ersten Dichtungslage 10 ausgebildet ist. Die erste Dichtungslage 10 und die zweite Dichtungslage 40 verhindern, dass aus den umgebenden Bodenschichten quellbeschleunigende oder quellbehindernde Wirkstoffe unmittelbar nach Einbau der Geokunststoffmatte in die Mittelfüllschicht gelangen und hierdurch das Quellverhalten nachteilig beeinflussen. Below the middle filling layer 30 there is a second sealing layer 40 which is designed to match the first sealing layer 10. The first sealing layer 10 and the second sealing layer 40 prevent swelling-accelerating or swelling-hindering active ingredients from the surrounding soil layers from reaching the middle filling layer immediately after installation of the geosynthetic mat and thereby adversely affecting the swelling behavior.
Schließlich ist unterhalb und benachbart zur zweiten Dichtungslage 40 eine Geotextillage 50 angeordnet, die aus gewebten Fasern zusammengesetzt ist. Die Fasern in der Geotextillage 50 sind folglich in geordneter Weise zueinander ausgerichtet, hier in einem rechtwinkligen Gittermuster, und sorgen für eine gute Längs- und Querbelastbarkeit der Geokunststoffmatte. Finally, a geotextile layer 50, which is composed of woven fibers, is arranged below and adjacent to the second sealing layer 40. The fibers in the geotextile layer 50 are therefore aligned with one another in an orderly manner, here in a rectangular grid pattern, and ensure good longitudinal and transverse loading capacity of the geosynthetic mat.
Die gesamte Geokunststoffmatte ist durch eine Vernadelung 11 in Dickenrichtung, also senkrecht zu ihrer Längs- und Quererstreckung, zueinander fixiert. Die Vernadelungsfixierung umfasst eine Vielzahl von einzelnen Vernadelungen, die flächig über die gesamte Geokunststoffmatte verteilt sind und beispielsweise in Spalten und Reihen oder pseudozufällig zueinander angeordnet sein können. Durch diese Vernadelung wird die obere mit der unteren Decklage flächig verbunden und der Verbund aus oberer und unterer Decklage und Vernadelung weist daher einen Widerstand gegen Abschälen der oberen Decklage oder der unteren Decklage aus dem Verbund auf, also eine Schälfestigkeit. The entire geosynthetic mat is fixed to one another by needling 11 in the thickness direction, i.e. perpendicular to its longitudinal and transverse extent. The needling fixation includes a large number of individual needling, which are distributed over the entire geosynthetic mat and can be arranged, for example, in columns and rows or pseudo-randomly to one another. Through this needling, the upper and lower cover layers are connected flatly and the composite of upper and lower cover layers and needling therefore has resistance to peeling of the upper cover layer or the lower cover layer from the composite, i.e. peel resistance.
Die Vernadelung kann fertigungstechnisch bewirkt werden, indem eine Nadel mit Widerhaken senkrecht durch die Geokunststoffmatte gestochen wird und hierdurch Fasern aus der Vlieslage 20 und/oder der Geotextillage 50 mitnimmt und diese Fasern senkrecht durch die Geokunststoffmatte zieht. Diese Fasern verhaken sich hierbei in der Geotextillage 50 und der Vlieslage und können auch zusätzlich in den Dichtungslagen 10 und 40 verhakt werden. Dieses Verhaken und Umschlingen kann durch eine Verschweißung oder eine Knötchenbildung zusätzlich verstärkt werden, um die Befestigung durch die Vernadelung zu verstärken. Anstelle einer solchen Vernadelung können auch andere Methoden zur Fixierung der Schichtlagen in der Geokunststoffmatte zueinander eingesetzt werden, beispielsweise kann die Geo kunststoffmatte vernäht werden, indem beispielsweise im gleichen Muster wie die Vernadelung ein Vernähen mit einer Faser erfolgt und hierdurch der Nähfaden senkrecht an den mehreren Punkten durch die Geokunststoffmatte geführt wird und die Schichten hierdurch zueinander fixiert und stabilisiert. Für die Anwendung in Gerinnen und Gewässern unter Einbeziehung von Kolmationseffekten kann die Schicht 10 ersetzt werden durch eine oberflächliche Rauigkeitsstruktur und die Schicht 40 kann entfallen, um eine initiale Durchströmung zu erreichen. The needling can be effected in terms of production technology by piercing a needle with barbs vertically through the geosynthetic mat and thereby taking fibers from the nonwoven layer 20 and/or the geotextile layer 50 and pulling these fibers vertically through the geosynthetic mat. These fibers get caught in the geotextile layer 50 and the fleece layer and can also get caught in the sealing layers 10 and 40. This entanglement and entanglement can be caused by a Welding or nodulation can be additionally reinforced in order to strengthen the attachment through needling. Instead of such needling, other methods for fixing the layers in the geosynthetic mat to one another can also be used, for example the geoplastic mat can be sewn, for example by sewing with a fiber in the same pattern as the needling and thereby the sewing thread perpendicular to the several points is guided through the geosynthetic mat and thereby fixes and stabilizes the layers to one another. For use in channels and bodies of water involving colmation effects, layer 10 can be replaced by a surface roughness structure and layer 40 can be omitted in order to achieve an initial flow.
Es ist zu verstehen, dass die Geokunststoffmatte sich in einer Längsrichtung LR und einer Querrichtung QR erstreckt und insbesondere entlang der Längsrichtung LR aufgewickelt werden kann. Die Ränder der Geokunststoffmatte können hierbei solcherart abgedichtet sein, dass die erste Dichtungslage 10 und die Vlieslage 20 sowie die untere Dichtungslage 40 und die Textillage 50 in Querrichtung gesehen seitlich über die Mittelfüllschicht hinausstehen und diese hinausstehenden Bereiche miteinander vernäht sind, um die Mittelfüllschicht auch seitlich einzuschließen. It is to be understood that the geosynthetic mat extends in a longitudinal direction LR and a transverse direction QR and can in particular be wound up along the longitudinal direction LR. The edges of the geosynthetic mat can be sealed in such a way that the first sealing layer 10 and the fleece layer 20 as well as the lower sealing layer 40 and the textile layer 50 protrude laterally beyond the middle filling layer when viewed in the transverse direction and these protruding areas are sewn together in order to also enclose the middle filling layer laterally .
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Geokunststoffmatte in einer quergeschnittenen Längsansicht. Auch hier ist eine Mittelfüllschicht 130 zentral angeordnet. Oberhalb und unterhalb jeweils benachbart zu dieser Mittelfüllschicht ist eine erste Dichtungslage 110 und eine zweite Dichtungslage 140 angeordnet, die folglich abweichend von der ersten Ausführungsform der Fig. 1 unmittelbar benachbart zur Mittelfüllschicht platziert sind. Oberhalb der ersten Dichtungslage ist dann als obere Decklage eine Vlieslage 120 angeordnet und unterhalb der zweiten Dichtungslage 140 ist als untere Decklage einer Textillage 150 angeordnet. Wiederum sind die einzelnen Lagen der Geo kunststoffmatte durch eine Vernadelung 111 zueinander fixiert und befestigt; weiterhin ist zu erkennen, dass in Querrichtung seitlich die obere Decklage, die erste Dichtungslage, die zweite Dichtungslage und die untere Decklage überstehen und entlang eines Seitenrandes miteinander vernäht oder vernadelt sind, um die Mittelfüllschicht auch seitlich abzuschließen. Fig. 2 shows a second embodiment of a geosynthetic mat according to the invention in a cross-sectional longitudinal view. Here too, a middle filling layer 130 is arranged centrally. Above and below each adjacent to this middle filling layer, a first sealing layer 110 and a second sealing layer 140 are arranged, which are consequently placed directly adjacent to the middle filling layer, in contrast to the first embodiment of FIG. 1. A fleece layer 120 is then arranged above the first sealing layer as the upper cover layer and a textile layer 150 is arranged below the second sealing layer 140 as the lower cover layer. Again, the individual layers of the geoplastic mat are fixed and secured to one another by needling 111; Furthermore, it can be seen that the upper cover layer, the first sealing layer, the second sealing layer and the lower cover layer protrude laterally in the transverse direction and are sewn or needled together along a side edge in order to also close the middle filling layer laterally.
Fig. 3 zeigt eine Faser, aus der die Verbindungsstruktur, beispielsweise als Vernadelung 11 , die Vlieslage 20, 120 oder die Textillage 50, 150 ausgebildet sein kann oder welche in einer solchen Schicht umfasst sein kann. Die Faser umfasst einen Faserkernstrang 210, welcher aus einem ersten biologisch abbaubaren Material besteht. Um den Faserkernstrang ist als zylindrische Umhüllung eine Faserkernstrangumhüllung 220 angeordnet, die aus einem zweiten biologisch abbaubaren Material besteht. Das erste biologisch abbaubare Material weist eine höhere Festigkeit und eine schnellere biologische Abbaurate auf als das zweite biologisch abbaubare Material. Wird die so zweischichtig aufgebaute Faser einem biologischen Abbauprozess zugeführt und soll hierbei zugleich über einen begrenzten Zeitraum noch mechanische Lasten aufnehmen, so ergibt sich hierbei ein günstiger Verlauf der mechanischen Belastbarkeit dieser Faser. In diesem Verlauf wird die mechanische Belastbarkeit zunächst nur geringfügig oder gar nicht reduziert, weil sich ausschließlich die Faserkernstrangumhüllung biologisch abbaut, die für die mechanischen Eigenschaften keinen maßgeblichen Beitrag leistet. Erst nach Abbau der Faserkernstrangumhüllung 220 wird dann auch der Faserkernstrang 210 abgebaut, was zu einer dann raschen Reduktion der mechanischen Festigkeit dieser Faser führt.Fig. 3 shows a fiber from which the connecting structure, for example as a needling 11, the nonwoven layer 20, 120 or the textile layer 50, 150 can be formed or which can be included in such a layer. The fiber includes a fiber core strand 210, which consists of a first biodegradable material. To the Fiber core strand is arranged as a cylindrical casing, a fiber core strand casing 220, which consists of a second biodegradable material. The first biodegradable material has higher strength and a faster biodegradation rate than the second biodegradable material. If the fiber constructed in two layers is fed into a biological degradation process and at the same time is supposed to absorb mechanical loads over a limited period of time, this results in a favorable course of the mechanical resilience of this fiber. During this process, the mechanical resilience is initially only reduced slightly or not at all because only the fiber core strand coating biodegrades, which makes no significant contribution to the mechanical properties. Only after the fiber core strand covering 220 has been dismantled is the fiber core strand 210 also dismantled, which then leads to a rapid reduction in the mechanical strength of this fiber.
Fig. 4 zeigt eine längsgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen kurz- oder mittellangen Faser. Diese Faser umfasst ebenfalls einen Faserkernstrang 310, der von einer Faserkernstrangumhüllung 320 umhüllt ist. Faserkernstrang und Faserkernstrangumhüllung 310, 320 sind hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften und ihrer biologischen Abbaurate in ähnlicher Weise ausgebildet wie bei der zuvor erläuterten Ausführungsform gemäß Fig. 3. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, umhüllt die Faserkernstrangumhüllung 320 den Faserkernstrang 310 allseitig, das heißt, auch an den Stirnseiten. Dies wird erreicht, indem die Faserkernstrangumhüllung erst nach Verarbeitung und Zuschnitt des Faserkernstrangs 310 aufgetragen wird und hierdurch eine für das biologische und mechanische Abbauverhalten günstige allseitige Umhüllung erzielt wird. Fig. 4 shows a longitudinal sectional side view of a short or medium-length fiber according to the invention. This fiber also includes a fiber core strand 310, which is covered by a fiber core strand sheath 320. Fiber core strand and fiber core strand covering 310, 320 are designed in a similar way with regard to their mechanical properties and their biological degradation rate as in the previously explained embodiment according to FIG. 3. As can be seen from FIG on the front sides. This is achieved by applying the fiber core strand coating only after processing and cutting of the fiber core strand 310, thereby achieving an all-round coating that is favorable for biological and mechanical degradation behavior.
Fig. 5 zeigt schematisch den Verlauf der Schälfestigkeit S(t) eines Verbunds aus zwei miteinander vernadelten Vlieslagen, die aus Fasern gemäß Fig. 3 oder Fig. 4 aufgebaut ist und folglich Fasern umfasst oder aus diesen besteht, die einen Faserkernstrang und eine Faserkernstrangumhüllung aufweisen. Wie man aus dem Verlauf dieser Kurve erkennen kann, fällt die Kurve zunächst über einen ersten Zeitraum nur geringfügig ab, was folglich einer nur geringen Zugfestigkeitsverringerung entspricht. Erst zu einem Zeitpunkt t, zu dem sich die Faserkernstrangumhüllung weitestgehend vollständig biologisch abgebaut hat, fällt die Schälfestigkeit des Verbunds dann steiler ab, weil sich ab diesem Zeitpunkt t der Faserkernstrang biologisch abbaut und hierdurch die durch ihn maßgeblich beeinflusste Schälfestigkeit der Faser reduziert wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Schälfestigkeit des Verbunds insgesamt durch den biologischen Abbau der Fasern in der oberen und unteren Decklage und der Verbindungsstruktur, also der Vernadelung, beeinflusst. Es ist zu verstehen, dass in anderen Verbundsystemen auch isoliertes Abbauverhalten den Abfall der Schälfestigkeit maßgeblich oder alleinig beeinflussen können, beispielsweise dann, wenn eine nicht biologisch abbaubare Verbindungsstruktur zwei Decklagen miteinander verbindet, von denen eine oder beide biologisch abbaubar sind, wie beispielsweise durch Vernähen erreichbar. In diesem Fall wird die Schälfestigkeit nur von der Verankerungsfestigkeit der Verbindungsstruktur in der biologisch abbaubaren Decklage beeinflusst. Fig. 5 shows schematically the course of the peel strength S(t) of a composite of two fleece layers needled together, which is made up of fibers according to Fig. 3 or Fig. 4 and consequently comprises or consists of fibers which have a fiber core strand and a fiber core strand covering . As can be seen from the course of this curve, the curve initially only drops slightly over a first period of time, which therefore corresponds to only a small reduction in tensile strength. Only at a point in time t, at which the fiber core strand coating has largely completely biodegraded, does the peel strength of the composite then fall more steeply, because from this point in time t the fiber core strand biodegrades and the peel strength of the fiber, which is significantly influenced by it, is thereby reduced. In this exemplary embodiment, the overall peel strength of the composite is influenced by the biological degradation of the fibers in the upper and lower cover layers and the connecting structure, i.e. the needling. It should be understood that in other interconnected systems also isolated Degradation behavior can significantly or solely influence the drop in peel strength, for example when a non-biodegradable connecting structure connects two cover layers, one or both of which are biodegradable, such as can be achieved by sewing. In this case, the peel strength is only influenced by the anchoring strength of the connecting structure in the biodegradable cover layer.
In Fig. 5 ist weiterhin das Quellverhalten einer Mittelfüllschicht dargestellt, in Form der Kurve Q(t) als Quellhebungsgrad der Mittelfüllschicht. Wie ersichtlich, nimmt die Mittelfüllschicht nach einer anfänglichen kurzen Verzögerung zunächst schnell an Volumen zu, was einem raschen ersten Aufquellen entspricht, um dann in eine langsamere Volumenzunahme entsprechend einem langsameren Aufquellen überzugehen, das sich dann asymptotisch einem finalen Aufquellzustand annähert. 5 also shows the swelling behavior of a middle filling layer, in the form of the curve Q(t) as the degree of swelling of the middle filling layer. As can be seen, after an initial short delay, the middle fill layer initially increases rapidly in volume, corresponding to a rapid initial swelling, and then transitions to a slower increase in volume corresponding to a slower swelling, which then asymptotically approaches a final swelling state.
Aus Fig. 5 ist weiterhin ablesbar, dass eine Geokunststoffmatte, die als obere und untere Decklage eine Schichtlage aufweisen würde, die aus Fasern hergestellt sind, die das Schälfestigkeitsverhalten gemäß S(t) aufweisen würden und die auch mit solchen Fasern vernadelt sind, durch eine Mittelfüllschicht mit einem Quellverhalten gemäß Q(t), während des maßgeblichen Teils des Aufquellens der Mittelfüllschicht noch eine hohe Schälfestigkeit aufweisen würde und folglich dem Quelldruck einen ausreichend hohen Gegendruck entgegensetzen könnte, um eine angestrebte gute Homogenisierung und Entfernung der Luftporen der Mittelfüllschicht durch das Quellen zu erzielen. Erst nachdem die Quellung weitestgehend abgeschlossen ist und nur noch geringfügige Volumen- und Gewichtszunahmen der Mittelfüllschicht durch ein Restaufquellen stattfinden, sind die biologisch abbaubaren Fasern der oberen und unteren Decklage und der Vernadelung dann in der Phase des raschen biologischen Abbaus und folglich der raschen Reduktion der Schälfestigkeit - also einem hohen Schälfestigkeitsreduktionsgrad. Zu diesem Zeitpunkt muss kein maßgeblicher Gegendruck gegen ein Aufquellen mehr aufgebracht werden, sondern die Geokunststoffmatte profitiert dann von einer bereits in günstiger Weise aufgequollenen und dichtenden Mittelfüllschicht. From Fig. 5 it can also be seen that a geosynthetic mat, which would have a layer as the upper and lower cover layer, which is made from fibers which would have the peel strength behavior according to S (t) and which are also needled with such fibers, by a Middle filling layer with a swelling behavior according to Q(t), during the significant part of the swelling of the middle filling layer would still have a high peel strength and could therefore counteract the swelling pressure with a sufficiently high counterpressure in order to achieve the desired good homogenization and removal of the air pores of the middle filling layer through swelling achieve. Only after the swelling has largely been completed and only minor increases in volume and weight of the middle filling layer due to residual swelling are the biodegradable fibers of the upper and lower cover layer and the needling then in the phase of rapid biological degradation and consequently of rapid reduction in peel strength - i.e. a high degree of peel strength reduction. At this point, there is no longer any need to apply significant counter pressure to prevent swelling, but the geosynthetic mat then benefits from a middle fill layer that has already swollen and sealed in a favorable manner.
Die Berechnung des Quell-Abbau-Verhältnisses ist nachfolgend anhand von vier Beispielen näher konkret erläutert: The calculation of the swelling-degradation ratio is explained in more detail below using four examples:
1.) Volumen der im Quellhebeversuch unter einer Last von 45Pa aufquellenden Mittelfüllschicht nach einer Woche Quellzeit ist 40 Liter, nach drei Monaten 50 Liter. Das Volumen vor Beginn des Quellens war 20 Liter. Dies ergibt eine Verdoppelung des Volumens innerhalb einer Woche, also einen Quellhebungsgrad 2 und einen Quellhebungsgrad von 2,5 nach drei Monaten; Die Schälfestigkeit zu Beginn des Kompostierungsversuchs ist 120N/10cm, diese bleibt quasi unverändert innerhalb der ersten Woche und die Schälfestigkeit nach drei Monaten Kompostierung ist 90N/10cm. Dies ergibt eine 25%ige Reduktion der Schälfestigkeit nach drei Monaten, also eine Restschälfestigkeitsgrad 0,56. Hieraus resultiert ein Quell-Abbau-Verhältnis von 2 nach einer Woche und ein Quell-Abbau-Verhältnis von 4,4 nach drei Monaten. 1.) Volume of the middle filling layer swelling in the swelling lifting test under a load of 45Pa after one week of swelling is 40 liters, after three months 50 liters. The volume before swelling began was 20 liters. This results in a doubling of the volume within a week, i.e. a source elevation of 2 and a Source elevation of 2.5 after three months; The peel strength at the beginning of the composting test is 120N/10cm, this remains virtually unchanged within the first week and the peel strength after three months of composting is 90N/10cm. This results in a 25% reduction in peel strength after three months, i.e. a residual peel strength of 0.56. This results in a swelling-degradation ratio of 2 after one week and a swelling-degradation ratio of 4.4 after three months.
2.) Volumen der im Quellhebeversuch unter einer Last von 45Pa aufquellenden Mittelfüllschicht nach einer Woche Quellzeit ist 60 Liter, nach drei Monaten 80 Liter und steigt dann nicht mehr relevant an. Das Volumen vor Beginn des Quellens war 20 Liter. Dies ergibt eine Verdreifachung des Volumens innerhalb einer Woche, also einen Quellhebungsgrad 3 und einen Quellhebungsgrad 4 nach drei und mehr Monaten; Die Schälfestigkeit zu Beginn des Kompostierungsversuchs ist 120N/10cm, diese reduziert sich auf 1 15N/10cm innerhalb der ersten Woche, die Schälfestigkeit nach drei Monaten Kompostierung ist 60N/10cm und fällt bis zum zwölften Monat auf 40N/10cm. Dies ergibt eine ca. 4%ige reduktion auf einen Restschälfestigkeitsgrad von 0,96 innerhalb der ersten Woche , eine 50%ige Reduktion der Schälfestigkeit nach drei Monaten, also eine Restschälfestigkeitsgrad 0,25 und einen Restschälfestigkeitsgrad von 0,1 nach zwölf Monaten. Hieraus resultiert ein Quell-Abbau-Verhältnis von 3,1 nach einer Woche, das nach drei Monaten auf 16 und nach zwölf Monaten auf 36 steigt. 2.) Volume of the middle filling layer swelling under a load of 45Pa in the swelling lifting test is 60 liters after one week of swelling, 80 liters after three months and then no longer increases significantly. The volume before swelling began was 20 liters. This results in a tripling of the volume within a week, i.e. a source elevation level of 3 and a source elevation level of 4 after three or more months; The peel strength at the start of the composting trial is 120N/10cm, this reduces to 1 15N/10cm within the first week, the peel strength after three months of composting is 60N/10cm and drops to 40N/10cm by the twelfth month. This results in an approximately 4% reduction to a residual peel strength of 0.96 within the first week, a 50% reduction in peel strength after three months, i.e. a residual peel strength of 0.25 and a residual peel strength of 0.1 after twelve months. This results in a swelling-degradation ratio of 3.1 after one week, which increases to 16 after three months and to 36 after twelve months.
3.) Volumen der im Quellhebeversuch unter einer Last von 45Pa aufquellenden Mittelfüllschicht nach einer Woche Quellzeit ist 30 Liter, nach drei Monaten 40 Liter und nach zwölf Monaten ebenfalls 40 Liter. Das Volumen vor Beginn des Quellens war 20 Liter. Dies ergibt einen Quellhebungsgrad 1 ,5 nach einer Woche und einen Quellhebungsgrad von 2 nach drei und nach zwölf Monaten; Die Schälfestigkeit zu Beginn des Kompostierungsversuchs ist 120N/10cm, diese bleibt quasi unverändert innerhalb der ersten Woche und die Schälfestigkeit nach drei Monaten Kompostierung ist 90N/10cm und fällt bis zum zwölften Monat auf 60N/10cm. Dies ergibt nach drei Monaten eine Restschälfestigkeitsgrad von 0,56 und eine Restschälfestigkeit von 0,25 nach zwölf Monaten. Hieraus resultiert ein Quell-Abbau-Verhältnis von 1 ,5 nach einer Woche, das nach drei Monaten auf 3,6 und nach zwölf Monaten auf 8 steigt. 3.) Volume of the middle filling layer swelling under a load of 45Pa in the swelling lifting test after one week of swelling is 30 liters, after three months 40 liters and after twelve months also 40 liters. The volume before swelling began was 20 liters. This results in a source elevation of 1.5 after one week and a source elevation of 2 after three and twelve months; The peel strength at the beginning of the composting test is 120N/10cm, this remains virtually unchanged within the first week and the peel strength after three months of composting is 90N/10cm and drops to 60N/10cm by the twelfth month. This results in a residual peel strength of 0.56 after three months and a residual peel strength of 0.25 after twelve months. This results in a swelling-degradation ratio of 1.5 after one week, which increases to 3.6 after three months and to 8 after twelve months.
4.) Volumen der im Quellhebeversuch unter einer Last von 45Pa aufquellenden Mittelfüllschicht nach einer Woche Quellzeit ist 40 Liter, nach drei Monaten 60 Liter und nach zwölf Monaten 80 Liter. Das Volumen vor Beginn des Quellens war 20 Liter. Dies ergibt einen Quellhebungsgrad 2 nach einer Woche und einen Quellhebungsgrad von 3 nach drei Monaten und von 4 nach zwölf Monaten; Die Schälfestigkeit zu Beginn des Kompostierungsversuchs ist 120N/1 Ocm, diese reduziert sich auf 110N/10cm innerhalb der ersten Woche, die Schälfestigkeit nach drei Monaten Kompostierung ist 40N/10cm und fällt bis zum zwölften Monat auf 20N/10cm. Dies ergibt nach einer Woche einen Restschälfestigkeitsgrad von 0,84, nach drei Monaten einen Restschälfestigkeitsgrad von 0,1 1 und eine Restschälfestigkeit von 0,03 nach zwölf Monaten. Hieraus resultiert ein Quell-Abbau-Verhältnis von 2,4 nach einer Woche, das nach drei Monaten auf 27 und nach zwölf Monaten auf 133 steigt. 4.) Volume of the middle filling layer swelling in the swelling lifting test under a load of 45Pa is 40 liters after one week of swelling, 60 liters after three months and 80 liters after twelve months. The volume before swelling began was 20 liters. This results in a source elevation level of 2 after one week and a source elevation level of 3 after three months and from 4 to twelve months; The peel strength at the beginning of the composting test is 120N/1 Ocm, this reduces to 110N/10cm within the first week, the peel strength after three months of composting is 40N/10cm and drops to 20N/10cm by the twelfth month. This results in a residual peel strength of 0.84 after one week, a residual peel strength of 0.1 1 after three months and a residual peel strength of 0.03 after twelve months. This results in a swelling-degradation ratio of 2.4 after one week, which rises to 27 after three months and to 133 after twelve months.
In den vorliegenden Beispielen stellen die Beispiele 1 , 2 und 3 folglich Geokunststoffmatten dar, die erfindungsgemäße besonders bevorzugte Eigenschaften aufweisen und ein gutes Abdichtverhalten erzielen. Die Geokunststoffmatte nach Beispiel 4 weist ein schnelles Aufquellverhalten in Bezug auf einen raschen biologischen Abbau und damit einhergehenden Verlust der Schälfestigkeit auf, diese erfindungsgemäßeIn the present examples, Examples 1, 2 and 3 therefore represent geosynthetic mats which have particularly preferred properties according to the invention and achieve good sealing behavior. The geosynthetic mat according to Example 4 has a rapid swelling behavior in relation to rapid biological degradation and the associated loss of peel strength, this according to the invention
Geokunststoffmatte wird zwar möglicherweise noch unter einer starken Belastung durch eine darüberliegende Bodenschicht ein gutes Abdichtverhalten erreichen, eignet sich aber weniger gut, wenn eine solche Gewichtsbelastung zur Kompensation des raschen biologischen Abbaus nicht vorhanden ist, weil dann zu wenig Quellgegendruck vorherrscht, um eine gute Abdichtung zu erzielen. Although a geosynthetic mat may still achieve good sealing behavior under heavy loads from an overlying soil layer, it is less suitable if such a weight load is not present to compensate for rapid biological degradation, because then there is too little swelling counter pressure to achieve a good seal achieve.
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