Co to jest geowłóknina

Dla dokładniejszego wyobrażenia, co to jest geowłóknina, zapraszamy na tę stronę. Choć może się wydawać, że to suche dane, zalecamy uważne przeczytanie tego rozdziału :-)

Historia

Geowłókniny są stosowane od ponad 50 lat. Pierwsze zastosowanie geowłókniny miało na celu zastąpienie filtrów. Geowłókniny są wykorzystywane w tym celu do dziś, ale ich masowa ekspansja nastąpiła przede wszystkim w branży budowlanej. Za pioniera zastosowania geowłóknin w tym sektorze uważa się Roberta Baretta, który w latach 50. XX wieku wykorzystał ówczesne geowłókniny do produkcji i wzmacniania brzegów morskich przy użyciu prefabrykatów betonowych.

Definicja

Istnieje wiele definicji pojęcia „geowłóknina” (angielska nazwa „geotextile“). Prawdopodobnie najdokładniejszą definicję podaje dziś norma PN EN ISO 10318, która definiuje geowłókniny jako

płaski, przepuszczalny, polimerowy (syntetyczny lub naturalny) materiał tekstylny, który może być nietkany, dziany lub tkany, używany w kontakcie z gruntem i/lub innymi materiałami w zastosowaniach geotechnicznych i inżynierii budowlanej

Uproszczona definicja podana jest w polskiej wersji otwartej encyklopedii Wikipedia, jednak nie obejmuje ona wszystkich funkcji, dla których produkowane są obecne geowłókniny.

Ważna informacja: W poniższym tekście (oraz w innych miejscach w Internecie) oprócz „geowłókniny” spotkasz się też z innymi nazwami tych wyrobów. Nie daj się zmylić różnej terminologii.  W większości przypadków nadal mówimy o wspomnianych materiałach tekstylnych, ale ich oznaczenie zazwyczaj różni się w zależności od obszaru, w którym są zwykle stosowane: 

• Agrowłókniny – produkty wykorzystywane głównie w rolnictwie (stąd przedrostek agro-) 
• Geowłókniny – produkty stosowane głównie na budowach, np. do oddzielania różnych warstw materiałów. Termin „geowłóknina” stosowany jest w odniesieniu do nietkanych włóknin tekstylnych, natomiast termin „geotkanina” dotyczy tkanin (różnica wynika z metody produkcji. Więcej informacji poniżej).
• Biowłóknina – produkty stosowane w uprawie zboczy i w rolnictwie, podobne do agrotkaniny. Są one jednak wykonane z naturalnych, w 100% biodegradowalnych materiałów (stąd przedrostek bio-).

W potocznym języku pojęcia te są często mylone – niektórzy hodowcy mówią o agrowłókninach na chwasty, natomiast biowłókniny są synonimem np. geowłóknin z włókien naturalnych. W poniższym tekście uwzględniliśmy ogólnie przyjętą terminologię.

Z punktu widzenia laika, geowłókniny to techniczne tekstylia, które mogą wyglądać podobnie do tkanin używanych w domu, ale mogą też przypominać materiał zwany filcem.

Wygląd geowłóknin, jak również ich podstawowe właściwości, w rzeczywistości w dużej mierze zależą od metody produkcji. Popularne tekstylia domowe przypominają geotkaniny idziane, a geowłókniny wykazują podobieństwo do filcu.

Często stosuje się również surowce pochodzące z recyklingu, z przetwarzania odpadów tworzyw sztucznych.

W ostatnich latach na rynku pojawiły się również włókniny wyprodukowane z kompostowalnej biomasy naturalnej, które charakteryzują się tym, że w obecności wody z czasem ponownie rozkładają się na naturalne, w pełni biodegradowalne elementy. Te geowłókniny są określane jako biowłókniny, ale ze względu na ich podstawowe zastosowanie w rolnictwie i ogrodnictwie są również czasami określane jako agrowłókniny.

Geowłókniny pełnią szereg ważnych funkcji. Najważniejsze technicznie funkcje to separacja, ochrona, filtracja, wzmocnienie i drenaż.

Geowłókniny są dostępne w wielu kolorach. Najczęściej spotykane kolory to biały, czarny i brązowy. Biały kolor odbija słońce i raczej zaciemnia. Z kolei czerń pochłania promienie słoneczne i utrzymuje wyższą temperaturę pod włókniną w porównaniu z białą tkaniną. Brąz jest natomiast bardzo popularnym kolorem w rolnictwie i ogrodnictwie.

Zastosowania geowłóknin

Geowłókniny i geotkaniny to tekstylia o szerokim zastosowaniu w budownictwie, rolnictwie, ogrodnictwie czy przemyśle, gdzie częściej określa się je jako „tekstylia techniczne”. Ale gdzie i jak można je najlepiej wykorzystać, aby osiągnąć maksymalne korzyści? Do czego to będzie służyć?

Zastosowanie geowłókniny w budownictwie

Przed geowłókninami budowlanymi stawiane są wysokie wymagania , a ich producenci muszą udowadniać ich właściwości poprzez różne testy. Poszczególne właściwości, określane jako specyfikacje techniczne, są następnie wykorzystywane przez projektantów i budowniczych do doboru odpowiedniej geowłókniny do planowanego zastosowania.

Budowlane geowłókniny najczęściej stosowane są jako separacja, czyli oddzielenie poszczególnych warstw sypkich materiałów budowlanych. Zapobiega to ich mieszaniu się i w niektórych przypadkach zwiększa ich nośność dla ruchu drogowego lub innych obciążeń.

Najczęstszym zastosowaniem geowłóknin w budownictwie jest oddzielanie od siebie warstw różnych materiałów

Prawie wyłącznie te geowłókniny są produkowane z materiałów syntetycznych, głównie polipropylenu, poliestru lub ich mieszanek. Czasami do produkcji geowłóknin budowlanych wykorzystuje się również tworzywa sztuczne pochodzące z recyklingu , jednak geowłókniny wykonane z materiałów pochodzących z recyklingu nie zapewniają uzyskania dobrych parametrów i żywotności.

Rolnictwo i ogrodnictwo

Geowłókniny dla rolnictwa i ogrodnictwa są często określane również jako agrotkaniny. Geowłókniny mogą być jednak stosowane jako podkład pod folię do oczek wodnych lub korę mulczową w celu ochrony przed chwastami, ochrony roślin przed wiosennymi przymrozkami lub zapobiegania wysychaniu gleby w gorących miesiącach letnich. Znajduje również szerokie zastosowanie przy tymczasowym zabezpieczaniu zboczy przed erozją, budowie zielonych dachów czy budowie ścieżek i chodników ogrodowych.

W przypadku włóknin ogrodowych nie stawia się specjalnych wymagań co do ich właściwości mechanicznych, ale preferuje się właściwości ważne dla produkcji rolnej.

Syntetyczne agrowłókniny (agrotkaniny) produkowane są głównie jako cienkie tkaniny polipropylenowe w kolorze białym, brązowym lub czarnym i służą głównie do przykrywania pól i grządek przed szkodnikami, do ochrony roślin przed mrozem lub do oddzielania warstw mulczowych od gleby.

Agrotkanina na świeżo założonej grządce z roślinami okrywowymi zapobiega rozwojowi chwastów

Naturalne włókniny ogrodnicze są najczęściej wykonywane z włókien kokosowych lub jutowych (prawidłowo nazywane „siatki przeciwerozyjne ponieważ mają otwartą strukturę i są stosowane zamiast grządek do zapobiegania erozji na zboczach) lub biomasy.

Naturalne siatki z włókna kokosowego i juty są zasadniczo produkowane przez tkanie, siatki przeciwerozyjne z biomasy następnie przez technologię igłowania. Stosuje się je tam, gdzie ważne jest, aby nie wprowadzać do przyrody produktów syntetycznych, czyli najczęściej są to różne ogrody lub gospodarstwa ekologiczne.

Tekstylia wykonane z biomasy nazywane są biowłókninami, a ich główną zaletą jest bezresztkowy rozkład na surowce naturalne.

Są one ekologiczną alternatywą dla powszechnie stosowanych agrowłóknin opartych na włóknach wytwarzanych z ropy naftowej. Więcej informacji o biowłókninach można uzyskać tutaj.

Biowłóknina wyprodukowana z naturalnych surowców z czasem rozkłada się i staje się nawozem dla roślin

Zastosowania geowłóknin w przemyśle

Geowłókniny do zastosowań przemysłowych są zawsze specjalnie ukierunkowane na spełnienie określonej funkcji. Są one projektowane i produkowane w oparciu o wymagania przemysłowych firm produkcyjnych. Te geowłókniny są powszechnie nazywane tkaninami technicznymi i ich zastosowanie w innych dziedzinach nie jest właściwe.

Podstawowe właściwości geowłóknin

Poszczególne właściwości geowłóknin dzieli się na fizyczne, mechaniczne i hydrauliczne. Opisują one te właściwości geowłóknin w sposób dość szczegółowy, ale nie mają i nie mogą mieć wpływu na to, jak długo geowłókniny wytrzymają w konstrukcji. Dlatego na końcu strony dodaliśmy kilka słów o trwałości geowłóknin.

Właściwości fizyczne

Najbardziej znaną z właściwości fizycznych jest waga na metr kwadratowy, najczęściej podawany w g/m². Właściwość ta popularnie nazywana jest gramaturą. Ta fizyczna właściwość stała się bardzo popularna, gdy po raz pierwszy zaczęto stosować geowłókniny. Ponieważ wszystkie były podobne, wystarczyła tylko ta cecha wyróżniająca. Dziś ta cecha jest przestarzała, ale nadal jest podawana w wielu projektach budowlanych.

Właściwości mechaniczne

Do podstawowych właściwości mechanicznych geowłóknin zalicza się wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie pod maksymalnym obciążeniem (zwane również „rozciągliwością”) oraz odporność na przebicie (zwaną również „CBR”). Wszystkie te właściwości przesądzają o zachowaniu się geowłókniny w konstrukcji budowlanej i są istotnym elementem opisu w dokumentacji projektowej.

Właściwości hydrauliczne

Kluczowe właściwości hydrauliczne obejmują przepuszczalność wody przez geowłókninę i jej odporność na zatykanie (technicznie nazywane „kolmatacją”) geowłókniny przez drobne cząstki gruntu. Te właściwości są krytyczne, gdy woda lub inne ciecze przechodzą przez geowłókninę, ponieważ określają długość czasu, w którym geowłóknina będzie spełniać swoją funkcję w konstrukcji.

Bardzo przydatną cechą geowłóknin jest to, że nie są siedliskiem pleśni i bakterii. Nie przeszkadza im środowisko alkaliczne ani kwaśne. Zwykle są też produkowane z odpornością na promieniowanie UV, są bezpieczne dla zdrowia i nie pozostawiają śladu ekologicznego.

Żywotność geowłókniny

Żywotność geowłókniny zależy od surowca użytego w procesie produkcji, a także od środowiska, w którym geowłóknina jest umieszczona. Ogólnie rzecz biorąc, geowłókniny wykonane z dziewiczych tworzyw sztucznych mają żywotność rzędu dziesiątek do setek lat, natomiast produkty wykonane z tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu mają krótszą żywotność, choć i w tym przypadku wraz z rozwojem technologii recyklingu stopniowo wprowadzane są ulepszenia.

Minimalny gwarantowany okres użytkowania jest zawsze podany przez producenta na dokumencie towarzyszącym konkretnemu produktowi.
Żywotność biowłóknin, lub siatek jutowych, kokosowych i z innych włókien naturalnych wynosi maksymalnie 10 lat. Produkty te z czasem ulegają rozkładowi pod wpływem wilgoci i innych czynników i przez wiele lat nadal działają w glebie jako nawóz.

Produkcja geowłóknin

W momencie powstania produkcja geowłóknin wykorzystywała ówczesne maszyny włókiennicze, które zostały tylko nieznacznie zmodyfikowane. W dzisiejszych czasach maszyny te nie spełniłyby wymagań dotyczących stałej jakości geowłóknin, dlatego też obecnie stosuje się maszyny opracowane specjalnie do produkcji geowłóknin lub tekstyliów technicznych.

Technologia produkcji geowłókniny

Geowłókniny dzielą się ze względu na technologię produkcji na tkane, nietkane i dziane. Geotkaniny produkowane są na krośnie w technologii osnowa-wątek. Składają się z dwóch rzędów równoległych włókien przeplatanych pod kątem prostym w tkaninie, tworząc wzajemnie regularny układ przeplatanych pasm.

Geowłókniny składają się z włókien ułożonych w nieregularną strukturę. Wytwarzane są za pomocą środków mechanicznych lub fizykochemicznych, lub ich kombinacji. Wzmocnienie mechaniczne uzyskuje się przez igłowanie, czyli przekłuwanie losowo rozproszonych włókien zestawami przeciwlegle zorientowanych specjalnych igieł.

Geotkaniny o wysokiej wytrzymałości (tekstylia wyprodukowane przez dzianie) są produkowane na maszynach dziewiarskich z przędzy lub pasm uformowanych w pętle zazębiające się, ewentualnie z użyciem innych elementów wiążących ułożonych w kolumnach i rzędach. Jeśli przędze (nitki) są proste w jednym kierunku, to jest to geowłóknina o strukturze bezpośrednio zorientowanej (angielska nazwa „directly oriented structure“).

Szczegóły struktury geotkanin, geowłóknin i geodzianin

Aby wybrać odpowiedni rodzaj geowłókniny, trzeba wiedzieć, jakich funkcji i zachowań oczekuje się od geowłókniny.

Bardziej szczegółowe informacje na temat różnych metod produkcji oraz inne ciekawostki można znaleźć w języku angielskim na stronie International Geosynthetic Society. Aby uzyskać wykwalifikowaną pomoc w wyborze najlepiej odpowiadającej geowłókniny wskazane jest skontaktowanie się z profesjonalną firmą.

Surowce do produkcji geowłókniny

Istnieje szereg geowłóknin produkowanych z różnych surowców o różnych właściwościach. Właściwości surowców produkcyjnych dziedziczy wówczas także geowłóknina. Zasadniczo surowce produkcyjne możemy podzielić na syntetyczne i naturalne.

Włókniny z włókien syntetycznych

Głównymi składnikami produkcji są polipropylen (PP) lub poliester (PES). Dzięki surowcowi produkcyjnemu włókniny nie są atakowane przez pleśnie i bakterie, dobrze znoszą środowisko alkaliczne (tylko PP) i kwaśne (PP i PES) oraz są odporne na powszechnie stosowane rozpuszczalniki. Kolor to najczęściej biały lub czarny, ale występują również w innych odcieniach lub jako wielokolorowe.

Kupując geowłókniny z włókien sztucznych należy wziąć pod uwagę funkcję, jaką mają one pełnić po zainstalowaniu, środowisko, w którym mają być zainstalowane oraz obciążenia, jakim będą poddawane w tym środowisku. Na przykład tkane pozwalają na przenoszenie naprężeń rozciągających i są wykorzystywane do poprawy właściwości mechanicznych gruntu, natomiast geowłókniny są elastyczne i są w stanie bardzo dobrze chronić inne materiały lub konstrukcje.

Włókniny z surowców naturalnych

Naturalnymi surowcami do produkcji włóknin są najczęściej włókna jutowe i kokosowe ze względu na ich trwałość, ale ostatnio także naturalne polimery na bazie kwasu polimlekowego.

Włókniny wyprodukowane z tych surowców są biodegradowalne – rozkładają się z czasem pod wpływem warunków klimatycznych.

Włókniny wykonane z surowców naturalnych najczęściej pełnią funkcję przeciwerozyjną, gdzie po ich instalacji stanowią podporę dla wzrostu zieleni, następnie po rozkładzie, który następuje w okresie od 12 do 36 miesięcy (w zależności od rodzaju produktu), funkcję przeciwerozyjną i przeciwścierną przejmuje już rozwinięta wegetacja.

Funkcje geowłóknin

Funkcja separacyjna

Najczęstszą funkcją, jaką spełniają geowłókniny w konstrukcjach ziemnych, jest oddzielanie warstw gruntów o różnych właściwościach. Przy projektowaniu należy uwzględnić w szczególności maksymalne uziarnienie, jego kształt i ostrość, sposób obciążenia zasypki oraz sztywność podłoża.

Generalnie, im większe uziarnienie zasypu, tym geowłókniny muszą mieć wyższą odporność na przebicie.
Trzeba znać wartość odporności na rozerwanie określoną w badaniu CBR oraz przepuszczalność geowłókniny w kierunku prostopadłym do płaszczyzny wyrobu.
Do separacji nadają się na ogó geowłókniny i geotkaniny.

Funkcja filtracyjna

Geowłóknina, która pełni funkcję filtracyjną, musi umożliwiać bezpieczne przejście wody przez geowłókninę i przez przyległe warstwy gleby lub innego materiału, nie powodując nadmiernego wzrostu ciśnienia wody w porach gleby przed geowłókniną. Geowłóknina musi również zapobiegać przemieszczaniu się drobnoziarnistych cząstek porywanych przez płynącą wodę, jednocześnie nie zatykając geowłókniny.

Aby zapewnić funkcję filtracyjną, geowłóknina musi spełniać kryteria filtracji w zakresie przepuszczalności, retencji i zapobiegania zatykaniu według przepisów technicznych (np. według TP 97 Geosyntetyki w korpusie ziemnym dróg, SŽDC S4 Podtorze kolejowe lub TNŽ 73 69 49 Odwodnienie linii i stacji kolejowych).
Odpowiednie są geotkaniny , geowłókniny są warunkowo odpowiednie lub nieodpowiednie.

Funkcja ochronna

Projektując włókniny do pełnienia funkcji ochronnej należy uwzględnić w szczególności wrażliwość chronionej konstrukcji na uszkodzenie, rodzaj zastosowanej zasypki, sposób obciążenia zasypki oraz zdolność geowłókniny do absorbowania oddziaływań od zasypywanego gruntu. Geowłókniny, ze względu na technologię produkcji, osiągają większe grubości i dzięki temu mają wyższą zdolność absorbowania energii przebicia.

Ważną wartością dla funkcji ochronnej jest też odporność na przebicie lub przerwanie. Geotkaniny mają mniejszą grubość = większe ryzyko uszkodzenia chronionego obiektu (np. folii).
Odpowiednie są geowłókniny, geotkaniny nie nadają się.

Funkcja wzmacniania

Najważniejszą cechą włóknin o funkcji wzmacniającej jest ich długotrwała wytrzymałość. Jest to czasem określana przy użyciu sztywności na ścinanie geowłókniny przy małym odkształceniu (zwykle przy 2% rozciągnięciu).

Geowłókniny wykazują o rząd wielkości większe odkształcenie niż geotkaniny już przy niskich generowanych siłach (niska sztywność początkowa). Prowadzi to często do niekontrolowanych odkształceń konstrukcji i ostatecznie wpływa nie tylko na estetykę, ale także na bezpieczeństwo i niezawodność konstrukcji.

Z tego powodu w większości przypadków nie są one stosowane w tego typu konstrukcjach. Geotkaniny osiągają niższe odkształcenia niż geowłókniny przy tym samym obciążeniu. Z tego powodu są one bardziej odpowiednie do pełnienia funkcji wzmacniania.
Dla wzmocnienia, geotkanina jest warunkowo odpowiednia, geowłóknina jest nieodpowiednia.

Funkcja drenażowa

Zapewnienie funkcji drenażowej przy użyciu włókniny oznacza, że geowłóknina musi niezawodnie przepuszczać wodę przez swoją konstrukcję. Ponieważ włókniny są zwykle poddawane naciskowi gruntu, który je zaciska i tym samym uniemożliwia przepuszczanie wody, geowłókniny do tego zastosowania mogą być używane tylko do niewymagających zastosowań i zawsze w połączeniu ze żwirem drenażowym lub piaskiem.

Geowłókniny są używane tylko o dużej grubości, mała prędkość przenikania wody powoduje jednak ich zatykanie i stopniowe ograniczenie funkcji drenażowej. Geotkaniny nie są w stanie przepuszczać wody w płaszczyźnie wyrobu.
Jako drenaż można stosować wyłącznie geowłókninę.

Funkcja przeciwerozyjna

Czynnikami decydującymi o wyborze odpowiedniego rodzaju trwałego zabezpieczenia przed erozją są: częstość opadów, prędkość przepływu wody, nachylenie i długość zbocza, rodzaj gruntu i pokrycie roślinnością.

Czynniki te wpływają na przydatność zastosowania włókniny jako elementu kontroli erozji. Możliwe jest stosowanie geowłóknin z naturalnego materiału biodegradowalnego pod warunkiem, że będą one stosowane przez ograniczony czas, w którym roślinność przejmie funkcję przeciwerozyjną.

Przy użyciu syntetycznych geowłóknin niezbędne jest wybranie produktów o odpowiedniej odporności na promieniowanie ultrafioletowe.
Geowłóknina i geotkanina jest warunkowo odpowiednia.