Биомат

Изобретение предназначено для укрепления и защиты грунтовых поверхностей, например откосов грунтовых планировочных насыпей, автомобильных и железных дорог, карьеров, сухих откосов земляных плотин и т.п. от эрозионных процессов путем быстрого восстановления почвенно-растительного слоя. Биомат представляет собой многослойную, по меньшей мере трехслойную, конструкцию, включающую слои холста, содержащего искусственные волокна химического происхождения, и размещенный между каждыми двумя слоями холста и скрепленный с ними средний слой, содержащий семена растений. В холст добавлены естественные волокна с образованием смеси натуральных и синтетических волокон, содержащей по массе 15-50% синтетических волокон и 50-85% натуральных волокон из материалов, при биоразложении образующих питательную среду для растений, и достижением поверхностной плотности холста в пределах 250-800 г/м². Средний слой, кроме семян растений, содержание которых составляет 60-150 г/м², дополнительно содержит питательную смесь, состоящую из удобрений, стимуляторов роста растений и почвообразующих добавок, подбираемых с учетом почвенно-грунтовых условий района применения биомата и состава используемых семян, причем содержание питательной смеси составляет 20-90 г/м². В биомат внесены природные или искусственные сорбирующие вещества, содержание которых составляет 30-600 г/м², путем их внедрения в холст или включения в состав среднего слоя. Биомат может быть быстро развернут на любой грунтовой поверхности, выполняет функцию искусственного почвенного слоя с высокой влагоудерживающей способностью на период формирования устойчивого естественного почвенно-растительного покрова, обеспечивает защиту грунтовой поверхности от эрозионных процессов, сохранность семян растений в течение времени их прорастания, эффективное развитие корневой системы растений в период их вегетации и жизнеспособность растительного покрова в период его формирования. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области строительства и предназначено для укрепления и защиты грунтовых поверхностей, например откосов грунтовых планировочных насыпей, автомобильных и железных дорог, а также карьеров, сухих откосов земляных плотин и т.п. от эрозионных процессов путем быстрого восстановления почвенно-растительного слоя.

Известен биомат, представляющий собой защитное покрытие из натурального волокна, состоящее из растительного волокна, наложенного на тонкий слой целлюлозы и прошитого двойной джутовой или полипропиленовой нитью (RU 2188275 С1, опубл. 27.08.2002).

Этот биомат в сочетании с биотекстилем, представляющим собой сплетенные из натурального волокна сетки, используется в качестве водопроницаемого слоя многослойного покрытия для укрепления и рекультивации грунтовых поверхностей.

Недостаток этого известного биомата состоит в том, что он не является и не может быть использован в качестве самостоятельной конструкции, способной обеспечить быстрое восстановление почвенно-растительного слоя, а входит в состав достаточно сложной конструкции многослойного покрытия для укрепления и рекультивации заболоченных природных, и/или техногенных грунтов, и/или илистых отложений, характеризующегося тем, что оно содержит уложенный на грунт и/или илистое отложение нижний водопроницаемый слой из геотекстиля и/или биомата и биотекстиля, расположенный на нем армирующий слой из металлической сетки с защитным покрытием или пластиковой решетки плоского сечения и верхний слой из растительного почвогрунта, выполненный толщиной, обеспечивающей формирование дополнительного армирующего слоя, состоящего из корней травы, и/или кустарника, и/или деревьев, причем под верхним слоем может быть расположен балластный или дренажный слой. Выполнение такого покрытия требует проведения достаточно сложных многооперационных работ и большого времени для их проведения и не может быть отнесено к оперативным и производительным методам строительства.

Известно устройство для укрепления откоса грунтового сооружения, содержащее закрепленную на откосе георешетку в виде соединенных между собой полимерных лент, образующих при растяжении ячейки, в которых размещен дисперсный минеральный материал, причем через отверстия в полимерных лентах георешетки через ее ячейки пропущены проволока или несущие полимерные или металлические тросы, а георешетка расположена на подложке из геотекстиля, которая может содержать семена растений (RU 49011 U1, опубл. 10.11.2005).

Недостатки этого устройства для укрепления откоса грунтового сооружения заключаются в сложности его конструкции и длительности его монтажа на откосе грунтового сооружения, при котором требуется растягивать полимерные ленты и закреплять их в растянутом положении на откосе при помощи проволоки или несущих полимерных или металлических тросов, а затем размещать в образовавшихся при растяжении полимерных лент ячейках георешетки дисперсный минеральный материал, а также в недолговечности и незащищенности его конструкции от внешних атмосферных проявлений, таких как ветер, осадки, попеременные замораживание и оттаивание, которые будут разрушать и выносить из ячеек размещенный в них и ничем не защищенный дисперсный минеральный материал.

Известен также иглопробивной геотекстильный материал «Теразон» из смеси натуральных и синтетических волокон, восстановленных из отходов текстильного производства и отходов потребления, собранных у населения, в который внедрены семена многолетних трав. Такой материал изготавливается из указанных отходов и с поверхностной плотностью 330-440 г/м², содержит семена трав в количестве от 30 до 50 г/м² и используется для укрепления размываемых канав вдоль дорог (один из аналогов, приведенный в SU 1728314 А1, опубл. 23.04.1992).

Недостатком этого материала является то, что в нем не регламентировано процентное содержание синтетических волокон. При их большом вложении, что имеет место в данном материале, он будет плохо выполнять функции дренажа и создания дополнительной питательной среды для развития корневой системы многолетних трав.

Известно используемое для озеленения и закрепления почв на склонах при проведении земляных работ многослойное геотекстильное покрытие, содержащее слои нетканого полотна, между которыми размещен нетекстильный наполнитель, включающий семена растений, частицы пенопласта и т.п., причем слои нетканого полотна скреплены между собой, например, иглопробиванием, холстопрошиванием или приклеиванием (DD 221769 А1, опубл. 02.05.1985).

Недостаток этого известного многослойного геотекстильного покрытия состоит в том, что не регламентирован его сырьевой состав, от которого в большей степени зависят условия эксплуатации покрытия и эффективность прорастания семян.

Наиболее близким аналогом предлагаемого биомата по технической сущности является используемое для укрепления откосов автомобильных и других дорог, для быстрого закрепления эрозионных земель или склонов за счет обрастания их травой покрытие, представляющее собой многослойную, по меньшей мере трехслойную, конструкцию, включающую слои холста, содержащего искусственные волокна химического происхождения, и размещенный между каждыми двумя слоями холста и скрепленный с ними средний слой, содержащий семена растений (SU 1728314 А1, опубл. 23.04.1992).

В этом известном покрытии холст состоит из смеси регенерированных волокон, полученных из отходов производства вискозных и синтетических волокон, при этом вискозные волокна содержатся в количестве 60-70% от массы волокнистой смеси холста, а в качестве синтетических волокон использована смесь полиамидных волокон и нитей в количестве 15-20% и полиакрилонитрильных волокон в количестве 15-20%. Вискозные волокна являются искусственными волокнами химического происхождения, формируемыми из вискозы, т.е. вязкого раствора, получаемого в результате мерсеризации (обработки раствором NaOH) целлюлозы, созревания полученной щелочной целлюлозы и последующей обработки ее сероуглеродом (CS₂).

Недостатки наиболее близкого аналога заключаются в отсутствии или крайне низком содержании питательных для семян и растений веществ в искусственных волокнах химического происхождения, только из которых образован холст, используемый в данном известном покрытии, а также в низкой влагоудерживающей способности материалов из таких искусственных волокон, что приводит к их быстрому иссушению в период эксплуатации, кроме того, искусственные волокна химического происхождения при разложении могут выделять химические вещества и элементы, не способствующие развитию растений и их корневой системы. Все это значительно снижает всхожесть семян, жизнеспособность формирующегося растительного покрова и, тем самым, эффективность известного покрытия.

Задачей настоящего изобретения является создание биомата (покрытия грунтовых поверхностей) длительного срока хранения, простого по конструкции и в изготовлении и удобного в применении, обеспечивающего быстроту проведения работ при его монтаже на любой грунтовой поверхности, выполняющего функцию искусственного почвенного слоя с высокой влагоудерживающей способностью на период формирования устойчивого естественного почвенно-растительного покрова, а также обеспечивающего защиту грунтовой поверхности от эрозионных процессов, сохранность семян растений в течение времени их прорастания, эффективное развитие корневой системы растений в период их вегетации и жизнеспособность растительного покрова в период его формирования.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в биомате, представляющем собой многослойную, по меньшей мере трехслойную, конструкцию, включающую слои холста, содержащего искусственные волокна химического происхождения, и размещенный между каждыми двумя слоями холста и скрепленный с ними средний слой, содержащий семена растений, согласно изобретению в холст добавлены естественные волокна с образованием смеси натуральных и синтетических волокон, содержащей по массе 15-50% синтетических волокон и 50-85% натуральных волокон из материалов, при биоразложении образующих питательную среду для растений, и достижением поверхностной плотности холста в пределах 250-800 г/м², а средний слой, кроме семян растений, содержание которых составляет 60-150 г/м², дополнительно содержит питательную смесь, состоящую из удобрений, стимуляторов роста растений и почвообразующих добавок, подбираемых с учетом почвенно-грунтовых условий района применения биомата и состава используемых семян, причем содержание питательной смеси составляет 20-90 г/м², при этом в биомат внесены природные или искусственные сорбирующие вещества, содержание которых составляет 30-600 г/м², путем их внедрения в холст или включения в состав среднего слоя.

В качестве холста может быть использован тканый или нетканый геотекстильный материал.

Слои биомата скреплены предпочтительно иглопробиванием или холстопрошиванием.

В качестве синтетических волокон могут быть использованы полиэфирные, или полипропиленовые, или другие полимерные волокна или их комбинация.

В качестве натуральных волокон могут быть использованы кокосовые, или льняные, или другие волокна растительного происхождения или их комбинация.

В качестве сорбирующих веществ могут быть использованы активный уголь, торф, солома или другие природные или искусственные сорбенты.

Биомат выполнен преимущественно толщиной, равной 5-50 мм, при обеспечении его суммарной поверхностной плотности в пределах 350-1700 г/м².

При производстве биомата раскатывающими валками подается нижний слой холста, на который с помощью рассеивающего устройства равномерно по площади холста наносят семена растений, питательный слой и сорбирующие вещества в случае включения последних в состав среднего слоя, при этом в рассеивающее устройство названные составляющие среднего слоя поступают в виде смеси из смесителя, в который они подаются дозаторами из соответствующих бункеров-накопителей семян растений, удобрений, стимуляторов роста растений, почвообразующих добавок и сорбирующих веществ. После укладки сверху на средний слой верхнего слоя холста слои биомата скрепляют иглопробиванием или холстопрошиванием.

Сорбирующие вещества можно не включать в состав среднего слоя, а внедрить их в холст при формировании его из смеси натуральных и синтетических волокон путем включения в эту смесь в качестве натуральных или синтетических волокон небольшого количества волокон из сорбирующих веществ, соответственно природных, т.е. натуральных, или искусственных синтетических.

Предлагаемый биомат представляет собой многослойную, по меньшей мере трехслойную, конструкцию, включающую слои холста, содержащего искусственные волокна химического происхождения, и размещенный между каждыми двумя слоями холста и скрепленный с ними средний слой, содержащий семена растений.

При этом в холст добавлены естественные волокна с образованием смеси натуральных и синтетических волокон, содержащей по массе 15-50% синтетических волокон и 50-85% натуральных волокон из материалов, при биоразложении образующих питательную среду для растений, и достижением поверхностной плотности холста в пределах 250-800 г/м². Холст выполняет функцию армирующего материала, защищающего грунтовую поверхность от эрозии, а также предотвращает потерю семян из среднего слоя биомата вследствие смыва, сдувания или уничтожения птицами.

Количество синтетических волокон в холсте назначается из условия прочности холста при различных допускаемых разрывных нагрузках, действующих на биомат в реальных условиях. Как показали опытное производство биомата и натурные испытания его образцов с различными параметрами, действующих на биомат разрывных нагрузок, меньших 5 кН/м и больших 30 кН/м, не наблюдалось, а при разрывных нагрузках от 5 до 10 кН/м и от 10 до 30 кН/м, действующих на биомат, его прочность была обеспечена при содержании в холсте синтетических волокон по массе соответственно от 15 до 25% и от 25 до 50%. При этом количество натуральных волокон в смеси назначается по остаточному принципу при обеспечении прочности холста. Наличие натуральных волокон повышает влагоудерживающую способность материала в период прорастания семян, в последующие 2-3 года обеспечивает быстрое разложение значительной (50-85%) массы биомата с образованием питательной среды для растений. Синтетические волокна характеризуются более длительным периодом разложения и играют роль армирующего материала в первые годы формирования корневой системы растений и почвенно-растительного слоя.

Поверхностная плотность холста назначается в пределах 250-800 г/м² с учетом условий применения биомата. Как показали опытное производство биомата и натурные испытания его образцов с различными параметрами, в зависимости от влажности климата и степени дренированности грунтовой поверхности при условии засыпки биомата сверху грунтом толщиной до 3 см следует использовать холст с поверхностной плотностью от 250 до 350 г/м² - во влажных условиях на слабодренированных поверхностях и от 350 до 600 г/м² - в засушливых условиях на дренированных поверхностях. Если засыпка биомата грунтом не предусматривается, то следует использовать холст с поверхностной плотностью 600-800 г/м².

Средний слой, кроме семян растений, содержание которых составляет 60-150 г/м², дополнительно содержит питательную смесь, состоящую из удобрений, стимуляторов роста растений и почвообразующих добавок, подбираемых с учетом почвенно-грунтовых условий района применения биомата и состава используемых семян, причем содержание питательной смеси составляет 20-90 г/м².

Семена растений выбираются исходя из климатических и почвенно-грунтовых условий района применения биомата. Как показали опытное производство биомата и натурные испытания его различных образцов, оптимальное количество семян в зависимости от их видового состава и всхожести, а также быстроты самозарастания грунтовых поверхностей, составляет 60-150 г/м², так, в районах, где самозарастание грунтовых поверхностей травами происходит в течение 3 лет, достаточное количество семян составляет 60-70 г/м², при сроке самозарастания от 3 до 5 лет достаточное количество семян составляет 70-100 г/м², а при периоде самозарастания более 5 лет достаточное количество семян составляет 100-150 г/м².

Опытное производство биомата и натурные испытания его различных образцов позволили определить, что оптимальное содержание питательной смеси составляет 20-90 г/м², так, в зависимости от питательности грунтов и всхожести семян на горизонтальных слабодренированных грунтовых поверхностях достаточное содержание питательной смеси составляет 20-40 г/м², на горизонтальных дренированных поверхностях достаточное количество питательной смеси составляет 40-60 г/м², а на склонах и откосах это количество составляет 60-90 г/м².

Для предотвращения выноса питательных веществ и повышения влагоудерживающей способности биомата в него внесены природные или искусственные сорбирующие вещества, содержание которых составляет 30-600 г/м², путем их внедрения в холст или включения в состав среднего слоя. В качестве сорбирующих веществ могут быть использованы активный уголь, торф, солома или другие природные или искусственные сорбенты. Внесение в биомат сорбирующих веществ позволяет увеличить продолжительность между поливами до 7-10 дней.

Опытное производство биомата и натурные испытания его различных образцов позволили определить, что оптимальное содержание природных или искусственных сорбирующих веществ в зависимости от вида используемого сорбента и почвенно-грунтовых условий района применения биомата составляет 30-600 г/м², так, в зависимости от вида сорбента на горизонтальных слабодренированных грунтовых поверхностях при условии засыпки биомата слоем грунта толщиной до 3 см количество сорбента составляет от 30 до 50 г/м², в тех же условиях без засыпки грунтом - от 50 до 100 г/м²; на горизонтальных дренированных и склоновых участках с глинистым грунтом с засыпкой биомата грунтом - от 100 до 150 г/м², в этих же условиях без засыпки грунтом - от 150 до 250 г/м²; на склоновых участках с песчаным грунтом при условии засыпки биомата грунтом - от 250 до 400 г/м², без засыпки в тех же условиях - от 400 до 600 г/м².

При изготовлении биомата допускается погрешность распределения вышеназванных материалов в биомате не более 5% по весу на 1 м².

В качестве холста может быть использован тканый или нетканый геотекстильный материал.

Слои биомата скреплены предпочтительно иглопробиванием или холстопрошиванием.

В качестве синтетических волокон могут быть использованы полиэфирные, или полипропиленовые, или другие полимерные волокна или их комбинация.

В качестве натуральных волокон могут быть использованы кокосовые, или льняные, или другие волокна растительного происхождения или их комбинация.

В зависимости от используемых материалов толщина биомата может изменяться в пределах от 5 до 50 мм, при обеспечении его суммарной поверхностной плотности в пределах 350-1700 г/м². Результаты натурных испытаний по определению оптимальной суммарной поверхностной плотности биомата для основных типов участков приведены в таблице.

Данный биомат имеет длительные сроки хранения, не сложен по конструкции и в изготовлении, удобен в применении, т.к. может быть быстро развернут на любой грунтовой поверхности, выполняет функцию искусственного почвенного слоя с высокой влагоудерживающей способностью на период формирования устойчивого естественного почвенно-растительного покрова, обеспечивает защиту грунтовой поверхности от эрозионных процессов, сохранность семян растений в течение времени их прорастания, эффективное развитие корневой системы растений в период их вегетации и жизнеспособность растительного покрова в период его формирования.

Таблица
Результаты натурных испытаний по определению поверхностной плотности биомата для основных типов участков
Характеристика грунтовой поверхности	Наличие засыпки биомата грунтом	Тип грунта защищаемой поверхности	Скорость самозарастания поверхности в естественных условиях, годы	Поверхностная плотность холста, г/м2	Количество семян, г/м2	Количество питательных веществ, г/м2	Количество сорбента, г/м2	Суммарная поверхностная плотность биомата, г/м2
Горизонтальная дренированная	Есть	Глинистая или песчаная	До 3	250-350	60-70	40-60	100-150	450-630
			3-5		70-100			460-660
	Более 5		100-150	490-710
	Нет		До 3	600-800	60-70		150-250	850-1180
			3-5		70-100			860-1210
Более 5	100-150		890-1260
Горизонтальная недренированная	Есть		До 3	250-600	60-70	20-40	30-50	360-760
			3-5		70-100			370-790
	Более 5		100-150	400-840
	Нет		До 3	600-800	60-70		50-100	710-960
			3-5		70-100			720-990
Более 5	100-150	750-1040
Склоны	Есть	Глинистая	До 3	600-800	60-70	60-90	100-150	820-1110
			3-5		70-100			830-1140
		Более 5	100-150		860-1190
		Песчаная	До 3		60-70		250-400	970-1360
			3-5		70-100			980-1390
	Более 5	100-150	1010-1440
	Нет	Глинистая	До 3	600-800	60-70		150-250	870-1210
			3-5		70-100			880-1240
		Более 5	100-150		910-1290
		Песчаная	До 3		60-70		400-600	1120-1560
			3-5		70-100			1130-1590
Более 5	100-150	1160-1640

1. Биомат, представляющий собой многослойную, по меньшей мере трехслойную, конструкцию, включающую слои холста, содержащего искусственные волокна химического происхождения, и размещенный между каждыми двумя слоями холста и скрепленный с ними средний слой, содержащий семена растений, отличающийся тем, что в холст добавлены естественные волокна с образованием смеси натуральных и синтетических волокон, содержащей по массе 15-50% синтетических волокон и 50-85% натуральных волокон из материалов, при биоразложении образующих питательную среду для растений, и достижением поверхностной плотности холста в пределах 250-800 г/м², а средний слой, кроме семян растений, содержание которых составляет 60-150 г/м², дополнительно содержит питательную смесь, состоящую из удобрений, стимуляторов роста растений и почвообразующих добавок, подбираемых с учетом почвенно-грунтовых условий района применения биомата и состава используемых семян, причем содержание питательной смеси составляет 20-90 г/м², при этом в биомат внесены природные или искусственные сорбирующие вещества, содержание которых составляет 30-600 г/м², путем их внедрения в холст или включения в состав среднего слоя.

2. Биомат по п.1, отличающийся тем, что в качестве холста использован тканый или нетканый геотекстильный материал.

3. Биомат по п.1, отличающийся тем, что его слои скреплены иглопробиванием или холстопрошиванием.

4. Биомат по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве синтетических волокон использованы полиэфирные, или полипропиленовые, или другие полимерные волокна или их комбинация.

5. Биомат по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве натуральных волокон использованы кокосовые, или льняные, или другие волокна растительного происхождения или их комбинация.

6. Биомат по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве сорбирующих веществ использованы активный уголь, торф, солома или другие природные или искусственные сорбенты.

7. Биомат по п.1, отличающийся тем, что он выполнен толщиной, равной 5-50 мм, при обеспечении его суммарной поверхностной плотности в пределах 350-1700 г/м².