具有生物降解特性的土工材料幅材的制作方法

1.本发明涉及一种土工材料幅材、一种借助于土工材料幅材进行土壤稳定的方法以及一种土工材料幅材用于进行土壤稳定的用途。


背景技术：

2.土工材料幅材(geomaterialbahn)，也称为土工织物(或者经典的土工合成材料)，以多种方式用于稳定土壤层。土工材料幅材的这些不同的使用可能性在斜坡加固、堤防建设、河流和湖泊的堤岸保护、垃圾填埋区中的斜坡稳定或用于道路和在铁路建设中的车行道稳定中是典型的实例。土工材料幅材在这种情况下通常安装在预定的深度中，即被土壤层覆盖，但在个别情况下，也能够安装在表面上。
3.土工材料幅材在这种情况下承担稳定土壤层和土壤之间的层边界的任务，也就是说，防止侵蚀或土壤重新排列和混合，禁止或减少例如因土壤材料受流所限制的侵蚀和再沉积所引起的土壤材料转移，并且防止土壤层的整体滑动。土工材料幅材在这种情况下能够用作为持久的解决方案，尤其在因如根穿透或其他土壤固结机制的自然过程而无法实现对土壤层或层边界的稳定的情况下。在许多应用中，构造土工材料幅材，以便实现过渡性的、临时的机械稳定效果，所述机械稳定效果使土壤层稳定至使得实现植物的生长，并且通过借助于这些生长的植物的根穿透能够长期实现对土壤层的附加的稳定。从ep2439342a1中已知一种用作纤维加强垫的土工材料幅材。
4.与这种土工材料幅材有关的一个问题是，引入土壤中的人造材料是潜在的环境风险，其中这种环境风险在安装地点本身处出现，或者如果土工材料幅材受到机械影响或其他作用分离成较小的部段并且远离安装地点，出现在其他地点。为了克服这些缺点，通常提出由可生物降解的材料制造土工材料幅材。例如，从de29516797u1中已知一种由如下材料构成的覆盖层，其中所述材料能够由天然纤维构成。从us2013/0344759a1中已知具有无纺结构的土工织物，其中使用植物纤维进行制造。为此，提出将大麻纤维作为已知的黄麻纤维或椰子纤维的替代品。
5.从ep3385426a1已知一种针对提高的吸水能力设计的纤维结构材料。这种已知材料的纤维结构设计为一种粗纤维部段和细纤维部分部段彼此连接而成的三维纤维骨架，其由莱赛尔(lyocell)溶液制造。这种纤维结构材料具有如下缺点：由于纤维部分彼此间的三维的直接连接，该纤维结构材料具有均匀的生物可降解性从而不包括具有不同的生物可降解性的两种结构材料。
6.从us2009/0317583a1已知一种由莱赛尔纤维构成的纺织的密封膜。该密封膜不具有拥有不同的生物可降解性的两种结构材料。
7.然而，以这种方式提出的可生物降解的土工织物的缺点是，在许多应用中，在所需的时间段内无法确保：所期望的机械的土壤稳定由于生物降解而失去机械的保护作用，并且可能引起所不期望的土壤运动，如斜坡滑移、堤防损坏等。虽然为了避免这些问题提出一种纤维覆层，但是这与实现生物降解的实际目标背道而驰并且产生源于覆层的环境风险。
因此，使用由上述已知的天然纤维制造的可生物降解的土工织物在许多应用中不能带来令人满意的结果，或者关于对机械的加固作用的时间要求是不起作用的。因此，对于土工合成材料而言，din en 12225给出测试标准，以便证明对微生物降解的一般抗性。


技术实现要素：

8.因此，本发明的目的是，提出一种土工材料幅材、一种用于通过土工材料幅材稳定土壤层的方法和一种土工材料幅材用于稳定土壤层的用途，所述土工材料幅材、所述方法和所述用途确保在必要的使用时间段内可靠的机械稳定，然而同时减少环境污染。
9.根据本发明，该目的根据本发明的第一方面通过一种土工材料幅材来实现，所述土工材料幅材包括有机的第一结构材料和与第一结构材料不同的第二结构材料，所述第二结构材料与第一结构材料彼此连接以构成在两个彼此垂直的方向上延伸的、面状的材料复合幅材，其中第一结构材料和第二结构材料是有机材料，第一结构材料具有如下程度的第一生物可降解性：
10.‑
在具有以下参数的堆肥测试中：
11.о具有10cm的长度、10cm的宽度和初始材料厚度的样品，
12.о 50℃ /
‑
5℃，
13.о根据iso 16929的高温条件，
14.о六个月后在筛孔尺寸为2mm(筛孔8.75)的筛子中筛分固体，
15.在筛分时，初始材料的干物质中的少于80重量％，尤其少于50重量％，少于25重量％或者少于10重量％的干物质留在筛子中，或者
16.‑
在海洋孵化测试中，具有以下参数：
17.о具有2cm的长度、2cm的宽度和初始材料厚度的样品，
18.о 30℃ /
‑
2℃，
19.о在盐度为3.5重量％ /
‑
1重量％的海水中的有氧条件，
20.о在4、8和12周后在筛孔尺寸为2mm(筛孔8.75)的筛子中筛分固体，
21.在12周后的筛分中，初始材料的干物质中的少于80重量％，尤其少于50重量％，少于25重量％或少于10重量％的干物质留在筛子中，
22.‑
并且第二结构材料具有不同于第一生物可降解性，尤其低于第一生物可降解性的第二生物可降解性。
23.根据本发明，提出一种土工材料幅材，所述土工材料幅材由第一结构材料和第二结构材料构成或包括这样的第一结构材料和第二结构材料。第一结构材料和第二结构材料彼此连接为面状的材料复合幅材，即连接成土工织物、垫子等。这种连接能够通过机织、编织、针织、无纺布加工或将第一和第二结构材料系统地相互连接的其他方法来实现。优选地，第一和第二结构材料能够是纤维材料，其中应将其理解为短纤维、长纤维、纱线、连续纤维等。第一和第二结构材料之间的连接也能够以无纺(“nonwoven”)材料的方式构成，其方式为：通过随机排列纤维以在纤维彼此间产生缠结和钩住效果。
24.根据本发明，第一结构材料是有机的结构材料，即例如木材、木质材料或塑料。第二结构材料能够是有机或无机材料。土工材料幅材的功能性和作用通过两种结构材料的相互作用来实现。
25.第一和第二结构材料都具有生物可降解性。在此，根据iso 16929标准的原理或根据由奥地利比利时开发的海洋降解测试，根据本发明限定生物可降解性。根据本发明的材料必须满足这两个条件中的至少一个，优选满足这两个条件。
26.根据iso 16929，如果材料满足三个标准，那么证明材料的可堆肥性。这些标准之一被限定为，使得在受控的堆肥中在84天后，当材料或其成分被筛分时，不超过10％的材料留在2mm的筛子中。根据该系统学并且适应于对土工材料的需求，第一结构材料具有第一生物可降解性，其中在根据iso 16929的在高温的堆肥条件下受控的堆肥中在六个月内，第一结构材料的干物质的不超过50重量％在通过2mm筛子进行筛分后留在筛子中。因此，第一材料不一定符合iso 16929意义上的可堆肥标准。然而，其能够是可堆肥的，或者能够在超过六个月的时间段内实现<2mm的颗粒的90重量％的降解。
27.在海洋条件下的降解测试模拟在海水中的加速模拟下标准化样品的降解。在此，降解程度也通过最终的筛分根据留在筛子中的干重量来求取。但是，在4周和8周后，通过两次中间筛分来模拟材料的更强烈的流动性。
28.这两个降解测试借助于具有所限定的尺寸的试样进行。长度和宽度在此被限定，厚度以原始材料为导向，即材料在所生产的构型中的厚度。这在层复合结构的情况下能够是相应的层片中的材料的厚度，在所述层复合结构中第一结构材料和第二结构材料设置在彼此分开地、彼此上下相叠的层片中并且彼此连接。如果将原始材料生产为复合层，例如生产为无纺布或生产为由两种不同纤维编织、针织或以其他方式连接的层片，那么出于降解试验的目的必须使用在层片的原始的材料厚度中的样本，所述层片仅由待检查的材料制造。
29.与第一结构材料相比，第二结构材料具有不同的，尤其小于第一结构材料的第一生物可降解性的第二生物可降解性，即在六个月或十二周后，第二结构材料的第二重量百分比份额留在2mm筛子中，所述第二重量百分比份额是不同的，尤其高于第一结构材料的第一重量百分比份额。也就是说，如果例如在六个月内的堆肥测试中，第一结构材料的70重量％被降解成<2mm的颗粒，那么在相同的时间段内在相同的条件下第二结构材料的60％的重量百分比份额能够降解成<2mm的颗粒。
30.通过本发明，因此提供一种土工材料幅材，所述土工材料幅材通过生物降解以限定的方式经历到二氧化碳的材料转化，其中包括在土工材料幅材中或者用于构造土工材料幅材的这两种结构材料中的一种结构材料与另一种结构材料相比更快地生物降解。因此，土工材料幅材的几何和机械特性都会有针对性地受到生物降解的影响。例如，通过土工材料幅材中第一结构材料的更快的降解，能够实现开口或孔的构成，这对于根穿透过程是有利的，其方式为：随着根穿透的增加而提高的植物根部的空间需求通过第一结构材料的生物降解来提供，同时仍然需要的机械稳定性由第二结构材料保持。此外，在由第一和第二结构材料构成的编织物或针织物或无纺布或复合材料中，在第一方向上的机械特性与在不同于第一方向的第二方向上的机械特性相比更大程度地减少，其中第一结构材料基本上在所述第一方向上在土工材料幅材中伸展，第二结构材料基本上在所述第二方向上在土工材料幅材中伸展。因此，例如在斜坡加固中，与坡度方向的稳定性相比，横向于坡度方向的稳定性降低得更快，由此实现土工材料幅材的对于植物生长所期望的轻微的可移动性，然而同时防止沿着坡度方向滑动。这两种结构材料的不同之处例如能够在于，第一结构材料由与
第二结构材料不同的材料构成或包含与第二结构材料不同的材料。区别也能够在于，第一结构材料和第二结构材料的材料相同，但是第一结构材料的材料与第二结构材料的材料相比经过不同的材料处理。优选地，第一结构材料和第二结构材料在诸如纤维厚度和/或纤维长度的特定性质方面没有区别。
31.原则上，除了通过在土工材料幅材中特定地设置第一和第二结构材料来影响几何特性和机械特性外，还能够通过第一和第二结构材料的选择和份额比整体地影响在土工材料幅材降解时间段内的机械特性。这有利地实现：生物降解率和机械/几何特性的降低能够匹配于土工材料幅材的安装地点的当地条件。标准化的生物可降解性是在标准化条件下确定的，而在安装地点处可能存在对于生物可降解性的不同的影响参数。因此，提高的氧含量例如会导致更快的生物降解，并且反过来，降低的氧含量会导致更慢的生物降解。此外，诸如提高的紫外辐射、或高或低的ph值、提高的养分供应、提高的细菌份额、提高的真菌份额等影响因素会影响生物降解的速度。通过在根据本发明的土工材料幅材中改变第一和第二结构材料的混合比例的可行性，因此例如如果因安装地点的局部影响因素预计存在提高的生物降解速度，那么能够提高第二结构材料的份额，或者反过来，如果在安装地点处预计存在降低生物降解速度的影响因素，那么能够通过提高第二结构材料的份额来应对这种情况，以便以这种方式获得匹配当地条件的、具有定制的生物降解速度的土工材料幅材。
32.优选提出，第一生物可降解性大于第二生物可降解性。根据该实施方式，第二结构材料具有比第一结构材料更低的生物可降解性，也就是说，第二结构材料比第一结构材料降解得更慢。原则上，例如，第一结构材料能够具有如下可降解性，其中在六个月或十二周后，第一结构材料的至少90重量％分解成小于2mm的颗粒，而在第二结构材料中仅为80重量％或更少。这意味着，在第一材料中，材料的少于10重量％留在2mm筛子中，而在第二材料中，超过20重量％留在筛子中。优选地，第二结构材料具有如下生物可降解性，其中在六个月后小于50％分解成小于2mm的颗粒。
33.更进一步优选的是，第一结构材料在土工材料幅材中设置为，使得在土工材料幅材中的第一结构材料部分或完全地生物降解之后构成穿过土工材料幅材的开口。根据该实施方式，由于第一结构材料的更快速的降解改变土工材料幅材的几何外观，其方式为：产生穿过土工材料幅材的开口。第一结构材料因此在土工材料幅材中设置为，使得其在初始状态中封闭所述开口并且通过其降解开放所述开口或产生所述开口。土工材料幅材由此被穿孔或更大程度地被穿孔从而匹配根穿透过程，所述根穿透过程随着根穿透的增加一方面更大程度地需要土工材料幅材的渗透性，另一方面也需要土工幅材的较低的机械强度。例如，通过将第一和第二结构材料一起加工成无纺布的方式，能够在通过第一结构材料的降解构成开口的情况下实现所期望的效果。
34.进一步优选的是，第一结构材料部分地或完全地穿过第二结构材料。借助于这种穿过，一方面能够通过第一结构材料的生物降解来实现土工材料幅材的特定的、有取向的或无取向的机械去稳定。另一方面，能够通过第一结构材料的生物降解在第二结构材料中产生特定、有取向或无取向的通道和开口，所述通道和开口沿着穿过部伸展。
35.更进一步优选的是，第一结构材料和第二结构材料彼此连接为层复合结构，第二结构材料具有多个第二穿孔，并且第一结构材料不具有穿孔或者具有小于第二穿孔的多个第一穿孔。通过该设计方案实现：由于第一结构材料的较快降解，能够产生整体上穿过土工
材料幅材的较大开口。
36.本发明的另一方面是一种用于借助于土工材料幅材与地点相关地进行土壤稳定的方法，所述方法包括以下步骤：
37.确定安装地点处的影响参数的强度，其中影响参数的强度选自：
38.‑
电磁辐射的辐射作用的强度，
39.‑
温度的高度，
40.‑
与土工材料幅材发生化学和/或生物化学反应的物质的浓度，
41.‑
一定浓度的细菌的浓度，和/或
42.‑
真菌的浓度，
43.在与安装地点间隔开的转移地点处确定所述影响参数中的一个或多个，
44.‑
在安装地点处安装土工材料幅材，其中土工材料幅材包括如下结构材料，所述结构材料
45.о在转移地点处的影响参数的强度下具有如下程度的生物可降解性：如果将材料或其成分筛分，那么在六个月内在2mm的筛子中留有转移地点残余份额，
46.о其中转移地点残余份额少于材料的30重量％，
47.о在安装地点处的影响参数的强度下具有如下程度的生物可降解性：如果将材料或其成分筛分，那么在六个月内在2mm筛子中留有材料的安装地点残余份额，
48.о其中安装地点残余份额大于转移地点残余份额。
49.根据本发明的该方面，借助于土工材料幅材实现与地点相关的土壤稳定。将其理解为，土工材料幅材在安装地点处具有生物降解持续时间并且在转移地点处具有与其不同的生物可降解性，该生物可降解性如之前那样例如类似于根据iso 16929或海洋降解测试的可降解性的标准化——但是能够借助于在安装地点处或转移地点处的所求取的参数来限定。根据存在于安装地点处的条件，在六个月或十二周的时间段后，结构材料的超过10重量％，尤其超过25重量％或超过80重量％能够作为颗粒留在2mm筛子中。由此实现安装地点处的降低的生物降解速度，所述生物降解速度足以用于土壤稳定应用并且引起土工材料幅材的可靠降解。这种生物可降解性在安装地点处的条件下实现，所述条件尤其是所提及的影响参数，即温度、辐射作用、氧气浓度、细菌浓度和/或真菌浓度等。与此相反，在根据本发明的方法中，材料在转移地点处具有更高的生物可降解性。也就是说，在该处的条件下，与在安装地点处的条件相比，六个月或十二周后材料的留在2mm筛子中的颗粒更少。这在转移地点处在该处存在的具有较高的降解速度的条件下能够实现在六个月或十二周内结构材料的优选少于80重量％，尤其少于25重量％或少于10重量％。
50.转移地点在这种情况下能够是如下地点，土工材料幅材在安装地点处被拆除之后转移到，例如沉积在所述地点处，并且所述地点在影响参数之一方面与安装地点不同。因此，计划建立的较高的氧浓度和/或较强的紫外辐射和/或细菌和/或真菌浓度例如可能在沉积地点处存在并且引起土工材料幅材的加速的生物降解。如果土工材料幅材暴露于环境影响或其他影响，受到机械作用从而例如露出，以漂浮的方式或因其他影响被运送，那么转移地点也能够是如下地点，土工材料幅材完全地或以碎片形式到达所述地点。在这种情况下，也能够将转移地点理解为：土工材料幅材在土壤层下方的安装地点处的原始安装改变为，使得土壤层被剥离从而土工材料幅材露出。例如，在海岸保护和防冲刷保护的许多海洋
应用中是这种情况，在所述海洋应用中，由于水运动和波浪运动，可以进行材料的分离和从安装地点到转移地点的转移。在转移地点处，土工材料幅材加速降解从而并不是相关的环境污染。
51.在此优选的是，安装地点具有如下环境，所述环境与转移地点相比具有更低的温度和/或更低的氧含量和/或更低的细菌和/或真菌浓度。这些影响参数尤其适合于基于纤维胶例如莱赛尔的土工材料幅材，以便在安装地点处实现与在转移地点处不同的生物降解速度。
52.在此，尤其地，安装地点能够位于海底上，并且土工材料幅材能够由于流和/或密度差异而浮起或者由于人为影响而到达表面。因此，转移地点的特征在于，上部的水层中的更高的氧气浓度和温度并且存在提高的紫外辐射并且确保加速降解。
53.更进一步优选的是，结构材料是基于纤维胶，尤其莱赛尔的材料。与安装地点相比，这种结构材料尤其已被证明适用于在转移地点处的选择性加速的生物降解率。
54.根据本发明的该方面，因此土工材料幅材的使用方式是：其包括结构材料，所述结构材料
55.‑
在安装地点处的影响参数的第一强度下，具有如下程度的生物可降解性：
56.‑
在具有以下参数的堆肥测试中
57.о具有10cm的长度、10cm的宽度和初始材料厚度的样品，
58.о 50℃ /
‑
5℃，
59.о根据iso 16929的高温条件，只要这些条件不受安装地点处的特定的影响参数的特定的强度限定，
60.о六个月后在筛孔尺寸为2mm(筛孔8.75)的筛子中筛分固体，在筛分时，初始材料的超过50干重
‑
重量％的留在筛子中，或者
61.‑
在海洋孵化测试中，具有以下参数：
62.о具有2cm的长度、2cm的宽度和初始材料厚度的样品，
63.о 30℃ /
‑
2℃，
64.о在盐度为3.5重量％ /
‑
1重量％的海水中的有氧条件，只要这些条件不受安装地点处的特定的影响参数的特定的强度限定，
65.о在4、8和12周后在筛孔尺寸为2mm(筛孔8.75)的筛子中筛分固体，
66.在12周后的筛分中，初始材料的超过10干重
‑
重量％，尤其超过25干重
‑
重量％或超过80干重
‑
重量％留在筛子中，并且在转移地点处的影响参数的第二强度下，具有如下程度的生物可降解性：在堆肥测试中在六个月内或在海洋孵化测试中在十二周内，并且第一结构材料的干物质的少于80重量％，尤其少于25重量％或少于10重量％在通过2mm筛子筛分后留在筛子中，其中影响参数的强度选自：
67.‑
电磁辐射的辐射作用的强度，
68.‑
温度的高度，
69.‑
与土工材料幅材发生化学和/或生物化学反应的物质的浓度，
70.‑
一定浓度的细菌的浓度，
71.‑
真菌的浓度，
72.以如下方式：将在安装时间点在安装地点处安装土工材料幅材，并且在安装时间
点之后的时间点将土工材料幅材运输到转移地点。
73.根据该用途，土工材料幅材的使用方式是：其在安装地点处具有不超过特定的生物降解速度的预定的降解率，这通过在该处存在的上述影响参数实现。与此相比，土工材料幅材的使用方式是，如果其从安装地点运输到转移地点，其中这能够通过计划的运输或计划外的运送进行，那么所述土工材料幅材具有更高的降解速度从而与安装地点相比在转移地点处加速地进行生物降解。这种加速的降解通过降解速度与影响参数的在该处不同的强度的相关性来实现——可选地，也通过多个不同的影响参数来实现，所述不同的影响参数以不同的强度存在于安装地点处和转移地点处并且在先前限定的关于可堆肥性或海洋降解的材料检验中用作为影响参数而不是预设的参数。根据本发明的另一方面，一开始提出的目的通过包括基于纤维胶的第一纤维材料尤其莱赛尔的土工材料幅材实现。
74.根据本发明的该方面，土工材料幅材包括基于纤维胶的纤维材料。这种基于纤维胶的纤维材料能够用作为土工材料幅材中的第一结构材料或第二结构材料。原则上，根据本发明，纤维素再生纤维如莱赛尔非常适合作为土工材料幅材的材料或组成部分。
75.土工材料幅材能够仅由基于纤维胶的第一纤维材料构成，或者能够包含其他结构材料，尤其其他纤维材料。基于纤维胶的纤维材料尤其能够是由粘胶纤维构成的物质，即通常是由再生纤维素制成的合成纤维构成的物质。在这种情况下，纤维素通常被加工成长丝纱或短纤维，例如在湿纺工艺中加工。根据发明人的认知，粘胶纤维已被证明尤其适合于提供对于土工材料幅材而言所需的有针对性的生物降解。因此，一方面通过改变纤维长度、卷曲并且通过不同的细度，即纤维厚度，粘胶纤维能够在安装地点处的预定的环境条件下匹配所期望的生物降解的速度。粘胶纤维此外可通过许多生物代谢从而能够归类为对环境无害。
76.基于纤维胶的纤维材料，如莱赛尔，尤其也能够用作为根据本发明的第一方面的第一和/或第二结构材料。
77.发明人已经认识到莱赛尔属的粘胶纤维是尤其适合的。这些纤维是如下粘胶纤维类型，其通过溶剂纺丝法制造，其中纤维素直接溶解在有机溶剂中而不构成衍生物，并且将溶液纺丝。该制造过程，尤其在使用有机溶剂nmno(n
‑
甲基吗啉
‑
n
‑
氧化物)时，在生产中和在所制造的产品方面都是环保的。根据本发明，木浆能够优选用作为纤维素初始物质。根据发明人的认知，莱赛尔已被证明在土壤层中的典型环境条件下是可生物降解的，并且在这种情况下具有如下降解速度，所述降解速度能够与在新种植中的根穿透率共同作用，使得在达到足以使斜坡机械稳定的根穿透程度时土工材料幅材的生物降解程度也进展至使得根穿透既不会受到显著阻碍，也不会在进一步的时间进程中存在任何显著的土工材料幅材残留量。此外，根据发明人的认识，莱赛尔非常适合于分化的生物降解。因此，与在氧浓度、细菌和/或真菌浓度低以及紫外辐射低的情况下相比，在环境中的氧气浓度、细菌和/或真菌浓度提高以及紫外辐射提高的条件下，莱赛尔更快地进行生物降解。这允许：按计划构造土工材料幅材以进行土壤层稳定，在该安装地点处在所期望的时间段内也提供机械特性，所述机械特性对于土壤稳定是所必需的，然而，在有意或无意转移到另一地点处时，所述土工材料幅材加速降解，在所述另一地点处于是存在其他条件，如提高的氧浓度、细菌和/或真菌浓度或紫外辐射。降解速度的这种选择性例如对于在具有低的氧浓度、细菌和真菌浓度以及低的温度和低的紫外辐射的海底处使用时是有利的，因为无意地漂浮或者转移到具
有不同环境条件的地点处的莱赛尔于是加速降解。同样地，这在海岸保护和堤岸加固措施中能够是有利的，其中莱赛尔在暴露的情况下于是因提高的紫外辐射和细菌和/或真菌的提高的浓度而加速降解。
78.根据一个优选的实施方式为此提出，第一纤维材料构成为无纺布(“nonwoven”)或机织品或纺织品，并且在土工材料幅材中通过机械加固、编结、针织或编织加工成纺织的面状织物。通过第一纤维材料的这类连接实现可承受负荷的土工材料幅材，其非常适合于承受机械负荷以进行土壤层稳定。同时，通过所述方法途径，借助于提供穿孔或增大开口以及机械特性下降实现有利的降解表现。第一纤维材料在这种情况下能够与一种或多种相同的纤维材料连接成无纺布产品或机织品或纺织品。此外，第一纤维材料能够与第二纤维材料构成为无纺织布产品或机织品或纺织品，所述第二纤维材料在材料方面或在纤维的改性方面不同于第一纤维材料。尤其地，由此能够将第一结构材料和第二结构材料连接成土工材料幅材。
79.根据另一优选的实施方式提出，第一纤维材料与不同于第一纤维材料的第二纤维材料加工成纺织的面状织物。这种纺织的面状织物由两种不同的纤维材料或多于两种不同的纤维材料构成。纺织的面状织物能够构成为无纺布、机织品或纺织品或构成为其组合。
80.更进一步优选的是，第一纤维材料与第二纤维材料的不同之处在于不同的纤维厚度、不同的化学组成、不同的表面粗糙度、不同的拉伸程度、不同的开口或网孔尺寸或不同的拉力
‑
伸长表现或不同的断裂强度或这些特性中的两个或更多个的组合。根据该实施方式，第一和第二纤维材料在影响纤维材料的机械特性和生物降解速度的七个特性中的一个或多个特性中不同。通过纺织的面状织物的这种构成，实现第一纤维材料在整个使用寿命期间的生物降解速度和机械性能不同于第二纤维材料，这可能由于不同的材料性质(化学性质)以及由于材料一致的纤维的改性来实现。
81.根据本发明，上述土工材料幅材出于土壤稳定的目的用于安装到土壤层中。如上所述，这种土壤稳定能够用于斜坡加固、堤岸加固、海岸保护中的堤坝加固、海底加固以防止冲刷效应以及沿着交通路线加固土壤层。这些用途的特征在于，一方面土工材料幅材在安装地点本身处的生物降解是有利的并且是所期望的，以便在达到一定程度的根穿透程度或者在其他方面所实现的对土壤层的加固后溶解土工材料幅材。另一方面，在这些应用中土工材料幅材的如下特性是所期望的，所述特性在土工材料幅材从安装地点转移到另一地点时，例如由于机械分解被风运送，漂浮或通过其他流转移到另一地点，在该地点处相对于安装地点加速降解和/或与传统产品相比能够被动植物代谢。
82.本发明的另一方面涉及土工材料幅材的用于在防洪或防冲刷保护中稳定土壤层的用途，所述土工材料幅材包括如下结构材料，所述结构材料
83.‑
在安装地点处的影响参数的预定的强度下，具有如下程度的生物可降解性：
84.‑
在具有以下参数的堆肥测试中：
85.о具有10cm的长度、10cm的宽度和初始材料厚度的样品，
86.о 50℃ /
‑
5℃，
87.о根据iso 16929的高温条件，只要这些条件不通过在安装地点处的特定的影响参数的特定强度限定，
88.о六个月后在筛孔尺寸为2mm(筛孔8.75)的筛子中筛分固体，
89.在筛分时，初始材料的少于50干重
‑
重量％留在筛子中，或者
90.‑
在海洋孵化测试中，具有以下参数：
91.о具有2cm的长度、2cm的宽度和初始材料厚度的样品，
92.о 30℃ /
‑
2℃
93.о在盐度为3.5重量％ /
‑
1重量％的海水中的有氧条件，只要这些条件不通过在安装地点处的特定的影响参数的特定强度限定，
94.о在4、8和12周后在筛孔尺寸为2mm(筛孔8.75)的筛子中筛分固体，
95.在12周后的筛分中，初始材料的少于20干重
‑
重量％留在筛子中，其中影响参数的预定的强度选自：
96.‑
电磁辐射的辐射作用的强度，
97.‑
温度的高度，
98.‑
与土工材料幅材发生化学和/或生物化学反应的物质的浓度，
99.‑
一定浓度的细菌的浓度，
100.‑
真菌的浓度。
101.根据本发明的该方面，土工材料幅材，尤其上述类型的土工材料幅材用于关于防冲刷或者在防洪保护中实现土壤稳定。作为防洪保护，在这种情况下能够在海岸、在流动和静止的水域和湖泊的岸边处进行任何类型的堤岸加固，其中能够将土工材料幅材在相应最佳的干燥情况或变湿的情况下设置在水面以下或水面以上的区域中。在这种情况下，所述土工材料幅材用于河床稳定、斜坡稳定或堤坝稳定，并且能够持久地使用或者临时地在施工作业期间使用直至达到足够的植物的根穿透程度。在这种情况下，将防冲刷保护理解为防止土壤材料被流转移。在此，通过土工材料幅材也能够进行对土壤的持久或临时保护。尤其地，这种防冲刷保护例如能够通过填充有颗粒材料如沙子等的柔性容器来实现，所述柔性容器由铺设在待稳定的土壤层上的土工材料幅材制造。
102.在此，土工材料幅材的使用方式是，实现有针对性的生物降解。一方面，这种有针对性的生物降解可能在于，与在已知的应用中不同，生物可降解性在安装地点本身处出现从而土工材料幅材按计划在特定的时间段内溶解。生物可降解性也能够以如下方式进行：土工材料幅材在转移地点处比在安装地点处具有更高的生物可降解性。在这种情况下实现：如果土工材料幅材有意或无意地从安装地点运走，那么其在具有其他影响参数的转移地点处更快地生物降解从而不是任何环境污染。
103.优选提出，土工材料幅材用于制造可填充的容器，并且使用这些容器，使得所述容器以被填充的方式放置在海底上从而在最承受流负荷的地点处提供防冲刷保护。通过这种改进形式，能够实现特别有效的防冲刷保护。
104.所述用途还能够进一步改进，其方式为：将土工材料幅材在堤岸或海岸保护中安装在间或变干的安装地点或间或变湿的安装地点处，其中土工材料幅材优选具有比水低的密度。尤其在间或变干或变湿的情况下，在这种紧固措施中会出现土工材料幅材的无意的释放从而生物降解的特殊性质有利地起作用。
105.本发明的另一方面是一种借助于土工材料幅材进行土壤加固的方法，所述方法包括以下步骤：a)确定表明安装地点处的土壤特性的土壤参数值，b)确定表明生物降解速度的特性的降解值，c)根据土壤参数值和降解值，选择具有不同的生物可降解性的第一和第
二结构材料的混合比，d)以所述混合比将第一和第二结构材料连接成土工材料幅材，e)在安装地点处提供土工材料幅材以进行安装。
106.根据本发明的该方面，在安装地点处的土壤加固通过如下方式来进行：在该处提供土工材料幅材，以便将其安装在安装地点处的土壤层中。为此，必须知晓土壤特性。这意味着，求取或测量土壤的以相关方式影响生物可降解性的至少一种特性。因此，例如能够假设或者求取土壤的水分含量、ph值、养分浓度、细菌和真菌的存在和/或作为一天、一周、一个月或一年内的平均温度的土壤温度。此外能够测量在安装地点处的紫外辐射的强度。
107.这些安装地点特定的参数考虑影响在安装地点处存在的生物降解过程的影响参数。能够从这些参数中确定特征值，例如作为无量纲因子或作为来自表格的经验值。因此，之前阐述的根据iso 16929限定的在海洋条件下的可堆肥性或土壤退化例如能够用作为标准对照值，并且能够根据该对照值限定降解值，例如通过如下方式限定：较低百分比的降解特性通过土壤固有特性通过低于100％的相应百分比来表征，或者安装地点处的较高的生物降解速度通过降解值来表征，其中将大于100％的值作为降解值。
108.此外，确定降解值，所述降解值限定在哪个时间段内应当实现土工材料幅材的或土工材料幅材的组成部分的特定的生物降解度。
109.然后根据土壤参数值和降解值选择第一结构材料与第二结构材料的混合比。第一和第二结构材料在此在土壤参数值中具有不同的生物可降解性或降解速度。在此，通过混合比能够提供由第一和第二结构材料构造的土工材料幅材的整体上实现的生物降解速度。该生物降解速度在此与在安装地点处所假设或测量的土壤参数值相关从而应被选择为，使得实现所期望的降解值，所述降解值描述土工材料幅材的生物降解的速率。
110.在选择混合比例后，将第一和第二结构材料连接成土工材料幅材。这种连接能够作为无纺布、机织品、针织品进行或以另一形式进行并且应将第一和第二纤维材料以可承受机械负荷的方式彼此连接。因此，以这种方式织造的土工材料幅材对于在安装地点与该处存在的条件下的使用和有针对性的生物降解是定制的。
111.通过该解决方案实现了土工材料幅材的既不会过快也不会过慢的生物降解，其方式为，影响生物降解的土壤参数包含在土工材料幅材的设计中。在这种情况下，通过降解值表征的有针对性的降解表现由两种纤维材料的混合比设定。
112.所述方法能够通过如下方式改进：土壤参数值是：在安装地点处的土壤的土壤水分含量，例如在3重量％和300重量％之间；在安装地点处土壤的土壤ph值，例如在1和13之间；在安装地点处的土壤中的酶浓度；在4℃和50℃之间的温度；或者由这些土壤参数值中的多个土壤参数值形成的土壤特征值。通过这些土壤参数值，对典型的纤维材料(例如诸如莱赛尔的粘胶纤维)的生物降解速度有显著影响的影响变量被确定从而能够用于构成具有个体地针对安装地点所设计的生物可降解性的土工材料幅材。
113.在此，尤其优选的是：降解值是强度商，所述强度商由关于土工材料幅材的安装持续时间的机械强度值相对于初始值的比形成；是穿透性商，其由关于土工材料幅材的安装持续时间的孔隙率相对于初始值的比形成，或者是由这些降解值中的多个形成的降解特征值。根据该实施方式，降解值被限定为强度商或穿透性商或限定为由强度商和穿透性商计算的降解特征值。强度商在这种情况下表明土工材料幅材的在土工材料幅材在土壤中的停留时间内机械强度的降低的特征。该强度商由安装时间点处的机械强度值(即在尚未发生
生物降解时)与在预定的停留时间后的机械强度值的比形成，所述预定的停留时间例如能够标准化为三或六个月，并且表明生物降解进行到一定程度后的机械强度。穿透性商类似地通过如下方式确定：在开始时，即在安装的时间点的孔隙率，相对于在预定的时间段内进行生物降解之后的孔隙率来设置。通过对降解值的这种表征，能够通过选择相应的材料来有针对性地确定从而影响所期望的特性。强度商处于1.0到0的数量级，通常为0.25，也就是说，在所限定的时间点的强度在进行生物降解后与初始值相比降低为四分之一。典型的穿透性商处于10的1到4次方的数量级，理想情况下大于10，也就是说，穿透性在进行生物降解后的特定的时间点增加到比初始值的10倍。
114.上述土工材料幅材、上述针对所述土工材料幅材的特定用途和使用其的方法能够通过如下方式来改进：土工材料幅材具有聚合物基团，所述聚合物基团包括设有同位素标记，尤其
13
c或
18
o同位素标记的分子。根据该改进形式，土工材料幅材设有同位素标记从而也能够以在之后存在的、可能碎片化的形式清楚地识别。因此，以这种方式方法能够毫无疑问地归入或排除出现的环境污染，并且能够快速且可靠地找到造成这种环境污染的原因。
115.此外，所述方法、用途和土工材料幅材能够通过如下方式来改进：土工材料幅材包括结构材料或由一种或多种可代谢的结构材料构成。这种通过生物体如哺乳动物、鱼类或微小生物体如微生物的代谢引起土工材料幅材重新整合到生物循环中从而造成对环境无害的处理。代谢优选能够在碎片如土工材料幅材的粉碎的纤维残余物上进行。在这种情况下，一方面将代谢理解为土工材料幅材对生物体的生物无害相容性，此外将其理解为土工材料幅材在生物体的消化过程中的代谢过程下发生化学变化和降解的能力。
116.此外，优选地，土工材料幅材由单层或多层的过滤无纺布形成，所述过滤无纺布由至少两种不同的结构材料制造，所述结构材料彼此连接成无纺布，其中
117.‑
第一结构材料在安装地点处的影响参数的预定强度下具有如下程度的生物可降解性：
118.‑
在具有以下参数的堆肥测试中：
119.о具有10cm的长度、10cm的宽度和初始材料厚度的样品，
120.о 50℃ /
‑
5℃，
121.о根据iso 16929的高温条件，只要这些条件不通过安装地点处的特定的影响参数的特定强度限定，
122.о六个月后在筛孔尺寸为2mm(筛孔8.75)的筛子中筛分固体，
123.‑
在筛分时，第一结构材料的干物质的少于80重量％，尤其少于25重量％或少于10重量％在十二周后留在筛子中，或者
124.‑
在海洋孵化测试中，具有以下参数：
125.о具有2cm的长度、2cm的宽度和初始材料厚度的样品，
126.о 30℃ /
‑
2℃
127.о在盐度为3.5重量％ /
‑
1重量％的海水中的有氧条件，只要这些条件不通过安装地点处的特定的影响参数的特定强度限定，
128.о 在4、8和12周后在筛孔尺寸为2mm(筛孔8.75)的筛子中筛分固体，
129.在12周后的筛分中，第一结构材料的干物质的少于80重量％，尤其少于25重量％或少于10重量％在十二周后的筛分中留在筛子中，其中影响参数的预定强度选自：
130.‑
电磁辐射的辐射作用的强度，
131.‑
温度的高度，
132.‑
与土工材料幅材发生化学和/或生物化学反应的物质的浓度，
133.‑
一定浓度的细菌的浓度，
134.‑
真菌的浓度，
135.并且第二结构材料与第一结构材料连接成过滤无纺布，其中第二结构材料在相同的安装地点处的影响参数的相同的预定强度下具有如下程度的较低的生物可降解性：在相同的条件下在六个月内，与在第一结构材料中相比，在通过2mm的筛子筛分时，第二结构材料的干物质的更大的重量％份额在六个月或12周后留在筛子中。根据该改进形式，土工材料幅材构成为无纺布，所述无纺布由两种不同的结构材料构成，所述结构材料在所给出的预定的参数下具有不同的生物降解速度。由此，无纺布一方面能够通过生物降解过程经受有针对性的机械结构削弱，另一方面随着孔隙形成、穿孔形成等经受几何变化，例如以便促进根穿透过程。
136.另一改进形式提出，土工材料幅材、用于其制造或其安装的方法和其用途以如下方式改进：土工材料幅材作为用于影响空气流的构造物中的元件来安装，使得出于沉积颗粒的目的尤其局部地降低气流速度，所述颗粒在空气速度不减小的情况下在空气中漂浮地运输、跳跃或滚动。因此，土工材料幅材、用途和方法用于矿物质，尤其沙子例如在受沙子侵蚀危害的海岸部段处的沉积。由此，空气速度的降低导致沙子沉积，优选地在构造物的背风处沉积。该构造物在此部分或完全地被放入砂中(eingesandet)。因此，根据本发明的土工材料幅材成为砂沉积部的组成部分，并且只要在砂沉积部内的构造物根据本发明被拆除，或者如果构造物由于侵蚀条件的改变再次露出，那么所述土工材料幅材能够根据本发明在安装地点或转移地点处降解。
附图说明
137.根据附图阐述优选的实施方式。附图示出：
138.图1示出在三种不同的设置中的根据本发明的土工材料幅材的用于海岸保护的用途的示意图，
139.图2a、b示出根据本发明的土工材料幅材在两个不同的根穿透时间点用于斜坡加固的用途，
140.图3示出根据本发明的土工材料幅材的第一实施方式的示意图，
141.图4示出根据本发明的土工材料幅材的第二实施方式的示意图，
142.图5示出根据本发明的土工材料幅材的第三实施方式的示意图，
143.图6示出根据本发明的土工材料幅材的第四实施方式的示意图。
具体实施方式
144.根据本发明的土工材料幅材原则上能够在关于堤岸区域中的水接触的三种不同安装情况下安装。从自然的堤岸区域2开始，水线或者在与潮汐相关的水域的情况下的平均水高与该堤岸区域邻接并且所述堤岸区域可选地通过人工堤坝3对洪水情况进行防护，土工材料幅材最初能够在安装位置a中使用，以便稳定天然的海底走向的水下地形走向，在所
述水下地形走向中用植物稳定土壤仅是不充分的。在该安装位置a中，土工材料幅材通常在水下并且在特殊情况下可能会在低水位或强的波浪起伏中变干。
145.在第二安装位置b中，用于加固天然堤岸斜坡和/或加固人工堤防的土工材料幅材安装在水侧。在该安装位置中，土工材料幅材稳定天然堤坝的通常干燥的斜坡部分，并且可选地稳定堤坝的人工斜坡。因此，所述土工材料幅材通常是干燥的，但在洪水情况下或有强的波浪起伏时也可能处于水下。
146.在第三个安装位置c中，土工材料幅材在如下区域中使用，所述区域例如是堤坝的背侧，在所述背侧中土工材料幅材不暴露于水域本身中，并且只有在诸如溢流的特殊情况下才会承受应力。在该安装位置中，土工材料幅材因此总是干燥的并且如在每个安装位置中那样仅因降雨而湿润。
147.所述三个安装位置中的每一个都需要土工材料幅材的不同配合的表现，以便实现生态上有利的表现。因此，在安装位置a中，需要土工材料幅材在含水环境中的稳定性，但是如果该土工材料幅材的部分因磨损事件而分离从而不再位于对于履行其功能所需的地点处，那么这些溶解的土工材料幅材部分的降解是所期望的。根据本发明，这能够通过如下方式来实现：例如土工材料幅材由在紫外辐射的影响下快速降解的材料构成。由此实现：漂浮的或已被冲上岸的土工材料幅材的撕裂部分经受快速的降解，而在安装地点处当没有紫外辐射射到土工材料幅材上时保持机械稳定性。例如，替代于指定用于紫外辐射的土工材料幅材，还能够根据在特定应用中的水的氧含量和/或细菌浓度和/或真菌浓度来指定生物可降解性。这在海洋深处使用土工材料幅材时是尤其适合的，在该处尤其存在上述影响参数的低的浓度。在这种情况下，土工材料幅材的材料能够设计为，使得所述材料在计划的安装状况下和周围水体中是机械稳定的，并且一旦在周围水体中或者在转移地点处的影响参数的浓度提高，就进行生物降解。
148.根据c的安装状况例如关于根穿透和土工材料幅材对根穿透过程的匹配对于本发明是重要的。图2a和b示出两种时间上相继跟随的根穿透状况，其中土工材料幅材10在土壤的特定深度中构造以稳定土壤层20。如从图2a中所看到的那样，土工材料幅材10在早期，即种植稳定土壤的植物后不久在具有仅小的开口的情况下具有高密度从而提供土壤的高的机械稳定性。种植的植物能够用小的根芽穿过土工材料幅材进而生长不会受阻。在该早期阶段中已经实现了由土工材料幅材和植物构成的有效的机械复合。
149.图2b示出在植物生长几周后的相同的安装状况。土工材料幅材已经通过生物降解部分地机械分解。所述土工材料幅材具有较大的开口和较低的机械稳定性。由于较大的开口，生长中的植物的根穿透和根直径的扩大不会受到妨碍从而能够承担机械稳定功能。通过根据本发明的土工材料幅材，因此实现了由土工材料幅材构成的土壤层的机械稳定性到植物上的连续转移，其中同时保持在植物和土工材料幅材之间的良好的机械连接，并且土工材料幅材还可选地在所述方向上具有不同的机械特性并且承担稳定土壤的功能。
150.图3至图6示出土工材料幅材的示例性的实施方式。原则上，根据本发明的土工材料幅材能够以不同的宽度和长度提供。在这种情况下，典型的宽度大于1m、1.5m或2m并且小于4m、5m或6m，并且，在这种情况下，典型的长度大于2m、5m、10m、50m，其中土工材料幅材优选在卷起状态下是能够运输的并且在安装时展开。土工材料幅材的厚度能够大于1mm；大于5mm、10mm或大于20mm的厚度是优选的。土工材料幅材能够具有大于150g/m2、大于300g/m2或
大于500g/m2的单位面积重量。单位面积重量能够小于1500g/m2、小于2000g/m2或小于2500g/m2。
151.图3示出具有覆盖层110、载体层120和设置在覆盖层110和载体层120之间的中间层130的第一实施方式。覆盖层和载体层110和120能够由不同的或一致的材料构成，并且中间层130能够与覆盖层和载体层一致构成或者由不同的材料构成。
152.覆盖层和载体层借助于针刺或缝纫或编结彼此连接；为此，将多个针刺部140a、b、c引入土工材料幅材中，所述针刺部使覆盖层穿过中间层130与载体层连接。例如，在土工材料幅材的该设计方案中，覆盖层能够由如下材料构成，所述材料比载体层120更快地生物降解。由此，在土工材料幅材的针刺部分或缝纫部分或编结部分已经部分地或完全地生物降解之后，产生如下通道，所述通道从土工材料幅材的上侧朝向下侧延伸并且例如为根穿透或排水效果提供空间。
153.图4示出土工材料幅材的第二实施方式，其具有上部的网格层210和位于其下方的无纺布层220。网格层210通过由牢固的单纤维或单杆制成的交叉形成的网格构成，所述网格构成特定尺寸(例如10
×
10mm至40
×
40mm)的网格开口。无纺布层由与层210相比不同材料的密实的、随机取向的纤维构成。整体上，该无纺布层引起封闭网格层210的开口，使得产生总体上对于较粗的颗粒而言不可透过的土工材料幅材，所述土工材料幅材对于液体和气体而言具有可穿透性。无纺布层220由例如莱赛尔的材料构造并且比网格层210更快地生物降解。由此，在无纺布层220的短的生物降解时间内降低了土工材料幅材的机械强度，并且土工材料幅材在无纺布层220降解后减少为剩余的在其中构成有开口的网格层210，这又为有利的根穿透提供相应的空间。
154.图5示出第三实施方式，其原则上构成为单层的土工材料幅材。在土工材料幅材中，第一材料的纤维310沿着第一方向设置，而纤维320沿着横向于第一方向的第二方向设置从而分别形成纤维层。纤维310和320能够例如通过焊接、粘结、成圈、针刺、纺织技术或编结技术和/或借助于在纤维310和320上方和下方的覆盖层和载体层彼此连接。纤维310由与纤维320不同的材料构成，其中构成纤维320的材料比构成纤维310的材料更快地生物降解。由于土工材料幅材的这种生物降解表现，土工材料幅材最初在对应于纤维310、320的走向的纵向和横向方向上具有负荷能力。随着纤维320的生物降解的增加，在沿着纤维320的走向的纵向方向上的强度和负荷能力降低，使得产生土工材料幅材的各向异性的机械负荷表现。
155.图6示出第四实施方式，其中将两种不同的材料加工成无纺布层，所述无纺布层是土工材料幅材或者能够是土工材料幅材的层片。两种不同的材料410、420无取向地作为短纤维或长纤维或连续纤维被加工成无纺布并且彼此连接。材料420比材料410更快地生物降解，由此土工材料幅材的密度随着安装状态中生物降解的增加而降低，并且土工材料幅材变得更具穿透性和/或其机械特性改变。
156.原则上应理解的是，所述四个实施方式也能够彼此组合，其方式为：由其制造具有这些实施例的组合的特性的多层的土工材料幅材。此外，应理解的是，这四个实施例也能够以如下方式组合：其特性被组合在土工材料幅材的一个唯一的层片中，其方式为：第二实施方式的网格结构210构成有第三实施方式的各向异性地进行生物降解的纤维310、320。
157.生物降解表现原则上能够在安装地点处并且以适应于该处存在的条件的方式设
定。因此，在所有实施方式中，在匹配于生物降解特性时，一种材料的份额相对于另一材料的份额能够提高或减少，以便获得匹配于所存在的条件的所期望的生物降解表现。此外，生物降解特性可能会受到外部影响如紫外辐射和/或氧含量和/或环境中的细菌、真菌的浓度或化学影响的影响，或者甚至被触发，由此如果土工材料幅材从一个地点转移到另一地点，那么产生土工材料幅材关于生物降解的特定的表现，在所述另一地点处所述特定的环境条件发生变化。