ژئوممبران
ژئوممبران یک صفحه مسطح و نسبتا نفوذ ناپذیر است که از مواد پلیمری با قابلیت تراوایی بسیار پایین ساخته شده که به عنوان یک عایق با دوام بالا عمل می‌کند. ژئوممبران‌ها از جمله پوشش‌های نفوذناپذیر و بسیار مقاوم در برابر عوامل شیمیایی خورنده هستند و برخلاف اکثر پوشش‌های صنعتی جلبک و خزه توانایی رشد بر سطح ژئوممبران‌ها را نخواهند داشت. همچنین این پوشش‌ها دارای انعطاف پذیری مطلوب در برابر تنش‌های وارده در اثر نیروهای دینامیکی همچون زلزله و نشست‌های نامتقارن‌اند. طبیعت پلیمری آنها به گونه‌ای است که سبب می‌شود برای استفاده در زمین، جایی که دوام زیادی از آن انتظار می‌رود مورد استفاده قرار گیرد. این محصولات گستره وسیعی از کاربردها را دارند و در حال حاضر در بسیاری از کاربردهای عمرانی، ژئوتکنیک، حمل و نقل، محیطی، هیدرولیک و کاربردهای توسعه‌ای مانند جاده‌ها، فرودگاه‌ها، خطوط راه آهن، سدهای خاکی، دیوار حائل، استخرهای ذخیره آب، سدها، کانال‌ها، کنترل فرسایش، کنترل رسوب، بستر لندفیل‌ها، پوشش لندفیل‌ها، معادن، پرورش آبزیان و کشاورزی استفاده می‌شوند. مزایای این مصالح به صرفه، کارآمد و سبک بودن آن‌هاست. به علت کاربرد وسیع، سرعت اجرا و قیمت مناسب، تولید و مصرف این مصالح به شدت در حال رشد است.
ژئوممبران‌ها با توجه به مواد تشکیل دهنده آنها در ساخت به انواع زیر تقسیم می‌شوند:
ژئوممبران پلی اتیلنی با چگالی بالا (HDPE)
ژئوممبران پلی اتیلنی خطی چگالی پایین (LLDPE)
ژئوممبران پلی اتیلنی با چگالی بسیار پایین (VLDPE)
ژئوممبران پلیمر پلی وینیل کلراید (PVC)
ژئوممبران پلی اتیلنی کلروسولفونات (CSPE)
ژئوممبران پلی پروپیلن انعطاف پذیر (FPP)
در مکان‌هایی که مسئله دما مهم است از ژئوممبران رنگی جهت کاهش دمای سطح استفاده می‌شود. گاهی جهت بهره‌گیری توامان از مقاومت شیمیایی خوب پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و انعطاف پذیری پلی اتیلن خطی با چگالی پایین (LLDPE)، از HDPE در بالا و پایین و LLDPE به عنوان هسته ورق بهره گرفته می‌شود.
ژئوممبرین زبر (دارای بافت): به جهت ایجاد بافت بر روی سطح ژئوممبران، گاز نیتروژن هنگام سرد شدن ژئوممبران به سطح لایه اضافه شده که در نتیجه آن انبساط ورق و ایجاد لایه‌ای خشن در سطح ژئوممبران است.
LLDPE ترکیبی از LDPE است که دارای انعطاف‌پذیری، استحکام کششی، قابلیت سازگاری و دوام بیشتر و نرم‌تر می‌باشد. LLDPE می‌تواند با غشاهای دیگر ترکیب شده تا انعطاف پذیری و استحکام بیشتری به آنها بخشد. LLDPE در مواری استفاده می‌شود که نیاز به توانایی فوق العاده برای جذب ضربه مورد نیاز است در حالی که غشا پاره و سوراخ نشود. کاربرد این نوع ژئوممبران بیشتر در مواردی است که فرایند ترکزایی ناشی از تنش وارده برای سازه ایجاد مشکل خواهد کرد به همین دلیل از این ژئوممبران که انعطاف پذیری زیادی دارد بهره گرفته می‌شود.
ژئوممبران LLDPE انعطاف پذیر است و می‌تواند به راحتی بر روی مکانی که نیاز به آب بندی دارد پهن شود. این ژئوممبران می‌تواند در رده‌های نازکتری هم تولید شود. از مزایای دیگر آن این است که اگر تا شود به آن آسیبی نمیرسد. انعطاف پذیر بودن آن سبب نصب سریع و راحت آن می‌شود.
مزایای ژئوممبران LLDPE
- نفوذپذیری بسیار پایین
- دوام بالا
- انعطاف پذیری زیاد
- مقاومت کششی بالا
ژئوممبران PVC متداول ترین ماده برای لاینینگ در صنعت می باشد. ساخته می شود طی فرایند کلندرینگ و اکتروژن، که آن ها هستند بسیار انعطاف پذیر، غیر تقویت شده، مقرون به صرفه و ژئوممبرانی آب بند با مزایا و استفاده های بسیار. ژئوممبران PVC دارای مقاومت بالا در مقابل سوراخ شدگی و سایش می باشد. این مصالح در برابر بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم می باشد. به دلیل انعطاف پذیری بالا پوشش های PVC به راحتی مطابقت پیدا می کند با خطوط خاک زیرین و ارائه می کنند ارتباط اصطکاکی قوی. استفاده از ژو.ممبران PVC در لاینینگ جلوگیری می کند از ورود مواد آلاینده به داخل منابع آب زیرزمینی و جریان های سطحی. به علاوه نگهداری می کنند از منابع آب قابل شرب به وسیله جلوگیری کردن از نشت در بدنه خاک. ژئوممبران PVC در فرمولهای مختلف به جهت نوع کاربرد آن برای پرورش ماهی تا کاربردخای پتروشیمی ساخته می شود. این نوع ژئوممبران ها در ضخامت های 0.5 و 1 و 1.5 میلیمتر وجود دارند. برای درز بندی ژئوممبران های PVC از روش های مختلف نظیر جوش و یا چسب های شیمیایی استفاده کرد. امروزه با استفاده از تکنولوژی های پیشرفته جوش دادن، جوش دادن لبه ها با استفاده از اعمال گرما و فشار، سبب ایجاد یک جوش همگن و قابل اطمینان شده است. جوش دادن لبه ها فراهم می کند یک دوخت عالی و سراسری که بسیار سریعتر و تمیزتر از استفاده از حلال ها برای اتصال لبه ها عمل می کند.
ژئوممبران CSPE
ژئوممبران های CSPE بهترین دوام را در برابر اشعه UV و اوزون و مقاومت بالایی را در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی ارگانیک و غیر ارگانیک دارا می باشند. پوشش های CSPE انعطاف پذیریی خود را در شرایط ذوب و یخبندان حفظ خواهند کرد و مقاومت آن ها نسبت به بسیاری از مواد شناخته شده بهتر می باشد. این ژئوممبران ها در برابر اکسیداسیون مقاوم و در برابر اوزن و اشعه UV ایمن می باشند این امر سبب می شود بهترین انتخاب برای پوشش مخازن آب شرب و برخی از مخازن جمع آوری آلودگی های صنعتی باشد. ژئوممبران CSPE یک ممبران انعطاف پذیر با یک عمر مفید استثنایی می باشد. این یک محصول سینتتیک است که توسط فرایند کلندرینگ به صورت چند لا تولید شده که تشکیل شده از لایه های تقویت شده پلی استر می باشد. ایت محصول به صورت لایه های بالای پنج لا (با دو لایه تقویت کننده) تولید می شود که آن را بهترین انتخاب برای استفاده در شیب های تند و لاینینگ سدها کرده است. این نوع ژئوممبران ها در ابعاد 1، 1.5 تا 2 میلیمتر تولید می شود.
جدول مقایسه انواع ژئوممبران ها
| پلیمر ژئوممبران | انعطاف پذیری | رنگ | مقاومت در برابر ضربه | مقاومت شیمیایی | مانع بخار آب | ترک ناشی از تنش | چگالی g/cm3 |
| HDPE | انعطاف پذیر اما صلب تر از LDPE | رنگ طبیعی سفید شیری، بسته به تراکم، نیمه شفاف است | خوب | خوب | خوب | خوب | 0.963 |
| LDPE | بسیار انعطاف‌پذیر | رنگ طبیعی شیری، شفاف | بالا | خوب | خوب | خوب | 0.910-0.940 |
| LLDPE | بسیار انعطاف‌پذیر | رنگ طبیعی شیری، شفاف | بالا | خوب | خوب | خوب | 0.93 |
| Polypropylene | صلب جهت مخازن | مات، مایل به خاکستری | خوب | عالی | عالی | 0.905 | |
| Polyvinyl Chloride- PVC | انعطاف‌پذیر تا صلب | در حالت طبیعی شفاف به رنگ زرد | پایین | خوب | خوب | تا حدودی | 1.35-1.45 |
کاربردها
ژئوممبران‌ها دومین گروه بزرگ از ژئوسینتتیک‌ها هستند و از نظر ارزش اقتصادی عموما با ژئوتکستایل‌ها برابرند. رشد ژئوممبران‌ها از سال ۱۹۸۲ به بعد سریع و متنوع بوده است ژئوممبران‌ها تقریبا صفحه‌های پلاستیکی نفوذ ناپذیری هستند که برای آسترها و رویه‌های مخازن مایع و یا جامد بکار می‌روند. گستره کاربرد آنها بسیار زیاد است و حداقل ۳۰ کاربرد خاص در مهندسی عمران دارند. برای استفاده از ژئوممبران‌ها اغلب نفوذپذیری نسبی آنها در مقایسه با مواد دیگر مطرح می‌گردد.
کاربرد ژئوممبرین‌ها در عمران، ژئوتکنیک و فعالیتهای محیط زیستی در پروژه‌های مربوط به موارد زیر است:
- مخازن آب
- مخازن ذخیره آب و فاضلاب
- پساب‌های مایع با رادیواکتیویته کم
- استخرهای خورشیدی
- دریاچه‌های مصنوعی
- استخرهای کشاورزی و پرورش ماهی
- محلول‌های مایع
- کانال‌های آب
- سدها و آب بندها
- حوضچه‌های تبخیر پالایشگاه‌ها و نیروگاه‌ها
- پساب‌های خطرناک اولیه و ثانویه
- بین دیوارها برای کنترل تراوش در پساب‌های خطرناک
- بین زمین سدها برای کنترل تراوش
- به عنوان پوشش جهت آب بندی تونل‌ها
- مخازن شناور برای کنترل تراوش
- پوشش مخازن شناور برای جلوگیری از آلودگی
- برای جلوگیری از نفوذ شیرابه به خاک زیرین در محل دفن زباله
- برای جلوگیری از نفوذ آب باران و طوفان به سلول‌های لند فیل در محل دفن زباله
- برای هدایت جریان آب در مسیرهای دلخواه
- برای کمک به یکنواخت کردن سطوح تحت فشار
- زیر آسفالت بعنوان لایه ضد آب
- آب بندی فونداسیون‌ها و پی‌های ساختمانی
- مهار آبهای زیرزمینی
- برای جلوگیری از هدر رفتن تراوش‌ها در تانک‌های بالای زمین
- جهت ساخت استخرهای آتش نشانی
- برای ایزولاسیون روف گاردن
- جهت ساخت استخرهای پرورش آبزیان
- ساختن حوضچه‌های گل حفاری
برای بالا بردن بازدهی کانال‌های انتقال آب باید از تراوش و هدر رفتن آب از دیواره‌ها و کف این کانال‌ها، جلوگیری شود. بدین منظور از پوشش‌های انعطاف‌پذیر و نفوذناپذیر همچون ژئوممبران می‌توان استفاده کرد.
پوشش کف محل دفن زباله
باید نسبت به دفن ایمن و مناسب مواد آلوده جامد، اطمینان حاصل شود. این شرایط به طور مشابه در تمام کشورهای صنعتی به عنوان معضل توسعه آنها محسوب می‌شود. امروزه از پوشش های نفوذناپذیر ژئوممبرینی در کف و کناره‌های محل دفن زباله به عنوان سازوکار کنترل آلودگی آبهای زیرزمینی استفاده می‌شود. پوشش‌های مختلفی برای جلوگیری از نفوذ پساب وجود دارد. یکی از این موارد، استفاده از ژئوممبران جهت جلوگیری از نفوذ شیرابه‌های آلوده به خاک تحتانی و نهایتا جلوگیری از آلوده شدن آبهای زیر سطحی می‌باشد.
پوشش مخازن زیرزمینی
نشت مایعات موجود در مخازن زیرزمینی، به خصوص مواد هیدروکربنی به منابع آب زیرزمینی بسیار خطرناک است. برای جلوگیری از این نشت، از لایه‌های ثانویه برای محافظت استفاده می‌شود که برای انواع مخازن بزرگ یا کوچک این لایه گذاری متفاوت است. در مخازن با حجم کم از روش روکشی مخازن استفاده می‌شود و در مخازن با حجم بالا، به جای روکشی هر مخزن، از روش پوشش دهی کل مجموعه استفاده می‌شود.
کاربرد ژئوممبران در گود ها و سازه های زیرزمینی:
مسئله تراوش آب در گودهای ساختمانی از جمله مسائل مخاطره آمیز در فرایند گودبرداری و احداث سازه نگهبان می باشد
وجود آبهای سطحی و زیر زمینی در بستر سازه‌ها امری ناخوشایند و نگران کننده بوده است.
تهدیدهای احتمالی ناشی از ورود آبهای زیر زمینی در گودهای ساختمانی ، عبارتند از:
- کاهش ظرفیت باربری خاک دیواره گود
- نشست و تخریب فونداسیون
- تخریب پیشانی خاکی گود
- مشکلات در حین اجراء شاتکریت
- افزایش فشار جانبی وارد بر دیواره گود
در گودهای ساختمانی به دلایل زیر باید با استفاده از یک سیستمی زهکشی کارآمد از ورود آب به داخل گود ساختمانی جلوگیری به عمل آورد.
- رفع خطر های احتمالی ناشی از ورود آب به بستر گود
- افزایش ظرفیت باربری خاک زیر فونداسیون
- کاهش زمان و هزینه در پایدار سازی و گودبرداری
- تامین سطحی خشک و ایده آل جهت اجرای فونداسیون و سازه
- جلوگیری از وارد شدن آسیب های احتمالی در زمان بهره برداری
امروزه استفاده از ژئوممبران pvc بدلیل مقاومت کششی عالی و انعطاف پذیری بسیار بالا، در پروژه‌های عمرانی به خصوص پروژه‌های ژئوتکنیکی گسترش روز افزونی داشته است. یکی از موارد مورد استفاده ژئوممبران، آب بند کردن دیواره گودبرداری‌ها، سازه های مدفون در خاک، تونل‌های غیر شهری، تونل‌های شهری، ایستگاه‌های قطار زیرزمینی و تونل‌های قطار زیرزمینی است. ژئوممبران به دلیل نفوذپذیری بسیار پایین آن ابزار مناسبی جهت جلوگیری از رسیدن آب به سازه مورد نظر می‌باشد. لازم به ذکر است استفاده از ژئوممبران به خودی خود مستلزم ایجاد یک سازه آب بند کامل نمی‌باشد در این راستا باید از مزیت‌های دیگر ژئوسینتتیک‌ها نیز بهره مند گردید. ژئوتکستایل و ژئونت و یا ژئودرین از آن جمله از ژئوسیتتیک‌هایی هستند که کمک به سزایی در امر آب بندی سازه مورد نظر انجام می‌دهد. ژئوتکستایل در این سیستم آب بند نقش فیلتر برای ژئودرین و خاک و نقش یک پوشش محافظ را برای ژئوممبران بر عهده دارد. ژئوتکستایل مانع از ورود خاک ریزدانه به سیستم زهکشی می‌شود. ورود ریزدانه‌های خاک به سیستم زهکشی در درازمدت سبب بسته شدن و مسدود شدن این سیستم خواهد شد. به کارگیری این سیستم سبب افزایش سرعت و کاهش هزینه و از همه مهمتر افزایش راندمان و اطمینان پذیری بیشتر به سازه آب‌بند گردیده است.