پوششهای ژئوممبران چه بصورت منفرد و چه در ساختار ترکیبی با انواع ژئوتکستایل، در قالب یک عایق واترپروف (ضدآب) بکار می روند. به‌بیان بهتر، این پوششها همانند سدی محکم در برابر نفوذ آب و مستهلک و ناایمن شدن سازه عمل میکنند. ژئوممبران ها به عنوان یک عایق رطوبتی و تا حدودی عایق حرارتی (مصون نگهداشتن سطوح زیرین از یخزدگی) نیز عملکرد مطلوبی دارند. ازهمین رو در کاربرد های بسیار گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.
احداث خطوط حمل و نقل، حفاظت از مخازن صنعتی، زیرسازی لندفیل های زباله، پوشش کف حوضچه‌های شیرابه، حفر تونل ها و…، همه و همه از جمله کاربرد ها و موارد استفاده‌ی ژئوممبران ها بشمار می روند. علاوه بر مزایای ماهیتی شدیداَ کاربردی برای حفظ سازه‌ها و ساختارهای عمرانی، قیمت ژئوممبران نیز بسیار اقتصادیست. بطوریکه قادرند به صورت چشمگیری از هزینه‌های عملیاتی پروژه‌ها بکاهند. ساخت این تجهیزات از عناصر پلیمری، موجب شده تا در مقابل آلودگیهای گسترده و شیرابه‌های سمی و شیمیایی، هیچگونه واکنش پذیری نداشته باشند.
مارکت جهانی ژئوممبران
دررابطه با نوع پلیمر، باید اذعان داشت که:
تمام ژئوممبران ها از ترکیباتی ساخته می شوند که ترکیبی از یک رزین اولیه (یا رزین ها) و سایر مواد هستند. توجه داشته باشید که انواع ژئوممبرین شامل مواد تروست نمی شوند (که امروزه به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند). بطوریکه اساساً از متریالهایی همچون: پی‌وی‌سی غیرمسلح، CPE ،CSPE تقویت شده و البته PE نیمه کریستالی ساخته میشوند.
در این میان، HDPE (پلی اتیلن با چگالی بالا) امروزه به انتخاب اول صنعتگران برای تولید ژئوممبران تبدیل شده است. البته گاهاَ مشاهده میشود که تولید این عایقها با استفاده از متریال «پی وی سی»، جامعیت بیشتری دارد. دلیل استفاده نسبتاً کم از HDPE (با توجه به مزایای فوق العاده و کاربردهای زیست محیطی موثر)، اینست که مقاومت شیمیایی معمولاً یک معیار قانع کننده نیست (مثلاَ آب در مقابل شیرابه). یعنی سهولت ساخت اولویت دارد. ضمناَ مواد انعطاف پذیرتر دیگر مانند PVC یا پلی پروپیلن انعطاف پذیر (fPP)، توانایی تطبیق بهتری برای دفع کرنش‌ها و تنش‌های ناشی از نشست‌های دیفرانسیل را دارند.
عملکرد این پوششها آنچنان عالی بوده است که تقاضاهای جهانی گسترده‌ای را برای خود به ثبت رسانده است. مجموعاَ استفاده از ژئوممبران در کارهای ساختمانی زیرسطحی، به سرعت رشد نموده است؛ تا جایی که فروش سالانه ژئوممبران فقط در آمریکای شمالی، حدود 33 میلیون دلار بوده است. نتایج آنالیزها نشان میدهد که:
- کاربردهای مرتبط با محیط زیست (مهار مایع، جامد و بخار و…) تا حد زیادی (80 درصد) بزرگترین مورد مصرف؛
- و پس از آن، کاربرد های حمل و نقل و ژئوتکنیکی (حدود 10 درصد هر کدام)،
دیگر مصارف مهم ژئوممبران‌ها را تشکیل میدهد.
محصول پیشنهادی: لوله پلی اتیلن
نوع تولید ژئوممبران
اکثر ژئوممبران ها، ورقه های نازکی از مواد پلیمری انعطاف پذیر هستند که به یکی از سه روش زیر برای بسترسازی خطوط حمل و نقل و استفاده در دیگر کاربردها تولید می شوند:
- اکستروژن (غیر تقویت شده)؛ و
- پوشش پخش شده (تقویت شده).
ژئوممبران های تقویت شده دارای «یک لایه پارچه» یا «بستر پارچه ای» هستند که در داخل شمع های جداگانه (یا زیر پوشش سطح) یکپارچه شده‌اند. برخی از کارخانه های تولید ورق های ژئوممبران نیز هستند ک به تولید پانل های بزرگ اقدام میکنند. چنین پانلهایی تا حد امکان بزرگ ساخته می شوند تا پوششدهی کل مزرعه یا سایت موردنظر را تسریع بخشیده و درزهای میدان را به حداقل برسانند. مدلهای تقویت نشده مسلماَ بلحاظ ساختاری دارای مقاومت کمتری هستند. فلذا در کاربرد های حساس، پرفشار و با حجم آبگیری بالا نباید مورد استفاده قرار گیرند!!.
کاربرد ژئوممبران برای تونل
ساخت تونل ها و گالری ها نیاز به سرمایه گذاری های عمده‌ی مقدماتی در مطالعات:
- زمین شناسی و
- ژئوفیزیکی
دارد. غالباَ پس از اتمام کاوش در معادن و تونلها، از پوشش های نهایی و دائمی همچون ژئوممبران برای پنهان کردن تمام کارهای قبلی و برای حفظ روند طبیعی عمر مفید باقیمانده‌ی ساختار استفاده می شود. پوششهایی که باید هم نقش پشتیبانی و هم نقش دیواره‌ی ضد آب و ضد رطوبت را ایفا کنند.
انتخاب مواد مناسب، بخش اساسی و مهمی از پروژه های مقاوم سازی ساختار تونل است. موضوعی که در مقررات مربوط به احداث تونل ها منعکس شده است. استفاده از ژئوممبران های پلی الیفین برای تونل های ضد آب، یک نیاز مهم بشمار میرود. زیرا تنها موادی هستند که میتوانند بدون تغییر خصوصیاتشان، دوام زیاد را در شرایط خاص تونلها تضمین کنند. بهره‌گیری از ژئوممبرانهای پلی اولفین، پایداری پارامترهای با احتمال تغییر شکل بالا را نیز تضمین خواهد کرد. چنین پوششهایی، همانند پالتوهایی روی شفت های طاق یا تهویه در کاربریهای تونل قرار میگیرند.
انواع عملیات ضد آب سازی تونل
از دیدگاه پشتیبانی و روشهای ساخت و ساز، ضد آب تونل و گالری زیرزمینی توسط ژئوممبران ها، به شرح زیر طبقه بندی می شوند:
- ساخت تونل با پشتیبانی کوتاه:
بیشتر برنامه های ژئوتکستیل و ژئوممبرین در ساخت تونل، در زیرمجموعه همین پارامتر قرار میگیرد. ضد آب تونلها با این روش، با نصب یک ژئوتکستایل و ژئوممبران در مرحله نهایی کار انجام میگیرد. یعنی هنگامی که پوششهای پشتیبانی نصب شده است، آبهای زهکشی یک تنظیم منظم خواهند شد. پس از قرار دادن پوشش ضد آب، شناسه پوشش ساختاری قطعی گذاشته میشود. (الحاقات نهایی)
- ساخت تونل با پشتیبانی Voussoir یا بخش
مربوط به تونل هایی است که بدون پشتیبانی از شاتکریت ساخته شده اند. اما شامل Voussoir یا بخش ها (عناصر بتونی مسلحانه یا فولادی پیش ساخته) هستند. ضد آب Geomembrane انتخابی، بسته به هر شرایط متفاوت خواهد بود.
- تونل ها و گالری های OpenCut
ساخت و سازهای زیرزمینی برش باز، نوع دیگری از برنامه های تونلسازی نیازمند پوششهای ضدآب می‌باشند. این یک برنامه مهم ترکیبی Geomembrane و Geotextile است که در آن نصب ضد آب در خارج از پوشش، انجام می شود. ژئوتکستایل برای محافظت مکانیکی از ژئوممبرین (حتی تحت فشارهای فشرده سازی قوی)، کار گذاشته خواهد شد.
- نصب توأمان ژئوتکستایل های محافظ
گاهاَ پوشش هایی متشکل از:
- ضد آب های ژئوممبران،
- ژئوتکستایل‌های (Geotextiles) محافظ؛
- و گاهی ژئوکامپوزیت ها،
برای زهکشی (به همراه انواع لوله زهکشی و دیگر تجهیزات) کار گذاشته می شود. این بدان معنیست که در نظر گرفتن دوام و ظرفیت سازگاری با تثبیت داخلی و همچنین ادغام خاک حوصله و پوشش نهایی، بسیار مهم است.
ژئوممبران در روکش های مخازن
مهار ثانویه مخازن ذخیره سازی زیرزمینی، غالباَ بوسیله‌ی استفاده توأمان از ژئوممبران و ژئوتکستایل انجام می‌پذیرد. مخازن ذخیره سوخت زیرزمینی در بسیاری از ایالت های آمریکا و سراسر جهان، نیاز به مهار ثانویه دارند. به‌گونه ای که این مخزنهای نگهداری سوخت، شبیه به یک گودال حفر شده و در کف آنها، ورقهای ژئوممبرین گسترانیده میشود تا از نفوذ سیال به زمین زیرین جلوگیری کند.
جالب است بدانید با استفاده از یک ژئوممبرین مقاوم در برابر هیدروکربن و بین دو ژئوتکستایل، یک سیستم لاینر ثانویه با شناسایی نشت داخلی تشکیل میشود. چنین سیستم‌هایی توسط حداقل دو سازمان:
- Seamans , Inc.
- و MPC , Inc
به بازار عرضه شده‌اند. طرح متفاوتی نیز توسط «Total Containment» از یک آشکارساز نشت ژئونت در اطراف مخزن با یک ژئوممبران محصورکننده در خارج، ارائه شده است.
نکته: مخازن گودالی، تفاوتهای بنیادینی با انواع مخزن پلی اتیلن، فایبرگلاس، پلی پروپیلن و… دارند.
اجرای لندفیل زباله‌ها با ژئوممبرین
لندفیل ها و مکان های دفن زباله، یکی از مهمترین کاربرد های استفاده از ژئوممبران محسوب می شوند. بهره گیری از ژئوممبرین در اینگونه کاربری ها از چند جهت حائز اهمیت است:
- لندفیلها مملو از زباله‌های تر و خشک هستند. نفوذ شیرابه‌های سمی و خطرناک به لایه‌های خاک زیربستر محلهای دفن زباله، میتواند موجب آلوده سازی منابع آب زیرزمینی و طبیعت و شیوع بیماری های واگیردار و کشنده شود!!. این درحالیست ممانعت از ورود شیرابه‌های سمی و آلوده، یکی از مهمترین کاربرد های ژئوممبران می‌باشد.
- برخی از مکانهای دفن زباله، دارای حوضچه‌های مجزای دپوی شیرابه هستند. کف این حوضچه‌ها نیز بایستی با این پوششهای ژئو ممبرانی پوشانده شوند.
- وجود حجم زیادی از جوندگان در اینگونه کاربریها، امری قابل پیش بینی و طبیعیست. یکی از مزیتهای مهم ژئوممبران، مقاوم بودن و عدم خوردگی آنها از سوی جوندگان می‌باشد.
- چنانچه مواد افزودنی و هرگونه مواد اسیدیته نیز در زباله‌ها وجود داشته باشد، این پوششها قادر به ارائه‌ی مقاومتی عالی هستند. البته اگر از جنس HDPE باشند.
پوشش شناور حوضچه‌های شیرابه
پوشش های شناور تقویت شده از جنس:
- پلی پروپیلن (PP)،
- پلی‌اتیلن چگالی بالا (HDPE)،
- کلرو سولفوناته (CSPE Hypalon) و…،
همه و همه برای پوشش های شناور بر روی حوضچه های شیرابه، به منظور کاهش بو و جلوگیری از بارش ناشی از تبدیل شدن به شیرابه ای که نیاز به تصفیه دارد، مورد استفاده قرار میگیرند. در برخی کاربردهای دیگر، به‌ویژه در مخازن آب آشامیدنی، پوششها و آسترهای شناور PP دچار شکست‌های ناشی از تنش در:
- امتداد بالای چین و چروک‌ها؛ و
- در سایر مکانهای تحت تنش،
شده‌اند. به‌نظر می رسد این هم افزایی بین استرس و محیط مایع، استرس و اکسیداسیون حرارتی؛ و استرس و اشعه ماوراء بنفش است که از دست دادن مواد افزودنی را تسریع میکند. مشکلات تنشی در سالهای اولیه تولید ژئوممبران HDPE نیز دیده میشد که رفته‌رفته با تقویت صنعتی برطرف گردید. پوشش شناور تقویت شده PP برای قرارگیری بر روی مخزن آب آشامیدنی نیز بسیار پرتقاضاست.
کاربرد پوشش ژئوممبران در خطوط حمل و نقل
امروزه تقریباَ تمامی خطوط حمل و نقل از ژئوممبران در بسترسازی خود استفاده می کنند. زیرا از یکسو کنترل پذیری مناسبتری برای عدم نفوذ آبهای سطحی به سطوح زیرین بدست می آید. و از سوی دیگر، با عدم نفوذ آبهای اسیدی باران به لایه های زیرین خاک، عمر مفید بستر معابر افزایش می‌یابد. قطعاَ به این نکته توجه دارید که نفوذ مداوم آب به لایه‌های خاکی زیرین معابر، موجب باز شدن لایه های خاک و کاهش مقومتشان میشود. این درحالیست که با پوشش های ترکیبی ژئوممبران + ژئوتکستایل ها، میتوان کیفیت خاک زیری را حفظ نمود.
همچنین معمولاَ کف جاده ها مملو از سیالات و توده‌های روغنی، چربی و سوختی است. به‌همین دلیل با نصب ژئوممبرین ها، از ترکیب این عناصر با آب باران و نفوذ به سفره‌های آب پاک زیرزمینی نیز جلوگیری میگردد. هنگام نصب این پوششها در احداث خطوط حمل و نقل، در بسیاری از مواقع شاهد ایجاد چروکهایی هستیم. بسیار رایج است که بولدوزرهایی، خاک پوششی را پخش کنند تا رویه‌ها را از چین و چروک بتراشند. همین مسئله موجب توسعه سیستم های پوشش کامپوزیت دوگانه شد.
سیستمهای پوشش کامپوزیت دوگانه بلحاظ تئوری بسیار مطلوب بنظر می آیند. ولی در عمل، واقعیت اینست که آسترهای ثانویه چروکیده دارای ژئونت/ژئوتکستایل HDPE و کامپوزیت LDS، زیر لایه‌ی اولیه قرار میگیرند. یعنی فقط به نوبه‌ی خود توسط ژئوممبران های اولیه چروکیده، پوشیده شده اند. بنابراین از استرس ها اجتناب نمی شود و تماس صمیمی بین لایه ها حاصل نخواهد شد. بعلاوه اینکه چین و چروک در لاینر ثانویه، منجر به انباشته شدن آب روی لایه ثانویه می شود. به‌رغم تمامی این مشکلات بصری در عمل، اکثر سیستمهای آستر به طور رضایت بخشی در حال کار هستند.
پوشش صفحات تولید برق
گاهاَ لایه‌های سطحی نانوفتوولتائیک ها برای تولید برق نیز در معرض تنش های SC هستند. قرارگیری آسترهای بدون درز روی GCL ها و ژئوکامپوزیت ها و بکارگیری تخصصی ژئوممبران های در معرض، میتواند از احتمال وقوع چنین رخدادی شدیداَ بکاهد. فناوری آستر به تازگی توسعه‌ی ویژه ای را تجربه می نماید.
کاربردهای ژئوممبران برای انواع زیرسازی
روش های مختلفی برای بکارگیری ژئوممبران ها در کاربردهای مختلف زیرسازی وجود دارد. پوششهایی که میتوان آنها را به تنهایی و یا در ترکیب قدرتمندتر با ژئوتکستایل ها بکار برد. به‌عنوان مثال، ترکیبشان در زیرسازی ها با یک ژئوتکستایل نبافته، بافته شده یا گرما ست شده نیز ممکن است امکان پذیر باشد. چراکه ژئوتکستایل‌ها خاصیت پخش بار جالب توجهی دارند. دراین میان درزهای ژئوممبران همیشه از نقطه نظر:
- استحکام؛ و
- رطوبت
نگران کننده هستند. نگرانیهایی که بسته به اهمیت شرایط و موقعیت های کاربری خاص، میتوانند ساده‌تر یا حادتر بنظر بیایند. البته در بسیاری از موارد، سفتی «مطلق» یک ضرورت نیست و درز زدن (پیوند) کامپوزیت ژئوممبران – ژئوتکستایل نگران کننده نمی‌باشد. بطوریکه می توان آنها را به صورت مکانیکی دوخت (به عنوان مثال با دوخت ساده)؛ و یا یک همپوشانی ساده داشته باشند. درنتیجه، استفاده از ژئوممبرین برای انواع کاربرد های زیرسازی، یک زمینه هیجان‌انگیز و رو به رشد است. احساس میشود که با یک تلاش آموزشی گسترده، رشد قوی برای ژئو ممبرانها در آینده حاصل خواهد شد.
ژئوممبران و ممانعت از نفوذ نمک
برخی از جاده های بین شهری بزرگ ایران و سایر نقاط جهان، همواره برف گیر هستند. بدین معنی که در فصول سرد سال، غالباَ پوشیده از برف شده و موجب اختلال در رفت و آمدها می شوند. ارگانهای شهری به همین دلیل، برای از بین بردن توده های یخی و برفها از نمک استفاده میکنند. ترکیب نمکها با آب باران و برف و نفوذ آنها به لایه های زیرین آسفالت، موجب بروز دو اتفاق می شود:
- خاکهای کامپکت شده زیر بستر اصلی جاده، به مرور از هم باز شده و مستهلک میشوند.
- و مهمتر آنکه با نفوذ نمک به منابع آب زیرزمینی، این منابع شدیداَ امکان شور شدن دارند.
بنابراین از ژئوممبران ها به عنوان عایق قابل اعتمادی در برابر نفوذ نمکها، استفاده میشود. کار گذاشتن عایق های ژئوممبرین در زیر بستر آسفالتها، از هرگونه نفوذ آبها و محلولهای نمکی جلوگیری میکند.
لاینرهای ژئوممبران در پالایشگاه‌ها
پالایشگاه های نفت و پتروشیمی (و دیگر ترکیبات سوختی)، همواره میتوانند سیالات شیمیایی و عناصر حریق پذیر زیادی را به خاک زیرین انتقال دهند. به‌همین دلیل لزوم نصب پوشش های مطمئنی همچون ژئوممبران ها در این کاربریها، بیش از پیش احساس میشود. باتوجه به حساسیت بالای مواد رهاشده در این کاربریها، لازم است بر روی 2 نکته متمرکز باشید:
- پوششهای انتخابیتان، بایستی دارای ضخامت قابل قبولی باشند. انتخاب پوشش ترکیبی از ژئوممبرین و ژئوتکستایل، گزینه‌ی جذابتری برای این کاربریها بشمار می‌آید.
- ابتدا از ماندگاری بالای این پوششها مطمئن شده و سپس به نصب آنها اقدام نمایید. عایق های ژئوممبران انتخابی شما، نباید به هیچ عنوان با عناصر شیمیایی واکنش نشان دهند. ضمن اینکه در برابر سیالات اسیدی و شیمیایی، ایستادگی مناسبی داشته باشند. (همانند پوششهای ساخته شده از HDPE)
مزایای نصب ژئوممبرین در ساختمان سازی
نفوذ رطوبت و بخارات به دیوارها و فونداسیون ساختمانها، یکی از مهمترین علل تخریب و استهلاک ها بناها بشمار میرود. بخصوص در استانهای شمالی و نقاط شرجی جنوب کشور. نصب آسترهای ژئوممبران، همواره به عنوان یک راه حل فوق العاده عالی مطرح میشود. بطوریکه قادر است به طور کامل از نفوذ:
- لایه های بخار،
- جریانهای آب،
- و توده‌های رطوبت،
به سقفها، دیواره‌ها و پی ساختمان جلوگیری نماید. نکته مهمتر اینکه مجریان ساختمانی همیشه به هزینه‌های پروژه ساختمانی، نگاه ویژه ای داشته و از انجام عملیاتهای اضافه و بکارگیری تجهیزات بیشتر، اجتناب میکنند. این درحالیست که نه تنها قیمت پوشش های ژئوممبران زیاد نیست. بلکه در قیاس با مصالح سنتی (سیمان، سنگها و…)، هزینه کلی پروژه تا 25% نیز کاهش میدهد!!.
امکان استفاده از ژئوممبرین ها در ساختمانهای سبز نیز وجود دارد. زیرا این پوششها، گزینه ای کاملاَ دوستدار طبیعت محسوب می شوند. (با گسترش روز افزون ساختمانهای سبز، آینده خوبی برای مصالح سازگار با طبیعت پیش بینی میشود)
