ژئوممبران پلی اتیلن سنگین HDPE
ورق های پلیمری از جنس پلی اتیلن سنگین HDPE ( چگالی 0.96 گرم بر سانتی متر مربع ) عایق در مقابل سیالات و رطوبت با نفوذپذیری نزدیک به صفر می باشد.
معرفی ژئوممبران Geomembrane
ژئوممبرانها صفحات پلی مری با ضخامت کم ( چند میلیمتر) هستند که از آبگذری بسیار اندکی برخوردارند. از جمله مشهورترین این پوششها می توان به([pvc] (poly vinyl chloride با آبگذری ۵*۱۰ m/s و یا ( [HDPE] (density polyethylene high با آبگذری ۲٫۷*۱۰ m/sاشاره نمود. ورق ها به صورت رول در طول ۱۰۰ الی ۱۵۰ متر و عرض ۲۰/۲ الی ۹ متر تولید می گردند.ورق ها در دو نوع مضرس، صاف، رنگی و در ضخامت های ۷۵/۰، ۱، ۵/۱ و ۲ میلیمتر تولید می شوند.
پوششهای پلی اتیلن متراکم
پلی اتیلن پلی مری است که از پلیمریزاسیون مونومرهای اتیلن بدست می آید، چرخه تولید این محصول از سال ۱۹۳۰ میلادی و در شرایط فشار و دمای بسیار بالا آغاز گردید .
در اواسط سال ۱۹۵۰ روشهای تولید در دماها و فشارهای پایینتر ارائه گردید که منجر به تولید پلی اتیلن با چگالی بالاتر، مقاومت مکانیکی برتر و تعداد زنجیرهای پلی مری بیشتر شد این مصنوع بعدها به عنوان[ HDPE] (high density polyethylene) خوانده شد که نسبت به پلی اتیلن سبک و از نفوذناپذیری و مقاومت شیمیایی برتری برخوردار بود.
مواد اصلی مورد استفاده جهت ساخت این ممبرانها از نوع ۲۱GF44016 می باشد که علاوه بر مولکولهای HDPE ، شامل یک comonomer افزودنی مانند بوتن یا هگزن نیز می باشد که سبب افزایش انعطاف پذیری و یا مقاومت در برابر عوامل محیطی می شود.
این ژئوممبرانها معمولا حاوی ۹۷% پلی اتیلن فشرده حدود ۵/۲% کربن سیاه و ۵/۰% آنتی اکسیدانت هستند . توجه به این نکته اهمیت دارد که این پوششها فاقد هر گونه مواد پلاستیسایزر، کم تصاعد شده و سبب خشکی و ترک خوردگی و تخریب سیستم نفوذناپذیرکننده می شوند، هستند . این پلاستیسایزرها حدود۲۲% حجم پوششهای pvc را تشکیل می دهند .
مقاومت در برابر مواد خورنده
HDPE به دو دلیل عمده در برابر انواع محلولهای شیمیایی مقاوم می باشد اول به این علت که پلیمرهای فرد خانواده اتیلن ،از لحاظ شیمیایی خنثی بوده در واکنشهای شیمیایی شرکت نمی کنند و دیگر آنکه به علت غلظت و فشردگی زنجیره های تشکیل دهنده از نفوذناپذیری بالایی برخوردار بوده و اجازه نفوذ مواد شیمیایی به ساختار خود را نمی دهد لازم به ذکر است که با افزایش تعداد زنجیره های پلیمری بر مقاومت شیمیایی HDPE افزوده می گردد .
انحلال
این فرایند که یک پدیده فیزیکی می باشد شامل مکانیسمی است که منجر به جذب مولکولهای قابل جذب توسط پوشش محافظ می گردد. این فرایند سبب تورم وافتادگی می گردد . این واکنش غالبا plasticization خوانده می شود . ژئوممبرانها HDPE نسبت به این پدیده کاملا مقاوم بوده حساسیتی نشان نمی دهد .
تصعید
منظور از این پدیده فیزیکی خروج مواد پلاستیسایزر از پوشش ژئوممبران دراثر حرارت می باشد . از آنجا که در ترکیبات تشکیل دهنده HDPE ، اثری از پلاستیسایزر وجود نداشته و درصد anti oxidant نیز در آن بسیار اندک است که از اتصال قوی با این مولکولهای HDPE برخوردار می باشد. لذا احتمال وقوع این پدیده در عایقهای پلی اتیلنی فشرده وجود ندارد .
آزمایشات متعدد نشان داده است که ژئوممبرانهای استاندارد ساخته شده از HDPE ،مقاومت مکانیکی و سایر خواص خود از جهت نفوذناپذیری و مشخصات فنی را پس از قرار گرفتن در معرض پس آبهای موجود در مخازن دفن زباله برای مدت ۱۰۰۰۰ ساعت ودر دمای ۷۰ درجه سانتیگراد همچنان حفظ نموده اند و به همین دلیل عمر ودوام بالای۱۰۰ ساله را برای این پوششها در مخازن دفن زباله مورد تایید قرار داده و توصیه نموده است .
مجموعه نکات فوق که در برگیرنده مقاومت شیمیایی پوششهای HDPE می باشد، آنها را به پوششی بسیار مناسب جهت استفاده در حوضچه های انتقال مایعات شیمیایی تبدیل می نماید. استفاده از این پوششها ضمن اینکه از اتلاف مایعات محلولهای شیمیایی موجود در حوضچه ها جلوگیری به عمل می آورد به علت برخورداری از تاییدیه های زیست محیطی از آلودگی منابع آب و خاک نیز جلوگیری به عمل می آورد .
از سوی دیگر از HDPE به عنوان جایگزین لاینینگ بتنی یا رسی، از تخریب کف و دیواره های حوضچه به علت خوردگی خاکهای بستر جلوگیری نموده و دوام دهها ساله بدون نیاز به تعمیرات و یا تعویض خاک را در خاکهای نامناسب از قبیل گچی و آهکی، سولفاته، … را تضمین می نماید .
مقاومت مکانیکی
نتایج آزمایش استاندارد تک محوری بر روی پوششهای HDPE مقادیر مشخصی از قبیل تنش تسلیم ( N/mm 17 ) و تنش گسیختگی در کشش (N/mm ۳۵) و افزایش طول نقطه تسلیم ۱۱% و افزایش طول گسیختگی تا ۷۰۰% طول اولیه را نشان می دهد.
مقاومت کششی بالای HDPE پخش متوازن نیرو وتغییر شکل مناسب را بخصوص در شرایط نشست نامتقارن تضمین می نماید و قابلیت افزایش طول بسیار بالای آن بدون پارگی، امکان هماهنگی و تطابق لاینر با ناهمواریهای سطح زیرین را بدون کاهش نفوذ ناپذیری و یا ترک خوردگی و انهدام آن فراهم می آورد.
مقاومت محیطی
افزایش دما معمولا سبب افزایش طول (کش آمدگی) پوششها و کاهش مقاومت کششی آنها می شود ترموپلاستیکهای با ساختار نیمه بلوری مانند پلی اتیلن با تراکم متوسط یا زیاد غالبا با افزایش دما، تغییر شکل بالایی از خود نشان می دهند.
لازم است بر اساس استانداردهای مربوط به ژئوممبران ها ، مشخصات فوق الذکر در دماهای مابین ۴۰- الی ۸۰ درجه سانتیگراد برای ژئوممبران های مختلف بدون تغییر باقی بماند.
پوششهای HDPE ضمن برخورداری از شرط فوق می توانند بدون تردشدگی یا شکنندگی در دمای بسیار پایین و یا کاهش مقاومت کششی و شل شدگی در دماهای بالا مورد استفاده قرار گیرند
این خصوصیات استفاده از این پوششها را در مناطق سردسیر و دارای زمستانهای طولانی و در معرض یخبندان را بدون تخریب حوضچه امکانپذیر می سازد
از سوی دیگر ساخت حوضچه با HDPE در مناطق گرمسیر نیز با همین روش به سادگی صورت پذیرفته، مشکلاتی از قبیل ترکهای ناشی از خشک شدگی و انقباض ونیز مشکلات عمل آوری در هوای گرم و تبخیر سریع آب را نیز از میان خواهد برد.
مقاومت در برابر اشعه UV
عواملی از قبیل اشعه ماورا بنفش نور خورشید و یا گاز ازون و … می توانند سبب کاهش قابل توجه مقاومتهای مکانیکی مواد در معرض تابش اشعه شوند.
با افزودن درصد مشخصی کربن سیاه به مواد HDPE (حدود۵/۴۲) می توان به مقاومتی عالی در برابر مواد فوق دست پیدا کرد.
علاوه بر سوابق ۳۰ ساله استفاده از این ژئوممبران ها در شرایط مختلف آب و هوایی در سراسر نقاط جهان بصورت روباز آزمایشات اندازه گرفته در شرایط فشردگی زمان نیز دوام ۶۰ ساله عایقهای فوق را جهت مصارف exposed مورد تایید قرار داده اند.
وجود این خصوصیت در پوششهای HDPE استاندارد، امکان قرار دادن آنها به صورت روباز و بدون پوشش محافظ را در حوضچه هایی که احتمال تخریب عمدی در آنها وجود نداشته باشد را فراهم می سازد.در صورت وجود چنین شرایطی، امکان اجرای یک لایه بتن سبک و نیز مسلح به ضخامت ۱۰ سانتیمتر و یا یک سطح شاتکریت جهت محافظت از لاینر HDPE وجود دارد .
در چنین شرایط امکان کاهش ضخامت لاینر به حداقل نیز وجود خواهد داشت چراکه مقاومت مکانیکی بسیار اندکی مورد نیاز خواهد بود(۵/۰ میلیمتر) ودر هنگام لای برداری ماشینی از تماس مستقیم مابین HDPE و باکت مکانیکی جلوگیری خواهد شد.
مقاومت در برابر حملات بیولوژیکی ، رویش گیاهان و حمله جوندگان
میکروارگانیزمها ، جوندگان و ریشه گیاهان می توانند سبب تخریب پوششهای آب بند کننده شوند.لذا عدم حساسیت در برابر عوامل فوق ، یکی از نکات مهم در انتخاب لاینر نفوذ ناپذیر خواهند بود پوششهای HDPE جهت تعیین نحوه عملکرد در برابر حمله میکروارگانیزمها مطابق استاندارد رسمی آلمان مورد آزمایش قرار گرفته و حتی در برابر حملات شدید میکروبیولوژی نبز مقاوم تشخیص داده شده اند آزمایشات دامنه دار و گسترده ای نیز جهت اطمینان ازمقاومت این پوششها دربرابر حمله جوندگان صورت گرفته و بار دیگر مقاومت این پوششها را مورد تایید قرار داده است. در یک نمونه این آزمایشها حدود ۵۰ الی ۱۰۰ عدد ازانواع جوندگان معمولی که در لوله های فاضل آب یافت می شوند ودر قفسی پلی اتیلنی محصور نگاه داشته شدند.
بازبینی قفس فوق پس از مدت ۲۰ ماه مقاومت عایق HDPE در برابر اینگونه حملات را اثبات نموده این خصوصیت در کانالها سبب جلوگیری از حفر گودال و یا تونلهای زیرزمینی در دیواره ها و در نتیجه آبدوی و تخریب آن می شود.
پوششهایHDPE همچنین نسبت به حمله حشرات و رویش گیاهان ،خزه ها و جلبکها و… نیز مقاوم بوده و نفوذ ریشه گیاهان به داخل پوشش سبب ایجاد ترک در سطح حوضچه نخواهد گردید.
مجموعه عوامل فوق در حوضچه باعث کاهش قابل توجه هزینه های تعمیر و نگهداری و ترمیم در طول دوره سرویس و بهره برداری شده و بسیاری از هزینه های اجرایی را نیز کاهش می دهد
دوام، خستگی و خزش
پوشش های HDPE در شرایط بار گذاری دراز مدت در تغییر شکل ثابت (کش آمدگی ثابت) میزان افزایش طول تحت اثر نیروی ثابت را برای مدت زمان طولانی را داراست، اگر چه در دو حالت فوق معمولا به صورت همزمان واقع می شوند اما پدیده خستگی یا به عبارتی تغییر شکل در اثر بار های مداوم غالبا از اهمیت بیشتری نسبت به پدیده خزش برخوردار می باشد.
میزان مقاومت پوششهای فوق در برابر عوامل مذکور ،چنانچه دیده می شود، برای اکثر مصارف معمول قابل قبول بوده و به عملکرد دراز مدت سیستم آسیبی نخواهد رساند.
مجموعه عوامل مذکور در این بخش، علاوه بر کیفیت آلی مصالح سازنده HDPE استاندارد و نیز اجرای مناسب و طراحی دقیق،منتج به دوره عمر و بهره برداری بالای ۶۰ ساله این پوششها در حالت exposed (بدون نیاز به تعمیر و نگهداری ) و دوام بالای ۱۰۰سال آنها در شرایط نهفته می باشد که به مراتب بیشتر از عمر مفید سایر گزینه های موجود خواهد بود
ویژگی ها :
نفوذناپذیری در برابر مایعات و گازها
انعطاف پذیری و در عین حال مقاومت بالا در برابر پارگی، سوراخ شدگی و سایش
پایداری در برابر پرتوهای فرابنفش آفتاب
مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی و عوامل بیولوژیکی
قابلیت ترمیم قسمت هایی که در اثر ضربه فیزیکی آسیب دیده اند
ممانعت از رویش گیاه و نچسبیدن خزه و جلبک و مقاومت در برابر جوندگان
تحمل بازه ی دمایی 40- تا 70+
کاربردها :
ایزولاسیون استخرهای خاکی و بتنی ذخیره آب کشاورزی
ایزولاسیون مخازن نفتی
ایزولاسیون حوضچه های پرورش ماهی
ساخت کانال های انتقال آب بدون نیاز به سازه های بتنی
ساخت دریاچه های مصنوعی، دریاچه های تفریحی و آب نماهای تزیینی
استفاده در مخازن پساب به منظور جلوگیری از آلودگی محیط و آبهای زیر زمینی
مزایا:
اقتصادی و مقرون به صرفه
اجرای سریع و آسان
دوام و طول عمر بالا ( بیش از 80 سال )
نچسبیدن خزه و جلبک
حذف نشتی و هدر رفت آب