مقاومت ژئوممبران های پلی اتیلنی

مقاومت ژئوممبران های پلی اتیلنی

پلی اتیلن پلیمری 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 روش های تولید در دماها و فشارهای پایینتر ارائه گردید که  منجر به تولید پلی اتیلن با چگالی بالاتر، مقاومت مکانیکی برتر و تعداد زنجیرهای پلیمری 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 ژئممبران ها از نوع 21GF44016 می باشد که علاوه بر مولکول های 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 ژئوممبران ها معمولا حاوی ۹۷% پلی اتیلن فشرده حدود ۲.۵% کربن سیاه و ۰.۵% آنتی اکسیدانت هستند. توجه به این نکته اهمیت دارد که این پوشش ها فاقد هر گونه مواد پلاستیسایزر، کم  تصاعد شده و سبب خشکی و ترک خوردگی و تخریب سیستم نفوذناپذیرکننده می شوند، هستند. این پلاستیسایزرها حدود ۲۲% حجم پوشش های PVC را تشکیل می دهند .

مقاومت در برابر مواد خورنده
HDPE به دو دلیل عمده در برابر انواع محلول های شیمیایی مقاوم می باشد اول به این علت که پلیمرهای فرد خانواده اتیلن ،از لحاظ شیمیایی خنثی بوده در واکنش های 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 مولکول های قابل جذب توسط پوشش محافظ می گردد. این فرایند سبب تورم وافتادگی می گردد . این واکنش غالبا plasticization خوانده می شود . ژئوممبران ها 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 مولکول های HDPE برخوردار می باشد. لذا احتمال وقوع این پدیده در عایق های پلی اتیلنی فشرده وجود ندارد .

آزمایشات متعدد نشان داده است که ژئوممبران های 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 آب های موجود در مخازن دفن زباله برای مدت ۱۰۰۰۰ ساعت ودر دمای ۷۰ درجه سانتیگراد همچنان حفظ نموده اند و به همین دلیل عمر ودوام بالای ۱۰۰ ساله را برای این پوشش ها در مخازن دفن زباله مورد تایید قرار داده و توصیه نموده است .

مجموعه نکات فوق که در برگیرنده مقاومت شیمیایی پوشش های HDPE  می باشد، آنها را به پوششی بسیار مناسب جهت استفاده در حوضچه های انتقال مایعات شیمیایی تبدیل می نماید. استفاده از این پوشش ها ضمن اینکه از اتلاف مایعات محلول های 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 خاک های بستر جلوگیری نموده و دوام ده ها 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 پوشش های HDPE  مقادیر مشخصی از قبیل تنش تسلیم ( N/mm ۱۷) 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 ناهمواری های 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 ۸۰درجه 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 زمستان های 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 ترک های 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 مقاومت های مکانیکی مواد در معرض تابش اشعه شوند.

با افزودن درصد مشخصی کربن سیاه به مواد HDPE (حدود ۴۲.۵ ) 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 پوشش های 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(۰.۵ 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 
میکروارگانیزم ها ، جوندگان و ریشه گیاهان می توانند سبب تخریب پوشش های آب بند کننده شوند.لذا عدم حساسیت در برابر عوامل فوق ، یکی از نکات مهم در انتخاب لاینر نفوذ ناپذیر خواهند بود پوشش های HDPE  جهت تعیین نحوه عملکرد در برابر حمله میکروارگانیزم ها 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 پوشش ها دربرابر حمله جوندگان صورت گرفته و بار دیگر مقاومت این پوشش ها را مورد تایید قرار داده است. در یک نمونه این آزمایش ها 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 کانال ها سبب جلوگیری از حفر گودال و یا تونل های زیرزمینی در دیواره ها و در نتیجه آبدوی و تخریب آن می شود.
پوششهای HDPE همچنین نسبت به حمله حشرات و رویش گیاهان ،خزه ها و جلبک ها 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 پوشش های 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 پوشش ها در حالت exposed (بدون نیاز به تعمیر و نگهداری ) و دوام بالای ۱۰۰ سال آنها در شرایط نهفته می باشد که به مراتب بیشتر از عمر مفید سایر گزینه های موجود خواهد بود.

منبع: تارنمای شرکت آبراهه ساز بهین