نوشتار حاضر به معرفی روش استفاده از ورق های عایق ژئوممبران ،ساخته شده از پلی اتیلن با تراکم بالا( (HDPEجهت پوشش کانال های انتقال آب و مواد شیمیایی پرداخته و ضمن بررسی مقاومت مکانیکی و مشخصات فنی این پوششها، به روش نصب، برتری های آنها از جهت نفوذناپذیر ساختن کانالها و نیز موازنه های اقتصادی مربوط به دوره ساخت و بهره برداری پرداخته و تعدادی ازپروژه های شاخص اجرا شده با این روش را معرفی خواهد نمود.
جلوگیری از اتلاف و آلودگی منابع آب شیرین و انتقال صحیح و مطمئن آن به محل های مصرف بدون تغییر در کمیت و کیفیت، همواره از جمله مباحث مطرح در مهندسی عمران وهیدرولیک بوده است .
ساخت سازه هایی که وظیفه انتقال سیال از منبع اصلی به محلهای بعضا دور دست مصرف را بعهده دارند. (کانالها، لوله های انتقال، تونلها،...) بخصوص در شرایط مناسب بودن عواملی از قبیل وضعیت خاک بستر،دسترسی دشوار، در دوره اجرا و بهره برداری ، شرایط آب وهوایی و....انتخاب پوشش مناسب، با عملکرد و دوام طولانی و هزینه قابل قبول را جهت ساخت چنین سازه هایی ضروری ساخته است . از سوی دیگر انتقال مایعات مختلف و محلولهای شیمیایی جهت مصارف صنعتی به نحوی که از هدر رفتن این مایعات جلوگیری بعمل آمده و سبب آلودگی محیط زیست و منابع آب و خاک اطراف نباشد، نیز نیاز به استفاده از پوششی که نفوذناپذیری خود را در مجاورت این محلولها حفظ کرده و از تخریب بدنه کانال و نشت مایعات ممانعت نماید را ناگزیر می سازد.
روشهای سنتی اجرای کانال ها،اعم از پوشش رسی متراکم و یا بتن نفوذناپذیر، از یکسو قابل اجرا برروی انواع خاکها مانند : خاکهای گچی، ماسه ایی، رمبنده، خورنده و... نمی باشد و بهمین دلیل هزینه های سنگین تعویض خاک را به پروژه تحمیل می نماید و از سوی دیگر سریعا نیز توسط عوامل محیطی تخریب شده هزینه های تعمیر و نگهداری در طول دوره بهره برداری از سیستم را به همراه دارد.
دشواریهای تراکم و عمل آوری صحیح این مصالح که شدیدا بر نفوذناپذیری و دوام آنها تاثیر دارد، بعلاوه حساسیت این روشها به تغییرات دما و در صد رطوبت، یخبندان،رویش گیاهان از جمله جانوران و عوامل ذره بینی و...نیاز به ارائه روشی مطمئن و با دوام برای مصارف مختلف آبیاری و زهکشی را ناگزیر ساخته است .
به همین دلیل استفاده ازپوشش های پلی مری (ژئوممبرانها) امروزه در سراسر جهان به عنوان جایگزین روشهای سنتی و شناخته شده قدیمی مورد توجه دست اندرکاران طرحهای عمرانی قرار گرفته است .
در این تحقیق می کوشیم ضمن معرفی این پوششها به کاربری آنها در ساخت کانالهای انتقال مایعات پرداخته، مزایا و کاستی های این روش را بیان کرده و با تمرکز برروی ژئوممبرانهای ساخته شده از پلی اتیلن متراکم [ HDPE ] ( polyethylene high density) موازنه های فنی و اقتصادی استفاده از این پوشش در کانالها راارائه خواهیم نمود.
ژئوممبرانها با پوششهای پلی مری انعطاف پذیر
ژئوممبرانها صفحات پلی مری با ضخامت اندک ( چند میلیمتر) هستند که از آبگذری بسیار اندکی برخوردارند . از جمله مشهورترین این پوششها می توان به(pvc poly vinyl chloride) با آبگذری 5*10 m/s و با ( [HDPE] (density polyethylene high با آبگذری 2.7*10 m/sاشاره نمود. مقادیر بدست آمده از نتایج آزمایشات نفوذپذیری برای ژئوممبرانها در حالی بدست آمده است که نفوذپذیری خاک رسی متراکم در شرایط آزمایشگاهی ودر شرایط عاری از مواد خورنده شیمیایی حدود10 m/s و نفوذپذیری بتن مسلح تقریبا 10 m/s می باشد .
علاوه بر این تراوش بسیار ناچیزی که از این پوششها رخ می دهد نیز ناشی از فرایند انتشار(Diffusion) بوده و ناشی از اختلاف فشار (convection) مشابه رس و بتن نمی باشد .
پوششهای پلی اتیلن متراکم
پلی اتیلن پلی مری است که از پلیمریزاسیون فونومرهای اتیلن بدست می آید، چرخه تولید این محصول از سال 1930 میلادی و در شرایط فشار و دمای بسیار بالا آغاز گردید .
در اواسط سال 1950 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 21GF44016 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 97% پلی اتیلن فشرده حدود 5/2% کربن سیاه و 5/0% 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 حدود22% 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 10000 ساعت ودر دمای 70 درجه سانتیگراد همچنان حفظ نموده اند و به همین دلیل عمر ودوام بالای100 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 کانالهای انتقال مایعات شیمیایی تبدیل می نماید. استفاده از این پوششها ضمن اینکه از اتلاف مایعات محلولهای شیمیایی موجود در کانالها 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 کانال 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 35) و افزایش طول نقطه تسلیم 11% و افزایش طول گسیختگی تا 700% 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 40- الی 80 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 کانال امکانپذیر می سازد.
از سوی دیگر ساخت کانال 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.