ژئوممبران پلی اتیلن( HDPE،LDPE،VLDPE و PVC )

ورق ژئوممبران پی وی سی(PVC)

ویژگی عمومی ژئوممبران های پلی اتیلن

ژئوممبران های پلی اتیلن، ورق های پلمیری منعطفی هستند که به عنوان عایق در برابر هجوم مایعات یا گازها در پروژه های ساختمانی، راه سازی، پرورش آبزیان و پسماندهای خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. که از سال 1970 در صنعت استخراج معادن به طور وسیعی استفاده شده اند. ژئوممبرین ها با توجه به پایه پلیمر، دارای انواع مختلفی هستند و هر کدام از آن ها دارای خواص متفاوتی می باشند و با توجه به کاربرد نهایی، مقاومت شیمیایی، خواص مکانیکی، پایداری در برابر شرایط آب و هوایی، نحوه نصب و هزینه تمام شده، انتخاب می شوند. خواص ژئوممبرین های پلیمری تابع نوع ساختار پلیمر و وزن مولکولی آن است.
ژئوممبران پلی اتیلن ها، ورقه های غشایی مصنوعی با نفوذپذیری بسیار پایین و ترکیبی از پلیمرهای سینتیک الاستومر یا پلاستومر هستند، که می توانند مستقیماً روی بستر خاکی نرم قرار گیرند. ژئوممبرین در یک سازه زیرزمینی به عنونان یک غشاء نفوذناپذیر در برابر آب، رطوبت و خورنده های شیمیایی عمل می نماید و مقاومت خوبی در برابر اشعه فرابنفش دارند. با توجه به گسترش کاربردهای ژئوممبرین ها پلیمری در پروژه ها، انواع گوناگون ژئوممبرین تولید و مورد استفاده قرار می گیرند. ژئوممبرین ها خانواده PVC و PE با توجه به ساختار فیزیکی و شیمیایی خود بیش ترین کاربرد را نسبت به سایر ژئوممبرین ها در پروژه های عمرانی دارند.
ژئوممبرین های پلی اتیلین در سه نوع عمده با چگالی زیاد HDPE، با چگالی کم LDPE و با چگالی خیلی کم VLDPE و پلی اتیلن کلراید PVC است. هر چه چگالی پلی اتیلن کاهش می یابد شاخص سختی ژئوممبرین نیز کاهش می یابد و در اصطلاح ژئوممبرین نرم تر می شود. که در ضخامت های مختلف از 0/75 تا 3 میلی متر با مقاومت های مکانیکی، کششی و ضرب انعطاف¬پذیری متغیر و به صورت صاف و زیر (مضرس) در عرض های مختلف تولید می گردد. ژئوممبرین غشائی پلیمری به صورت رول¬های با ضخامت متنوع 0/05 تا 3 میلی متر به بازار عرضه می گردد. ژئوممبرین ها به لحاظ مشخصات پلیمر تشکیل دهنده آن و مشخصات فیزیکی عملکرد متفاوتی دارند. ویژگی های عمومی ژئوممبرین های پلیمری را به شرح زیر برشمرد:
• نفوذپذیری بسیار پایین
• مقاومت شیمیایی مطلوب
• انعطاف پذیری مناسب
• جوش پذیری مطلوب
• انبساط و انقباض محدود
• پایداری در برابر شرایط محیطی
• استحکام مکانیکی خوب و سهولت در شکل پذیری
• استحکام برشی بالا و ازدیاد طول عالی
• امکان تست سیستم آب بندی

انواع پلیمرهای تشکیل دهندة ژئوممبرین های پلی اتیلن

الف) پلی اتیلین (PE):

پلی اتیلین از پلیمریزاسیون مونومرهای اتیلین به دست می آید. مهم ترین ویژگی های ذاتی پلی اتیلین های تجاری برای کاربردهای اصلی عبارتند از:

• چگالی:

یکی از اصلی ترین ویژگی های پلیمرها، چگالی آن ها است. چگالی انواع پلی اتیلین ها در محدوده 0/91 تا 0/965 است و علت این که آن را تا سه رقم اعشار ذکر می کنند این است که 0/003 تغییر در چگالی باعث تغییر قابل توجه ای در ویژگی ها می شود. به طور کلی با افزایش چگالب، خطی بودن، سفتی، استحکام کششی، استحکام پارگی، دمای نرم شدن، شکنندگی، عمر خمشی، تمایل به ترک برداشتن افزایش می یابد. پلی اتیلین ها بسته به چگالی، به چهارگونه اصلی به نام های پلی اتیلین با چگالی زیاد (HDPE)، پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE)، پلی اتیلین با چگالی کم خطی (LLDPE) و پلی اتیلن با چگالی متوسط (MDPE) تقسیم می شوند.

• شاخص جریان مذاب MFI:

کاربردی ترین نشانه ارتباط دهنده ویژگی های ژئوممبران پلی اتیلن به متوسط وزن مولکولی است. شاخص جریان مذاب وزن (گرم) پلی اتیلینی است که در عرض ده دقیقه از میان یک روز ثابت در دمای 190 درجه سانتی گراد بیرون می آید، و این در حالی است که وزنه استانداری بر روی پیستون محفظه رانش که حاوی سه گرم پلی اتیلین است، قرار دارد. به طور کلی با افزایش شاخص جریان مذاب، استحکام کششی، مقاومت پارگی، دمای نرم شدن و چقرمگی پلی اتیلین کاهش می یابد.
وزن مخصوص پلی اتیلنها در محدوده 0/85 تا 0/96 گرم بر سانتی متر مربع است. پلی اتیلین (PE) مقاومت شیمیایی بسیار خوبی در مقابل مواد اسیدی و قلیایی دارد، هم چنین با افزودن مقاوم کننده هایی نه چندان گران قیمت می توان دوام آن را در مقابل پرتو UV خورشید و اکسید کننده های محیط را نیز افزایش داد. انعطاف پذیری نه چندان زیاد اما جهت عایق بندی در سطوح وسیع، انعطاف پذیری قابل قبولی دارند. فرآیند تولید ژئوممبرین از پلی اتیلین ساده نسبتا ارزان و مقرون به صرفه است. موارد فوق باعث شده است ژئوممبرین پلی-اتیلنی شناخته شده ترین نوع از انواع ژئوممبرین بوده و با در نظر گرفتن مسائل فنی و اقتصادی در بسیاری از کاربردها نظیر احداث حوضچه های نگهداری فاضلاب، لندفیل ها و مخازن ثانویه مواد هیدروکربنی انتخاب بهینه ای محسوب گردد. به طور کلی سهم ژئوممبرین پلی اتیلنی نسبت به سایر پلیمرها بسیار بیش تر است. با این وجود بسیاری از آیین نامه ها همچون NHBC انگلستان استفاده از آن ها را در گودهای ساختمانی ممنوع اعلام کرده اند.

مطالب مرتبط:

ژئوممبران پی وی سی PVC

ب) پلی تیلین با تراکم بالا یا سنگین (HDPE ):

ژئوممبرین های پلی اتلینی با چگالی های متفاوت ساخته می شوند. وزن مخصوص این محصول بالای 0/941 گرم بر سانتی متر مکعب است. این پلیمر در درجه حرارت 110 درجه سانتی گراد ذوب می شود.
از مهم ترین ویژگی های HDPE که سبب کاربرد وسیع آن شده است می توان به هزینه پائین تولید، فرآیند پذیری آسان و نفوذناپذیری خوب در براب رطوبت اشاره کرد. از معایب آن ها نفوذناپذیری بالا در برابر اکسیژن، هیدروژن و نقطه نرمی پائین است. اشیاء ساخته شده از این پلیمر دارای خواص عمومی خوب، حالت نرمش زیاد، سطح خارجی سخت، مقاومت الکتریکی خوب و بدون بو و مزه و دارای خواص شیمیایی در برابر اسیدها، بازها، الکل ها و مقاومت  کم در مقال اتر، کتون، استر، روغن و چربی می باشند.
محدودیت استفاده از ژئوممبرین های پلی اتیلنی در پروژه های ساختمانی به علت ضریب انبساط حرارتی بالا این نوع پلیمر می باشد به طوری که اگر در هنگام بتن ریزی دما از زمان نصب بالاتر باشد مقدار زیادی چین و چروک روی ژئوممبرین در اثر افزایش طول انبساطی به وجود خواهد آمد. شکل زیر نشان دهنده چروک هایی است که تحت اثر وزن بتن دچار جمع شدگی شده که پس از اتمام بتن ریزی و با کاهش دما دچار تنش بسیار زیادی در ژئوممبرین  می گردد که این مسئله عمر بهره برداری مفید آن را به شدت کاهش می دهد. ورق های HDPE نباید تحت کرنش قرار بگیرند، مانند کنج ها و زوایای 90 درجه، در گودهای ساختمانی که جهت آب بندی استفاده شده است و متاسفانه گاهی نتایج نامطلوبی را رقم زده است.

شکل های بالا ورق HDPE

استفاده از ژئوممبران پلی اتیلن HDPE در گودهای ساختمانی در صورتی مجاز است که بستر مناسب دیوار بلوکی یا تیغه چینی همراه با پلاستر سیمانی در کنار اجرای ماهیچه در محل تلاقی کلیه سطوح آماده سازی شود. علت این امر مقاومت نسبی کم ترک زائی تنشی آن به واسطه انعطاف پذیری کم آن می باشد. در شکل زیر نفوذ رطوبت به زیرسازه به علت استفاده از ژئوممبرین  HDPE نشان داده شده است.

شکل بالا یک نمونه نفوذ رطوبت در سازه به دلیل استفاده از ژئوممبرین HDPE

مطالب مرتبط:

آب بندی ساختمان چیست و چگونه انجام می شود؟

ج) پلی اتیلن با تراکم پایین یا سبک (LDPE):

چگالی این محصول بین 0/91 تا 0/925 گرم بر سانتی متر مکعب است. چون این پلیمر در فشار و درجه حرارت پایین تهیه می گردد با صرفه تر بوده و هزینه تولید کم تری دارد. این پلیمر در درجه حرارت 13 درجه سانتی گراد ذوب می شود.
از مزایا به هزینه تولید اندک، فرآیند پذیری آسان و نفودناپذیری خوب در برابر رطوبت است. و دارای قابلیت دوخت حرارتی LDPE و LLDPE در دمای بین 106 تا 112 درجه سانتی گراد است که این دما، پائین ترین دمای نرمی پلیمرهای بسته بندی معمول است. و از معایب آن به نفوذناپذیری کم در برابر گازها، نقطه نرمی پائین و جریان سرد نسبتاً بالا، مقاومت خراش پائین، نفوذ بو بالا، جذب گردوغبار (استاتیک) و مقاومت کم در برابر روغن اشاره نمود. کاربرد ورق LDPE در شکل زیر دیده می شود.

شکل بالا ورق LDPE

 

د) پلی اتیلن سبک خطی LLDPE:

لایه ژئوممبرین پلی اتیلن  LLDPE طوری طراحی شده است که تا زمانی که خواص کششی بالاتر مورد نیاز است استفاده شود. شبیه به HDPE، اما با چگالی پایین تر است، در نتیجه انعطاف پذیرتر است. استحکام و مقاومت کششی بهتری نسبت به LDPE از خود نشان می دهد و در مقابل ضربه، پارگی و سوراخ شدگی مقاومت نشان می دهد. برای پوشش مکان هایی که نیاز به انعطاف ورق دارند، استفاده می شود. با توجه به شکل هندسی برخی از سازه ها و رفع مشکل ایجاد ترک زایی تنشی در ژئوممبرین و نیاز آن ها به استفاده از ژئوممبرین انعطاف پذیرترند، ژئوممبرین LLDPE یا ژئوممبرین VLDPE طراحی و تولید شده است.
از کاربردهای عمده ژئوممبرین LLDPE می توان به آب بندی کانال های انتقال آب، سازه های زیرزمینی نظیر فونداسیون و پی ساختمان، آب بندی تونل و مواردی دیگر اشاره نمود، و کاربرد اصلی آن در صنایع بسته بندی مواد غذایی، کیسه های حمل مواد سنگین و کیسه های زباله است. انعطاف پذیری خوب، ازدیاد طول قابل توجه، عدم ایجاد ترک زایی تنشی، الاستیسیته بسیار زیاد، نصب سریع و آسان و ابعاد بزرگ از مزایای بارز این نوع ژئوممبرین است. شکل زیر کاربرد این ژئوممبرین را نشان داده است.

شکل بالا ورق LLDPE

ه) پلی اتیلن خیلی سبک (VLDPE):

با توجه به شکل هندسی برخی از سازه ها و رفع مشکل ایجاد ترک زایی تنش در ژئوممبران پلی اتیلن انعطاف پذیرتر، ژئوممبرین LDPE یا ژئوممبرین VLDPE طراحی و تولید شده است. از کاربردهای عمده ژئوممبرین VLDPE می توان به آب بندی کانال های انتقال آب، سازه های زیرزمینی نظیر فونداسیون و پی ساختمان، آب-بندی تونل و مواردی دیگر اشاره نمود. انعطاف پذیری خوب، ازدیاد طول قابل توجه، عدم ایجاد ترک زایی تنشی، الاستیسیته بسیار زیاد، نصب سریع و آسان و ابعاد بزرگ از مزایای بارز این نوع ژئوممبرین است.
ژئوممبرین های HDPE و LDPE عمدتا در استخرهای کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند به این ترتیب که ژئوممبرین های LDPE در استخرهای کشاورزی که گوشه های تیز بیشتری دارند و یا اختلاف دمای شب و روز زیادی دارند مورد استفاده قرار گرفته و ژئوممبرین HDPE در استخرهای با زوایای کندتر مصرف می شوند.
ژئوممبرین های VLDPE غالباً در آب بندی تونل ها مورد استفاده قرار می گیرند.

شکل های بالا استفاده از ژئوممبرین VLDPE برای آب بندی تونل

و) پلی الفین ترموپلاست TPO:

ژئوممبرین پلی اتیلن TPO ممبرینی با چگالی بسیار پایین است که استفاده از آن توسط آیین نامه مهندسی ساختمان کشور آلمان (ZTV-ING) برای آب بندی سازه های زیرزمینی توصیه شده است. در مواردی که استفاده از ژئوممبرین HPDPE به دلیل چگالی زیاد و انعطاف پذیری کم و همچنین حساسیت به پدیده ترک زایی تنشی دارای توجیه فنی نیست، استفاده می شود. از جمله این موارد می توان به آب بندی ساختمان ها (دیواره و کف گودبرداری¬ها)، ایستگاه های مترو و تونل ها اشاره کرد. جزئیات ژئوممبرین TPO در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل بالا جزئیات ژئوممبرین TPO

همچنین استفاده از ژئوممبرین در مترو میلان در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل بالا ایستگاه مترو در میلان

به دلیل چگالی بسیار پایین، این محصول بسیار انعطاف پذیر بوده و احتمال آسیب دیدگی آن در اثر فرآیندهای حین نصب و نیز تحت اثر بار (وزن بتن فونداسیون یا دیوار حائل) بسیار کاهش می یابد. هم¬چنین، برخلاف ژئوممبرین PVC که نرمی آن به خاطر میزان روان کننده است، TPO دارای نرمی ذاتی بوده و لذا به مرور زمان از نرمی آن کاسته نمی شود و کیفیت اولیه خود را حفظ می نماید. این محصول مطابق با دستورالعمل های موجود دارای یک لایه نشان دهنده آسیب و مقاومت بالا در برابر سوراخ شدگی است. لذا نیازی به اجرای لایه ژئوتکستایل بر روی آن نخواهد بود . از جمله خواص این نوع ژئوممبرین می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
• انعطاف پذیری مناسبی دارد.
• مقاومت در برابر تنش چند محوره زیادی دارد.
• دارای تغییر شکل مناسب است.
• مقاومت خوبی در برابر پاره شدن دارد.
• قابلیت پل زدن روی فرورفتگی ها را دارا است.
• برخلاف ژئوممبرین PVC، هیچ ماده روان کننده ای در آن استفاده نشده است.
• برخلاف PVC در هنگان آتش سوزی از خود اسید هیدروکلریک آزاد نمی کند.
در مکان هایی مانند تونل ها و سایر سازه های زیرزمینی و روی زمینی که دارای هندسه نامأنوسی است، باید از ژئوممبرین TPO استفاده نمود. استاندارد مورد استناد برای ژئوممبرین های TPO، استاندارد ZTV-ING کشور آلمان است.

ز) پی وی سی (PVC ):

ورق پلی وینیل کلراید یا PVC نوعی از ژئوممبرین پلی اتیلن هستند که به علت خواص مکانیکی و شیمیایی خود از انعطاف پذیری زیاد و مقاومت کششی بسیار بالایی برخوردارند که برای ضد آب کردن تونل ها، مخازن آب، استخرها و فونداسیون ها استفاده می شوند. مناسب ترین ژئوممبرین جهت استفاده در گودهای ساختمانی است. در طول سال های اخیر، انواع زیادی از ژئوممبرین های PVC طراحی و ساخته شده است. PVC تحمل خوبی در برابر تغییرات آب و هوایی و شرایط جوی نامناسب دارد. استفاده از PVC برای آب بندی در آلمان و فرانسه رایج است و در آیین نامه ها مورد اشاره قرار گرفته است.
از کاربردهای عمده پلی اتیلن ژئوممبرین PVC می توان به آب بندی تونل های شهری، جاده ای، راه آهن، قطار شهری (مترو) ایستگاه های مترو، زیرگذرها، گودها و فونداسیون ساختمان ها، پشت بام و بام سبز اشاره نمود. مزیت های اصلی این ژئوممبرین شامل جوش پذیری فوق العاده با دستگاه های اتوماتیک و دستی، مقاومت بسیار خوب در برابر خورندگی خاک، عدم ایجاد ترک تنشی، مقاومت عالی در برابر سوراخ شدگی ، ازدیاد طول مناسب به هنگام بتن ریزی است. همچنین برتری این ورق ها نسبت به ژئوممبرین HDPE انعطاف پذیری بالای آن و قابلیت اجرا در سطوح ناهموار ا ست. شکل زیر استفاده از زئوممبرین PVC در سازه های زیرزمینی را نمایش می دهد.

شکل بالا استفاده از ژئوممبرین PVC در تونل  و در دیوار حائل سازه ها

مطالب مرتبط:

خرید ورق ژئوممبران پی وی سی(PVC)

ح) پلی پروپپلین (PP ):

پلی پروپپلین یکی از پرمصرف ترین و اساسی ترین ژئوممبران پلی اتیلن مورد استفاده در دنیا است که چگالی کم تری نسبت به سایر پلاستیک های معمول دارد. پلی پروپپلین دارای مقاومت بسیار بالایی نسبت به برق است و برای اجزای الکترونیکی بسیار مفید است و بسیار مقاوم در برابر جذب رطوبت است. این نوع از ژئوممبرین ها هم به لحاظ مشخصات فنی و هم به لحاظ شاخص نرمی جهت استفاده در سازه های زیرزمینی بسیار مناسب است ولی به دلیل قیمت بسیار زیاد آن ها معمولاً در پروژه های خاص مورد استفاده قرار می گیرند. شکل زیراستفاده از پلی پروپپلین را نشان می دهد.

شکل بالا استفاده از پلی پروپپلین

ط) ای پی دی ام (EPDM):

ویژگی های اصلی ژئوممبران پلی اتیلن EPDM مقاومت عالی در درجه حرارت های بالا، و مقاومت سایشی عالی، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر پیر شدن می باشد. مهم ترین کاربردهای آن که درزگیرها و نوارهای عایق بندی در دو پنجره و درزگیر خودرو و درزگیر لوازم خانگی مانند یخچال و فریزر و همچنین مواد بام سازی و سقف سازی و آب بندی سقف وسایل نقلیه است. این پلیمر در شکل زیر نشان داده شده است. باید خاطر نشان کرد که این پلیمر در ترکیب با پلی یورتان (PU) برای پوشش زمین های بازی و پوشش کف عرشه کشتی ها و کارخانجات استفاده می شود. مقاومت کم نظیر این پلیمر در برابر سایش باعث شده این نوع ژئوممبرین ها نیز در پروژه های خاص مورد استفاده قرار گیرند.

شکل زیر ورق EPDM