ژئوممبران چیست؟

برای آشنایی با مزایا و کارایی ژئوممبران در ابتدا به معرفی ژئوممبران می پردازیم.

ژئوممبران به ورق هایی گفته می شود که بدون نیاز به زیر ساختی می تواند بعنوان عایقی در مقابل رطوبت و گاز باشد. این ورق ها با استفاده از جوش حرارتی و یا روش های مختلف در کنار هم قرار می گیرند. ورق ژئوممبران از پلیمرهای مختلفی مانند پلی پروپلین، پلی اتیلن HDPE، پلی اتیلن LDPE، پلی اتیلن LLDPE، پلی اتیلن VLDPE و یا پلی وینیل کلراید PVC ساخته شده است که تمام مواد بکار رفته در تولید ورق ژئوممبران، دارای کاربرد و مزیت زیادی می باشد.

ژئوممبران گونه ای از مصالح ژئوسنتتیک می باشد که برای عایق بندی از آن استفاده می شود. این محصول از مواد پلیمری ساخته شده است و روند استفاده از آن به جای سایر محصولات مشابه رو به افزایش است.

کاربرد عایق ژئوممبران

ژئوممبران نوعی پوش پلیمری برای عایق بندی استخرهای خاکی و مخازن ذخیره آب و مواد شیمیایی می باشند.
ورق ژئوممبران عموماً از جنس پلی اتیلن یا پی وی سی بوده (به همراه مشتقات دیگری مانند کربن سیاه) و از عمر طولانی و عایق بندی بسیار بالایی (نزدیک به ۱۰۰ درصد) برخوردار است.

ژئوممبران برای استفاده در انواع استخرها مناسب می باشد. برای استخرهای خاکی، نیازی به زیرسازی اضافی نمی باشد. تنها خاک نرم کوبیده شده برای بسر ژئوممبران کفایت می کند.
همچنین از ورق ژئوممبران می توان برای عایق بندی مجدد استخرهای عمودی با دیواره های بتنی نیز استفاده کرد.

مشخصات ورق ژئوممبران

• ژئوممبران ورق هایی از جنس پلی اتیلن سنگین (HDPE) می باشد که دارای عرض و طول نسبتاً زیاد و ضخامت کم است.
• دارای نفوذ پذیری بسیار کم (در حد صفر) در مقابل سیالات بوده.
• می توان از آن جهت آب بند نمودن مخازن نگهداری سیالات و یا جلوگیری از ورود سیالات خطرناک به محیط زیست استفاده نمود.
• از دیگر مزیت های ژئوممبران می توان به ایزولاسیون نمودن سدها اشاره نمود.
• ژئوممبران محصولی از جنس پلیمر ژئوسنتتیک بوده و وظیفه اصلی آن ایزولاسیون و یا عایق بندی می باشد.
• ژئوممبران یکی از بزرگترین گروه ها از خاتواده مواد ژئوسنتتیک هستند که طی دو دهه اخیر به موثرترین و شناخته شده ترین مواد جهت عایق های مهندسی و صنعتی تبدیل شده اند.
• برای استخرهای خاکی، نیازی به زیرسازی اضافی نمی باشد.
• تنها خاک نرم کوبیده شده برای بستر ژئوممبران کفایت می کند.
• همچنین از ورق ژئوممبران می توان برای عایق بندی مجدد استخرهای عمودی با دیواره های بتنی نیز استفاده کرد.

 

مزایای استفاده از ژئوممبران

– اقتصادی و مقرون بصرفه: احداث استخر با استفاده از عایق ژئوممبران هزینه های تمام شده را به یک سوم نسبت به سنگ، سیمان، و بتن کاهش می دهد.

– اجرای سریع: صرفه جویی در زمان اجرای پروژه با بکارگیری ژئوممبران که به طور متوسط در هر روز بیش از ۲۰۰۰ متر مربع با توجه به شرایط پروژه قابل نصب و اجرا می باشد.

– دوام بالای ژئوممبران: عمر متوسط ورق ژئوممبران به بیش از ۸۰ سال می باشد.

همچنین ورق ژئوممبران کاربردهای زیادی در صنعت، کشاورزی و دامپروری دارد.

مشخصات فیزیکی ژئوممبران

ورق های پلیمری از جنس پلی اتیلن سنگین با چگالی بالا شامل ۹۷%، پلی اتیلن سنگین ، ۲٫۵% کربن سیاه و ۰٫۵% آنتی اکسیدان می باشد. تولید این ورق در ضخامت های ۰٫۵% – ۰٫۷۵ % – ۱٫۵% – ۲ میلیمتر انجام می شود.

محصول ژئوممبران در دو نوع مختلف ( ژئوممبران صاف و ژئوممبران مضرس ) و در رنگ های متفاوت تولید می شود.

مزایای ژئوممبران نسبت به سایر:

• دمای ۴۰- درجه الی ۷۰+ درجه سانتی گراد
• اشعه ماورای بنفش خورشید به واسطه داشتن کربن بلک
• عوامل محیطی و بیولوژیکی نظیر علف های هرز، جوندگان، باکتری ها، جلبک ها و غیره
• شکست در واکنش های شیمیایی (اسیدها، بازها و نمک ها) به علت داشتن آنتی اکسیدان
• در برابر زلزله و حرکت گسل ها به واسطه خاصیت ارتجاعی تا ۷ برابر طول اولیه
• کاهش هزینه های اجرای استخر ژئوممبران نسبت به استخرهای بتنی، سنگ و سیمانی
• زمان مورد نیاز بسیار کمتر برای ساخت استخر ژئوممبران نسبت به استخرهای بتنی یا سنگی
• نفوذ ناپذیری بسیار بالای ورق ژئوممبران به طوری که تقریباً ۱۰۰% عایق بندی می شود.
• عمر متوسط ورق ژئوممبران به بیش از ۸۰ سال می باشد.
• نچسبیدن خزه و جلبک به کف و دیواره استخر ژئوممبران
• مقاومت بالای ورق ژئوممبران در برابر عوامل محیطی (مانند نور آفتاب، یخ زدگی و …) و بیولوژیکی

مزاياي عایق ژئوممبران

– مقاومت مطلوب ژئوممبران در برابر عوامل جوي و محيطي و اشعه ماوراء بنفش UV.

– مقاومت مطلوب در برابر انواع مواد شيميايي از قبيل اسيدها، بازها و نمك ها و همچنین مقاومت كششي مناسب در برابر نيروهاي وارده

– انعطاف پذيري مطلوب در برابر تنش هاي وارده خصوصاً در برابر نيروهاي ديناميك و نشست هاي نامتقارن

– سهولت اجرا و سرعت نصب بالا و كاهش هزينه هاي ساخت با بكار گیری ژئوممبران در استخرها، كانالها مخازن بدون لاينينگ بتني

– افزايش ضريب ايمني طرح و عمر مفيد پروژه و داشتن مشخصات مكانيكي مناسب نظير مقاومت در مقابل سوراخ شدگي ناشي از حمله جوندگان و ميكروارگانيسم ها

– مواد تشكيل دهنده آن ها از نظر شيميائي خنثي بوده و بدون واكنش با مواد ديگر مي باشند.

– مقاومت در برابر رسوبات زيرزميني ناشي از گازهاي متان و هيدروكربن

اجرای ژئوممبران در صنایع

ژئوممبران به‌عنوان یک عایق بسیار مقاوم و کم هزینه و دارای طول عمر زیاد، در بسیاری از صنایع کاربرد دارد که از آن جمله می‌‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

آب و فاضلاب:

از ژئوممبران‌ها جهت ساخت لاگون‌ها، کانال‌های آبرسانی، حوضچه‌ها و استخرها و دریاچه‌های تفریحی مصنوعی استفاده می‌‌شود. و با نظر به اینکه ژئوممبران در تماس مستقیم با خاک هستند، حسب نیاز امکان ترکیب آن ها با ژئوتکستایل و یا ژئوگریدها میسر است.

ایزولاسیون سازه‌ های زیرزمینی در برابر نفوذ آب های سطحی و زیرزمینی:

در این خصوص می‌‌توان به ایزوله دیوارهای متروهای شهری و سازه‌ های هیدرولیکی و غیره اشاره نمود.

سایت دفن زباله شهری و صنعتی و خطرناک:

با استفاده از ژئوممبران می‌‌توان مخازن کاملاً ایزوله ای از محیط اطراف را جهت دفن زباله‌ های شهری و صنعتی ایجاد نمود. ژئوممبران دارای انواع فراوانی، به لحاظ مقاومت در برابر مواد شیمیایی و مخرب هستند.

ژئوممبران عایقی مقاوم:

– دمای ۴۰- درجه الی ۷۰+ درجه سانتی گراد

– ایجاد و توسعه زمین‌های کشاورزی در محیط‌ های نامساعد

– اشعه ماورای بنفش خورشید بواسطه داشتن کربن بلک

– عوامل محیطی و بیولوژیکی نظیر علف های هرز، جوندگان، باکتری ها، جلبک ها و غیره

– شکست در واکنش های شیمیایی (اسیدها، بازها و نمک ها) به علت داشتن آنتی اکسیدان

– زلزله و حرکت گسل ها بواسطه خاصیت ارتجاعی تا ۷ برابر طول اولیه

کاربردهای ورق های ژئوممبران

1. پوشش استخرهای خاکی ذخیره آب جهت مصارف کشاورزی، طیور و دامداری
2. عایق بندی مجدد و بیشتر استخرهای سیمانی و بتنی توسط ژئوممبران
3. پوشش دهی تالاب ها و دریاچه های مصنوعی
4. عایق بندی استخرهای پرورش ماهی، میگو و سایر آبزیان
5. پوشش دهی مخازن ذخیره مواد نفتی و شیمیایی و استخرهای لیچینگ معادن
6. پوشش دهی کانال های انتقال آب، فاضلاب و زه آب
7. کشاورزی و استخرها: جهت ذخیره آب در استخرها
8. مخازن نگهداری آب: جمع آوری آب های سطحی و هدایت آن به منابع اصلی
9. کانال های آبیاری: جایگزین مناسب کانال های بتونی و رسی
10. حفظ محیط زیست و پوشش لندفیل ها: نگهداری مواد آلاینده جهت حفظ آب های زیر زمینی از آلودگی ناشی از آن
11. پوشش روی لندفیل ها: جلوگیری از ورود آب های ناشی از بارش باران به لندفیل، حبس گازهای ناشی از تجزیه زباله ها جهت تولید انرژی و کاهش تولید گازهای گلخانه ای
12. مخازن نگهداری فاضلاب: نگهداری فاضلاب های صنعتی و خانگی به منظور جلوگیری از آلودگی منابع آب زیرزمینی از آلودگی و تصفیه آن ها

 

اهمیت استفاده از ژئوممبران

• استخرها و دریاچه های مصنوع: جلوگیری از نشتی آب و تخریب بسترهای خاکی
• عمران و تونل ها: حفظ سازه های احداث شده در تونل ها از نشت آب به آن ها
• سدها: برای پایدارسازی بستر
• معادن: جلوگیری از آلودگی خاک و آب های زیرزمینی در استخراج فلزات مس، طلا و روی از طریق محلول های شیمیایی (leaching)
• پوشش استخرهای تبخیری جهت تخلیص انواع نمک های معدنی از قبیل نمک طعام، نمک کلرید پتاسیم و غیره
• صنعت نفت، گاز و پتروشیمی و مخازن: پوشش اولیه و ثانویه جهت احداث مخازن نفتی، گاز مایع و سایر تولیدات این گروه جهت نگهداری آن ها و همچنین جلوگیری از آلودگی محیط زیست
• شیلات: پوشش استخرهای پرورش ماهیان سردابی
• نیروگاه ها: پوشش استخرها و حوضچه های تبخیری در نیروگاه های سیکل ترکیبی
• نیروگاه ها: استخرهای خورشیدی
• احداث حوضچه های نگهدارنده فاضلاب ها توسط ژئوممبران
• ساخت لندفیل (سايت دفن زباله)
• احداث مخازن ذخیره آب توسط ژئوممبران
• احداث حوضچه هاي تبخير مواد شيميايي توسط ژئوممبران

عایق بندی ژئوممبران در صنایع

• عايق ثانويه براي مخازن سوخت و ذخيره مواد نفتي جهت جلوگيري از نشت به داخل خاك و آلودگي محيط زيست توسط ژئوممبران
• آب بندی سد ها، تونل های تحت فشار، استخرهای پرورش ماهي، شنا و سقف ساختمان های مسکونی و صنعتی توسط ژئوممبران
• حفاظت از بتن (Concrete Protection) در برابر مواد شیمیائی مضر برای بتن و یا جریان سیالاتی که موجب فرسایش در سطح بتن است.
• عایق بندی مخازن و استخرهای گوناگون با استفاده از ژئوممبران (کشاورزی، پرورش ماهی، تفریحی و صنعتی)
• ایزولاسیون تونل ها با استفاده از ژئوممبران
• عایق بندی تصفیه خانه های پساب شهری و صنعتی با استفاده از ژئوممبران
• پوشش سدهای باطله در صنایع معدنی با استفاده از ژئوممبران
• عایق بندی کانال های انتقال و نگهداری آب با استفاده از ژئوممبران
• مخازن پتروشیمی و حوضچه های پساب صنعتی با استفاده از ژئوممبران
• ایزولاسیون سدها و بندهای خاکی با استفاده از ژئوممبران
• استفاده در دریاچه ها و استخرها به عنوان لایه محافظ و ایزوله
• کاربرد در سدها و آب بندها
• استفاده در تونل ها جهت عایق در برابر آب های زیرزمینی
• در ساخت مخازن ذخیره آب و یا پسماندها و هرگونه سیالات دیگر (حتی اسیدها) بعنوان یک لایه غیر قابل نفوذ و مقاوم (با عمر ۱۰۰ ساله)
• استفاده در محل های دفن زباله بعنوان یک محافظ در برابر نفوذ مواد آلاینده به محیط زیست
• احداث حوضچه های تبخیر مواد شیمیایی توسط ژئوممبران

 

دسته بندی ژئوممبران بر اساس ماده اولیه

ژئوممبران پلی اتیلنی:

پلی اتیلن پلیمری است که از پلیمریزاسیون مونومر های اتیلن بدست می آید. آغاز مراحل تولید ژئوممبران پلی اتیلنی، از سال ۱۹۳۰ میلادی و تحت شرایط فشار و دمای بسیار بالا آغاز گردید.

در اواسط سال ۱۹۵۰ روش های تولید این محصول در دما و فشار پایینتری ارائه شد که منجر به تولید پلی اتیلن با چگالی بالاتر، مقاومت مکانیکی برتر و تعداد زنجیره های پلیمری بیشتر گردید. عموماً ژئوممبران های پلی اتیلنی با فرمولهای متفاوت (با چگالی های متفاوت) ساخته می شوند.

• مشخصات زئوممبران پلی اتیلن:

ژئوممبران های پلی اتیلنی در انواع گوناگون HDPE، LDPE، LLDPE، VLDPE، MDPE تولید و ارائه می شوند. وزن مخصوص پلی اتیلنه ا در محدوده ۸۵/۰ تا ۹۶/۰ گرم بر سانتیمتر مربع می باشد.

این ژئوممبران ها معمولا حاوی ۹۷% پلی اتیلن فشرده حدود ۲٫۵% کربن سیاه و ۰٫۵% آنتی اکسیدانت هستند. مواد اصلی مورد استفاده جهت ساخت این ممبران ها 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.

توجه به این نکته اهمیت دارد که این پوشش ها فاقد هر گونه مواد پلاستیسایزر، که تصاعد شونده بوده و سبب خشکی و ترک خوردگی و تخریب سیستم نفوذ ناپذیر کننده می شوند، هستند.

پلی اتیلن (PE) مقاومت شیمیائی بسیار خوبی در مقابل مواد اسیدی و قلیایی دارد، همچنین 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 ژئوممبران از پلی اتیلن ساده نسبتا ارزان و مقرون بصرفه است.

موارد فوق باعث شده است ژئوممبران پلی اتیلنی شناخته شده ترین نوع از انواع ژئوممبران 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.

 

ژئوممبران PVC

ژئوممبران های PVC از مخلوط PVC صلب (که در لوله های PVC مورد استفاده می باشد) و همچنین مواد نرم کننده که پلاستیسایزر نامیده می شوند، ساخته می شوند. رزین PVC قبل از تولید ژئوممبران با پلاستیسایزرها مخلوط شده و محصول انعطاف پذیری حاصل می شود.

مقادیر پلاستیسایزرها در PVC تا مقادیر حدود ۴۰% استفاده می شوند. پلاستیسایزرها موجب کاهش کشش بین مولکولی در زنجیره های مجاور هم شده و موجب انعطاف پذیری PVC می شود.

• مزایای ژئوممبران pvc:

ازجمله مزایای این نوع ورق نرمی و ازدیاد طول مناسب و ترمیم پذیری آسان و سریع آن است.

از معایب این عایق می توان به واکنش آن ها با مایعات و اسیدها و مواد شیمیایی اشاره نمود. که این واکنش ها به دلیل تجزیه شدن آن ها بوده و طول عمر آن ها را به شدت نسبت به ورق های پلی اتیلن کاهش می دهد.

انعطاف پذیری بسیار زیاد ژئوممبران PVC به خاطر وجود مواد روان کننده در ترکیب شیمیائی آن است.

در صورتی که فرمولاسیون صحیحی در تولید PVC رعایت نشود، روان کننده های فوق الذکر دوام زیادی را در شرایط محیطی نخواهد داشت.

نکته: ژئوممبران PVC دارای مقاومت شیمیائی بالایی نیست و بهتر است تا در مجاورت فاضلاب و هیدروکربن ها مورد استفاده قرار نگیرد.

تولید ژئوممبران

تولید ژئوممبران با استفاده از مواد پلیمری مانند پلی اتیلن و پی وی سی انجام می پذیرد. استفاده از ژئوممبران پلی اتیلن مرسوم تر نسبت به نوع PVC آن می باشد.

پلی اتیلن پلیمری است که ار پلیمریزاسیون مونومرهای اتیلن به دست 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 پایین تر 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 پلی اتیلن سبک (HDPE مخفف high density polyethylen) خوانده شد که نسبت به پلی اتیلن سبک و از نفوذناپذیری و مقاومت شیمیایی برتری برخوردار بود.

نحوه تولید ژئوممبران

در تولید ژئوممبران در کارخانه ها در اکثر مواقع از یکی از فرآیندهای روزن‌رانی (Extrusion)، غلتک زنی و پخش اندود (Spread coating) استفاده می گردد.

تولید ژئوممبران در فرآیند روزن‌رانی روشی است که در آن پلیمر مذاب به صورت ورقه های غیر مسلح خارج می شود. و بلافاصله پس از خروج، هنگامی که ورقه ژئوممبران هنوز گرم است، از طریق غلتک زنی به یک لایه الیافی متصل و یکپارچه تبدیل می گردد.

غلتک زنی دومین روش متداول در تولید ژئوممبران است. در این روش با عبور یک لایه پلیمری داغ از بین غلتک های گرم، ورق ژئوممبران تولید می شود. ژئوممبران در این فرآیند در رول هایی به عرض ۱/۵ تا ۱۰ متر تولید می شوند.

رول های باریک ژئوممبران برای اتصال به یکدیگر و تولید ژئوممبران های عریض به کارخانه های دیگری انتقال می یابند. این ورقه ها را می توان به هر شکل که مورد نیاز است طراحی کرده تولید نمود و محدودیت اندازه آن ها صرفاً تابع شرایط حمل و نقل می باشد. ورقه ها پس از تولید بسته بندی شده و برای نصب به محل پروژه انتقال می یابند.

البته در تولید ژئوممبران عریض، علاوه بر کیفیت مواد اولیه، نورد ورق بسیار مهم است. اگر دستگاه های نورد و تولید ژئوممبران کیفیت مناسبی نداشته باشند و اصول مربوطه رعایت نشود، ورقه های عریض تولید شده از کیفیت مناسبی برخوردار نخواهند بود. در این صورت ضخامت ورق ها در راستای عرض یکسان نبوده و متغیر می باشد.

 نصب و اجرای ژئوممبران

• آماده سازی بستر پروژه
• تعیین چیدمان
• برش کاری ورق ژئوممبران
• پهن کردن و اتصال اولیه ژئوممبران
• جوش کاری
• تست عایق ژئوممبران
• بهره برداری
• ترمیم نقاط عایق بندی نشده