مواد ژئوسنتتیک-مواد عمومی برای مواد مصنوعی مورد استفاده در برنامه های مهندسی عمران

مواد ژئوسنتتیک

------اصطلاح عمومی برای مواد مصنوعی مورد استفاده

در کاربردهای مهندسی عمران

 

مواد ژئوسنتتیک یک اصطلاح کلی برای مواد مصنوعی است که در کاربردهای مهندسی عمران استفاده می شود. به عنوان یک نوع مواد مهندسی عمران، از پلیمرهای سنتز شده مصنوعی (مانند پلاستیک، الیاف مصنوعی، لاستیک مصنوعی و غیره) به عنوان مواد اولیه ساخته می شود و انواع مختلفی از محصولات در داخل، روی سطح یا بین انواع مختلف قرار می گیرد. خاک برای تقویت یا محافظت از خاک.

 

مشخصات فنی برای کاربرد مواد ژئوسنتتیک، مواد ژئوسنتتیک را به ژئوتکستایل، ژئوممبران، مواد ویژه ژئوسنتتیک و مواد کامپوزیت ژئوسنتتیک و همچنین انواعی مانند ژئوتکستایل، مش فایبرگلاس و پدهای ژئوسنتتیک تقسیم می‌کند.

 

مواد ژئوسنتتیک یک اصطلاح جمعی برای محصولات مختلف ساخته شده از مواد مصنوعی مورد استفاده در مهندسی ژئوتکنیک و ساخت و ساز مهندسی عمران است. از آنجا که آنها عمدتا در مهندسی ژئوتکنیک استفاده می شوند، آنها را "ژئوسنتتیک" می نامند تا آنها را از مواد طبیعی متمایز کنند. مواد ژئوسنتتیک زمانی به عنوان "ژئوتکستایل" و "ژئوممبران" نامیده می شدند. با نیازهای مهندسی، انواع جدیدی از چنین موادی مانند ژئوگریدها، ژئوتکستایل ها و کیسه های ژئوتکستایل، تشک های ژئوتکستایل، ژئوتکستایل ها، ژئوتکستایل های کامپوزیت، پتوهای ضد آب بنتونیت، شبکه های زهکشی کامپوزیتی و غیره به وجود می آیند. همه محصولات. بنابراین در دوره بعد از آنها با عنوان «ژئوتکستایل، ژئوتکستایل و محصولات وابسته» یاد می شود. بدیهی است که چنین نامی به عنوان یک اصطلاح فنی یا دانشگاهی مناسب نیست. از این رو در پنجمین کنفرانس بین المللی مواد ژئوسنتتیک که در سال 1994 در سنگاپور برگزار شد، نام این نوع مواد به صورت رسمی «مواد ژئوسنتتیک» تعیین شد. ماده اولیه مواد ژئوسنتتیک پلیمر است. آنها از مواد شیمیایی استخراج شده از زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی یا سنگ آهک ساخته می شوند، بیشتر به الیاف یا ورقه های مواد مصنوعی پردازش می شوند و در نهایت به محصولات مختلف تبدیل می شوند. پلیمرهای مورد استفاده برای تولید مواد ژئوسنتتیک عمدتاً شامل پلی اتیلن (PE)، پلی استر (PET)، پلی آمید (PER)، پلی پروپیلن (PP) و پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی اتیلن کلردار (CPE)، پلی استایرن (EPS) و غیره است.

نام دیگر ژئوتکستایل ژئوتکستایل است. محصولات اولیه کمیاب بودند، به این معنی که پارچه ای مانند مواد مورد استفاده در کارهای ژئوتکنیکی است.

 

فرآیند تولید ژئوتکستایل ابتدا شامل پردازش مواد خام پلیمری به ابریشم، الیاف کوتاه، نخ یا نوارها و سپس ساخت ژئوتکستایل های ساختاری تخت می شود. ژئوتکستایل ها را می توان با توجه به روش های ساخت به ژئوتکستایل های بافته شده و ژئوتکستایل های غیر بافته تقسیم کرد. ژئوتکستایل های نساجی از دو مجموعه موازی تار و تار متعامد یا مورب تشکیل شده اند. ژئوتکستایل های نبافته با هدایت یا چیدمان تصادفی الیاف و سپس پردازش آنها ساخته می شوند. با توجه به روش های مختلف اتصال الیاف، سه نوع روش اتصال وجود دارد: اتصال شیمیایی (چسب)، اتصال حرارتی و اتصال مکانیکی.

 

از مزایای برجسته ژئوتکستایل ها می توان به وزن سبک، تداوم کلی خوب (در کل مناطق بزرگتر ساخت)، ساخت راحت، استحکام کششی بالا، مقاومت در برابر خوردگی خوب و مقاومت در برابر فرسایش میکروبی اشاره کرد. عیب آن این است که بدون درمان خاص، توانایی ضد اشعه ماوراء بنفش کم است. اگر در معرض بیرون قرار گیرد، به راحتی تحت اشعه ماوراء بنفش مستقیم پیر می شود، اما اگر مستقیماً در معرض قرار نگیرد، ضد پیری و ماندگاری آن همچنان بالاست.

 

ژئوممبران ها را به طور کلی می توان به دو دسته آسفالت و پلیمری (پلیمرهای مصنوعی) تقسیم کرد. ژئوممبران های حاوی آسفالت عمدتاً کامپوزیتی (شامل ژئوتکستایل های بافته شده یا نبافته) هستند و آسفالت به عنوان چسب مرطوب کننده استفاده می شود. ژئوممبران های پلیمری بر اساس مواد اصلی مختلف به ژئوممبران پلاستیکی، ژئوممبران الاستیک و ژئوممبران کامپوزیت تقسیم می شوند.

 

تعداد زیادی از روش های مهندسی نشان داده اند که ژئوممبران ها نفوذ ناپذیری خوب، کشش قوی و سازگاری با تغییر شکل دارند، می توانند برای شرایط مختلف ساخت و ساز و تنش های کاری مناسب باشند و مقاومت در برابر پیری خوبی دارند. دوام ژئوممبران ها در محیط های زیر آب و خاک به ویژه برجسته است. ژئوممبران ها خواص ضد نشت و ضد آب برجسته ای دارند.

 

چگالی: چگالی بستگی به ماده ای دارد که برای ساخت آن استفاده می شود و حتی اگر پلیمرهای مورد استفاده برای ساخت ژئوممبران از یک دسته باشند، اغلب تفاوت های قابل توجهی وجود دارد. به عنوان مثال، مواد پلی اتیلن را می توان به دسته های مختلفی مانند چگالی فوق العاده کم، چگالی کم، چگالی متوسط ​​و چگالی بالا طبقه بندی کرد که در نتیجه تفاوت هایی در چگالی ژئوممبران پلی اتیلن ایجاد می شود. محدوده چگالی پلیمرهای ژئوممبران تقریباً 0.85mg/L تا 1.50mg/L است، و چگالی معمول مورد استفاده در مهندسی عموماً بالای 0.94mg/L است.

ضخامت: ضخامت به فاصله بین بالا و پایین غشا تحت فشار معمولی 20 کیلو پاسکال اشاره دارد. برای ژئوممبران های صاف (بدون نقش و نگار روی سطح)، روش اندازه گیری ضخامت مشابه روش ژئوتکستایل ها است، اما باید از میکرومتر دقیق تری برای اندازه گیری استفاده کرد. هر نمونه باید حداقل در سه موقعیت مختلف اندازه گیری شود و مقدار متوسط ​​باید به عنوان ضخامت ژئوممبران کامپوزیت PE در نظر گرفته شود.

 

ژئوگرید یک ماده ژئوسنتتیک اصلی است که عملکرد و کارایی منحصر به فردی در مقایسه با سایر مواد ژئوسنتتیک دارد. ژئوگریدها معمولاً به عنوان مواد تقویت کننده سازه های خاک مسلح یا مواد کامپوزیت استفاده می شوند. ژئوگریدها به دو نوع الیاف شیشه و الیاف پلی استر تقسیم می شوند.

 

پلاستیک ها

 

این نوع ژئوگرید یک ماده مشبک پلیمری با اشکال مربع یا مستطیل است که در اثر کشش ایجاد می شود که بر اساس جهت های کششی مختلف در حین ساخت به دو نوع کشش یک طرفه و کشش دو محوری تقسیم می شود. روی ورقه های پلیمری (بیشتر از پلی پروپیلن یا پلی اتیلن با چگالی بالا) که اکسترود شده اند پانچ می شود و سپس تحت شرایط گرمایش تحت کشش جهت قرار می گیرد.

 

شبکه های کششی یک جهته فقط با کشش در جهت طول ورق ساخته می شوند، در حالی که شبکه های کششی دو محوره با ادامه کشش شبکه کششی یک طرفه در جهت عمود بر طول آن ساخته می شوند.

 

با توجه به بازآرایی و جهت گیری پلیمرهای پلیمری در طی فرآیند گرمایش و طویل شدن در ساخت ژئوگریدها، نیروی پیوند بین زنجیره های مولکولی تقویت شده و هدف بهبود استحکام آنها محقق می شود. ازدیاد طول آن تنها 10 تا 15 درصد تخته اصلی است. اگر مواد ضد پیری مانند کربن بلک به ژئوگرید اضافه شود، دوام بهتری مانند مقاومت در برابر اسید، مقاومت قلیایی، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر پیری خواهد داشت.

 

کلاس فایبرگلاس

 

این نوع ژئوگرید از فیبر شیشه ای با استحکام بالا ساخته شده است که گاهی اوقات با چسب سنجش فشار خود چسب و عملیات اشباع آسفالت سطحی ترکیب می شود تا ژئوگرید و روسازی آسفالت را به طور محکم ادغام کند. با توجه به افزایش نیروی به هم پیوستگی بین خاک و مصالح سنگی در داخل شبکه ژئوگرید، ضریب اصطکاک بین آنها به طور قابل توجهی افزایش می یابد (تا 0.8-1.0). مقاومت کششی ژئوگرید تعبیه شده در خاک به دلیل اصطکاک قوی و نیروی گزش بین ژئوگرید و خاک به طور قابل توجهی افزایش می یابد و آن را به یک ماده تقویت کننده خوب تبدیل می کند.

 

در عین حال، ژئوگرید یک ماده مشبک مسطح سبک و منعطف است که به راحتی برش داده می شود و در محل متصل می شود و همچنین می تواند همپوشانی و همپوشانی داشته باشد. ساخت آن آسان است و نیازی به ماشین آلات ساختمانی خاص یا پرسنل فنی حرفه ای ندارد.

 

1 کیسه ژئوممبران

 

کیسه ژئوممبران یک کیسه پیوسته (یا فردی) است که از پارچه الیاف مصنوعی پلیمریزه دولایه ساخته شده است. از یک پمپ فشار بالا برای ریختن بتن یا ملات در کیسه استفاده می کند و یک صفحه مانند یا ساختار دیگری را تشکیل می دهد. معمولاً در حفاظت از شیب ها یا سایر پروژه های تصفیه فونداسیون استفاده می شود. کیسه های ممبران بر اساس مواد و تکنیک های پردازش به دو دسته مکانیکی و کیسه های غشایی ساده تقسیم می شوند. کیسه های غشایی مکانیزه را می توان بر اساس وجود یا عدم وجود نقاط زهکشی فیلتراسیون و شکل آنها پس از باد شدن به سه دسته تقسیم کرد: کیسه های غشایی نقطه زهکشی فیلتراسیون، کیسه های غشایی نقطه زهکشی بدون فیلتر، کیسه های غشایی بتنی نقطه زهکشی و غشاهای نوع بلوک لولا. .

 

2. Geonet

 

ژئونت شبکه ای از مواد ژئوسنتتیک با منافذ بزرگ و سفتی بالا در ساختاری مسطح یا سه بعدی است که از نوارهای مواد مصنوعی، رشته های درشت بافته شده یا با رزین مصنوعی فشرده شده است. برای لایه بالشتک تقویت کننده پی نرم، حفاظت از شیب، کاشت چمن و به عنوان بستری برای ساخت مواد ژئوتکنیکی کامپوزیت استفاده می شود.

 

3. تشک ژئومش و اتاقک ژئوگرید

 

پدها و ژئوگریدهای ژئومش هر دو ساختارهای سه بعدی هستند که به طور خاص از مواد مصنوعی ساخته شده اند. اولی بیشتر یک بالشتک مش پلیمری سه بعدی است که از الیاف بلند تشکیل شده است، در حالی که دومی یک ساختار سه بعدی لانه زنبوری یا شبکه ای است که از ژئوتکستایل، ژئوگرید یا ژئوممبران و پلیمرهای نواری تشکیل شده است. معمولاً برای جلوگیری از فرسایش و مهندسی حفاظت خاک استفاده می شود. ژئوسل‌های با سفتی و ظرفیت محصور شدن جانبی بالا اغلب در لایه‌های بالشتک تقویت‌شده، بستر جاده‌ها یا بسترهای مسیر استفاده می‌شوند.

 

4. فوم پلی استایرن (EPS)

 

فوم پلی استایرن (EPS) یک ماده ژئوسنتتیک فوق سبک است که توسعه یافته است. با افزودن یک عامل کف کننده به پلی استایرن، پیش فوم کردن با چگالی مشخص و سپس خشک کردن ذرات فوم در سیلو قبل از پر کردن آنها در قالب و حرارت دادن آنها تشکیل می شود. EPS دارای مزایای وزن سبک، مقاومت در برابر حرارت، عملکرد فشاری خوب، جذب آب کم و خواص خود نگهدارنده خوب است و معمولاً به عنوان پرکننده برای خاکریزهای راه آهن استفاده می شود.

 

ژئوتکستایل ها، ژئوممبران ها، ژئوگریدها و مواد خاص ژئوسنتتیکی از ترکیب دو یا چند ماده برای تشکیل مواد ژئوسنتتیکی تشکیل می شوند. مواد ژئوکامپوزیت می توانند خواص مواد مختلف را برای پاسخگویی بهتر به نیازهای مهندسی خاص ترکیب کنند و می توانند نقش های عملکردی مختلفی را ایفا کنند. ژئوتکستایل کامپوزیت ترکیبی از ژئوتکستایل و ژئوتکستایل است که بر اساس نیازهای خاص ساخته شده است.

در این میان ژئوتکستایل عمدتاً برای ضد نشت استفاده می شود و ژئوتکستایل در تقویت، زهکشی و افزایش اصطکاک بین ژئوتکستایل و سطح خاک نقش دارد. مثال دیگر مواد زهکشی کامپوزیتی ژئوتکستایل است که مواد زهکشی متشکل از ژئوتکستایل های غیر بافته، شبکه های ژئوتکستایل، غشاهای ژئوتکستایل یا مواد هسته ژئوسنتتیک با اشکال مختلف است. آنها برای عملیات تحکیم زهکشی پی نرم، زهکشی طولی و عرضی بستر جاده، لوله های زهکشی زیرزمینی در ساختمان ها، چاه های جمع آوری، زهکشی دیواری ساختمان های پشتیبان، زهکشی تونل، تاسیسات زهکشی خاکریزی و غیره استفاده می شوند. نوعی ماده زهکشی کامپوزیت ژئوسنتتیک است.

 

مواد کامپوزیت ژئوسنتتیکی که به طور گسترده برای جاده‌های خارج از کشور استفاده می‌شود، پارچه ضدترک پلی‌استر فایبر گلاس و پارچه ضدترک تقویت‌شده کامپوزیت بافتنی تار است. این می تواند طول عمر جاده ها را افزایش دهد و هزینه تعمیر و نگهداری را تا حد زیادی کاهش دهد. از منظر منافع اقتصادی بلندمدت، لازم است چین به طور فعال مواد کامپوزیت ژئوسنتتیک را بپذیرد و ترویج کند.

 

مواد ژئوسنتتیک برای محصولات مختلف ویژگی های متفاوتی دارند و می توانند در بسیاری از زمینه های مهندسی کاربرد داشته باشند.

 

رشته های مورد استفاده شامل مهندسی ژئوتکنیک، مهندسی عمران، مهندسی حفاظت از آب، مهندسی محیط زیست، مهندسی حمل و نقل، مهندسی شهری و مهندسی احیای زمین می باشد.

 

از نظر حفاظتی:

فرسایش خاک یک فرآیند طبیعی است که توسط نیروهای هیدرولیکی و باد، با عوامل مؤثر متعددی مانند خاک، پوشش گیاهی و توپوگرافی ایجاد می شود. تحت شرایط خاص، فعالیت های انسانی نیز می تواند این روند را تسریع کند. اگر این اثر فرسایشی به درستی درمان نشود، ممکن است آسیب قابل توجهی به ساختمان های موجود و محیط زیست وارد کند.

 

از نظر کنترل فرسایش خاک، ژئوسنتتیک ها را می توان برای حفاظت از شیب، حفاظت از کانال انتقال آب، حفاظت از خط ساحلی، احیای گل و لای، احیای پوشش گیاهی، شبکه حفاظت از ریزش سنگ و ساخت سد کنترل سیل استفاده کرد. با توجه به ویژگی های پروژه و شرایط سایت، مهندسی کنترل فرسایش ممکن است شامل یک یا چند محصول مواد ژئوسنتتیک باشد.

 

در مهندسی حفاظت از شیب، علاوه بر استفاده از برخی مواد ژئوسنتتیک، میخ های خاک و حتی میله های لنگر سنگ نیز برای اطمینان از پایداری سیستم حفاظتی مورد نیاز است. در برخی موارد از کیسه های ژئوتکستایل پر شده با ملات سنگین نیز برای تثبیت سطح محافظ استفاده می شود و دانه های چمن برای پرورش پوشش گیاهی و جلوگیری از فرسایش خاک در شکاف های سازه محافظ وارد می شود.