Геомембрана

Геомембрана представляет собой с очень низкой проницаемостью синтетическую мембранную прокладку или барьер , используемую с любым материалом, связанным с геотехнической инженерией, для контроля миграции жидкости (жидкости или газа) в рукотворном проекте, конструкции или системе. Геомембраны изготавливаются из относительно тонких непрерывных полимерных листов, но они также могут быть изготовлены из пропитки геотекстиля битумными многослойных , эластомерными или полимерными напылениями или в виде битумных геокомпозитов . Геомембраны из непрерывных полимерных листов являются, безусловно, наиболее распространенными.

Производство

Производство геомембран начинается с производства сырья, включающего полимерную смолу и различные добавки, такие как антиоксиданты, пластификаторы, наполнители, технический углерод и смазочные материалы (в качестве технологической добавки). Это сырье (т.е. «композиция») затем перерабатывается в листы различной ширины и толщины путем экструзии , каландрирования и/или нанесения покрытия.

По оценкам 2010 года, геомембраны являются крупнейшим геосинтетическим материалом в долларовом выражении и стоят 1,8 миллиарда долларов США в год во всем мире, что составляет 35% рынка. ^[2] Рынок США в настоящее время разделен между HDPE, LLDPE, fPP, PVC, CSPE-R, EPDM-R и другими (например, EIA-R и BGM ), и его можно резюмировать следующим образом: ^{[ нужна ссылка ]} (Обратите внимание, что M m ² относится к миллионам квадратных метров.)

полиэтилен высокого давления (ПВД) ~ 35% или 105 млн м ²
линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) ~ 25% или 75 млн м ²
поливинилхлорид (ПВХ) ~ 25% или 75 М м ²
гибкий полипропилен (ФПП) ~ 10% или 30 М м ²
хлорсульфированный полиэтилен (ХСПЭ) ~ 2% или 6 М м ²
этилен-пропилен-диеновый терполимер (ЭПДМ) ~ 3% или 9 М м ²

Вышеупомянутое представляет собой примерно 1,8 миллиарда долларов мировых продаж. Прогнозы относительно будущего использования геомембраны сильно зависят от области применения и географического положения. Покрытия и покрытия для свалок в Северной Америке и Европе, вероятно, продемонстрируют умеренный рост ( ~ 5%), в то время как в других частях мира рост может быть значительным (10–15%). ^{[ нужна ссылка ]} Возможно, наибольший рост будет наблюдаться в области локализации угольной золы и добычи кучного выщелачивания для улавливания драгоценных металлов.

Характеристики

Большинство общих методов испытаний геомембран, на которые ссылаются во всем мире, разработаны Международным ASTM | Американским обществом испытаний и материалов ( ASTM ) из-за их долгой истории в этой деятельности. Более поздними являются методы испытаний, разработанные Международной организацией по стандартизации ( ISO ). Наконец, Научно-исследовательский институт геосинтетики (GRI) разработал методы испытаний, предназначенные только для методов испытаний, не предусмотренных ASTM или ISO. Конечно, отдельные страны и производители часто имеют особые (а иногда и) собственные методы испытаний.

Физические свойства

Основными физическими свойствами геомембран в исходном состоянии являются:

Толщина (лист гладкий, текстурированный, высота шероховатостей)
Плотность
Индекс текучести расплава
Масса единицы площади (вес)
Передача паров (вода и растворитель).

Механические свойства

Для определения прочности полимерных листовых материалов разработан ряд механических испытаний. Многие из них были приняты для использования при оценке геомембран. Они представляют собой как контроль качества, так и проектирование, т. е. тесты индекса и производительности.

прочность на разрыв и относительное удлинение (индекс, ширина, осесимметричность и швы)
сопротивление разрыву
ударопрочность
устойчивость к проколу
прочность интерфейса на сдвиг
прочность крепления
растрескивание под напряжением (постоянная нагрузка и одна точка).

Выносливость

полимерной цепи Любое явление, которое вызывает разрыв , разрыв связей, истощение присадок или экстракцию внутри геомембраны, следует рассматривать как угрозу ее долгосрочным характеристикам. В этом отношении существует ряд потенциальных опасений. Хотя каждый из них зависит от материала, общая тенденция поведения заключается в том, что геомембрана со временем становится хрупкой в своем поведении под напряжением и деформацией. При мониторинге такой долгосрочной деградации следует отслеживать несколько механических свойств: уменьшение удлинения при разрушении, увеличение модуля упругости , увеличение (затем уменьшение) напряжения при разрушении (т. е. прочности) и общую потерю пластичности. . Очевидно, что многие физические и механические свойства можно использовать для мониторинга процесса деградации полимера.

воздействие ультрафиолетового света (полевая лаборатория)
радиоактивное разложение
биологическое разложение (животные, грибы или бактерии)
химическое разложение
термическое поведение (горячее или холодное)
окислительная деградация.

Продолжительность жизни

Геомембраны разлагаются достаточно медленно, поэтому их поведение на протяжении всей жизни пока не изучено. Таким образом, ускоренные испытания с применением высоких нагрузок, повышенных температур и/или агрессивных жидкостей — единственный способ определить, как материал будет вести себя в долгосрочной перспективе. Методы прогнозирования срока службы используют следующие способы интерпретации данных:

Испытание на предельную нагрузку: метод, применяемый в трубной промышленности США для определения значения гидростатического расчетного напряжения.
Метод скоростного процесса: используемый в Европе для труб и геомембран, этот метод дает результаты, аналогичные результатам испытаний на предельную нагрузку.
Многопараметрический подход Hoechst: метод, который использует двухосные напряжения и релаксацию напряжений для прогнозирования срока службы, а также может включать швы.
Моделирование Аррениуса: метод испытания геомембран (и других геосинтетических материалов ), описанный Кернером как в заглубленных, так и в открытых условиях. ^[1]^{[ самостоятельный источник ]}

Сшивание

Фундаментальный механизм соединения листов полимерной геомембраны заключается в временной реорганизации полимерной структуры (путем плавления или размягчения) двух противоположных поверхностей, подлежащих соединению, контролируемым образом, что после приложения давления приводит к склеиванию двух листов вместе. . Эта реорганизация является результатом поступления энергии, возникающей в результате тепловых или химических процессов. Эти процессы могут включать добавление дополнительного полимера в область склеивания.

В идеале соединение двух листов геомембраны не должно приводить к общей потере прочности на разрыв между двумя листами, а соединенные листы должны работать как один лист геомембраны. Однако из-за концентрации напряжений, возникающих из-за геометрии шва, современные методы сшивания могут привести к незначительной потере прочности на разрыв и/или относительного удлинения по сравнению с исходным листом. Характеристики области сшивания зависят от типа геомембраны и используемой техники сшивания.

Приложения

Геомембраны использовались в следующих экологических, геотехнических, гидравлических, транспортных и частных целях:

В качестве вкладышей для питьевой воды
В качестве вкладышей для резервной воды (например, для безопасного закрытия ядерных установок)
В качестве вкладышей для отработанных жидкостей (например, осадка сточных вод)
Вкладыши для радиоактивных или опасных жидких отходов
В качестве вкладышей для вторичной защитной оболочки подземных резервуаров хранения.
В качестве вкладышей для солнечных прудов
В качестве вкладышей для соляных растворов
В качестве вкладышей для сельскохозяйственной отрасли
В качестве облицовки для рыбоводства, например прудов для разведения рыбы и креветок.
В качестве покрытия для водопоев и песочных бункеров на полях для гольфа.
В качестве вкладышей для всех типов декоративных и архитектурных прудов.
В качестве облицовки водоводных каналов.
В качестве вкладышей для различных каналов транспортировки отходов.
В качестве покрытия для первичных, вторичных и/или третичных свалок и куч твердых отходов.
В качестве футеровки для площадок кучного выщелачивания
В качестве укрытий (колпаков) для полигонов ТБО.
В качестве покрытия для аэробных и анаэробных навозоуборочных машин в сельском хозяйстве.
В качестве покрытия для угольной золы электростанций
В качестве облицовки для вертикальных стен: одинарный или двойной с функцией обнаружения утечек.
В качестве отсечек внутри зонированных земляных плотин для контроля просачивания.
В качестве облицовки аварийных водосбросов
В качестве гидроизоляционной прокладки в туннелях и трубопроводах.
В качестве гидроизоляционной облицовки земляных и каменнонасыпных плотин.
В качестве водонепроницаемой облицовки бетонных плотин, уплотненных валками.
В качестве водонепроницаемой облицовки каменных и бетонных плотин.
Внутри перемычек для контроля утечки
В качестве плавучих резервуаров для контроля утечки.
В качестве крышки плавучего резервуара для предотвращения загрязнения.
Для хранения и перевозки жидкостей в грузовых автомобилях.
Для хранения и транспортировки питьевой воды и других жидкостей в океане.
В качестве барьера для запахов свалок
В качестве барьера для паров (радон, углеводороды и т. д.) под зданиями.
Для борьбы с обширными почвами
Для борьбы с морозоустойчивыми почвами
Для защиты участков, подверженных провалам, от проточной воды.
Для предотвращения проникновения воды в чувствительные зоны.
Для формирования барьерных трубок в виде плотин.
Облицовывать опоры конструкции временными перемычками.
Для направления потока воды по предпочтительным путям
Под автомагистралями, чтобы предотвратить загрязнение от антигололедных солей.
Под автомагистралями и рядом с ними для сбора разливов опасных жидкостей.
В качестве защитных сооружений для временных надбавок.
Для помощи в установлении однородности сжимаемости и просадки недр.
Под асфальтовым покрытием в качестве гидроизоляционного слоя
Для ограничения потерь при утечке в существующих надземных резервуарах.
В качестве гибких форм, где нельзя допустить потери материала.

См. также

Исследование целостности электропроводки

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Кернер, Р.М. (2012). Проектирование с использованием геосинтетики (6-е изд.). Издательство Xlibris Publishing Co., 914 стр.
^ Перейти обратно: ^а ^б Мюллер, WW; Саатофф, Ф. (2015). «Геосинтетики в геоэкологической инженерии» . Наука и технология перспективных материалов . 16 (3): 034605. Бибкод : 2015STAdM..16c4605M . дои : 10.1088/1468-6996/16/3/034605 . ПМК 5099829 . ПМИД 27877792 .

Дальнейшее чтение

Бюллетень ICOLD 135, Геомембранные системы герметизации плотин , 2010, Париж, Франция, 464 стр.
Август Х., Хольцлене У. и Меггис Т. (1997), Усовершенствованные системы облицовки свалок , Thomas Telford Publ., Лондон, 389 стр.
Кейс, ВБ (1987), Строительство облицовки резервуаров, резервуаров и Фонд контроля загрязнения , Дж. Уайли и сыновья, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 379 стр.
Роллин А. и Риго Дж. М. (1991), Геомембраны: идентификация и тестирование производительности , Chapman and Hall Publ., Лондон, 355 стр.
Мюллер, В. (2007), Геомембраны HDPE в геотехнике , Springer-Verlag Publ., Берлин, 485 стр.
Шарма, Х.Д. и Льюис, С.П. (1994), Системы локализации отходов, стабилизация отходов и свалки , Дж. Уайли и сыновья, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 586 стр.

[design-1] Перейти обратно: ^а ^б Кернер, Р.М. (2012). Проектирование с использованием геосинтетики (6-е изд.). Издательство Xlibris Publishing Co., 914 стр.

[geo-2] Перейти обратно: ^а ^б Мюллер, WW; Саатофф, Ф. (2015). «Геосинтетики в геоэкологической инженерии» . Наука и технология перспективных материалов . 16 (3): 034605. Бибкод : 2015STAdM..16c4605M . дои : 10.1088/1468-6996/16/3/034605 . ПМК 5099829 . ПМИД 27877792 .

[1]

[2]