Геомембрана - Geomembrane

А геомембрана очень низкий проницаемость синтетический мембранный вкладыш или барьер, используемый с любым геотехническая инженерия связанный материал, чтобы контролировать миграцию флюида (или газа) в созданном человеком проекте, конструкции или системе. Геомембраны изготавливаются из относительно тонких непрерывных полимерных листов, но они также могут быть изготовлены из пропитки геотекстиль с асфальт, эластомер или же полимерные спреи, или в виде многослойных битумных геокомпозитов. Геомембраны из непрерывных полимерных листов являются, безусловно, наиболее распространенными.

Производство

Производство геомембран начинается с производства сырья, которое включает полимерную смолу и различные добавки, такие как антиоксиданты, пластификаторы, наполнители, технический углерод и смазочные материалы (в качестве технологических добавок). Это сырье (т.е. «рецептура») затем перерабатывается в листы различной ширины и толщины путем экструзия, каландрирование и / или нанесение покрытия.

Для изготовления геомембран используются три метода.^[1]

Геомембраны доминируют в продажах геосинтетических продуктов на сумму 1,8 миллиарда долларов США в год во всем мире, что составляет 35% рынка.^[2] В настоящее время рынок США разделен на HDPE, LLDPE, fPP, PVC, CSPE-R, EPDM-R и другие (например, EIA-R), и его можно резюмировать следующим образом:^{[нужна цитата ]} (Отметим, что M m² относится к миллионам квадратных метров.)

полиэтилен высокой плотности (HDPE) ~ На 35% больше или на 105 млн м²
линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) ~ На 25% больше или на 75 млн м²
поливинил хлорид (ПВХ) ~ На 25% больше или на 75 млн м²
гибкий полипропилен (fPP) ~ На 10% больше или на 30 млн м²
хлорсульфированный полиэтилен (CSPE) ~ На 2% больше или на 6 млн м²
тройной сополимер этилена, пропилена и диена (EPDM) ~ На 3% больше или на 9 млн м²

Вышеупомянутые мировые продажи составляют примерно 1,8 миллиарда долларов. Прогнозы будущего использования геомембран сильно зависят от области применения и географического положения. Вкладыши для свалки и обложки в Северной Америке и Европе, вероятно, будут иметь умеренный рост (~ 5%), тогда как в других частях мира рост может быть резким (10–15%).^{[нужна цитата ]} Возможно, наибольший рост будет наблюдаться в области локализации угольной золы и добычи полезных ископаемых методом кучного выщелачивания.

Характеристики

Большинство общих методов испытаний геомембран, на которые ссылаются во всем мире, разработаны ASTM International | Американским обществом испытаний и материалов (ASTM ) из-за их долгой истории в этой деятельности. Более поздними являются метод тестирования, разработанный Международной организацией по стандартизации (ISO ). Наконец, Институт геосинтетических исследований (GRI) разработал методы испытаний, которые предназначены только для методов испытаний, не рассматриваемых в ASTM или ISO. Конечно, отдельные страны и производители часто имеют особые (а иногда и собственные) методы тестирования.

Физические свойства

Основные физические свойства геомембран в заводском состоянии:

Толщина (гладкий лист, текстурированный, неровности по высоте)
Плотность
Индекс текучести расплава
Масса на единицу площади (вес)
Паропроницаемость (вода и растворитель).

Механические свойства

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

предел прочности на разрыв и удлинение (индекс, широкая ширина, осесимметричный и швы)
сопротивление разрыву
ударопрочность
сопротивление проколу
прочность на сдвиг границы раздела фаз
сила якоря
растрескивание под напряжением (постоянная нагрузка и единичная точка).

Выносливость

Любое явление, вызывающее полимерную цепь рассечение, разрыв связи, аддитивное истощение или экстракция геомембраны должны рассматриваться как компромисс для ее долгосрочных характеристик. В этом отношении есть ряд потенциальных опасений. Хотя каждый из них зависит от материала, общая тенденция поведения заключается в том, что геомембрана становится хрупкий в его напряженно-деформированном поведении с течением времени. При мониторинге такой долговременной деградации необходимо отслеживать несколько механических свойств: уменьшение удлинения при разрыве, увеличение модуль упругости, увеличение (затем уменьшение) напряжения при разрушении (т. е. прочности) и общая потеря пластичности. Очевидно, что многие из физических и механических свойств можно использовать для контроля процесса разложения полимера.

ультрафиолетовое облучение (лаборатория поля)
радиоактивное разложение
биологическая деградация (животные, грибы или бактерии)
химическое разложение
тепловое поведение (горячее или холодное)
окислительная деструкция.

Продолжительность жизни

Геомембраны деградируют достаточно медленно, поэтому их поведение на протяжении всей жизни еще не изучено. Таким образом, ускоренное тестирование из-за высоких нагрузок, повышенных температур и / или агрессивных жидкостей - единственный способ определить, как материал будет вести себя в долгосрочной перспективе. В методах прогнозирования срока службы используются следующие средства интерпретации данных:

Испытания на предельное напряжение: Метод, применяемый производителями труб из полиэтилена высокой плотности в США для определения значения гидростатического базового напряжения.
Оценить метод обработки: Используемый в Европе для труб и геомембран, этот метод дает те же результаты, что и испытания на предельное напряжение.
Многопараметрический подход Hoechst: Метод, который использует двухосные напряжения и релаксацию напряжений для прогнозирования срока службы, а также может включать швы.
Моделирование Аррениуса: Методика тестирования геомембран (и др. геосинтетика ), описанный Кернером как для заглубленных, так и для открытых условий.^[1]^{[самостоятельно опубликованный источник ]}

Сшивание

Фундаментальный механизм сшивания полимерных геомембранных листов вместе заключается во временной реорганизации полимерной структуры (путем плавления или размягчения) двух противоположных поверхностей, которые должны быть соединены контролируемым образом, что после приложения давления приводит к склеиванию двух листов . Эта реорганизация является результатом ввода энергии, которая исходит от тепловой или же химический процессы. Эти процессы могут включать добавление дополнительного полимера в связываемую область.

В идеале соединение двух листов геомембраны не должно приводить к чистой потере предел прочности поперек двух листов, и соединенные листы должны работать как один лист геомембраны. Однако из-за концентраций напряжений, возникающих в результате геометрии шва, современные методы сшивания могут привести к незначительным потерям прочности на растяжение и / или удлинению по сравнению с исходным листом. Характеристики области шва зависят от типа геомембраны и используемой техники шва.

Приложения

Геомембрана установка как часть конструкции базовой линейной системы на свалку.^[2]

Геомембраны используются в следующих экологических, геотехнических, гидравлических, транспортных и частных разработках:

Как вкладыши для питьевой воды
В качестве лайнеров для резервной воды (например, для безопасного останова ядерных установок)
Как вкладыши для жидких отходов (например, осадка сточных вод)
Вкладыши для жидких радиоактивных или опасных отходов
В качестве вкладышей для вторичной защиты подземных резервуаров
Как вкладыши для солнечных водоемов
В качестве вкладышей для солевых растворов
В качестве вкладышей для сельского хозяйства
В качестве облицовки для аквакультуры, например, для прудов с рыбой и креветками.
В качестве вкладышей для лунок на гольф-полях и песчаных бункеров
В качестве вкладышей для всех типов декоративных и архитектурных водоемов.
В качестве вкладышей для водопроводных каналов
В качестве вкладышей для различных каналов отвода отходов
В качестве облицовки для свалок первичных, вторичных и / или третичных твердых отходов и отвалов.
В качестве футеровки для площадок кучного выщелачивания
Как крышки (заглушки) для полигонов ТБО
В качестве крышек для аэробных и анаэробных варочных котлов в сельском хозяйстве.
Как укрытия для золы угольной электростанции
В качестве вкладышей для вертикальных стен: одинарные или двойные с обнаружением утечек
В качестве отрезков в пределах зонированных земляных дамб для контроля фильтрации
В качестве облицовки аварийных водосбросов
В качестве гидроизоляции в туннелях и трубопроводах
В качестве водонепроницаемой облицовки земляных и каменных дамб
В качестве водонепроницаемой облицовки бетонных плотин из уплотненного валиком
В качестве водонепроницаемой облицовки для каменных и бетонных дамб.
Внутри коффердамов для контроля просачивания
Как плавучие резервуары для контроля просачивания
Как крышки плавучих резервуаров для предотвращения загрязнения
Для содержания и перевозки жидкостей в грузовиках
Для удержания и транспортировки питьевой воды и других жидкостей в океане
Как барьер для запахов со свалок
Как барьер для паров (радона, углеводородов 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 области
Формировать барьерные трубы как дамбы
Облицовка структурных опор как временных коффердамов
Для направления потока воды по предпочтительным путям
Под автомагистралями для предотвращения загрязнения солями для борьбы с обледенением
Под автомагистралями и рядом с ними для улавливания разливов опасных жидкостей
Как защитные конструкции для временных надбавок
Чтобы помочь в установлении однородности подповерхностной сжимаемости и оседания
Под асфальт в качестве гидроизоляционного слоя.
Для сдерживания фильтрационных потерь в существующих надземных резервуарах
В качестве гибких форм, в которых недопустима потеря материала.

Смотрите также

Исследование целостности электротехнической облицовки

дальнейшее чтение

Бюллетень ICOLD 135, Системы геомембранного уплотнения плотин, 2010, Париж, Франция, 464 стр.
Август, Х., Хольцлёне, У. и Меггис, Т. (1997), Усовершенствованные системы футеровки полигонов, Thomas Telford Publ., Лондон, 389 стр.
Кейс, В. Б. (1987), Устройство футеровки резервуаров, резервуаров и фундамента для борьбы с загрязнением, J. Wiley and Sons, 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, J. Wiley and Sons, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 586 стр.

[design-1] а ^б Кернер, Р. М. (2012). Проектирование с использованием геосинтетических материалов (6-е изд.). Xlibris Publishing Co., 914 стр.^{[самостоятельно опубликованный источник ]}

[geo-2] а ^б Müller, W. W .; Саатхофф, Ф. (2015). «Геосинтетика в геоэкологической инженерии». Наука и технология перспективных материалов. 16 (3): 034605. Bibcode:2015STAdM..16c4605M. Дои:10.1088/1468-6996/16/3/034605. ЧВК 5099829. PMID 27877792.

[3] Бюллетень ICOLD 135, Системы геомембранного уплотнения плотин, 2010, Париж, Франция, 464 стр.

[4] Август, Х., Хольцлёне, У. и Меггис, Т. (1997), Усовершенствованные системы футеровки полигонов, Thomas Telford Publ., Лондон, 389 стр.

[5] Кейс, В. Б. (1987), Устройство футеровки резервуаров, резервуаров и фундамента для борьбы с загрязнением, J. Wiley and Sons, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 379 стр.

[6] Роллин, А. и Риго, Дж. М. (1991), Геомембраны: идентификация и тестирование производительности, Chapman and Hall Publ., Лондон, 355 стр.

[7] Мюллер, В. (2007), Геомембраны HDPE в геотехнике, Springer-Verlag Publ., Берлин, 485 стр.

[8] Шарма, Х. Д. и Льюис, С. П. (1994), Системы локализации отходов, стабилизация отходов и свалки, J. Wiley and Sons, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 586 стр.

[1]

[2]