بررسی قابلیت نفوذ آب در ژئوممبران و عوامل موثر بر آن

Home \ مقاله آموزشی \ بررسی قابلیت نفوذ آب در ژئوممبران و عوامل موثر بر آن
بررسی قابلیت نفوذ آب در ژئوممبران و عوامل موثر بر آن 2

شرکت فرنام بسپار، واحد تحقیق و توسعه

ژئوممبران ها به عنوان غشاهای تقریبا نفوذ ناپذیر شناخته می شوند که برای کاربردهای مهندسی ژئو تکنیک به منظور کنترل مهاجرت سیالات از محیط های ساخت بشر استفاده می شوند. در کاربرد ژئوممبران ها به عنوان ممانعت کننده از انتقال سیال، مهم است که تفاوت میان ژئوممبران ها و سایر سیستم های تفکیک کننده که متخلخل هستند، شناخته شوند. انتقال نمونه های نفوذ کننده از ژئوممبران که هیچ سوراخی ندارد از طریق جذب و در ادامه نفوذ در ابعاد مولکولی رخ می دهد. نیروی محرکه این فرآیند گرادیان غلظت در دو طرف ژئوممبران می باشد، که از قوانین فشار اسمزی تبعیت می کند.

اگرچه ژئوممبران های پلیمری در مقایسه با خاک رس نفوذ پذیری بسیار کمتری دارند، به طور کامل نفوذ ناپذیر نمی باشند. نفوذ پذیری ژئوممبران ها بین ۱۲-۱۰ تا ۱۵-۱۰  متر بر ثانیه بوده که حدودا هزار تا یک میلیون برابر کمتر از خاک است. در ژئوممبران های پلیمری نفوذ پذیری گازها، بخارات و مایعات در ابعاد مولکولی طی سه مرحله رخ می دهد:

  1. حل شدن و یا جذب به وسیله ژئوممبران در بخش بالایی (سطح رو)
  2. نفوذ از میان ژئوممبران
  3. دفع در بخش پایینی ژئوممبران (سطح زیرین)

فاکتورهایی که می توانند بر نفوذ یک ترکیب از ژئوممبران تاثیر بگذارند، عبارتند از میزان حلالیت ماده در ژئوممبران، ریز ساختار پلیمر، درصد بلورینگی و انعطاف پذیری زنجیره های پلیمری، اندازه و شکل مولکول های نفوذ کننده و دمایی که نفوذ در آن رخ می دهد (بالا و یا پایین تر بودن دمای محیط نسبت به دمای انتقال شیشه ای).

نفوذ پذیری ژئوممبران مطابق با استاندارد ASTM E-96 که مشهور به “Wet Cup Test” می باشد، بررسی می شود. نتایج این تست به شرح جدول زیر می باشد.

ماده ضریب نفوذ (cm/s)
لایه زهکشی شنی ۰٫۰۱
۴۵ سانتی متر رس ۱۰
ژئوسینتتیک با لایه رسی (GCL) ۱۰
ژئوممبران پی وی سی (PVC) ۱۰-۱۰
ژئوممبران پلی اتیلن چگالی بالا (HDPE) ۱۰-۱۲

علاوه بر این روش، روش دیگری در ASTM D-5886  نیز برای بررسی میزان نفوذ پذیری ژئوممبران ها تعریف شده است، که در آن امکان بررسی نفوذ مواد تک جزیی و پیچیده نیز  وجود دارد. از این استاندارد برای کاربردهای خاص و نفوذ کننده های مختلف می توان استفاده کرد. بررسی نفوذ پذیری در استفاده های خاص و یا اندازه گیری انتقال آن در شرایط خاص نمونه ها می تواند تحت دما، فشار، بخار و گرادیان غلظت خاص انجام پذیرد.

شرایط تست ها و روش ها باید به نحوی انتخاب شود که تا حد امکان به شرایط محل احداث پروژه نزدیک باشد. باید یاد آور شد که در حالت کلی میزان و احتمال عبور از خود ژئوممبران بسیار ناچیز است و عبور پذیری عمدتا به کیفیت جوش و نقص های بوجود آمده حین نصب (ایجاد منفذ) مربوط می باشد.

انتقال سیال ها از ژئوممبران ها به طور پایه ای با عبور پذیری از خاک متفاوت است. حالت غالب مواردی است که به صورت فیزیکی بیان شد، بخش دیگر که شامل نفوذ است، از یک قانون فیک (Fick’s Law) پیروی می کند. قانون اول فیک سرعت نفوذ را به گرادیان غلظت مرتبط می کند و مشخص می کند که نفوذ مولکول ها از منطقه غلیظ به منطقه رقیق اتفاق می افتد، که متناسب با مقدار گرادیان غلظت است.

با توجه به مسائل مذکور میزان انتقال بخار آب که به عنوان یکی از مرسوم ترین مقادیر نفوذ پذیری اعلام می گردد، برای چند نمونه از مواد پلیمری متفاوت بررسی شده و به صورت نمودار زیر نشان داده است.

همانطور که در نمودار زیر مشاهده شد، HDPE کمترین میزان نفوذ را دارا می باشد. که به طور مشخص می توان گفت که ناشی از ساختار مولکولی آن می باشد (لازم به ذکر است تمام نمونه ها دارای ضخامت ۵٫ ۰ میلی متر می باشد).

در جدول زیر ورق های ۱ میلی متر که در زیر ۳۰۰ میلیمتر از آب گرفته ا ند و نتایج انتقال نشان داده شده است.

جنس ژئوممبران نرخ نفوذ بخار آب  (lpdh*)
پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) ۰٫۸
پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE) ۳۶
ژئوممبران پی وی سی (PVC) ۹۲

*لیتر بر هکتار در روز

در ادامه  تاثیر دما بر میزان نفوذ پذیری را به صورت نمودار مشاهده می شود. همانطور که ملاحضه می شود، میزان نفوذ پذیری به صورت نمایی افزایش می یابد.

تغییرات نفوذ پذیری پلی اتیلن در برابر گازهای مختلف با درصد بلورینگی در جدول زیر نشان داده شده است.

دانسیته(g/cm3) بلورینگی(%) ثابت نفوذ در دمای C30 (1010*P)
اکسیژن نیتروژن دی اکسید کربن
۰٫۹۲۲ ۶۰ ۵٫۵ ۱٫۹ ۲۵٫۲
۰٫۹۳۸ ۶۹ ۲٫۱ ۰٫۶۶ ۷٫۴
۰٫۹۵۴ ۷۸ ۱٫۱ ۰٫۳۳ ۴٫۳
۰٫۹۶۰ ۸۱ ۱٫۰۶ ۰٫۲۷ ۳٫۵
۰٫۹۶۵ ۸۳ ۰٫۵ ۲٫۵

دریافت نسخه PDF 

 

 

Mohammad Hossein Haji alian
R&D Member of FBC
Master of Polymer Engineering

مراجع:

  1. Bhatia, S. K., ‘Comparison of PVC and HDPE Geomembranes (Interface Friction Performance)’, Available from the PVC Geomembrane Institute (2008).
  2. Giroud, J. P., Quantification of Geosynthetic Behavior, Geosynthetics International, 12(1),2 (2005).
  3. Giroud, J. P. and Bonaparte, R., Leakage through Liners Constructed with Geomembranes – Part
  4. Geomembrane Liners, in Geotextiles and Geomembranes, Vol. 8, Elsevier Science, Oxford, UK, pp. 27–۶۷ (۱۹۸۹).
  5. GRI GM-15, ‘Determination of Ply Adhesion of Reinforced Geomembranes’ [http://www.drexel.edu/gri/member/GM/GM15/GM15.html] (now superceded by ASTM D-6636)
ABOUT THE AUTHOR: admin

RELATED POSTS

LEAVE YOUR COMMENT

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *