کاربرد ژئوتکستایل در صنایع کف‌پوش

تسلیح خاک و افزایش عملکرد سازه‌ها از دیرباز مورد استفاده بشر بود از کنده‌های درخت، بوته‌ها و سنگ‌ها برای تثبیت خاک خصوصاً زمین‌های باتلاقی و مربوط استفاده می‌کردند، اما هیچ‌یک از این راه‌ها به‌اندازه کاربرد ژئوتکستایل که در دو سه دهه اخیر به‌طور جدی آغاز شده و امروز به نهایت کاربرد خود رسیده است، با صرفه، دارای عملکرد بالا و بادوام نبوده است. از ژئوتکستایل در جاده به کوشش اداره بزرگ راه‌های کارولینای جنوبی (South Carolina Highways Depatment) برای اولین بار در سال ۱۹۲۶ استفاده گردید. در این تجربه یک لایه ژئوتکستایل پنبه‌ای سنگین روی خاک قرار گرفت و قیر داغ روی آن ریخته و سپس یک لایه نازک شن‌ریزی شد بررسی‌ها نشان داد که این لایه، ترک خوردگی‌ها را کاهش داده و از شکست و گسیختگی موضعی جاده جلوگیری نموده است.
در سال‌های اخیر ژئوتکستایل‌های پلیمری برای بهبود عملکرد جاده‌های آسفالته و کاهش ضخامت لایه پی جاده به‌کار رفته‌اند و در دو دهه اخیر رشد وسیع و سریعی داشته‌اند. امروزه دنیا شاهد هزاران پروژه از کاربرد ژئوتکستایل می‌باشد و در سراسر اروپا و آمریکا و آفریقا و آسیا خصوصاً آسیای جنوب شرقی هزاران شرکت و کارخانه در تولید و نصب ژئوتکستایل‌ها فعالند. پیشرفت سریع پلیمرهای صنعتی در چند دهه اخیر، استفاده از مواد مصنوعی را به‌طور جدی مطرح کرده است. این مصنوعات که ژئوسنتیک نامیده می‌شوند هم اکنون جهت حل مسائل پیچیده مهندسی ژئوتکنیکی، مانند افزایش عمر جاده و ریل، رفع مشکل زهکشی، تقویت و استحکام خاک، ثبات لایه‌های نرم زیرین، تقویت و ثبات پی جاده، کنترل فرسایش و مشکلات هیدرولیکی سدها و سواحل و برای کنترل نفوذپذیری و ... به‌کار می‌روند. در راستای این فناوری جدید اما جامع و گسترده، چندین شرکت مشاوره‌ای در دنیا مانند:
۱) انجمن رسمی حمل و نقل و بزرگراه‌های آمریکا
۲) انجمن آزمایش و مواد آمریکا
۳) استاندارد استرالیا
۴) کمیته استاندارد اروپا
و چندین استاندارد بین‌المللی دیگر در مورد شاخص‌های فنی محصولات ژئوسنتتیک‌ها دارای استانداردهای مشخص می‌باشند.
●ژئوسنتتیک‌ها
استاندارد ۱۹۹۴ASTM ژئوسنتتیک‌ها را این‌گونه تعریف می‌کند که ژئوسنتتیک‌ها محصولات مسطحی هستند از مواد پلیمری ساخته شده و در پروژه‌های مهندسی عمران به همراه خاک، سنگ، زمین یا سایر مصالح مرتبط با مهندسی ژئوتکنیک به‌کار برده می‌شوند. این مصنوعات در نقش‌های ذیل مورد استفاده قرار می‌گیرد.
▪ نقش جداسازی
از جداسازی توسط ژئوسنتتیک بین دو لایه قابل انعطاف و قابل اختلاط استفاده می‌شود که موجب افزایش عملکرد و دوام می‌گردد. از نوع ژئوسنتتیک‌های مختلف ژئوتکستایل‌ها محصولاتی هستند که عموماً د رنقش جداسازی استفاده می‌گردند. از محل‌های استفاده از کاربرد جداسازی با ژئوتکستایل‌ها می‌توان به استفاده از لایه‌های زیرین و پی سنگی در جاده‌ها فرودگاه‌ها و بین ژئوممبرین‌ها و لایه‌های زهکش در زباله‌دانی‌های فنی اشاره کرد. هرچند نقش اصلی ژئوتکستایل‌ها جداسازی می‌باشد اما همه ژئوسنتتیک‌ها به نوعی دارای نقش جداسازی ثانویه می‌باشند.
▪ نقش تقویت‌کنندگی
ژئوسنتتیک‌ها به‌طورکلی در توده خاک به‌وسیله توسعه نیروهای کششی می‌توانند نقش تقویت‌کنندگی را ایفا نمایند در این نقش خاک به‌وسیله ژئوسنتتیک‌ مسلح می‌شود خاک و ژئوسنتتیک‌ هر کدام دارای نقش خاص خود بوده که با هم موجب افزایش مقاومت توده خاک و سازه خاکی می‌گردد. ساخت شیب‌های بادوام و دیوارهای حائل و سایر سازه‌های خاکی با ساختارهای نگهدارنده همگی از موارد استفاده از این مصنوعات می‌باشند از طرفی مقرون به‌صرفه بودن استفاده از این مصنوعات نسبت به روش‌های سنتی (برای مثال دیوارهای عمودی خاک تقویت‌شده نسبت به دیوارهای بتونی سنتی هزینه احداث کمتری دارند) موجب شدهکه استفاده از این مصنوعات امروزه در پروژه‌های ژئوتکنیکی دارای اهمیت خاصی باشند. از ژئوسنتتیک‌های مناسب برای تقویت خاک می‌توان به ژئوتکستایل‌های نبافته، ژئوتکستایل‌های بافته، ژئوگریدها و ژئونسل‌ها اشاره کرد.
▪ نقش فیلتراسیون
ژئوسنتتیک‌ها مورد استفاده در نقش فیلتراسیون موجب جریان هدایت شده مایعات توسط ایجاد لنزهائی از این مصنوعات شده و در فیلتراسیون استفاده می‌گردند. هدایت هیدرولیکی و نگهداری خاک به‌طور مناسب به‌وسیله انتخاب ژئوسنتتیک مقدور می‌باشد. مفاهیم فیلتراسیون در طراحی فیلترهای خاکی به‌خوبی بررسی شده و مشابه با همین مفاهیم در طراحی فیلترهای ژئوتکستایل نیز استفاده شده است. جریان مایع عمود به سطح ژئوتکستایل‌ها بوده و عمل فیلتراسیون نیز نسبت به همین هدایت هیدرولیکی در عرض سطح صورت می‌پذیرد. ژئوتکستایل‌ها از میان انواع ژئوسنتتیک‌ها تنها مواردی هستند که در فیلتراسیون مورد استفاده قرار می‌گیرند. ژئوتکستایل‌ها قابلیت تغییر شکل داشته و انعطاف‌پذیر هستند و هر ژئوتکستایل‌ بسته به‌عوامل دیگری دارای قابلیت گذردهی خاصی است که این قابلیت گذردهی به‌نوع و ضخامت و سربار بستگی دارد.
لذا می‌توان با تعریف استاندارد ثابت و مشخص قابلیت گذردهی ژئوتکستایل‌ها را درجه‌بندی کرد. روش‌های آزمایش برای گذردهی ژئوتکستایل‌ مشابه روش‌های مورد استفاده در آزمایش هدایت هیدرولیکی خاک می‌باشد. همان‌طور که جریان مایع از میان ژئوتکستایل‌ افزایش می‌یابد فضاها و منافذ ژئوتکستایل‌ بایستی بزرگ‌تر شود. اما فضاهیا بزرگ ژئوتکستایل‌ منجر به یک موقعیت غیر قابل قبول که مکانیک خاک نامیده می‌شود می‌گردد و اگر سرعت مایع افزایش یابد منجر به فروریختگی ساختار خاک می‌گردد. با استفاده از انتخاب یک ژئوتکستایل‌ با منافذ با اندازه کافی کوچک از نگهداری خاک روی طرف مخالف جریان لایه جلوگیری می‌شود.
▪ نقش زهکشی
ژئوسنتتیک‌ها، نقش زهکشی را به‌وسیله انتقال مایع در میان ساختارشان ایفا می‌کنند ژئوسنتتیک‌هائی که عموماً برای اهداف زهکشی استفاده می‌شوند، ژئوتکستایل‌ها و ژئوکمپوزیت‌ها هستند این مصنوعات با ایجاد مجرای انتقال مایعات، اجازه عبور جریان مناسب مایع را با حفظ خاک ساختار سازه خاکی را می‌دهد. ژئوتکستایل‌های بی‌بافت نیدل پانچ، فضاهای خالی قابل ملاحظه‌ای در ساختارشان دارند و می‌توانند مقدار زیادی از مایع را زهکشی کنند. زهکشی‌های ژئوکمپوزیتی می‌توانند حجم بیشتر مایع را از میان خودشان با حفظ خاک ساختار محیط را انتقال دهند. طراحی مناسب بایستی بر اساس نوع مواد و مقدار مورد نیاز به زهکشی باشد.
▪ نقش ضدآب
ژئوسنتتیک که ضریب هدایت هیدرولیکی پائینی برای محدود نگه‌داشتن جریان مایعات یا بخار دارند جهت ایفای این نقش به‌کار می‌روند. نقش مانع نفوذی ممکن است به‌وسیله چند نوع از ژئوسنتتیک‌ها برای مثال ژئوممبرین‌ها و لایه‌های رسی ژئوسنتتیک‌ها (GCLS) ایفا گردد. از دیگر ژئوسنتتیک‌های مانع جریان مایعات می‌توان از ژئوتکستایل‌هائی اشباع شده آسفالت (ایزوگام‌ها) نام برد که برای جلوگیری از انتقال رطوبت استفاده می‌شوند و هم‌چنین به‌عنوان پوشش‌هائی بالای سطح مخازن مایع و به‌عنوان لایه‌هائی برای کانال‌ها جهت نگهداری آب یا مواد شیمیائی استفاده می‌گردند. ژئوسنتتیکی‌ها هم‌چنین در کاربردهای مربوط به سدها و کانال‌ها و تانک‌های مخزن زیرزمینی نیز استفاده می‌گردند.
▪ نقش محافظت
ژئوسنتتیک‌ها (مخصوصاً ژئوتکستایل‌ها) برای محافظت ژئوسنتتیک‌های دیگر (مانند ژئوممبرین‌) مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای نمونه استفاده از ژئوتکستایل‌ها برای محافظت از سوراخ‌شدگی ژئوممبرین‌‌ها بایستی مقاوم به بارهای کوتاه‌مدت و بارهای طولانی‌ ایجاد شده به‌وسیله زباله‌ها باشد. تجربیات نشان داده است که ژئوتکستایل‌ها می‌توانند نقش مهمی در حفظ و نگهداری ژئوممبرین‌‌ها و عملکرد طولانی‌مدت آنها داشته باشد.
● عوامل استفاده از ژئوسنتتیک‌ها
یکی از عمده دلایل استفاده از این مصنوعات مسئله‌دار بودن خاک موجود در منطقه احداث پروژه‌ها است از آن جمله غیر همگن و همسان بودن خاک و خاک‌های سست و بی‌ثبات و رطوبت در محیط اشاره نمود که در این موارد راه‌حل‌های سنتی شامل برطرف کردن و جایگزین کردن خاک‌های ضعیف، تثبیت‌سازی خاک و نصب یک زهکش پیچیده و ... می‌باشد که این راه‌ها، خیلی گران‌قیمت بوده و مدت زمان زیادی را در بر می‌گیرند. راه حل دیگر استفاده از ژئوسنتتیک‌ها می‌باشددر بسیاری از حالات ژئوسنتتیک‌ها، کاربرد مواد پرکننده با کیفیت پائین‌تر، مواد پرکننده کمتر یا کاهش مقدار مورد نیاز برای حفر کردن را منجر می‌شود و در بسیاری از حالات ژئوسنتتیک می‌توانند قیمت کل پروژه را کاهش دهند. این مصنوعات تقریباً در همه نوع کار عمرانی مرتبط با خاک کاربرد دارند که نمونه‌هائی از آنها عبارتند از:
۱) ساخت راه‌ آهن
۲) ساخت خط لوله
۳) کانال‌ها
۴) محافظت‌ ساختارهای دیوار
۵) ساخت محل زهکشی/سرویس‌های ورزشی
۶) ساخت جاده
۷) ساخت تونل
۸) ساخت زباله‌دانی‌های فنی
۹) ساختار هیدرولیکی (محافظ ساحلی و محافظت پشت رودخانه)
۱۰) ساخت ساختمان
● مواد اولیه
این مصنوعات عمدتاً از مواد پلیمری ساخته می‌شود که به دو شکل پلاستیک و لاستیک تولید شده و ایفای نقش می‌کنند. البته از مواد اولیه هم‌چون مفتول‌های فلزی و فایبرگلس و غیره نیز در تولید انواع ژئوسنتتیک‌ها استفاده می‌شود از عمده پلیمرها استفاده شده عبارتند از:
▪ پلی پروپیلن
این ماده ترموپلاستیک، با مقاومت شیمیائی عالی و دارای دانسیته تقریبی ۹۱/۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب می‌باشد دارای نقطه ذوب ۱۶۵ـ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد و شناور روی آب می‌باشد. مقاومت خوبی نسبت به اشعه UV دارد و هم‌چنین پلی پروپیلن نسبت به غلظت‌های شیمیائی شدید، مانند اسید نیتریک، اسید هیدرولیک، اسید کلریک، اسید سولفوریک، هیدوکسید سدیم، هیدورکسید پتاسیم بسیار مقاوم است. بنابراین در محیط‌هائی با pH از ۱تا ۱۴ قابل استفاده می‌باشند.
▪ پلی اتیلن
این ماده ترموپلاستیک با مقاومت شیمیائی عالی بوده و در زمینه محصولات ژئوسنتتیک غالباً با دانسیته بالا (HDPE) و دانسیته پائین (LDPE) به‌کار می‌رود.
▪ پلی استر
ترموپلاستیک بوده و در محیط‌های دارای pH کمتر از ۹ از مقاومت عالی برخوردار است با داشتن دانسیته بالا یعنی ۳۸/۱ گرم در سانتی‌متر مکعب به‌صورت محصولات ژئوتکستایل‌ نبافته در مهندسی هیدرولیک به‌کار می‌رود. به‌خاطر خواص استحکامی عالی و رفتار خزشی (تغییر سطح) پائین در تقویت‌سازی و استحکامات کاربرد دارد. این پلیمر در آب غوطه‌ور است و نقطه ذوب آن ۲۷۴ـ۲۵۴ درجه سانتی‌گراد می‌باشد و نسبت به اشعه UV از مقاومت بالائی برخوردار است.
▪ پلی وینیل کلراید
این ماده ترموپلاستیک با انعطاف‌پذیری مناسب بوده و دارای دانسیته تقریبی بالا می‌باشد غالباً در جاهائی که نیاز به لایه‌های انعطاف‌پذیر می‌باشد مورد استفاده قرار گرفته و در تولید ژئوممبرین‌ها به‌کار می‌رود. به‌خاطر شسته شدن مواد افزودنی در حضور آب، مقاومت دراز مدت آن باید با توجه به مشخصه‌های پروژه برآورد گردد.
▪ پلی آمید
ترموپلاستیک بوده و با دانسیته تقریبی ۱۴/۱ می‌باشد این پلیمر با جذب آب، تقریباً ۱۰ درصد از استحکامش را از دست می‌دهد. پلی‌ آمید به‌خاطر هزینه زیاد مواد اولیه، کاربرد کمی دارد و هم‌چنین از مواد لاستیکی مورد استفاده در محصولات ژئوسنتتیک‌ها می‌توان به مواد اولیه زیر اشاره کرد:
پلی‌اتیلن، کلرینه، بوتیل، دی ان منومرانیلن، پروپیلن، نئوپرین، ترپلی مر اتیلن پروپیلن
برحسب شرایط و زمینه‌های کاربردی ذکر شده ژئوسنتتیک‌ها به چند گروه کلی و چند زیرگروه تقسیم می‌شوند که گروه‌های کلی عبارتند از:
۱) ژئوممبرین
لایه پلیمری انعطاف‌پذیری هستند با گذردهی هیدرولیکی بسیار کم (غشاء غیرقابل نفوذی) که معمولاً از پلی اتیلن فشرده با دانسیته بالا، HDPE تولید می‌شود و برای نقش‌های ضدآب‌سازی و عایق رطوبت در سدسازی، مجزاسازی زباله‌دانی زیرخاکی و هم‌چنین برای جلوگیری از نفوذ نزولات آسمانی به درون آن، حفظ و کنترل فاضلاب‌های صنعتی و شهری فراهم مورد استفاده دارند. در تولید بعضی از انواع آن از PVC استفاده می‌شود.
۲) ژئوگرید
ساختار شبکه‌ای باز از فیلامنت‌ها و نوارهای پلاستیکی با روزنه‌های ۵/۰ تا ۴ اینچ (۱تا۱۰سانتی‌متر) می‌باشد که اصولاً برای استحکام کششی در پی‌سازی‌ها، خاک، سنگ، زمین و دیگر ساختارهای مهندسی ژئوتکنیک به‌عنوان بخش اصلی بوده و دارای میزان کشش بالا و وزن مولکولی زیاد در مقابل صدمات می‌باشد. استحکام ژئوگرید می‌تواند بسیار بالا و تا ۲۰۰ کلیوگرم بر نیوتن باشد. کاربرد اصلی و حتمی لایه‌های زیرین، مستحکم‌سازی و تقویت است و در جدارسازی به‌خاطر ساختار باز (منافذ باز تا ۹۹درصد) کاربردی ندارد.
۳) ژئوتیوپ
سیستم تیوپی شکل انعطافی می‌باشد که در ساختمان هسته سد، موج‌شکن در حفاظت از سواحل در مهندسی دریائی استفاده می‌شود. طول تیوپ ۲۰ تا ۲۰۰ متر و قطر آن ۱ تا ۴ متر متغیر است داخل تیوپ از ماسه پر می‌شود. این محصول در مقایسه با روش ساخت سنتی اقتصادی‌تر، کم‌ حجم‌تر و دارای نصب آسان می‌باشد.
۴) ژئوکمپوزیت
محصول ترکیبی از محصولات ژئوسنتتیک مثل ژئوتکستایل‌، ژئوگرید و یا ژئوممبرین، در شکل لایه‌ای یا آمیخته می‌باشد. ژئوکمپوزیت در زهکش حاشیه‌ای، زهکش دیواره‌ای و زهکش صفحه‌ای به‌کار می‌رود که نوعاً حاوی هسته زهکش پلی‌اتیلنی گودی شکل یا برجسته و شاخی می‌باشد که با یک ژئوتکستایل پوشیده است. پوشش ژئوتکستایل، هسته را تمیز نگه می‌دارد تا آب به‌راحتی از طریق هسته زهکش جریان یابد.
۵) ژئوتکستایل
گروه بزرگی از محصولات ژئوسنتتیک را تشکیل می‌دهند و از نظر ساخت و تولید به دو دسته بافته و نبافته تقسیم می‌شود و از الیاف پلی پروپیلن و پلی استر تولید می‌شود و در نقش‌های جداسازی و تقویت و تثبیت‌سازی، فیلتراسیون، زهکشی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
● مزایای استفاده از ژئوسنتتیک‌ها
مشکلات مهندسی ژئوتکنیک را با روش‌های متفاوتی می‌توان مرتفع ساخت که با ایفای نقش ژئوسنتتیک‌ها و کارائی بالای آن معمولاً برای حل اکثر مشکلات مهندسی در سازه‌های خاکی از این مصنوعات استفاده می‌شود. مزایای عمده استفاده از این مصنوعات عبارتند از:
▪ عملیات تولید این مصنوعات در کارخانجات با کنترل کیفیت بالا صورت می‌گیرد.
▪ معمولاً با روش‌های بسیار ساده و با سرعت بالا نصب می‌شوند.
▪ به‌علت کاهش استفاده از مواد طبیعی و روش‌های سنتی معمولاً از حجم عملیات به‌صورت قابل توجهی می‌کاهد لذا از نقطه نظر اقتصادی مقرون به‌صرفه است.
▪ زمان‌بندی استفاده از این روش نسبت به روش‌های سنتی بسیار مناسب می‌باشد.
▪ برخی مصنوعات مثلاً (ژئوکمپوزیت‌ها) به‌علت چند منظوره و چند نقشی بودن می‌توانند به‌راحتی به‌جای روش‌های متعدد سنتی بسیار مناسب می‌باشد.
▪ این مصنوعات در مقابل عوامل مختلف محیطی مقاوم بوده و این مقاومت را در دراز مدت حفظ می‌کنند.
البته در برخی کشورهای پیشرفته علاوه بر عوامل فوق‌الذکر عوامل دیگری نیز موجب استفاده گسترده آنها شده‌ است از آن‌جمله:
۱) کاربرد آنها در برخی موارد از لحاظ مقررات و قوانین الزامی است.
۲) این مصنوعات به‌طور گسترده و مستمر در دسترس می‌باشند.

تهیه و تنظیم: پرویز لطفی قاضی

منبع : ماهنامه نساجی امروز