Производство геомембран начинается с производства сырья, которое включает полимерную смолу и различные добавки, такие как антиоксиданты, пластификаторы, наполнители, сажу и смазочные материалы (в качестве технологической добавки). Затем это сырье (т. е. «рецептура») перерабатывается в листы различной ширины и толщины путем экструзии , каландрирования и/или нанесения покрытия.
По оценкам 2010 года, геомембраны были крупнейшим геосинтетическим материалом в долларовом выражении с оборотом в 1,8 млрд долларов США в год во всем мире, что составляет 35% рынка. [2] В настоящее время рынок США поделен между HDPE, LLDPE, fPP, PVC, CSPE-R, EPDM-R и другими (такими как EIA-R и BGM ), и его можно обобщить следующим образом: [ необходима ссылка ] (Обратите внимание, что M m 2 относится к миллионам квадратных метров.)
Вышеуказанная сумма составляет около 1,8 млрд долларов продаж по всему миру. Прогнозы относительно будущего использования геомембраны в значительной степени зависят от области применения и географического положения. Свалочные покрытия и покрытия в Северной Америке и Европе, вероятно, покажут скромный рост ( ~ 5%), в то время как в других частях мира рост может быть драматичным (10–15%). [ необходима цитата ] Возможно, наибольший рост будет наблюдаться в сфере сдерживания угольной золы и добычи кучного выщелачивания для извлечения драгоценных металлов.
Характеристики
Большинство общих методов испытаний геомембран, на которые ссылаются во всем мире, принадлежат ASTM International|Американскому обществу по испытаниям и материалам ( ASTM ) из-за их долгой истории в этой деятельности. Более поздние методы испытаний разработаны Международной организацией по стандартизации ( ISO ). Наконец, Институт геосинтетических исследований (GRI) разработал методы испытаний, которые предназначены только для методов испытаний, не рассматриваемых ASTM или ISO. Конечно, отдельные страны и производители часто имеют особые (а иногда и собственные) методы испытаний.
Физические свойства
Основными физическими свойствами геомембран в готовом состоянии являются:
Толщина (гладкий лист, текстурированный, высота неровностей)
Существует ряд механических испытаний, разработанных для определения прочности полимерных листовых материалов. Многие из них были приняты для использования при оценке геомембран. Они представляют собой как контроль качества, так и проектирование, т. е. индексные испытания против эксплуатационных испытаний.
прочность на разрыв и удлинение (индекс, большая ширина, осесимметричность и швы)
Растрескивание под напряжением (постоянная нагрузка и одноточечная нагрузка).
Выносливость
Любое явление, вызывающее разрыв полимерной цепи , разрыв связей, истощение добавок или экстракцию в геомембране, должно рассматриваться как наносящее ущерб ее долгосрочным эксплуатационным характеристикам. В этой связи существует ряд потенциальных проблем. Хотя каждое из них зависит от материала, общая тенденция поведения заключается в том, чтобы геомембрана со временем становилась хрупкой в своем поведении напряжения-деформации. Существует несколько механических свойств, которые следует отслеживать при мониторинге такой долгосрочной деградации: уменьшение удлинения при разрыве, увеличение модуля упругости , увеличение (затем уменьшение) напряжения при разрыве (т. е. прочности) и общая потеря пластичности. Очевидно, что многие физические и механические свойства можно использовать для мониторинга процесса полимерной деградации.
воздействие ультрафиолетового света (лабораторные полевые исследования)
радиоактивная деградация
биологическая деградация (животные, грибки или бактерии)
химическая деградация
термическое поведение (горячее или холодное)
окислительная деградация.
Продолжительность жизни
Геомембраны деградируют достаточно медленно, поэтому их поведение в течение срока службы пока не изучено. Таким образом, ускоренное тестирование , либо под высоким напряжением, либо при повышенных температурах и/или агрессивных жидкостях, является единственным способом определить, как материал будет вести себя в долгосрочной перспективе. Методы прогнозирования срока службы используют следующие способы интерпретации данных:
Испытание на предельное напряжение: метод, применяемый в отрасли труб из полиэтилена высокой плотности в США для определения значения гидростатического проектного напряжения.
Метод оценки 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 и может также включать швы.
Основной механизм сшивания полимерных геомембранных листов заключается во временной реорганизации полимерной структуры (плавлением или размягчением) двух противоположных поверхностей, которые должны быть соединены контролируемым образом, что после приложения давления приводит к склеиванию двух листов. Эта реорганизация является результатом подачи энергии, которая возникает либо в результате термических , либо в результате химических процессов. Эти процессы могут включать добавление дополнительного полимера в область склеивания.
В идеале, сшивание двух листов геомембраны не должно приводить к потере прочности на разрыв между двумя листами, а соединенные листы должны работать как один лист геомембраны. Однако из-за концентрации напряжений, возникающей из-за геометрии шва, современные методы сшивания могут привести к незначительной потере прочности на разрыв и/или удлинения по сравнению с исходным листом. Характеристики сшитой области зависят от типа геомембраны и используемой техники сшивания.
Приложения
Монтаж геомембраны в рамках строительства системы подложки полигона [2]
Геомембраны используются в следующих областях: экология, геотехника, гидравлика, транспорт, а также частное строительство:
В качестве подкладок для питьевой воды
В качестве подкладок для резервной воды (например, для безопасного закрытия ядерных объектов)
В качестве подкладок для жидких отходов (например, осадка сточных вод)
Вкладыши для радиоактивных или опасных жидких отходов
В качестве подкладок для вторичной изоляции подземных резервуаров для хранения
В качестве подкладки для солнечных прудов
В качестве подкладок для солевых растворов
В качестве подкладок для сельскохозяйственной отрасли
В качестве подкладочного материала для аквакультурной отрасли, например, для прудов для разведения рыбы/креветок.
В качестве облицовки водоемов и песчаных бункеров на полях для гольфа
В качестве покрытия для всех типов декоративных и архитектурных прудов.
В качестве облицовки для водопроводных каналов
В качестве облицовки различных каналов для транспортировки отходов
В качестве облицовки для первичных, вторичных и/или третичных полигонов твердых отходов и отвалов
В качестве подкладки для площадок кучного выщелачивания
В качестве крышек (колпаков) для полигонов твердых бытовых отходов
В качестве покрытий для аэробных и анаэробных установок по переработке навоза в сельском хозяйстве.
В качестве покрытия для угольной золы электростанций
В качестве облицовки вертикальных стен: одинарная или двойная с обнаружением утечек
В качестве отсечек в зонированных земляных плотинах для контроля просачивания
В качестве облицовки аварийных водосбросов
В качестве гидроизоляционного покрытия в туннелях и трубопроводах.
В качестве водонепроницаемого покрытия земляных и каменно-набросных плотин
В качестве водонепроницаемого покрытия для бетонных плотин, уплотненных роликом
В качестве водонепроницаемой облицовки для каменных и бетонных плотин
В коффердамах для контроля просачивания
В качестве плавучих резервуаров для контроля просачивания
В качестве плавучих крышек для резервуаров, предотвращающих загрязнение
Для хранения и перевозки жидкостей в грузовиках
Для хранения и транспортировки питьевой воды и других жидкостей в океане
В качестве барьера для запахов со свалок
В качестве барьера для паров (радон, углеводороды и т. д.) под зданиями
Для контроля обширных почв
Для контроля почв, восприимчивых к морозу
Для защиты территорий, подверженных образованию воронок, от текущей воды
Для предотвращения проникновения воды в уязвимые зоны
Для формирования заградительных труб в качестве плотин
Для облицовки структурных опор в качестве временных перемычек
Для направления потока воды по предпочтительным путям
Под автомагистралями для предотвращения загрязнения от противогололедных солей
Под автомагистралями и рядом с ними для сбора опасных жидких утечек
В качестве сдерживающих конструкций для временных надбавок
Для содействия установлению равномерности сжимаемости и проседания подземных пород
Под асфальтовыми покрытиями в качестве гидроизоляционного слоя
Для ограничения потерь от просачивания в существующих надземных резервуарах
Как гибкие формы, где недопустима потеря материала.
^ ab Koerner, RM (2012). Проектирование с использованием геосинтетических материалов (6-е изд.). Xlibris Publishing Co., 914 стр.
^ ab Müller, WW; Saathoff, F. (2015). "Геосинтетика в геоэкологической инженерии". Science and Technology of Advanced Materials . 16 (3): 034605. Bibcode : 2015STAdM..16c4605M. doi : 10.1088/1468-6996/16/3/034605. PMC 5099829. PMID 27877792 .
Дальнейшее чтение
Бюллетень ICOLD 135, Системы геомембранной герметизации для плотин , 2010, Париж, Франция, 464 стр.
Август, Х., Хольцлене, У. и Меггис, Т. (1997), Современные системы облицовки свалок , Thomas Telford Publ., Лондон, 389 стр.
Кейс, У. Б. (1987), Строительство облицовок для резервуаров, цистерн и Фонда контроля за загрязнением , J. Wiley and Sons, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 379 стр.
Роллин, А. и Риго, Дж. М. (1991), Геомембраны: идентификация и эксплуатационные испытания , Chapman and Hall Publ., Лондон, 355 стр.
Мюллер, В. (2007), Геомембраны HDPE в геотехнике , Springer-Verlag Publ., Берлин, 485 стр.
Шарма, HD и Льюис, SP (1994), Системы локализации отходов, стабилизация отходов и свалки , J. Wiley and Sons, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 586 стр.
