ژئوسنتتیک ها و کاربرد آن‌ها در سازه‌های بتنی
امروزه تلاش می‌شود با ابداع فناوری‌های جدید، نیازهای مهندسی را به شکلی کم‌هزینه‌تر و کارآمدتر برآورده کرد. یکی از مواردی که باکیفیت بالا، نصب سریع و ارزش اقتصادی مناسب می‌تواند در زمینه مهندسی عمران و پروژه‌های ساخت‌وساز کاربرد داشته باشد، محصولات ژئوسنتتیک است. این محصولات از پلی‌اتیلن یا مواد پلیمری پلی‌پروپیلن بادوام تولید می‌شوند. از این مواد می‌توان در افزایش مقاومت کششی در سازه‌های بتنی نیز بهره برد.
ژئوسنتتیک چیست؟
ژئوسنتتیک‌ها اجزای مهندسی‌شده در یک سیستم یا ساختار به‌حساب می‌آیند. به‌طورکلی، این محصولات از مواد پلیمری ساخته می‌شوند. Geo به معنای زمین است که نشان‌دهنده خاک است و synthetics (مواد مصنوعی) نشان‌دهنده مواد پلیمری یا مواد مصنوعی است.
از نام این محصولات می‌توان دریافت که به مواد مصنوعی که برای افزایش پایداری خاک یا مصالح دیگر استفاده می‌شوند، ژئوسنتتیک می‌گویند. انواع مختلفی از این محصولات برای اهداف مختلفی مانند تقویت، فیلتراسیون، جداسازی، زهکشی، آب بندی و غیره به کار گرفته می‌شوند.
به‌طورکلی در پروژه‌های ساختمانی مرتبط با خاک از ژئوسنتتیک‌ها استفاده می‌شود. به‌عنوان‌مثال، می‌توان به راه‌سازی، راه‌آهن، سدسازی، هیدرولیک، دیوار حائل، کانال، سازه دریایی، فونداسیون، خاک‌ریزی و غیره اشاره کرد. این محصولات در بتن و سازه‌های بتنی نیز کاربرد دارند. هدف اصلی استفاده از ژئوسنتتیک‌ها، افزایش پایداری یا استحکام خاک و کاهش هزینه ساخت و ساز است.
عملکرد ژئوسنتتیک‌ها
کارکردهای اولیه ژئوسنتتیک‌ها عبارت‌اند از:
- تقویت
- جداسازی
- فیلتراسیون
- زه کشی
- آب بندی
تقویت خاک
عملکرد تقویت خاک، پاسخ بهتر خاک به بارگذاری را تضمین می‌کند، بارگذاری عادی را افزایش می‌دهد و نیروهای برشی مزاحم را نیز محدود می‌کند. در نتیجه می‌توان شیب‌های تند یا خاک‌ریزی با ارتفاع افزایش‌یافته روی خاک نرم ایجاد کرد؛ کاری که درگذشته به آسانی امکان‌پذیر نبود.
جداسازی
ژئوسنتتیک‌ها برای جداسازی خاک‌های غیر مشابه، مفید هستند. این مواد به جلوگیری از اختلاط خاک ضعیف با مواد دانه‌ای باکیفیت (در زمان بارگذاری سازه) کمک می‌کنند. ژئوسنتتیک‌ها به‌عنوان مانعی در برابر مهاجرت ذرات بین دو خاک غیرمشابه عمل می‌کنند. این مزیت در بسیاری از کاربردها مانند روسازی، فیلترهای درجه‌بندی شده، پوشش‌های رسی و آسترها در محل‌های دفن زباله و غیره مورد نیاز است.
فیلتراسیون
ژئوسنتتیک‌ها مانند ژئوتکستایل‌ها اجازه حرکت مایع را در سراسر صفحه ژئوتکستایل می‌دهند و در عین حال خاک را در سمت بالادست حفظ می‌کنند. سازگاری طولانی‌مدت خاک با جریان ژئوتکستایل نیز از این نظر مهم است که فیلتر در طول عمر خود نباید بیش‌ازحد مسدود شود.
زهکشی
عملکرد زهکشی ژئوتکستایل جریان را در صفحه ژئوتکستایل امکان‌پذیر می‌کند. جدا از ژئوتکستایل‌هایی که سیالات را منتقل می‌کنند، امروزه محصولات خاص آن‌ها مانند ژئونت و کامپوزیت، نیازهای زهکشی را برطرف می‌کنند.
آب بندی
این عملکرد با استفاده از ژئوممبران و ژئوتکستایل‌های پوشش داده‌شده با قیر برای آب‌بندی استفاده می‌شود. این قابلیت در بسیاری از کاربردها مانند پوشش کانال، آبگیری مایعات، سدها، دفن زباله‌های شهری و غیره مفید است.
انواع ژئوسنتتیک
ژئوسنتتیک‌ها انواع مختلفی دارند که شامل موارد زیر می‌شود:
- ژئوتکستایل
- ژئوگرید
- ژئوممبران
- ژئوسل
- آسترهای ژئوسنتتیک رسی
- ژئوپایپ
- ژئوفوم
- ژئوکامپوزیت
1. ژئوتکستایل
ژئوتکستایل‌ها محصولات مصنوعی هستند که از پارچه غشایی نازک و محکم تشکیل شده‌اند. جنس این محصولات از موادی مانند پنبه، پشم یا ابریشم و غیره است. ژئوتکستایل‌ها از پارچه‌های منعطف و متخلخل توسط ماشین‌آلات بافندگی استاندارد ساخته می‌شوند. از این محصول در خاک برای جداسازی، تقویت، فیلتراسیون و زهکشی استفاده می‌شود و کاربرد عمده آن‌ها در پروژه‌های راه‌سازی است.
2. ژئوگرید
ژئوگریدها مواد پلیمری هستند که دارای پیکربندی شبکه‌ای یا شبکه‌مانند هستند. ژئوگرید به دلیل پیکربندی شبکه‌مانند خود دارای یک دهانه بزرگ است که به نام دیافراگم شناخته می‌شود. ژئوگریدها برای اهداف تقویتی در خاک استفاده می‌شوند و در جاده‌سازی کاربرد دارند. ژئوگریدها از برخی مواد پلیمری مثل پلی استر، پلی وینیل الکل، پلی‌اتیلن یا پروپیلن تولید می‌شوند.
مواد ژئوگرید توان کششی بالایی دارند و بار را روی سطوح وسیعی از سطح خاک توزیع می‌کنند. این امر باعث افزایش پایداری خاک می‌شود.
3. ژئوممبران
یکی دیگر از انواع محصولات ژئوسنتتیک ژئوممبران است. این مصنوعات، ورقه‌های نازک غیرقابل نفوذی از مواد پلاستیکی هستند که برای پوشش ذخیره‌سازی مواد مایع یا جامد استفاده می‌شوند. ژئوممبران‌ها پرمصرف‌ترین مواد ژئوسنتتیکی هستند. وظیفه اصلی یک ژئوممبران، آب بندی مخازن است. این محصول اجازه عبور بخار و مایع را نمی‌دهد.
کاربردهای ژئوممبران عبارت است از:
- کنترل خاک‌های حساس به سرما
- جلوگیری از نفوذ آب
- ایجاد موانع به‌عنوان سد
- به‌عنوان یک پوشش برای مایع زباله‌های رادیواکتیو یا خطرناک
- به‌عنوان آستر برای حوضچه‌های خورشیدی و غیره
4. ژئوسل
ژئوسل‌ها یکی دیگر از انواع ژئوسنتتیک هستند. ژئوسل ها مواد مصنوعی لانه‌زنبوری سه‌بعدی هستند که با خاک فشرده پر می‌شوند. از ژئوسل‌ها برای کنترل فرسایش، تثبیت خاک، پایداری شیب‌های تند و … استفاده می‌شود.
5. آستر سفالی ژئوسنتتیک
آستر رسی ژئوسنتتیک از یک ماده نفوذناپذیر مانند بنتونیت یا سایر مواد با نفوذپذیری بسیار کم تشکیل شده است که بین دو ژئوتکستایل قرار می‌گیرد. این جدیدترین زیر مجموعه ژئوسنتتیک‌ها است و به‌عنوان مانعی در برابر آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.
6. ژئوفوم
ژئوفوم‌ها بلوک‌های بزرگ سبک وزنی هستند که با پردازش پلی استایرن به فوم ساخته می‌شوند. این یک توده سبک وزن و عایق حرارتی است که برای اهداف مهندسی در خاک مدفون می‌شود.
7. ژئوپیپس
ژئوپیپ‌ها نوعی از مواد ژئوسنتتیکی هستند که از لوله‌های پلیمری سوراخ‌دار یا جامد ساخته شده‌اند و برای زهکشی مایع یا گاز استفاده می‌شوند.
8. ژئوکامپوزیت‌ها
ژئوکامپوزیت‌ها ترکیبی از ژئوتکستایل، ژئوگرید و ژئوممبران هستند. بیشتر ژئوکامپوزیت‌ها در خاک برای جداسازی، تقویت، فیلتراسیون، زهکشی یا مانع استفاده می‌شوند.
نقش ژئوسنتتیک ها در بتن
بتن ساده دارای مقاومت کششی بسیار کم، شکل‌پذیری محدود و مقاومت اندک در برابر ترک است. ترک‌های ریز داخلی به‌طور ذاتی در بتن‌ها وجود دارند و مقاومت کششی ضعیف آن به دلیل انتشار چنین ترک‌های ریزی است که در نهایت منجر به شکست آن می‌شود.
پذیرفته‌شده‌ترین راه‌حل برای این ضعف خمشی بتن، تقویت معمولی آن با فولاد است. اگرچه این روش‌ها استحکام کششی را بالا می‌برند، اما مقاومت کششی ذاتی خود بتن را افزایش نمی‌دهند. همچنین اگر بتن کارایی پایینی داشته باشد، به خصوص در مورد بتن سنگین، آرماتورگذاری و تراکم کارآمد RCC بسیار دشوار است.
در بتن ساده و مواد شکننده مشابه، ترک‌های ساختاری (ریز ترک‌ها) حتی قبل از بارگذاری ایجاد می‌شوند؛ به ویژه به دلیل انقباض، خشک شدن یا دیگر دلایل تغییرات حجمی. با توجه به این امر، برخی تولیدکنندگان از محصولات ژئوسنتتیک برای تقویت سازه‌های بتنی استفاده می‌کنند.
مزیت استفاده از ژئوسنتتیک ها در بتن
در طی تجربیات و آزمایش‌های مختلف، مشخص شده است که افزودن ژئوالیاف های کوچک با فاصله نزدیک و پراکنده یکنواخت به بتن، به‌عنوان ترک‌گیر عمل می‌کند و به‌طور قابل‌توجهی خواص و دینامیکی آن را بهبود می‌بخشد. این نوع بتن، به بتن الیافی شهرت دارد. الیاف پلی‌پروپیلن نیز همین اثر را دارد و بهتر از هر الیاف دیگری عمل می‌کند.
بتن تقویت شده پلی‌پروپیلن را می‌توان به‌عنوان یک ماده مرکب متشکل از مخلوط سیمان، ملات یا بتن و ژئوالیاف ناپیوسته، گسسته و به‌طور یکنواخت تعریف کرد. بتن الیافی، بتن حاوی مواد فیبری است که یکپارچگی ساختاری آن را افزایش می‌دهد. این شامل الیاف گسسته کوتاه است که به‌طور یکنواخت توزیع و به صورت تصادفی جهت‌گیری می‌شود. در درون این الیاف مختلف، ویژگی بتن الیافی با مواد الیافی، هندسه، توزیع، جهت و چگالی متفاوت بتن تغییر می‌کند.
جمع‌بندی
محصولات ژئوسنتتیک از پلیمرها ساخته می‌شوند و کاربرد اصلی آن‌ها در تقویت، جداسازی، فیلتراسیون، زهکشی و آب بندی خاک است. از این محصولات در بتن نیز برای تقویت مقاومت کششی استفاده می‌شود. این محصولات می‌توانند به جای فولاد در سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار بگیرند. برای مشاوره در مورد خرید انواع افزودنی بتن، مواد روان کننده بتن و مواد شیمیایی ساختمانی می توانید با کارشناسان شرکت مهندسی کپکو تماس حاصل فرمایید.
