วัสดุธรณีสังเคราะห์-อุณหภูมิทั่วไปสำหรับวัสดุสังเคราะห์ที่ใช้ในงานวิศวกรรมโยธา
วัสดุธรณีสังเคราะห์
------คำศัพท์ทั่วไปสำหรับวัสดุสังเคราะห์ที่ใช้
ในงานวิศวกรรมโยธา
วัสดุธรณีสังเคราะห์เป็นคำทั่วไปสำหรับวัสดุสังเคราะห์ที่ใช้ในงานวิศวกรรมโยธา เนื่องจากเป็นวัสดุวิศวกรรมโยธาชนิดหนึ่ง จึงทำจากโพลีเมอร์สังเคราะห์เทียม (เช่น พลาสติก เส้นใยสังเคราะห์ ยางสังเคราะห์ ฯลฯ) เป็นวัตถุดิบ และมีการวางผลิตภัณฑ์ประเภทต่างๆ ภายใน บนพื้นผิว หรือระหว่างประเภทต่างๆ ของดินเพื่อเสริมสร้างหรือปกป้องดิน
ข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการประยุกต์ใช้วัสดุธรณีสังเคราะห์แบ่งวัสดุธรณีสังเคราะห์ออกเป็น geotextiles, geomembranes, geosynthetic special materials และ geosynthetic Composite materials ตลอดจนประเภทต่างๆ เช่น geotextiles, ตาข่ายไฟเบอร์กลาส และแผ่น geosynthetic
วัสดุธรณีสังเคราะห์เป็นคำรวมสำหรับผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่ทำจากวัสดุสังเคราะห์ที่ใช้ในวิศวกรรมธรณีเทคนิคและการก่อสร้างทางวิศวกรรมโยธา เนื่องจากส่วนใหญ่จะใช้ในวิศวกรรมธรณีเทคนิค จึงตั้งชื่อว่า "ธรณีสังเคราะห์" เพื่อแยกความแตกต่างจากวัสดุธรรมชาติ วัสดุธรณีสังเคราะห์เคยถูกเรียกว่า "geotextiles" และ "geomembranes" ด้วยความต้องการด้านวิศวกรรม วัสดุประเภทใหม่ๆ ดังกล่าวยังคงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เช่น geogrids geotextiles และ geotextile bags เสื่อ geotextile geotextiles geotextiles คอมโพสิต ผ้าห่มกันน้ำเบนโทไนต์ ตาข่ายระบายน้ำคอมโพสิต ฯลฯ ชื่อเดิมไม่สามารถครอบคลุมได้อย่างแม่นยำอีกต่อไป สินค้าทั้งหมด. ดังนั้นในช่วงเวลาต่อไปนี้จึงเรียกว่า "geotextiles, geotextiles และผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง" แน่นอนว่าชื่อดังกล่าวไม่เหมาะที่จะเป็นศัพท์เทคนิคหรือวิชาการ ดังนั้น ในการประชุมนานาชาติครั้งที่ 5 เกี่ยวกับวัสดุธรณีสังเคราะห์ที่จัดขึ้นที่สิงคโปร์เมื่อปี พ.ศ. 2537 ชื่อของวัสดุประเภทนี้จึงถูกกำหนดอย่างเป็นทางการว่า "วัสดุธรณีสังเคราะห์" วัตถุดิบของวัสดุธรณีสังเคราะห์คือพอลิเมอร์ ทำจากสารเคมีที่สกัดจากถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ หรือหินปูน จากนั้นนำไปแปรรูปเป็นเส้นใยหรือแผ่นวัสดุสังเคราะห์ และสุดท้ายก็กลายเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ โพลีเมอร์ที่ใช้ในการผลิตวัสดุธรณีสังเคราะห์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโพลีเอทิลีน (PE), โพลีเอสเตอร์ (PET), โพลีเอไมด์ (PER), โพรพิลีน (PP) และโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC), โพลีเอทิลีนคลอรีน (CPE), โพลีสไตรีน (EPS) เป็นต้น
ผ้าใยสังเคราะห์
จีโอเมมเบรน
Geogrid แบบสองแกน
จีโอเซลล์
จีโอเนท
คอมโพสิต Geonet
ชื่ออื่นสำหรับ geotextile คือ geotextile ผลิตภัณฑ์ในยุคแรกๆ นั้นหายาก ซึ่งหมายถึงวัสดุคล้ายผ้าที่ใช้ในงานธรณีเทคนิค
กระบวนการผลิต geotextiles เกี่ยวข้องกับการแปรรูปวัตถุดิบโพลีเมอร์ในขั้นแรกให้เป็นไหม เส้นใยสั้น เส้นด้ายหรือแถบ จากนั้นจึงสร้าง geotextiles ที่มีโครงสร้างเรียบ Geotextiles สามารถแบ่งออกเป็น geotextiles แบบทอและ geotextiles ไม่ทอตามวิธีการผลิต geotextiles สิ่งทอประกอบด้วยสองชุดขนานกันของด้ายยืนและเส้นพุ่งที่ทอแบบตั้งฉากหรือแนวทแยง ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอทำโดยการจัดเรียงเส้นใยโดยตรงหรือสุ่มแล้วแปรรูป ตามวิธีการเชื่อมต่อไฟเบอร์ที่แตกต่างกัน มีวิธีการเชื่อมต่อสามประเภท: การเชื่อมต่อทางเคมี (กาว) การเชื่อมต่อความร้อน และการเชื่อมต่อทางกล
ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของ geotextiles คือ น้ำหนักเบา ความต่อเนื่องโดยรวมที่ดี (สามารถทำให้เป็นพื้นที่ขนาดใหญ่โดยรวมได้) โครงสร้างที่สะดวก ความต้านทานแรงดึงสูง ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี และความต้านทานการกัดกร่อนของจุลินทรีย์ ข้อเสียคือหากไม่มีการดูแลเป็นพิเศษ ความสามารถในการป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตจะต่ำ หากสัมผัสกับภายนอกก็อาจแก่ได้ง่ายภายใต้รังสีอัลตราไวโอเลตโดยตรง แต่หากไม่สัมผัสโดยตรง การต่อต้านวัยและความทนทานก็ยังคงสูง
โดยทั่วไป Geomembranes สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: แอสฟัลต์และโพลีเมอร์ (โพลีเมอร์สังเคราะห์) Geomembranes ที่มีแอสฟัลต์ส่วนใหญ่เป็นวัสดุคอมโพสิต (รวมถึง geotextile แบบทอหรือไม่ทอ) โดยมีแอสฟัลต์ที่ใช้เป็นสารยึดเกาะแบบเปียก โพลีเมอร์ geomembranes แบ่งออกเป็น geomembranes พลาสติก geomembranes ยืดหยุ่น และ geomembranes คอมโพสิตตามวัสดุหลักที่แตกต่างกัน
แนวทางปฏิบัติทางวิศวกรรมจำนวนมากแสดงให้เห็นว่า geomembranes มีความสามารถในการซึมผ่านที่ดี ความยืดหยุ่นที่แข็งแกร่ง และการปรับตัวต่อการเสียรูป เหมาะสำหรับสภาพการก่อสร้างและความเครียดในการทำงานที่แตกต่างกัน และมีความต้านทานการเสื่อมสภาพที่ดี ความทนทานของ geomembranes ในสภาพแวดล้อมใต้น้ำและดินมีความโดดเด่นเป็นพิเศษ Geomembranes มีคุณสมบัติป้องกันการซึมและกันน้ำได้ดีเยี่ยม
ความหนาแน่น: ความหนาแน่นขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ในการผลิต และแม้ว่าโพลีเมอร์ที่ใช้ในการผลิต geomembranes จะอยู่ในประเภทเดียวกัน แต่ก็มักจะมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น วัสดุโพลีเอทิลีนสามารถจำแนกได้เป็นประเภทต่างๆ เช่น ความหนาแน่นต่ำพิเศษ ความหนาแน่นต่ำ ความหนาแน่นปานกลาง และความหนาแน่นสูง ส่งผลให้ความหนาแน่นของ geomembranes PE แตกต่างกัน ช่วงความหนาแน่นของโพลีเมอร์ geomembrane อยู่ที่ประมาณ 0.85 มก./ลิตร ถึง 1.50 มก./ลิตร และความหนาแน่นที่ใช้โดยทั่วไปในทางวิศวกรรมโดยทั่วไปจะสูงกว่า 0.94 มก./ลิตร
ความหนา: ความหนาหมายถึงระยะห่างระหว่างด้านบนและด้านล่างของเมมเบรนภายใต้ความดันปกติที่ 20kPa สำหรับ geomembranes แบบเรียบ (ไม่มีลายนูนหรือลวดลายบนพื้นผิว) วิธีการวัดความหนาจะคล้ายกับวิธี geotextiles แต่ควรใช้ไมโครมิเตอร์ที่มีความแม่นยำมากกว่าในการวัด แต่ละตัวอย่างควรได้รับการวัดอย่างน้อยสามตำแหน่งที่แตกต่างกัน และควรใช้ค่าเฉลี่ยเป็นความหนาของ geomembrane คอมโพสิต PE
Geogrid เป็นวัสดุธรณีสังเคราะห์ที่สำคัญ ซึ่งมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลเฉพาะตัวเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุธรณีสังเคราะห์อื่นๆ Geogrids มักใช้เป็นวัสดุเสริมแรงสำหรับโครงสร้างดินเสริมแรงหรือวัสดุคอมโพสิต Geogrids แบ่งออกเป็นสองประเภท: ใยแก้วและเส้นใยโพลีเอสเตอร์
พลาสติก
geogrid ประเภทนี้เป็นวัสดุตาข่ายโพลีเมอร์ที่มีรูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือสี่เหลี่ยมที่เกิดขึ้นจากการยืด ซึ่งสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทตามทิศทางการยืดที่แตกต่างกันในระหว่างการผลิต: การยืดแบบทิศทางเดียวและการยืดแบบสองแกน มันถูกเจาะบนแผ่นโพลีเมอร์ (ส่วนใหญ่ทำจากโพลีโพรพีลีนหรือโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง) ที่ได้รับการอัดขึ้นรูป จากนั้นนำไปยืดตามทิศทางภายใต้สภาวะความร้อน
ตารางยืดแบบทิศทางเดียวจะทำได้โดยการยืดตามทิศทางความยาวของแผ่นเท่านั้น ในขณะที่ตารางยืดแบบสองแกนจะทำโดยการยืดตารางยืดแบบทิศทางเดียวต่อไปในทิศทางที่ตั้งฉากกับความยาว
เนื่องจากการจัดเรียงใหม่และการวางแนวของโพลีเมอร์โพลีเมอร์ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนและการยืดตัวในการผลิต geogrid แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโซ่โมเลกุลจึงแข็งแกร่งขึ้น ซึ่งบรรลุเป้าหมายในการปรับปรุงความแข็งแรงของพวกมัน การยืดตัวของมันเป็นเพียง 10% ถึง 15% ของกระดานเดิม หากเพิ่มวัสดุต่อต้านริ้วรอย เช่น คาร์บอนแบล็ค ลงใน geogrid จะมีความทนทานดีกว่า เช่น ทนต่อกรด ต้านทานด่าง ต้านทานการกัดกร่อน และต้านทานการเสื่อมสภาพ
คลาสไฟเบอร์กลาส
Geogrid ประเภทนี้ทำจากใยแก้วที่มีความแข็งแรงสูง บางครั้งผสมผสานกับกาวตรวจจับแรงกดในตัวและการเคลือบแอสฟัลต์บนพื้นผิว เพื่อผสานรวม geogrid และผิวทางแอสฟัลต์อย่างแน่นหนา เนื่องจากแรงประสานที่เพิ่มขึ้นระหว่างวัสดุดินและหินภายในตาราง geogrid ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างสิ่งเหล่านั้นจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก (สูงถึง 0.8-1.0) ความต้านทานการดึงออกของ geogrid ที่ฝังอยู่ในดินเพิ่มขึ้นอย่างมากเนื่องจากแรงเสียดทานและแรงกัดที่รุนแรงระหว่าง geogrid และดิน ทำให้เป็นวัสดุเสริมแรงที่ดี
ในเวลาเดียวกัน geogrid เป็นวัสดุตาข่ายแบนที่มีน้ำหนักเบาและยืดหยุ่นได้ ซึ่งง่ายต่อการตัดและเชื่อมต่อที่ไซต์งาน และยังสามารถทับซ้อนกันและทับซ้อนกันได้อีกด้วย ง่ายต่อการก่อสร้างและไม่ต้องใช้เครื่องจักรก่อสร้างพิเศษหรือบุคลากรด้านเทคนิคมืออาชีพ
ถุง Geomembrane 1 ใบ
ถุง Geomembrane เป็นวัสดุคล้ายถุงต่อเนื่อง (หรือแยกชิ้น) ผลิตจากผ้าใยสังเคราะห์โพลีเมอร์ไรซ์สองชั้น ใช้ปั๊มแรงดันสูงเทคอนกรีตหรือปูนลงในถุง ขึ้นรูปเป็นแผ่นหรือโครงสร้างรูปทรงอื่นๆ มักใช้ในการป้องกันความลาดชันหรือโครงการปรับปรุงฐานรากอื่นๆ ถุงเมมเบรนแบ่งออกเป็นสองประเภทตามวัสดุและเทคนิคการประมวลผล: ถุงเมมเบรนแบบกลไกและแบบธรรมดา ถุงเมมเบรนแบบยานยนต์สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทตามการมีหรือไม่มีจุดระบายน้ำสำหรับการกรอง และรูปร่างหลังอัตราเงินเฟ้อ: ถุงเมมเบรนจุดระบายน้ำกรอง ถุงเมมเบรนจุดระบายน้ำแบบไม่กรอง ถุงเมมเบรนคอนกรีตจุดระบายน้ำไม่ และเมมเบรนชนิดบล็อกบานพับ .
2.จีโอเน็ท
Geonet เป็นเครือข่ายของวัสดุธรณีสังเคราะห์ที่มีรูพรุนขนาดใหญ่และมีความแข็งสูงในโครงสร้างระนาบหรือสามมิติ ทอจากแถบวัสดุสังเคราะห์ เส้นหยาบ หรือกดด้วยเรซินสังเคราะห์ ใช้สำหรับชั้นรองพื้นเสริมแรงแบบอ่อน การป้องกันความลาดเอียง การปลูกหญ้า และเป็นพื้นผิวสำหรับการผลิตวัสดุธรณีเทคนิคคอมโพสิต
3. เสื่อ Geomesh และห้อง geogrid
แผ่น Geomesh และ geogrids เป็นโครงสร้างสามมิติที่ทำจากวัสดุสังเคราะห์เป็นพิเศษ แบบแรกส่วนใหญ่เป็นเบาะตาข่ายโพลีเมอร์สามมิติที่ซึมผ่านได้ซึ่งประกอบด้วยเส้นใยยาว ในขณะที่แบบหลังเป็นรังผึ้งหรือตารางเหมือนโครงสร้างสามมิติที่ประกอบด้วย geotextiles, geogrids หรือ geomembranes และโพลีเมอร์แถบ มักใช้สำหรับการป้องกันการกัดเซาะและวิศวกรรมการป้องกันดิน Geocells ที่มีความแข็งสูงและความสามารถในการกักขังด้านข้างมักใช้ในชั้นเบาะเสริม เตียงถนน หรือเตียงราง
4.โฟมโพลีสไตรีน (EPS)
โฟมโพลีสไตรีน (EPS) เป็นวัสดุธรณีสังเคราะห์น้ำหนักเบาพิเศษที่พัฒนาขึ้น มันถูกสร้างขึ้นโดยการเติมสารทำให้เกิดฟองลงในโพลีสไตรีน จากนั้นจึงเกิดฟองล่วงหน้าตามความหนาแน่นที่ระบุ จากนั้นทำให้อนุภาคโฟมแห้งในไซโล ก่อนที่จะบรรจุลงในแม่พิมพ์และให้ความร้อน EPS มีข้อดีคือ มีน้ำหนักเบา ทนความร้อน สมรรถนะการรับแรงอัดที่ดี การดูดซึมน้ำต่ำ และคุณสมบัติในการรองรับตัวเองได้ดี และมักใช้เป็นสารตัวเติมสำหรับคันดินทางรถไฟ
Geotextiles, geomembranes, geogrids และวัสดุธรณีสังเคราะห์พิเศษบางชนิดเกิดขึ้นจากการรวมวัสดุตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปเพื่อสร้างเป็นวัสดุธรณีสังเคราะห์ วัสดุจีโอคอมโพสิตสามารถรวมคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองความต้องการของวิศวกรรมเฉพาะได้ดียิ่งขึ้น และสามารถมีบทบาทหน้าที่ได้หลากหลาย geotextile คอมโพสิตคือการรวมกันของ geotextile และ geotextile ที่ทำขึ้นตามข้อกำหนดบางประการ
ในหมู่พวกเขา geotextile ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับป้องกันการซึม และ geotextile มีบทบาทในการเสริมแรง การระบายน้ำ และเพิ่มแรงเสียดทานระหว่าง geotextile และพื้นผิวดิน อีกตัวอย่างหนึ่งคือวัสดุระบายน้ำคอมโพสิต geotextile ซึ่งเป็นวัสดุระบายน้ำที่ประกอบด้วย geotextiles ไม่ทอ ตาข่าย geotextile แผ่นเยื่อ geotextile หรือวัสดุแกนสังเคราะห์ที่มีรูปร่างแตกต่างกัน ใช้สำหรับการบำบัดรวมการระบายน้ำแบบฐานรากแบบอ่อน การระบายน้ำตามยาวและตามขวางของพื้นถนน ท่อระบายน้ำใต้ดินในอาคาร บ่อรวบรวม การระบายน้ำที่ผนังของอาคารรองรับ การระบายน้ำในอุโมงค์ สิ่งอำนวยความสะดวกการระบายน้ำของเขื่อน ฯลฯ แผ่นระบายน้ำพลาสติกที่ใช้กันทั่วไปในงานวิศวกรรมถนน เป็นวัสดุระบายน้ำคอมโพสิตธรณีสังเคราะห์ชนิดหนึ่ง
วัสดุคอมโพสิตธรณีสังเคราะห์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับถนนในต่างประเทศ ได้แก่ ผ้าป้องกันการแตกร้าวโพลีเอสเตอร์ไฟเบอร์กลาสและผ้าป้องกันการแตกร้าวเสริมด้วยวิปริตถัก สามารถยืดอายุการใช้งานของถนน ลดต้นทุนการซ่อมแซมและบำรุงรักษาได้อย่างมาก จากมุมมองของผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจในระยะยาว จีนจำเป็นต้องนำมาใช้และส่งเสริมวัสดุคอมโพสิตธรณีสังเคราะห์อย่างแข็งขัน
วัสดุธรณีสังเคราะห์มีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันสำหรับผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน และสามารถนำไปใช้ในสาขาวิศวกรรมต่างๆ ได้
สาขาที่มีการนำไปใช้ ได้แก่ วิศวกรรมธรณีเทคนิค วิศวกรรมโยธา วิศวกรรมอนุรักษ์น้ำ วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม วิศวกรรมการขนส่ง วิศวกรรมเทศบาล และวิศวกรรมการถมที่ดิน
ในแง่ของการป้องกัน:
การพังทลายของดินเป็นกระบวนการทางธรรมชาติที่เกิดจากแรงไฮดรอลิกและแรงลม โดยมีปัจจัยที่มีอิทธิพลมากมาย เช่น ดิน พืชพรรณ และภูมิประเทศ ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ กิจกรรมของมนุษย์ยังสามารถเร่งกระบวนการนี้ได้ หากผลกระทบจากการกัดเซาะไม่ได้รับการรักษาอย่างเหมาะสม อาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างมากต่ออาคารที่มีอยู่และสิ่งแวดล้อม
ในแง่ของการควบคุมการพังทลายของดิน ธรณีสังเคราะห์สามารถนำไปใช้กับการป้องกันความลาดชัน การป้องกันช่องทางการลำเลียงน้ำ การป้องกันแนวชายฝั่ง การถมดินโคลน การฟื้นฟูพืชพรรณ เครือข่ายการป้องกันหินถล่ม และการก่อสร้างเขื่อนควบคุมน้ำท่วม ตามลักษณะของโครงการและเงื่อนไขของไซต์ วิศวกรรมการควบคุมการกัดเซาะอาจเกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์วัสดุธรณีสังเคราะห์หนึ่งรายการขึ้นไป
ในงานวิศวกรรมการป้องกันทางลาด นอกเหนือจากการใช้วัสดุธรณีสังเคราะห์แล้ว ตะปูดินและแม้แต่แท่งยึดหินก็เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพของระบบป้องกัน ในบางกรณี ถุง geotextile ที่เต็มไปด้วยปูนหนักยังใช้เพื่อยึดพื้นผิวป้องกัน และเมล็ดหญ้าจะถูกแทรกเข้าไปในช่องว่างของโครงสร้างป้องกันเพื่อปลูกพืชผักและป้องกันการพังทลายของดิน
