Join Us

شبكات البوليمر الجغرافية: مراجعة للمواد والتصميم و ...

Author: Jeremiah

Jan. 27, 2025

Hardware

الشبكات الجيوسياسية البوليمرية: مراجعة للمواد والتصميم و ...

```html

الشبكات الجغرافية هي فئة من المواد الجيوسنثيتية المصنوعة من مواد البوليمر والتي تتمتع بتطبيقات واسعة في النقل والبنية التحتية والهياكل. تستخدم الشبكات الجغرافية الآن بشكل روتيني في تطبيقات تثبيت التربة، بدءًا من تعزيز الجدران إلى تعزيز التربة تحت درجة الأرض أو السدود مع زيادة الإمكانية لتطبيقات الاستشعار عن بعد. لقد سمحت التطورات في إجراءات التصنيع بتصنيع تصاميم شبكات جغرافية جديدة بأشكال مختلفة، بما في ذلك التكوينات أحادية المحور وثنائية المحور وثلاثية المحور. توفر مرونة التصميم إمكانية التوزيع بناءً على سعة الحمل المطلوبة، حيث يمكن دمج الشبكات الجغرافية ثنائية المحور عند تطبيق الأحمال في كلا الاتجاهين الرئيسيين. من ناحية أخرى، توفر الشبكات الجغرافية أحادية المحور قوة أعلى في اتجاه واحد وتستخدم للجدران المدعمة ميكانيكيًا. مؤخرًا، تم اقتراح الشبكات الجغرافية ثلاثية المحور، التي تقدم قدرة تحميل شبه متساوية في اتجاهات متعددة، لتعزيز أساس الدورات. توفر مجموعة متنوعة من الهياكل والبوليمرات وعلم هندسة مواد الشبكات الجغرافية للمهندسين والمصممين العديد من الخيارات للتطبيقات الجديدة. ومع ذلك، فإنها تخلق أيضًا تعقيدًا من حيث الاختيار والتوصيف والدوام على المدى الطويل. في هذه المراجعة، يتم تقديم التقدم والفهم الحالي لمواد الشبكات الجغرافية وتطبيقاتها حتى الآن. يتم تقديم تحليل نقدي لمختلف أنظمة الشبكات الجغرافية، وخصائصها الفيزيائية والكيميائية مع التركيز على كيف تؤثر هذه الخصائص على الخصائص قصيرة وطويلة المدى. تستكشف المراجعة النهج المتبعة لتوصيف السلوك الميكانيكي وكيف تم تطبيق الأساليب الحاسوبية مؤخرًا لتعزيز فهمنا كيفية أداء هذه المواد في الميدان. أخيرًا، يتم تقديم التطبيقات الحديثة لظروف الأساس الاستشعار عن بعد ودمج الشبكات الجغرافية في المواد المركبة.

لمزيد من المعلومات، يرجى 2. الخصائص الفيزيائية والهندسية

تعتمد خصائص الشبكة الجغرافية على التكوين الهندسي وخصائص المواد المستخدمة في تصنيع الشبكة. تتأثر الخصائص الميكانيكية بشكل كبير بالشبكة الهندسية، والتي تشمل حجم الفتحة، ونسبة المنطقة المفتوحة، والسماكة. يجب أن يكون حجم الفتحة كبيرًا بما فيه الكفاية حتى تتمكن الحبيبات والتربة من التداخل والارتباط بالشبكة الجغرافية. يوفر الترابط بين الشبكة الجغرافية والتربة المحيطة السلوك المركب المطلوب لتثبيت التربة. عادة، تكون نسبة المنطقة المفتوحة للشبكة الجغرافية حوالي 50% [11]. تنطبق سماكة الشبكة على كل من سماكة الأضلاع وسماكة الوصلات، والتي يجب أن تكون سميكة بما فيه الكفاية وذات صلابة كافية للسماح بعبور التربة المحيطة أو الحجر أو مواد جيولوجية أخرى [11]. عادة ما تكون الوصلات في الشبكة الجغرافية أكثر سمكًا من الأضلاع. الخصائص الفيزيائية للشبكة الجغرافية، مثل الزحف، ومعامل الشد، وقوة الوصلات، والصلابة الانحنائية ( ASTM D ) هي أيضًا موضع اهتمام لتلبية متطلبات التصميم والصلاحية [12، 13]. تصبح معامل الشد العليا للشبكة الجغرافية أكثر أهمية عندما تكون ظروف التحميل أكثر فورية [14]. بالإضافة إلى قوة الأضلاع، تعتبر قوة الوصلات أيضًا معلمة يُنظر إليها عادةً كمؤشر على جودة التصنيع ويمكن أن توفر معلومات حول استقرار الشبكة وقدرتها على تعزيز الشد [15]. الصلابة الانحنائية هي مقاومة الشبكة الجغرافية أثناء الانحناء وتعد مؤشرًا جيدًا على ميول الشبكة للطي أو التجاعيد [11].

تؤثر شكل الفتحة في الشبكات الجغرافية بشكل كبير على سلوكها الميكانيكي وخصائصها. تم اختبار عينات من الشبكة الجغرافية المصنوعة من خيوط البوليستر عالية القوة والمغطاة بالكلوريد متعدد الفينيل (PVC) والمعالجة عند 180 درجة مئوية وخمسة أحجام مختلفة للفتح لتحديد تأثير حجم الفتحة والتربة على مقاومة السحب لمادة الشبكة الجغرافية [16]. أدى حجم الفتحة الأصغر إلى تداخل غير مناسب بين التربة والشبكة الجغرافية، مما أدى إلى نتائج غير موزعة بشكل كبير. عند حجم الفتحة الأكبر، تقل القوة الاحتكاكية بين التربة والشبكة الجغرافية. وقد أدت كل من الحالتين extremes إلى تقليل مقاومة السحب. ومع ذلك، تم تحقيق أكبر مقاومة سحب في التربة ذات أكبر حجم جزيئي بسبب الزيادة في التداخل. بالإضافة إلى ذلك، كانت مقاومة السحب أكثر تأثراً بكثافة الأضلاع في الاتجاه العرضي [16]. تظهر النتائج علاقة مباشرة بين حجم الفتحة ونتائج اختبار السحب [17]. يتم تحقيق الحد الأقصى للتفاعل بين الشبكة الجغرافية والتربة عندما يكون حجم الفتحة مماثلاً لحجم حبيبات التربة [18]. تم دراسة خصائص أربعة أنواع مختلفة من مواد الشبكة الجغرافية ثنائية المحور المستخدمة لتثبيت أساس الرصف باستخدام اختبارات الرصف المتسارعة (APT) لاختبار السحب والقص. توفر APT القدرة على إجراء الاختبارات في فترة زمنية قصيرة وتحديد ظروف التحميل والبيئة. وجدت الدراسة أن السمات الأساسية للشبكة الجغرافية، عند اختيار الشبكة الجغرافية، كانت أبعاد الفتحة، وقوة الشبكة الجغرافية، وقوة العقدة، ومقاومة الانحناء [17]. تم الإبلاغ عن خصائص مواد الشبكة الجغرافية الميكانيكية ذات الفتحات المستطيلة والمثلثة في الأدب [16،19،20،21،22،23،24]. تُظهر الشكل 1 الشبكات الجغرافية النموذجية ذات الفتحات المستطيلة والمثلثة. وُجد أنه في الشبكات الجغرافية ذات الفتحات المستطيلة، تعتمد قوة الشد والصلابة على الاتجاه. حيث تفرض الأحمال أحادية المحور بالنسبة إلى اتجاه الأضلاع القوة الملحوظة. تم تحقيق خصائص شد أعلى عند تحميل الشبكة الجغرافية إما في الاتجاه الآلي أو العرضي. تنخفض قوة الشد عند توجيه الحمل بعيدًا عن هذه الاتجاهات. من ناحية أخرى، تحمل الشبكات الجغرافية ذات الفتحات المثلثة الحمل بشكل متساوي في جميع اتجاهات التحميل (الجدول 2). علاوة على ذلك، أظهرت الشبكات الجغرافية ذات الفتحات المثلثة توزيعًا أفضل للضغوط مقارنةً بالشبكات الجغرافية ذات الفتحات المستطيلة. وبالتالي، تظهر الشبكة الجغرافية ذات الفتحة المثلثة أنها أكثر كفاءة في تحمل الضغوط الجانبية التي لا تتماشى مع الاتجاهات الرئيسية. تزداد الصلابة الظاهرة بسبب الأضلاع الموجودة في مستويات مختلفة [20].

الشكل 1.

فتح في علامة تبويب جديدة

مجموعة متنوعة من المواد الشبكية الجغرافية التي يتم إنتاجها.

جدول 2.

الخصائص النموذجية من مصنع رائد للشبكات الجغرافية 1 تظهر تباين الخصائص عبر فئات المواد المختلفة.

الخاصية أحادية المحور ثنائية المحور ثلاثية المحور
خصائص المؤشر منخفض عالٍ منخفض
خطوت الدفع (مم) 25 33 33
عمق أو سماكة الأضلاع الوسطى (مم) 0.76 1.27 1.2
عرض الأضلاع الوسطى (مم) 0.4 1.2
شكل الفتحة تحقيق خصائص شد أعلى في الاتجاه الآلي فقط. تحقيق خصائص شد أعلى عند التحميل في الاتجاه الآلي أو العرضي. تحمل الأحمال بشكل متساوي في جميع الاتجاهات.
قوة الشد عند 5% إجهاد (كجم/م) 14 95 8.5
قوة الشد القصوى (كجم/م) 35 210 12.4
الاستدامة الهيكلية والنزاهة كفاءة العقدة (%) 93 93 93
صلابة الانحناء (مج-سم) 350,000 9,500,000 250,000
مقاومة لتدهور UV (%) 1 95 95 100

إن الشبكات الجغرافية ثلاثية المحور تزداد شهرة بسبب سلوكها شبه المتساوي مقارنة بالشبكات أحادية المحور وثنائية المحور. تم اختبار الشبكة الجغرافية المثلثة المعززة للأساس فوق أساس ضعيف ضد عينة تربة غير معززة تحت التحميل الدوري [23]. وُجد أن التربة المعززة بالشبكة الجغرافية المثلثة حققت نسبة فوائد مرورية أعلى. تم ملاحظة زيادة في نسبة فوائد المرور عند استخدام الشبكة الجغرافية الثقيلة. علاوة على ذلك، انخفض الضغط العمودي الأقصى والتشوهات الدائمة في التربة مع تعزيز الشبكة الجغرافية المثلثة. كانت الضغوط موزعة بشكل أكثر تساويًا بين التربة والشبكة الجغرافية [23].

2.1. الوصلات والارتباطات

نقطة الوصل في الشبكة الجغرافية هي منطقة حرجة حيث يمكن تضخيم تراكيز الضغط. إنها موقع الانتقال السميك مقارنة بالأضلاع ومنطقة قد تبدأ فيها الفشل. أيضًا، في العديد من عمليات التصنيع، قد لا يكون عملية البثق التي تعزز الأضلاع من خلال ترتيب سلاسل البوليمر سارية في أماكن الوصلات. أظهرت دراسة تجريبية أجريت لدراسة الاستجابة الشد للصعوبات الشبكية الجغرافية ثنائية المحور مع الوصلات المدمجة والملحومة تحت التحميل ثنائي المحور زيادة في صلابة الشبكة الجغرافية عندما تم تحميلها ثنائي المحور مقارنة بالتحميل أحادي المحور. يمكن ربط هذه الملاحظة باستجابة الوصلات تحت الضغوط والتوترات الخارجية الأساسية والمتعامدة بسبب نسبة بواسون وإعادة ترتيب الجزيئات غير المتجانسة عند العقد [25،26]. أجريت دراسة مماثلة لتقييم تصميم الشبكات الجغرافية ومعايير المواصفات، وتم تقديم توصيات [27]. في هذه الدراسة، تم تقديم تقنيات الاختبار لوصف سلوك الشد لأضلاع الشبكات الجغرافية والوصلات الخاضعة لأحمال الشد أحادية المحور وثنائية المحور. أظهرت اختبارات معدل التوتر الثابت (CRS) ثنائية المحور صلابة أعلى من اختبارات CRS أحادية المحور. أظهرت اختبارات التحميل المستمرة أحادية المحور صلابة أعلى من اختبارات التحميل المستمرة ثنائية المحور؛ لذا، قد لا تعكس اختبارات الشد بالكامل سلوك المواد [27]. كما أُجريت تجارب الشد، وأظهرت أن الفشل في توتر الشبكات الجغرافية حدث بشكل أساسي بواسطة تمزق العقد والحواف بدلاً من الأضلاع بسبب تفاوت المواد في الجودة [28]. تُعتبر هذه الارتباطات عاملًا مقيّدًا في القوة. يمكن تحقيق ارتباط الشبكة الجغرافية إما عن طريق آليات التداخل/الاحتكاك أو عن طريق الربط الميكانيكي للشبكات الجغرافية [29]. تعتمد الارتباطات الاحتكاكية أساسًا على القوة القصية للشبكة الجغرافية. في حين أن الربط الميكانيكي يتضمن إضافة عناصر إضافية لتحسين الصلابة الهيكلية وغالبًا ما يستخدم في الجدران التي تحافظ على التربة [30]. يتم تصميم الارتباط أو الاتصال الاحتكاكي لضمان أطوال تداخل صحيحة وكافية. يتم تنظيم طول التداخل حسب تفاعل سلوك التربة مع الشبكة الجغرافية، والذي يمكن تحديده تجريبيًا من خلال اختبارات السحب. يعتمد طول التداخل بشكل رئيسي على نوع التربة/قيمة القدرة التحملية في كاليفورنيا (CBR) لتعزيز الأساس. تكون الوصلات من نوع Bodkin عبارة عن قضبان سلكية على شكل خنجر للتواصل بين الشبكات الجغرافية، وتعتبر أكثر أنواع الوصلات الميكانيكية كفاءة في توفير نقل الحمل الكامل بين كلا جانبي الشبكات الجغرافية [29].

2.2. تأثير اتجاه التحميل

تتميز الشبكات الجغرافية ثنائية المحور عادةً بخصائص الاتجاه الآلي والعرضي نظرًا لأن الأضلاع موجهة بزاوية قائمة مع بعضها. في التطبيقات العملية، مثل مواقف السيارات وحركة المرور في مواقع البناء، تكون الضغوط المطبقة خارجيًا متعددة الاتجاهات. لا تتطابق الضغوط الرئيسة مع اتجاه الأضلاع ثنائية المحور كما هو مصمم. لذلك، من الضروري النظر إلى استجابة الشبكة الجغرافية ثنائية المحور عند تعرضها لأحمال الشد المطبقة في اتجاهات الأضلاع المتعامدة وكذلك الأحمال المطبقة في اتجاهات لا تتوافق مع اتجاهات الأضلاع [31]. تم إجراء مقارنة من قبل المؤلفين للتحقيق في منتجات الشبكة الجغرافية من أحد الشركات المصنعة ذات الحجم الكبير التي تنتج منتجات مختلفة لقطاعات السوق المختلفة. يوضح الجدول 2 مجموعة من الخصائص والخصائص للشبكات الجغرافية أحادية المحور وثنائية المحور وثلاثية المحور من هذا المورد الواحد. تتفق القيم المبلغ عنها مع دراسة عددية أجريت لدراسة سلوك الشبكات الجغرافية ثنائية المحور عندما تعرضت لأحمال الشد الموجهة في اتجاهات مختلفة [31]. لوحظ أن الشبكة الجغرافية أظهرت أقل قوة شد وصلابة عند تحميلها بزاوية 45 درجة على الاتجاه الآلي، كما هو موضح في الشكل 2 [31]. سيتم مناقشة الشبكات الجغرافية ثلاثية المحور في وقت لاحق في هذا الفصل وتظهر استجابة أكثر شبه متساوية.

الشكل 2.

فتح في علامة تبويب جديدة

قوة الشد القصوى (كجم/م) للعناصر المختبرة من الشبكات الجغرافية حول 360 درجة من اتجاهات التحميل، مرجع [31].

أظهرت التحقيقات العددية التي أجريت باستخدام تحليل العناصر المحدودة على الشبكات الجغرافية ثنائية المحور بالدعامة باستخدام عناصر الدعامة والأنموذج الأرتوديناميكي والمتساوي، نفس خصائص القوة والصلابة في جميع الاتجاهات باستخدام نموذج متساوي [32]. في حين، يظهر نموذج الغشاء العمودي نفس القوة والصلابة فقط في اتجاهين عموديين. في نموذج عنصر الدعامة، تم نمذجة الشبكة الجغرافية ثنائية المحور باستخدام عناصر الدعامة. لم يكن هناك تباين ملحوظ بين نهجي النمذجة الثلاثة فيما يتعلق بنسبة تركيز الضغط والاستقرار التربة. كانت نتائج الطريقة الأرتوديناميكية مشابهة لنتائج طريقة عنصر الدعامة، بينما كانت نتائج الطريقة المتساوية أعلى للقوة القصوى للشد. علاوة على ذلك، أدى زيادة المسافة بين الدعامات، وارتفاع السد، ومؤشر الضغط للتربة إلى تحسين قوة الشد الظاهرة للشبكة الجغرافية [32]. لوحظ أن المسافة بين الدعامات لها التأثير الأكبر. ينتج ذلك عن حدوث أقصى شد للشبكة الجغرافية عند حافة الدعامة بدلاً من وسط المسافة بين الدعائم.

2.3. تأثيرات الأكسدة، ودرجة الحرارة، والضغط

تتعرض الشبكات الجغرافية لتقلبات حرارية مختلفة عند مرافق التخزين، وعند الموقع في انتظار التركيب، أو في مكانها. تشمل هذه التقلبات الحرارية التعرض لأشعة الشمس ودورات التجميد/الذوبان. علاوة على ذلك، تخضع الشبكات الجغرافية عادةً لمستويات مختلفة من الضغط العادي بسبب تقلبات الحمل، والنقل، والتوسع، أو التقلص بسبب تقلبات الحرارة. نتيجة لذلك، كانت سلوك الشبكات الجغرافية المعرضة لدرجات الحرارة والضغط موضع اهتمام كبير [33،34،35،36]. تم دراسة مقاومة الأكسدة في الشبكات الجغرافية عند درجات حرارة وضغوط مختلفة باستخدام أوقات تقدير متعددة عن طريق قياس مؤشر انصهار الشبكات الجغرافية وخصائص الشد. مؤشر الانصهار هو نهج نوعي لتقييم وزن جزيئات البوليمر ويمكن استخدامه لمراقبة التغيرات في الوزن الجزيئي بسبب الأكسدة. تم استخدام نوعين مختلفين من الشبكات الجغرافية أحادية المحور في التجربة، حيث كانت إحداها تحتوي على وزن وحدة أعلى وحجم فتحة أصغر في كلا الاتجاهين. في الاختبارات الأولى، تم زيادة درجة الحرارة مع الحفاظ على الضغط دون تغيير (عند الضغط الجوي). في هذه السلسلة، تم استخدام كلا النوعين من الشبكات الجغرافية، وتمت ملاحظة أن زيادة درجة الحرارة عند أعمار مختلفة لم تؤثر على سلوك الشد أو على مؤشر الانصهار لكلا النوعين من الشبكات الجغرافية. تم الإبلاغ أيضًا عن تقليل زمن استقراء الأكسدة إلى 15% بعد 84 شهرًا من التعرض عند 75 درجة مئوية. ومع ذلك، لم يكن من الممكن تحقيق انخفاض الأكسدة داخل الوقت المناسب بالاعتماد فقط على زيادة درجة الحرارة [36]. يجدر الذكر أن الانخفاض الطويل الأمد للبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) والبولي بروبيلين (PP) يعود إلى الأكسدة للأولييفينات، حيث تحدث التحلل المائي للبوليستر في البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET). قد تكون الإضافات والتطورات في كيمياء البوليمر قد أحدثت تقدمًا كبيرًا في تقليل التحلل. ومع ذلك، يتم استخدام قوة التصميم على المدى الطويل عادةً من قوة الشبكة الجغرافية للتعامل مع ضعف الاستدامة على المدى الطويل. كما يتم استخدام إرشادات AASHTO [37]، حيث تحتوي على عوامل تقليل لقوة الشبكة القصوى للزحف، وأضرار الموقع، والدوام. يتم تطبيق العوامل عادةً على قوة الشد D Method B للشبكة الجغرافية. يتم عرض الاختبارات المستخدمة لتحديد تقليل الأكسدة في الجدول 3.

في سلسلة أخرى من التجارب، تمت دراسة الشبكة الجغرافية ذات الوزن الأعلى وحجم الفتحة الأصغر تحت أربعة درجات حرارة و16 نقطة ضغط. تم ملاحظة تغييرات ملحوظة في سلوك الشد للشبكات الجغرافية ونقطة الانصهار بعد 23 شهرًا تحت 65 درجة مئوية و6.3 ميغاباسكال من ضغط الأكسجين. وُجد أيضًا أنه يمكن تحقيق التدهور بسبب الأكسدة في غضون 25 عامًا بسبب التأثير المشترك لضغط الأكسجين ودرجة الحرارة. تم نمذجة الأعمار باستخدام معادلة أرهينيوس. تم العثور على الأعمار المتوقعة عند درجة حرارة موقع 20 درجة مئوية لكل من النوعين من الشبكات الجغرافية المختبرة تحت السلسلة التجريبية الأولى لتتجاوز 120 عامًا لكلا النوعين من الشبكات الجغرافية؛ ونتيجة لذلك، ستظل الخصائص الميكانيكية للشبكات الجغرافية دون تغيير طوال عمر الخدمة، والتي تم افتراضها كعمر تصميم لعشر سنوات. من ناحية أخرى، كانت العمر المتوقع لمنتج الشبكة الجغرافية ذات الوزن الأعلى وحجم الفتحة الأصغر تحت تأثيرات درجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي أكثر من 100 عام عند ضغط 1 أتموسفير و20 درجة مئوية. تجاوزت الأعمار المتوقعة لكلا السلسلتين 100 عام، والتي تُعتبر عمر التصميم لمعظم المشاريع. علاوة على ذلك، وُجد أيضًا أن تأثير التدهور بسبب الأكسدة يمكن تسريعه بشكل كبير بواسطة ضغط الأكسجين العالي الجزئي، حيث سيزيد ذلك من معدل استنفاد مضادات الأكسدة [36].

تمت دراسة تأثيرات الأكسدة على الشبكات الجغرافية من نوع البولي بروبيلين باستخدام ثلاث طرق تسريع للأكسدة (أ) أوتوكلاف رطبة، (ب) أوتوكلاف جافة باستخدام الأكسجين المضغوط، و(ج) الشيخوخة في الفرن في الهواء العادي. كانت أعمار الشبكات الجغرافية من نوع البولي بروبيلين في ظل الظروف المحيطة حوالي 65 عامًا باستخدام اختبارات الأوتوكلاف تحت ضغط أكسجين عالي وأكبر من [ً] عامًا عبر استخدام الشيخوخة في الفرن. لم تعتبر اختبارات الأوتوكلاف والشيخوخة في الفرن اختبارات مكافئة لمادة الشبكة الجغرافية نظرًا لأن توقع حياتها من الأوتوكلاف كانت 40 مرة أقل من العمر المتوقع للفرن. يُعزى التوقعات القصيرة للأعمار من الاختبارات الأوتوكلاف إلى معدلات التحلل غير الخطية التي تعتمد على ضغط الأكسجين في الأوتوكلاف وانخفاض التخفيف عند درجات الحرارة المنخفضة [38]. كما لوحظ أيضًا أن العمر المتوقع للشبكات الجغرافية يتناسب عكسيًا مع درجة الحرارة، حيث سيؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى زيادة exponentially في العمر المتوقع لشبكة جغرافية [38]. تم استخدام تقنية الطيفية بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، والمسح الحراري الماسح (DSC)، وعلم الأنسجة الإلكترونية (SEM) للتحقيق في تأثيرات الظروف البيئية على خصائص الشبكات الجغرافية المحيطة بعمر 20 عامًا. أظهرت ملاحظات FTIR وSEM اختلافات بسيطة بين العينات القديمة وغير القديمة، والتي يمكن أن تكون ناتجة عن المقاومة الكيميائية القوية للشبكات الجغرافية من نوع البوليمر العالي الكثافة [39]. أظهر DSC تباطؤ التبلور الذي يحدث في الشبكة الجغرافية من نوع البولي إيثيلين العالي الكثافة المتقدم. بشكل عام، لم يتم ملاحظة أي تغييرات كبيرة في الخصائص الميكانيكية بين العينات القديمة وغير القديمة؛ وبالتالي، يمكن استخدام الشبكات الجغرافية من نوع البولي إيثيلين العالي الكثافة بشكل فعال كتعزيز لوحدات الطمر. ومع ذلك، تحتاج الأبحاث الإضافية إلى دراسة خصائصها تحت عوامل الشيخوخة المتسارعة [39].

شوانغ تشنغ لمواد جديدة يتم تصديرها إلى جميع أنحاء العالم وقطاعات مختلفة بجودة عالية أولاً. اعتقادنا هو تقديم المزيد من المنتجات ذات القيمة المضافة العالية لعملائنا. دعونا نخلق مستقبلًا أفضل معًا.

تظهر بعض البوليمرات حساسية أكبر بكثير لدرجة الحرارة. تم إجراء اختبارات سحب للبوليمر من نوع PVC في الشبكات الجغرافية ثنائية المحور عند درجات حرارة مختلفة تتراوح بين 0 إلى 80 درجة مئوية وفقًا للاختبارات المتعلقة بالأضلاع الفردية [40]. أظهرت نتائج اختبار الشد انخفاضًا خطيًا بمعدل (حوالي 0.33% لكل درجة مئوية) في القوة القصوى للشبكة الجغرافية عند زيادة درجة الحرارة؛ ومع ذلك، ارتفع معدل الانخفاض قليلاً عند الانتقال من 60 إلى 80 درجة مئوية [34]. علاوة على ذلك، كانت نسبة الإطالة عند الانكسار حوالي 11% من 0 إلى 60 درجة مئوية وحوالي 10.25% عند 80 درجة مئوية. يكون السبب في ذلك هو درجة الحرارة الانتقالية لجزيئات المادة PET؛ ومن ثم، فإنها تؤثر على السلوك الميكانيكي للشبكات الجغرافية المختبرة عند الظروف الحرارية نفسها.

2.4. تأثير الجهد، الزحف، وسرعة الشد

توفر مصطلحات معيار ASTM لتقنية الجيوسنثيتك، D، تعريف الزحف والذي يُعرف بأنه الزيادة الزمنية في الإجهاد التراكمي في مادة استجابة لقوة ثابتة مطبقة. تُحفز هذه العملية في الشبكات الجغرافية بالتدريج من خلال تطوير الشقوق التي تبدأ الفشل الهش النهائي من خلال تقليل قطعة الحمل الأساسية. يؤثر الفرق بين الضغوط القصوى والدنيا بشكل كبير على قوة التعب للمادة [41]. يعتبر الزحف تشوهًا دائمًا على مدى الزمن بسبب الضغط الثابت ودرجات الحرارة المرتفعة التي تتسم بتمدد العينة. يتم تطبيق الحمل في اختبار الزحف عند مستوى محدد ويُحتفظ به ثابتًا حتى نهاية الاختبار حيث يتم تسجيل التشوهات [42]. عادة ما يتم استخدام ASTM D لتقييم خصائص الزحف في الشبكات الجغرافية. تتطلب هذه الطريقة الحد الأدنى من الزمن 10،000 ساعة (حوالي 1.14 سنة) (الجدول 3)؛ ومع ذلك، تعتبر هذه الطريقة مشكوك فيها عند توقع سلوك الزحف للشبكات الجغرافية على مدى فترات خدمة تصل إلى مئة عام. يُستخدم لقياس خصائص الزحف طرق أخرى، كما هو موضح لاحقًا في هذا القسم [43]. تم إجراء العديد من الدراسات التجريبية التي تناولت تأثير التعب [22،23،44،45] وآثار الزحف على المدى الطويل [34،35،43،46،47،48،49،50،51،52] على مواد الشبكة الجغرافية، وتتم مناقشة بعض هذه الدراسات في هذا القسم.

تم تطوير دراسة تجريبية وطراز تجريبي يصف سلوك تعب الشد للشبكات الجغرافية المصنوعة من HDPE أحادية المحور [44]. استكشفت الدراسة آثار معلمات التحميل المختلفة، بما في ذلك الإجهاد الأولي، والمعلمات الديناميكية، وعدد الهيسترات. أظهرت النتائج أن زيادة عدد الدورات تحسن من صلابة الهيسترات؛ ومع ذلك، تتناقص عند زيادة سعة التحميل. كما تم تقليل الصلابة خلال التفريغ عند زيادة عدد الدورات. أظهرت الانثناءات المتبقية سلوكيات مختلفة بسبب تغير معلمات التحميل. تم الاستنتاج أن قوة الشد للشبكة الجغرافية لم تتأثر بسجل التحميل الدوري [44].

تم تقديم وطرح أجهزة جديدة غير تقليدية في [49] تم تصميمها على أساس المنصة التي صنعها فرانكا وآخرون [48] لدراسة تأثيرات الزحف. تم إجراء تعديلات كبيرة على نظام التحميل، بما في ذلك فتاحة تحت المعدات لمنع التحميل غير المتوازن وتعزيز الحزمة الداعمة للسماح بإجراء اختبارات الشد. كانت قياسات التمدد المسجلة باستخدام طريقة كاميرا الفيديو الجديدة أقل بكثير من القيم المنشورة في الأدبيات. كانت طريقة الكاميرا أكثر ملاءمة لاختبار الزحف ولكنها لم تكن كافية في اختبارات الشد حيث كانت قيم التمدد المسجلة لها معامل تباين منخفض. وقد تم دراسة استجابة الزحف في شبكات جغرافية ثنائية المحور مغطاة بـ PVC تحت تأثير درجة الحرارة [34]. تم إجراء اختبارات الزحف وفقًا للمعيار ASTM D [53] (الجدول 3) مع حمل عند 65% من الحمل الأقصى. تمت ملاحظة أن معدل التشوه والإجهاد الزاحف الكلي كانا في زيادة عندما ترتفع درجة الحرارة في نفس ظروف التحميل. علاوة على ذلك، تم ملاحظة أن قوة الزحف تنخفض عند ارتفاع درجة الحرارة. لوحظ أيضًا أن زيادة قوة الزحف وزيادة درجة الحرارة تقلل من زمن تمزق العينة. تم دراسة تأثير استرخاء الضغط، الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالزحف، على الشبكات الجغرافية من نوع HDPE والبوليستر بشكل تجريبي [51]. تم تحميل الشبكات الجغرافية عند 40-80% من قوتها القصوى لمدة شهر حتى حصل زحف الانهيار. بالنسبة للشبكات الجغرافية من نوع البوليستر، أظهرت النتائج استرخاء ضغط أقصى بلغ 30% من الحمل الابتدائي. بالمقارنة، تم ملاحظة أقصى استرخاء ضغط يصل إلى 50% من الحمل الابتدائي في حالة الشبكات الجغرافية من نوع HDPE.

يقدم PET ميزة على PE وPP من حيث مقاومة الزحف. تم استكشاف طرق المزيج الزمني-الحراري وطرق الخلوص الحراري على الشبكات الجغرافية من HDPE وPET [43]. لوحظ أن الشبكة الجغرافية من نوع HDPE أظهرت انفعالات أعلى بكثير من الشبكة الجغرافية من نوع PET (الشكل 3). علاوة على ذلك، تمت ملاحظة أن معدل زحف الشبكة الجغرافية من نوع HDPE في المرحلة الأساسية زاد بشكل أسي مع زيادة الحمل المطبق. في المقابل، كان يتم ملاحظة نفس المعدل في الشبكة الجغرافية من نوع PET غير معتمد على الحمل المطبق. تم ملاحظة جميع مراحل الزحف الثلاث في الشبكات الجغرافية من نوع HDPE، بينما تم ملاحظة فقط المرحلة الأساسية والثالثة في الشبكات الجغرافية من نوع PET. يُعزى الأداء المتفوق للزحف في PET إلى درجات الحرارة الانتقالية العالية. تعمل الشبكات الجغرافية من نوع HDPE في درجات الحرارة العادية في حالة البوليمر المطاطي وتتصرف مثل سائل لزج.

الشكل 3.

فتح في علامة تبويب جديدة

معدل زحف الانفعال مقابل الحمل المطبق للشبكات الجغرافية المحضرة من البولي إيثيلين العالي الكثافة (HDPE) وبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) [43].

علاوة على ذلك، أجريت دراسات عديدة لالتقاط تأثير معدل الانفعال على استجابة الشبكات الجغرافية الميكانيكية. على سبيل المثال، تم دراسة السلوك الشد المحوري والجانبي للشبكات الجغرافية باستخدام جهاز قياس انفعالات الفيديو لقياس الانفعالات عند معدلات انفعال مختلفة [54]. في هذه الدراسة، تم أخذ ثلاثة أنواع من الشبكات الجغرافية بعين الاعتبار: PET، بولي بروبيلين ثنائية المحور، وبولي إيثيلين عالي الكثافة أحادية المحور. لوحظ أن الانفعالات الجانبية الناتجة في الشبكات الجغرافية من نوع PP وHDPE كانت أكبر بكثير من الشبكة الجغرافية من نوع PET. لاحظت الدراسة أن نسبة حجم العينة لم تؤثر على الاستجابة للشد محوريًا وجانبيًا بالنسبة للشبكات الجغرافية من نوع PET وHDPE، بينما ظهرت الشبكة الجغرافية من نوع PP ذات نسبة حجم واحدة قيمة انفعال أكبر من نسب الحجوم الأخرى. زادت قوة الشد والصلابة للشبكات الجغرافية من نوع HDPE وPP مع زيادة معدل الانفعال [54]. تم ملاحظة نفس الاستنتاج حول تأثير معدل الانفعال على قوة الشد والصلابة للشبكة الجغرافية في دراسة تجريبية أخرى أجريت على الشبكات الجغرافية من نوع HDPE [55]. بالإضافة، كان تأثير معدل الانفعال أقل قليلاً في الشبكات الجغرافية ذات قوة الشد العالية. تم إجراء دراسة تجريبية أخرى عن نسبة الانفعال لدراسة التشوه المتبقي للشبكات الجغرافية التي تعرضت لأحمال مستدامة ودورية. أظهر التشوه المتبقي استجابة هُيبَربوليّة بسبب سلوك الشبكة الجغرافية اللزج [56].

تمت أيضًا دراسة تأثير معدل الانفعال على السلوك الشد للشبكات الجغرافية [57]، حيث أُجريت اختبارات وفقًا للمعيار ISO [58] مع الأخذ في الاعتبار كل من العينة الفردية والعينة واسعة العرض عند ستة معدلات انفعال مختلفة. كان هدف الدراسة تطوير طريقة صحيحة لاختبار العينة الفردية يمكن مطابقتها بشكل قريب مع اختبار العينة واسعة العرض دون الحاجة إلى إجراء اختبار واسع العرض. تم استكشاف معدلات انفعال مختلفة، وتم ملاحظة أن قوة الشد في الشبكية تزداد مع زيادة معدل الانفعال لكل من العينة الفردية والعينات عريضة الوجه. تم العثور على القيم المستخلصة من الاختبارات الفردية باستخدام معدل انفعال 100 مم/دقيقة توافق بشكل جيد مع النتائج التي تم الحصول عليها من اختبار عريض العرض باستخدام معدل انفعال قدره 25 مم/دقيقة؛ لذا، اعتبرت طريقة اختبار العينة الفردية صالحة. ومع ذلك، لا تزال القضايا المتعلقة بفشل العينة الفردية عند مستوى إطالة أقل من طريقة العرض الواسعة موجودة، مما يعيق استخدام طريقة العينة الفردية حيث تستخدم العديد من المواصفات عبء الفشل عند مستوى إطالةٍ معينة.

2.5. الأضرار الناتجة عن التركيب وتأثيرات العيوب

تعتبر العيوب والأضرار حرجة بشكل كبير لأنها تؤثر سلبًا على الأداء وخصائص الشبكة الجغرافية الميكانيكية. يمكن أن تكون أسباب هذه الأضرار ناجمة عن عمليات التصنيع، والشحن، والتخزين، وكذلك التركيب. العيوب الناتجة عن التصنيع شائعة وضرورية للتعامل معها في الشبكات الجغرافية. تشمل هذه العيوب الثقوب، والتمزقات، والعيوب، والانحرافات، وتباين في أحجام الفتحات. يقوم المصنعون بإجراء فحوصات شاملة على الشبكات الجغرافية بعد التصنيع وقبل الشحن كجزء من فحوصات مراقبة الجودة، حيث تخضع الشبكات الجغرافية المعطوبة للعَرض لإعادة قبول من عملاء مثل إدارات النقل (DOTs). يُظهر الشكل 4 بعض هذه العيوب.

الشكل 4.

فتح في علامة تبويب جديدة

عيوب التصنيع في الشبكات الجغرافية: (a) تباين في أحجام الفتحات، (b) انحرافات الأضلاع أو تباين في شكل الفتحات، (c) انقسام في أضلاع الشبكة الجغرافية.

قد تحدث الأضرار أيضًا أثناء الشحن والتخزين. كجزء من مراقبة الجودة، يجب حماية الشبكات الجغرافية من أشعة الشمس المباشرة، والأشعة فوق البنفسجية، ودرجات الحرارة التي تتجاوز 160 درجة فهرنهايت (71 درجة مئوية)، والحرائق، بما في ذلك شرر اللحام، والطين، والأوساخ، والغبار، والحطام. أيضًا، يجب أن تُحفظ الشبكات الجغرافية في تخزين جاف وألا تكون في اتصال مباشر مع الأرض [59]. بالنسبة لأضرار التركيب، فإن السبب الرئيسي لمثل هذه الأضرار هو التأكسد، الذي يشير إلى الاحتكاك (الحركة النسبية الدورية) بين الأساس القريب والشبكة الجغرافية [60]. يمكن تصنيف التأكسد بشكل أساسي إلى نوعين: (أ) ضرر التأكسد من التثبيت والتغطية بالمواد؛ و(ب) ضرر التأكسد الذي يعتمد على الوقت أثناء فترة خدمة الشبكة الجغرافية المثبتة [18].

سيؤثر هيكل الشبكة الجغرافية على مدى duración الضرر الناتج عن التأكسد والتأثيرات الميكانيكية على الخصائص الفيزيائية والهيدروليكية والميكانيكية [60]. تم ملاحظة من نتائج الاختبار أن تأثير التأكسد والضرر الميكانيكي يعتمد بشدة على هيكل الجيوسنثيتيك. علاوة على ذلك، فإن الخسارة في القوة الناتجة عن كشف الضرر الناتج عن التأكسد أعلى بكثير من الخسارة بسبب الأضرار الميكانيكية الناتجة [60]؛ لذا، يُعتبر الضرر الناتج عن التأكسد هو أكثر أنواع الضرر تأثيرًا على قوة الشد لجيوسنثيتيك [60]. لم تتأثر نفاذية الجيوسنثيتيك؛ ومع ذلك، زاد حجم الفتحة، نتيجة لاختلاف إعدادات الاختبار. يُعد تدهور UV مصدر قلق رئيسي فيما يتعلق بتعرض الشبكة الجغرافية لمدة معينة قبل التطبيق تحت الأرض. تتطلب الإرشادات بشأن الشبكات الجغرافية المستخدمة في بناء الطرق (المجال التطبيقي الأساسي للشبكة الجغرافية ثلاثية المحور) الاحتفاظ بـ 50% عند 500 ساعة. تعكس القيم في الجدول 2 الخصائص المطلوبة بدلاً من سلوك المواد الفعلي.

أدى الاتجاه نحو استخدام المزيد من النفايات الناتجة عن البناء والهدم (C&D) كمواد بديلة للخلفية إلى بعض القلق بشأن تأثير هذه النفايات على الشبكات الجغرافية. تم فحص تأثير مادة النفايات C&D المحيطة بالشبكة الجغرافية على السلوك القصير الأمد للشد للشبكات الجغرافية [63]. تم اختبار الشبكات الجغرافية السليمة والمُستخرجة والساخنة عبر الفحص المجهري والطرق الميكانيكية. كان لدى العينات المُستخرجة تجويفات ونتوءات صغيرة مقارنةً باختلافات دقيقة في العينات غير المدفونة في النفايات C&D أدت إلى تدهور أكبر في القوة والصلابة. كانت الخسارة في القوة 2% في العينات المُستخرجة و6% في العينات الميكانيكية الساخنة بعد دفنها لمدة 12 شهرًا. [63]. تم أيضًا فحص مقاومة السحب للشبكات الجغرافية في نفايات C&D وأظهرت جدوى استخدام الشبكات الجغرافية مع نفايات C&D بعد اعتبار ضغط الحبس وحجم العينة ومعدلات الإزاحة [64]. كانت قيم تفاعل السحب للشبكات الجغرافية عمومًا أكبر من أو تساوي القيم المبلغ عنها في الأدب لواجهات التربة والشبكة الجغرافية ومواد C&D المتجددة.

2.6. الطلاءات

تم اقتراح الطلاءات لتحسين خصائص مواد الشبكات الجغرافية في مقاومة الشد والتعب والقص بين الطبقات. يمكن أن تؤدي الطلاءات إلى زيادة في عمر الشبكات الجغرافية بالإضافة إلى تقليل تكلفة الصيانة. تم اقتراح طلاءات البيتومين، وراتنج الإيبوكسي الحراري المتصلب، وطلاءات اللاتكس الأكريليكي في السابق [65،66،67،68]. يمكن تطبيق هذه الطلاءات في منشأة التصنيع أو أثناء تركيب الشبكات الجغرافية. تم التحقيق في تعزيزات الطرق من الألياف الزجاجية مع هذه الطلاءات لتحسين خصائص الالتصاق بين طبقات الأسفلت والشبكات [65]. تم تطبيق نوعين من الطلاءات (أ) طلاء قائم على البوليمر و(ب) محلول بيتوميني على الأقمشة المنسوجة، والمحبوكة، باستخدام مادة الألياف الزجاجية (الشبكات)، ومادة مركبة (الشبكة + غير المنسوجة). تم تحقيق تحسين في أداء الشد للمواد الزجاجية قبل وبعد محاكاة ظروف البناء في الحقل، بغض النظر عن الطلاء المستخدم [65]. في دراسة أخرى حول الطلاءات الزجاجية، وُجد أن الطلاءات من راتنج الإيبوكسي المتصلب كانت تتمتع بقوى سحب أعلى. يعود هذا الاختلاف إلى اختلاف الالتصاق بين مواد الطلاء المختلفة مع المواد المحيطة بالشبكة، بما في ذلك المواد الملتصقة بالأسفلت [66]. في نفس الدراسة، تم ملاحظة انخفاض في مقاومة القص بين الطبقات مقارنةً بالعينة غير المعززة. ومع ذلك، حقق الإيبوكسي مع طلاء الرمل أدنى انخفاض في القوة القصوى بين الطبقات مقارنةً بالعينة غير المعززة. في اختبارات الانحناء بأربعة نقاط، تم تحسين المقاومة الدورية للنظم ذات الطبقتين مقارنةً بنظيراتها غير المعززة. لقد تم استخدام نفس الطلاء لتعزيز مقاومة القص لتحقيق عدد أكبر من الدورات للوصول إلى نقطة الانحناء [66].

كشفت دراسة أخرى حول الطلاءات الخاصة بأربع شبكات جغرافية متوفرة تجاريًا أن جلد الإيثيلين/أسيتات الفينيل (EVAC) والإيبوكسي الأكريليكي يعززان الخصائص الفيزيائية المحسنة. يمكن أن ترتبط هذه الملاحظة بقلة سمك الطلاء ودرجة حرارة الانتقال الزجاجي المنخفضة التي غالبًا ما تكون أقل من البيئة الهندسية مما يؤدي إلى قوة وصرامة أقل بكثير من PET. علاوة على ذلك، وُجد أن الفراغات في بنية الشبكة الجغرافية ستسمح للمياه بالتحرك من خلال PET مما يؤدي إلى فشل مبكر نتيجة تدهور الطلاء [67].

تمت تقييم الخصائص الميكانيكية للفئات غير المنسوجة والمواد المركبة من الشبكات الجغرافية باستخدام انغماس الطلاء لتطبيقات الجيوسنثيتيك للأسفلت. لم يلاحظ انخفاض أقصى في الانغلاق في الجيوتكستيلات غير المنسوجة؛ ومع ذلك، تم ملاحظة انخفاض كبير في ذلك في المركبات بمستويات الطلاء. زادت القوة القصوى للشد حتى 62% في جميع الجيوسنثيتيك مع زيادة كبيرة في الصلابة [68]. علاوة على ذلك، أدى الانغماس إلى انخفاض في قدرة المواد على نقل السوائل عبر الفراغات والشقوق، مما أدى إلى انخفاض في النفاذية الهيدروليكية [68].

إذا كنت تبحث عن مزيد من التفاصيل، يرجى زيارة شبكة هيكلية بلاستيكية.

```

3

0

Comments

0/2000

All Comments (0)

Guest Posts

If you are interested in sending in a Guest Blogger Submission,welcome to write for us!

Your Name: (required)

Your Email: (required)

Subject:

Your Message: (required)

0/2000