ژئوتکستایل پلی پروپیلن
ژئوتکستایل پلی پروپیلن
ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی استحکام کششی اولیه بالایی دارند. برای ساخت و ساز جاده استفاده می شود، می توان آن را به طور موثر در مرحله اولیه استفاده از جاده تقویت کرد. مطالعه بر روی ظرفیت باربری ژئوتکستایل پلی پروپیلن های جوت تقویت شده و جاده های تقویت نشده نشان داد که در مقایسه با جاده های تقویت نشده، ظرفیت باربری جاده های تقویت شده و تقویت نشده ژئوتکستایل پلی پروپیلن جوت حدود 1.5-7 برابر افزایش یافته است به دلیل زیست تخریب پذیری الیاف طبیعی، عملکرد ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی با گذشت زمان کاهش می یابد که منجر به شکست آرماتورهای بعدی در هنگام استفاده در ساخت و ساز جاده می شود در سال‌های اخیر، محققان دریافته اند که دوام طولانی‌مدت ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی برای تقویت پایداری زیربنای بزرگراه های روستایی حیاتی نیست. در هند، مقدار فزاینده ای از ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی برای تقویت زیربنای جاده های روستایی استفاده می شود این به این دلیل است که ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی دارای استحکام کششی اولیه بالایی هستند که باعث می‌شود سطح زیرین در طول دوره ساخت و ساز و بهره برداری از جاده، تنش کم داشته باشد. سپس با گذشت زمان، تحکیم و فشردگی خاک زیرزمینی تحت بار ترافیکی رخ می دهد، بنابراین ظرفیت باربری افزایش می یابد. پس از تخریب ژئوتکستایل طبیعی، ظرفیت باربری لایه زیرین الزامات استفاده را برآورده می کند. جدول 4 ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی مورد استفاده برای تقویت و اثر آن را خلاصه می کند.
ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی مورد استفاده برای تقویت و اثر آن
ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی همچنین می توانند برای فیلتراسیون یا زهکشی میان مدت و کوتاه مدت استفاده شوند و الیاف طبیعی توانایی حذف فلزات سنگین را دارند آببار و همکاران اثر ژئوتکستایل پلی پروپیلن کتانی بر فلزات سنگین محلول را با استفاده از فیلترهای پر شده با ژئوتکستایل پلی پروپیلن ماسه و کتان مطالعه کرد. نتایج نشان داد که ژئوتکستایل پلی پروپیلن کتان توانایی فیلتر را برای حفظ فلزات محلول و اتصال فلزات سنگین بهبود می بخشد بنابراین، ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی مزایای آشکاری در فیلتر کردن فلزات سنگین محلول دارند. با این حال، رطوبت سنجی الیاف گیاهی شامل مشکلات کلیدی جذب آب و گسترش الیاف است. مشخص شده است که ژئوتکستایل پلی پروپیلن جوت، به عنوان محیط زهکشی، برای مقابله با مشکلات زهکشی که در مهندسی ژئوتکنیک با آن مواجه می شوند، امکان پذیر و مقرون به صرفه است به دلیل جذب آب بالا، قطر منافذ فیلتر به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. در بدترین حالت، این منجر به مسدود شدن فیلتر و از بین رفتن کامل نفوذپذیری می شود. رطوبت سنجی و عمر مفید ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی، عملکرد فیلتراسیون یا زهکشی ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی را محدود می کند
منحنی های نفوذ فلزات سنگین محلول
از کاربرد فوق از ژئوتکستایل های طبیعی، می توان دریافت که تخریب اولیه ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی مشکل اولیه ای است که عملکرد بیشتر ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی را محدود می کند بسیاری از تحقیقات در مورد ژئوتکستایل های طبیعی در دو دهه اخیر به بررسی چگونگی بهبود دوام ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی پرداخته است. جدول 5روش های بهبود عملکرد ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی را در سال های اخیر نشان می دهد. در حال حاضر، روش های اصلی افزایش خواص ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی، افزودن مقدار معینی از الیاف مصنوعی، یا اصلاح شیمیایی ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی است. افزودن مقدار معینی از الیاف مصنوعی می تواند خواص فیزیکی و مکانیکی ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی را بهبود بخشد. این ژئوتکستایل پلی پروپیلن کامپوزیتی فیبر/پلیمر طبیعی، مانند ژئوتکستایل‌های جوت/پت، ژئوتکستایل پلی پروپیلن جوت و ژئوتکستایل پلی پروپیلن گزنه/اسید پلی لاکتیک عملکرد امیدوارکننده‌ای را در آزمایش های مختلف نشان می‌دهند. اصلاح شیمیایی یا استفاده از تقویت کننده های چسبندگی نیز می تواند مسیرهای جالبی برای بهبود خواص مکانیکی کلی باشد. لامانتیا و همکاران روش های اصلاح شیمیایی فیبر طبیعی را به طور خلاصه بیان کرد: تصفیه قلیایی، استیلاسیون، تیمار با اسید استئاریک، بنزیلاسیون، تیمار TDI، تیمار پراکسید، تیمار انیدرید، تیمار پرمنگنات، تیمار سیلان، تیمار ایزوسیانات و تیمار پلاسما. بسیاری از محققان ژئوتکستایل های اصلاح شده شیمیایی را مورد مطالعه قرار داده اند، مانند مقاومت در برابر تخریب شیمیایی ژئوتکستایل پلی پروپیلن های جوت که توسط استریفیکاسیون تیمار شده اند بهبود یافته است خواص فیزیکی ژئوتکستایل پلی پروپیلن های جوت که با لاکاز تیمار شده اند بهبود یافته است، و توانایی ضد سوراخ شدن ژئوتکستایل پلی پروپیلن جوت بهبود یافته است. درمان با قلیایی بهتر است.
بررسی بهبود خواص ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی
سنسور فیبر نوری نوع جدیدی از حسگرها بر اساس فیبر نوری است که در اواسط دهه 1970 توسعه یافت دارای مزایای عایق الکتریکی برتر، تداخل قوی ضد الکترومغناطیسی، حساسیت بالا و نظارت آسان از راه دور سیگنال اندازه گیری شده است سنسور فیبر نوری با استفاده از تعدادی موقعیت ثابت بین سنسور و پارچه در ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها ادغام می شود. هنگامی که ژئوتکستایل پلی پروپیلن برای پایداری و تقویت سازه‌های ژئوتکنیکی مانند سدها، راه‌آهن‌ها، خاکریزها و شیب‌ها اعمال می‌شود، حسگرهای فیبر نوری می‌توانند عملکردهای دیگری مانند نظارت بر تغییرات تغییر شکل مکانیکی، دما، رطوبت و فشار منفذی را برای ژئوتکستایل پلی پروپیلن فراهم کنند. نظارت بر سلامت سازه‌های ژئوتکنیکی، به طوری که از تشخیص زودهنگام خطر شکست و خرابی بالا سازه‌های ژئوتکنیکی و مکان‌های آن ها اطمینان حاصل شود، که از قبل پیشگیری یا تعمیر سودمند است بنابراین، ژئوتکستایل پلی پروپیلن های هوشمند چشم انداز برتری دارند.
توسعه ژئوتکستایل پلی پروپیلن های هوشمند
سنسور فیبر نوری مبتنی بر گریتینگ فیبر براگ (FBG) اولین حسگر اعمال شده بر روی ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها است اصل کار و اصل حسگر FBG در شکل 13 نشان داده شده است. با این حال، این فناوری یک فناوری اندازه گیری نیمه توزیع شده است که فقط اطلاعات کرنش را در امتداد تعداد محدودی از نقاط یک فیبر نوری ارائه می دهد، در نتیجه سیستم نظارت بر حسگر فیبر نوری مبتنی بر FBG تنها می تواند کرنش شبه توزیع شده را با طول محدود اندازه گیری کند. نمی تواند نیازهای نظارتی صدها متر خاکریز، سد، راه آهن، شیب و سایر سازه های ژئوتکنیکی را برآورده کند. ثانیاً، سنسور FBG از فیبر سیلیکا به عنوان محیط حسگر استفاده می کند و کرنش نهایی فیبر نوری سیلیس معمولی تنها حدود 5٪ است. هزینه سنسور FBG نسبتاً بالا است
اصل کار و اصل سنجش گریتینگ فیبر براگ
به منظور پاسخگویی به نیازهای نظارت بر ساختارهای ژئوتکستایل پلی پروپیلن بزرگ، سنسورهای فیبر نوری توزیع شده به وجود آمدند. پراکندگی بریلوین نوعی پدیده پراکندگی نور است که در اثر برهمکنش بین موج نوری وارد شده به فیبر و موج صوتی الاستیک در فیبر ایجاد می شود سنسور پراکندگی بریلوین توزیع شده فیبر نوری از سیگنال پس پراکندگی خود برای اندازه گیری مقادیر فیزیکی خارجی استفاده می کند. ژئوتکستایل‌های مبتنی بر این نوع حسگر نه تنها می‌توانند ساختار ژئوتکنیکی را تقویت کنند، بلکه نیازهای نظارتی ساختار ژئوتکنیکی بزرگ را نیز برآورده می‌کنند.
ژئوتکستایل پلی پروپیلن هوشمند بر اساس حسگر توزیع شده
هنگامی که تغییر شکل مکانیکی (کرنش بیش از 1٪) دو نوع ژئوتکستایل هوشمند بالا رخ می دهد، حسگر فیبر نوری احتمالاً از کار می افتد و شکنندگی فیبر سیلیس باید توسط کابل گران قیمت محافظت شود. ژئوتکستایل پلی پروپیلن یکپارچه حسگر فیبر نوری پلیمری راه حلی برای اندازه گیری توزیع شده کرنش بالا ارائه می دهد. فناوری بازتاب سنج دامنه زمان نوری POF بر اساس اصل افزایش سطح نور پراکنده در مکانی است که کرنش به POF اعمال می شود لیهر و همکاران دریافت که با فناوری OTDR، تا 40 درصد از توزیع کرنش را می توان با استفاده از استاندارد پلی متیل متاکریلات POF اندازه گیری کرد. در مقایسه با سنسورهای فوق الذکر، POF با الاستیسیته بالا، کرنش شکست بالا و کرنش اندازه گیری (بیشتر از 40%) دارای مزایای بیشتری به عنوان ادغام سنسورها بر روی ژئوتکستایل پلی پروپیلن ، به ویژه برای نظارت بر تغییر شکل مکانیکی بالا (مانند شیب با خطر زمین لغزش) در یک منطقه کوچک. پرفلوروفوف کم تلفات می تواند محدوده اندازه گیری را تا 500 متر افزایش دهد. سنسور POF را می توان به طور مستقیم توسط ماشین آلات نساجی پردازش کرد و می تواند در فرآیند ساخت ساختار پارچه (پارچه چند محوره) تعبیه شود.
ژئوتکستایل پلی پروپیلن هوشمند مبتنی بر حسگر فیبر نوری پلیمری
علاوه بر ژئوتکستایل پلی پروپیلن یکپارچه حسگر فیبر نوری، سایر مواد پیشرفته نیز توسعه ژئوتکستایل هوشمند مانند پوشش گرافن را ترویج می کنند. گرافن می تواند به ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها خواص بسیار خوبی بدهد، از جمله رسانایی حرارتی عالی (رسانایی حرارتی بزرگ)، رسانایی عالی، استحکام بالا (کاهش وزن)، پایداری، خود ترمیم، آب گریزی، عملکرد ضد باکتری (برای جلوگیری از مسدود شدن فیلتر)، و سنجش دما/فشار/رطوبت. عملکرد (دما، تغییر فشار، و تشخیص محل نشتی) می‌توان پیش‌بینی کرد که ژئوتکستایل‌های هوشمندتر در آینده نزدیک ظهور خواهند کرد و نقش بیشتری در مهندسی ژئوتکنیک خواهند داشت.
ژئوتکستایل پلی پروپیلن با کارایی بالا
با گسترش کاربرد ژئوتکستایل ها و پیچیدگی محیط، ژئوتکستایل پلی پروپیلن های با استحکام بالا، چند منظوره و با کارایی بالا به مسیر توسعه ژئوتکستایل تبدیل شده اند.
در حال حاضر، روش های اصلی برای بهبود عملکرد ژئوتکستایل ها، افزودنی ها، اصلاح شیمیایی و ژئوتکستایل پلی پروپیلن های مرکب است استفاده از افزودنی‌ها برای جبران نقص های عملکرد ژئوتکستایل پلی پروپیلن، مانند تثبیت‌کننده ها و آنتی‌اکسیدان‌ها، یک روش مشترک است، اما ارتشی از افزودنی ها محیط را آلوده می‌کنند. اصلاح ژئوتکستایل نیز ابزاری حیاتی برای گسترش حوزه کاربرد ژئوتکستایل پلی پروپیلن و افزایش ارزش افزوده است. ژئوتکستایل پلی پروپیلن اصلاح شده دارای استحکام بالاتر و ضد تخریب است. به عنوان مثال، پیوند کیتوزان یا سیستئین به صورت کووالانسی بر روی ژئوتکستایل پلی پروپیلن PP اصلاح شده اکریلیک می تواند باعث شود ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها توانایی جذب فلزات سنگین را در حین تخلیه یا فیلتر کردن داشته باشند. ژئوتکستایل پلی پروپیلن های کامپوزیت معمولاً از مخلوطی از الیاف مختلف ساخته می شوند که بهترین عملکرد مواد مختلف را با هم ترکیب می کنند.
یافتن الیاف مناسب با کارایی بالا همیشه یک جهت تحقیقاتی حیاتی برای ژئوتکستایل پلی پروپیلن های با کارایی بالا بوده است. استحکام و مدول الیاف معدنی مانند الیاف شیشه الیاف بازالت و فیبر کربن به وضوح بالاتر از الیاف مصنوعی است. با این حال، به دلیل هزینه تولید بالا، سطح وسیعی از الیاف معدنی روی ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها محدود است. ژئوتکستایل پلی پروپیلن های کامپوزیتی الیاف شیشه، ساخته شده از الیاف شیشه و پارچه نبافته سوزنی فیبر کوتاه، دارای ویژگی های نفوذپذیری بالا در برابر آب، ضد فیلتر عالی و مقاومت در برابر سایش هستند ژئوتکستایل پلی پروپیلن الیاف بازالت دارای مزایای حفاظت از محیط زیست و مقاومت در برابر دمای بالا هستند [ 126 ، 127 ]. علاوه بر چندین ماده الیافی فوق، ارتشی از مواد الیافی وجود دارد که امکان استفاده به عنوان مواد اولیه ژئوتکستایل پلی پروپیلن با کارایی بالا را دارند که در این میان مطلوب ترین آنها نانوالیاف است. نانوالیاف یکی از پیشرفته‌ترین مواد هستند که می‌توان آن ها را به راحتی در مواد با کارایی بالا با عملکرد منحصربه فرد طراحی کرد و می‌تواند عملکرد ژئوتکستایل‌های موجود را تا حد زیادی افزایش دهد.
نصب ژئوتکستایل پلی پروپیلن
در دهه های اخیر، ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها به طور گسترده ای در مهندسی ژئوتکنیک مورد استفاده قرار گرفته اند و تقاضای بازار جهانی به طور پیوسته در حال رشد است. ژئوتکستایل ها بیشتر از پلی اولفین، پلی استر یا پلیمرهای سری پلی آمید تشکیل شده اند و معمولاً مواد افزودنی برای افزایش عملکرد ژئوتکستایل ها اضافه می شود. ژئوتکستایل ها می توانند حداقل برای یکی از وظایف زیر در مهندسی ژئوتکنیک استفاده شوند: جداسازی، فیلتراسیون، زهکشی، تقویت، مانع و حفاظت در برابر فرسایش. ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها نقش حیاتی فزاینده ای در مهندسی ژئوتکنیک ایفا می کنند، اما چندین مشکل بالقوه نیز وجود دارد: بخشی از مهندسی ژئوتکنیک الزامات بالاتری را برای ژئوتکستایل ها، تخریب ژئوتکستایل ها در فرآیند کاربرد و آلودگی بالقوه محیطی مطرح می کند. اینها شایسته توجه ما هستند.
بر اساس بررسی ادبیات و آخرین داده ها، روند توسعه ژئوتکستایل پلی پروپیلن مورد بحث قرار می گیرد. ژئوتکستایل طبیعی با مفهوم سبز مطابقت دارد که منجر به کاهش آلودگی محیطی می شود. ژئوتکستایل فیبر طبیعی عمدتاً از الیاف گیاهی تشکیل شده است. در برشی از کاربردهای کوتاه مدت و میان مدت مهندسی ژئوتکنیک، می تواند به طور طبیعی جایگزین ژئوتکستایل سنتی شود. به ویژه در کاربرد کنترل فرسایش، جذب آب و ذخیره ژئوتکستایل طبیعی جنبه های مثبتی دارد. دوام کاربرد ژئوتکستایل فیبر طبیعی را محدود می کند. در حال حاضر، دوام ژئوتکستایل طبیعی را می توان به طور موثر با افزودن مقدار زیادی الیاف مصنوعی و اصلاحات شیمیایی بهبود بخشید.
هنگامی که ژئوتکستایل پلی پروپیلن هوشمند برای تقویت سازه ژئوتکنیکی اعمال می شود، می توان پایش سلامت سازه ژئوتکنیکی را انجام داد تا اطمینان حاصل شود که سازه ژئوتکنیکی و موقعیت آن با خطر شکست و آسیب بالا را می توان در مراحل اولیه پیدا کرد. ، که برای پیشگیری و نگهداری از قبل مساعد است. توانایی نظارت ژئوتکستایل هوشمند به ویژگی های سنسور بستگی دارد. در حال حاضر سنسورهای فیبر نوری ادغام شده در ژئوتکستایل عمدتا شامل سنسورهای فیبر نوری مبتنی بر گریتینگ فیبر براگ، سنسورهای فیبر نوری مبتنی بر پراکندگی بریلوین و سنسورهای فیبر نوری پلیمری هستند که مزایا و معایب خاص خود را دارند. در مقابل، سنسورهای POF با کشش بالا، کرنش شکستگی بالا، و اندازه گیری کرنش (بیشتر از 40%) برای ژئوتکستایل هوشمند مناسب تر است. علاوه بر حسگرهای فیبر نوری، فناوری های دیگری مانند فناوری گرافن وجود دارد که می تواند ژئوتکستایل ها را هوشمند کند.
ژئوتکستایل پلی پروپیلن با کارایی بالا همیشه یک جهت حیاتی در توسعه ژئوتکستایل پلی پروپیلن است. در حال حاضر، عمدتاً افزودن مواد افزودنی و اصلاح ژئوتکستایل برای جبران نقص عملکرد ژئوتکستایل است. ثانیاً، ژئوتکستایل با خواص عالی را می توان از الیاف با کارایی بالا، مانند الیاف شیشه یا الیاف بازالت تهیه کرد. در آینده می توان ژئوتکستایل هایی با خواص منحصر به فرد و عالی با اعمال نانوالیاف بر روی ژئوتکستایل ها طراحی کرد.
ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی استحکام کششی اولیه بالایی دارند. برای ساخت و ساز جاده استفاده می شود، می توان آن را به طور موثر در مرحله اولیه استفاده از جاده تقویت کرد. مطالعه بر روی ظرفیت باربری ژئوتکستایل پلی پروپیلن های جوت تقویت شده و جاده های تقویت نشده نشان داد که در مقایسه با جاده های تقویت نشده، ظرفیت باربری جاده های تقویت شده و تقویت نشده ژئوتکستایل پلی پروپیلن جوت حدود 1.5-7 برابر افزایش یافته است به دلیل زیست تخریب پذیری الیاف طبیعی، عملکرد ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی با گذشت زمان کاهش می یابد که منجر به شکست آرماتورهای بعدی در هنگام استفاده در ساخت و ساز جاده می شود در سال‌های اخیر، محققان دریافته اند که دوام طولانی‌مدت ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی برای تقویت پایداری زیربنای بزرگراه های روستایی حیاتی نیست. در هند، مقدار فزاینده ای از ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی برای تقویت زیربنای جاده های روستایی استفاده می شود این به این دلیل است که ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی دارای استحکام کششی اولیه بالایی هستند که باعث می‌شود سطح زیرین در طول دوره ساخت و ساز و بهره برداری از جاده، تنش کم داشته باشد. سپس با گذشت زمان، تحکیم و فشردگی خاک زیرزمینی تحت بار ترافیکی رخ می دهد، بنابراین ظرفیت باربری افزایش می یابد. پس از تخریب ژئوتکستایل طبیعی، ظرفیت باربری لایه زیرین الزامات استفاده را برآورده می کند. جدول 4 ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی مورد استفاده برای تقویت و اثر آن را خلاصه می کند.
ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی مورد استفاده برای تقویت و اثر آن
ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی همچنین می توانند برای فیلتراسیون یا زهکشی میان مدت و کوتاه مدت استفاده شوند و الیاف طبیعی توانایی حذف فلزات سنگین را دارند آببار و همکاران اثر ژئوتکستایل پلی پروپیلن کتانی بر فلزات سنگین محلول را با استفاده از فیلترهای پر شده با ژئوتکستایل پلی پروپیلن ماسه و کتان مطالعه کرد. نتایج نشان داد که ژئوتکستایل پلی پروپیلن کتان توانایی فیلتر را برای حفظ فلزات محلول و اتصال فلزات سنگین بهبود می بخشد بنابراین، ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی مزایای آشکاری در فیلتر کردن فلزات سنگین محلول دارند. با این حال، رطوبت سنجی الیاف گیاهی شامل مشکلات کلیدی جذب آب و گسترش الیاف است. مشخص شده است که ژئوتکستایل پلی پروپیلن جوت، به عنوان محیط زهکشی، برای مقابله با مشکلات زهکشی که در مهندسی ژئوتکنیک با آن مواجه می شوند، امکان پذیر و مقرون به صرفه است به دلیل جذب آب بالا، قطر منافذ فیلتر به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. در بدترین حالت، این منجر به مسدود شدن فیلتر و از بین رفتن کامل نفوذپذیری می شود. رطوبت سنجی و عمر مفید ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی، عملکرد فیلتراسیون یا زهکشی ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی را محدود می کند
منحنی های نفوذ فلزات سنگین محلول
از کاربرد فوق از ژئوتکستایل های طبیعی، می توان دریافت که تخریب اولیه ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی مشکل اولیه ای است که عملکرد بیشتر ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی را محدود می کند بسیاری از تحقیقات در مورد ژئوتکستایل های طبیعی در دو دهه اخیر به بررسی چگونگی بهبود دوام ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی پرداخته است. جدول 5روش های بهبود عملکرد ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی را در سال های اخیر نشان می دهد. در حال حاضر، روش های اصلی افزایش خواص ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی، افزودن مقدار معینی از الیاف مصنوعی، یا اصلاح شیمیایی ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی است. افزودن مقدار معینی از الیاف مصنوعی می تواند خواص فیزیکی و مکانیکی ژئوتکستایل پلی پروپیلن طبیعی را بهبود بخشد. این ژئوتکستایل پلی پروپیلن کامپوزیتی فیبر/پلیمر طبیعی، مانند ژئوتکستایل‌های جوت/پت، ژئوتکستایل پلی پروپیلن جوت و ژئوتکستایل پلی پروپیلن گزنه/اسید پلی لاکتیک عملکرد امیدوارکننده‌ای را در آزمایش های مختلف نشان می‌دهند. اصلاح شیمیایی یا استفاده از تقویت کننده های چسبندگی نیز می تواند مسیرهای جالبی برای بهبود خواص مکانیکی کلی باشد. لامانتیا و همکاران روش های اصلاح شیمیایی فیبر طبیعی را به طور خلاصه بیان کرد: تصفیه قلیایی، استیلاسیون، تیمار با اسید استئاریک، بنزیلاسیون، تیمار TDI، تیمار پراکسید، تیمار انیدرید، تیمار پرمنگنات، تیمار سیلان، تیمار ایزوسیانات و تیمار پلاسما. بسیاری از محققان ژئوتکستایل های اصلاح شده شیمیایی را مورد مطالعه قرار داده اند، مانند مقاومت در برابر تخریب شیمیایی ژئوتکستایل پلی پروپیلن های جوت که توسط استریفیکاسیون تیمار شده اند بهبود یافته است خواص فیزیکی ژئوتکستایل پلی پروپیلن های جوت که با لاکاز تیمار شده اند بهبود یافته است، و توانایی ضد سوراخ شدن ژئوتکستایل پلی پروپیلن جوت بهبود یافته است. درمان با قلیایی بهتر است.
بررسی بهبود خواص ژئوتکستایل پلی پروپیلن های طبیعی
سنسور فیبر نوری نوع جدیدی از حسگرها بر اساس فیبر نوری است که در اواسط دهه 1970 توسعه یافت دارای مزایای عایق الکتریکی برتر، تداخل قوی ضد الکترومغناطیسی، حساسیت بالا و نظارت آسان از راه دور سیگنال اندازه گیری شده است سنسور فیبر نوری با استفاده از تعدادی موقعیت ثابت بین سنسور و پارچه در ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها ادغام می شود. هنگامی که ژئوتکستایل پلی پروپیلن برای پایداری و تقویت سازه‌های ژئوتکنیکی مانند سدها، راه‌آهن‌ها، خاکریزها و شیب‌ها اعمال می‌شود، حسگرهای فیبر نوری می‌توانند عملکردهای دیگری مانند نظارت بر تغییرات تغییر شکل مکانیکی، دما، رطوبت و فشار منفذی را برای ژئوتکستایل پلی پروپیلن فراهم کنند. نظارت بر سلامت سازه‌های ژئوتکنیکی، به طوری که از تشخیص زودهنگام خطر شکست و خرابی بالا سازه‌های ژئوتکنیکی و مکان‌های آن ها اطمینان حاصل شود، که از قبل پیشگیری یا تعمیر سودمند است بنابراین، ژئوتکستایل پلی پروپیلن های هوشمند چشم انداز برتری دارند.
توسعه ژئوتکستایل پلی پروپیلن های هوشمند
سنسور فیبر نوری مبتنی بر گریتینگ فیبر براگ (FBG) اولین حسگر اعمال شده بر روی ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها است اصل کار و اصل حسگر FBG در شکل 13 نشان داده شده است. با این حال، این فناوری یک فناوری اندازه گیری نیمه توزیع شده است که فقط اطلاعات کرنش را در امتداد تعداد محدودی از نقاط یک فیبر نوری ارائه می دهد، در نتیجه سیستم نظارت بر حسگر فیبر نوری مبتنی بر FBG تنها می تواند کرنش شبه توزیع شده را با طول محدود اندازه گیری کند. نمی تواند نیازهای نظارتی صدها متر خاکریز، سد، راه آهن، شیب و سایر سازه های ژئوتکنیکی را برآورده کند. ثانیاً، سنسور FBG از فیبر سیلیکا به عنوان محیط حسگر استفاده می کند و کرنش نهایی فیبر نوری سیلیس معمولی تنها حدود 5٪ است. هزینه سنسور FBG نسبتاً بالا است
اصل کار و اصل سنجش گریتینگ فیبر براگ
به منظور پاسخگویی به نیازهای نظارت بر ساختارهای ژئوتکستایل پلی پروپیلن بزرگ، سنسورهای فیبر نوری توزیع شده به وجود آمدند. پراکندگی بریلوین نوعی پدیده پراکندگی نور است که در اثر برهمکنش بین موج نوری وارد شده به فیبر و موج صوتی الاستیک در فیبر ایجاد می شود سنسور پراکندگی بریلوین توزیع شده فیبر نوری از سیگنال پس پراکندگی خود برای اندازه گیری مقادیر فیزیکی خارجی استفاده می کند. ژئوتکستایل‌های مبتنی بر این نوع حسگر نه تنها می‌توانند ساختار ژئوتکنیکی را تقویت کنند، بلکه نیازهای نظارتی ساختار ژئوتکنیکی بزرگ را نیز برآورده می‌کنند.
ژئوتکستایل پلی پروپیلن هوشمند بر اساس حسگر توزیع شده
هنگامی که تغییر شکل مکانیکی (کرنش بیش از 1٪) دو نوع ژئوتکستایل هوشمند بالا رخ می دهد، حسگر فیبر نوری احتمالاً از کار می افتد و شکنندگی فیبر سیلیس باید توسط کابل گران قیمت محافظت شود. ژئوتکستایل پلی پروپیلن یکپارچه حسگر فیبر نوری پلیمری راه حلی برای اندازه گیری توزیع شده کرنش بالا ارائه می دهد. فناوری بازتاب سنج دامنه زمان نوری POF بر اساس اصل افزایش سطح نور پراکنده در مکانی است که کرنش به POF اعمال می شود لیهر و همکاران دریافت که با فناوری OTDR، تا 40 درصد از توزیع کرنش را می توان با استفاده از استاندارد پلی متیل متاکریلات POF اندازه گیری کرد. در مقایسه با سنسورهای فوق الذکر، POF با الاستیسیته بالا، کرنش شکست بالا و کرنش اندازه گیری (بیشتر از 40%) دارای مزایای بیشتری به عنوان ادغام سنسورها بر روی ژئوتکستایل پلی پروپیلن ، به ویژه برای نظارت بر تغییر شکل مکانیکی بالا (مانند شیب با خطر زمین لغزش) در یک منطقه کوچک. پرفلوروفوف کم تلفات می تواند محدوده اندازه گیری را تا 500 متر افزایش دهد. سنسور POF را می توان به طور مستقیم توسط ماشین آلات نساجی پردازش کرد و می تواند در فرآیند ساخت ساختار پارچه (پارچه چند محوره) تعبیه شود.
ژئوتکستایل پلی پروپیلن هوشمند مبتنی بر حسگر فیبر نوری پلیمری
علاوه بر ژئوتکستایل پلی پروپیلن یکپارچه حسگر فیبر نوری، سایر مواد پیشرفته نیز توسعه ژئوتکستایل هوشمند مانند پوشش گرافن را ترویج می کنند. گرافن می تواند به ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها خواص بسیار خوبی بدهد، از جمله رسانایی حرارتی عالی (رسانایی حرارتی بزرگ)، رسانایی عالی، استحکام بالا (کاهش وزن)، پایداری، خود ترمیم، آب گریزی، عملکرد ضد باکتری (برای جلوگیری از مسدود شدن فیلتر)، و سنجش دما/فشار/رطوبت. عملکرد (دما، تغییر فشار، و تشخیص محل نشتی) می‌توان پیش‌بینی کرد که ژئوتکستایل‌های هوشمندتر در آینده نزدیک ظهور خواهند کرد و نقش بیشتری در مهندسی ژئوتکنیک خواهند داشت.
ژئوتکستایل پلی پروپیلن با کارایی بالا
با گسترش کاربرد ژئوتکستایل ها و پیچیدگی محیط، ژئوتکستایل پلی پروپیلن های با استحکام بالا، چند منظوره و با کارایی بالا به مسیر توسعه ژئوتکستایل تبدیل شده اند.
در حال حاضر، روش های اصلی برای بهبود عملکرد ژئوتکستایل ها، افزودنی ها، اصلاح شیمیایی و ژئوتکستایل پلی پروپیلن های مرکب است استفاده از افزودنی‌ها برای جبران نقص های عملکرد ژئوتکستایل پلی پروپیلن، مانند تثبیت‌کننده ها و آنتی‌اکسیدان‌ها، یک روش مشترک است، اما ارتشی از افزودنی ها محیط را آلوده می‌کنند. اصلاح ژئوتکستایل نیز ابزاری حیاتی برای گسترش حوزه کاربرد ژئوتکستایل پلی پروپیلن و افزایش ارزش افزوده است. ژئوتکستایل پلی پروپیلن اصلاح شده دارای استحکام بالاتر و ضد تخریب است. به عنوان مثال، پیوند کیتوزان یا سیستئین به صورت کووالانسی بر روی ژئوتکستایل پلی پروپیلن PP اصلاح شده اکریلیک می تواند باعث شود ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها توانایی جذب فلزات سنگین را در حین تخلیه یا فیلتر کردن داشته باشند. ژئوتکستایل پلی پروپیلن های کامپوزیت معمولاً از مخلوطی از الیاف مختلف ساخته می شوند که بهترین عملکرد مواد مختلف را با هم ترکیب می کنند.
یافتن الیاف مناسب با کارایی بالا همیشه یک جهت تحقیقاتی حیاتی برای ژئوتکستایل پلی پروپیلن های با کارایی بالا بوده است. استحکام و مدول الیاف معدنی مانند الیاف شیشه الیاف بازالت و فیبر کربن به وضوح بالاتر از الیاف مصنوعی است. با این حال، به دلیل هزینه تولید بالا، سطح وسیعی از الیاف معدنی روی ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها محدود است. ژئوتکستایل پلی پروپیلن های کامپوزیتی الیاف شیشه، ساخته شده از الیاف شیشه و پارچه نبافته سوزنی فیبر کوتاه، دارای ویژگی های نفوذپذیری بالا در برابر آب، ضد فیلتر عالی و مقاومت در برابر سایش هستند ژئوتکستایل پلی پروپیلن الیاف بازالت دارای مزایای حفاظت از محیط زیست و مقاومت در برابر دمای بالا هستند [ 126 ، 127 ]. علاوه بر چندین ماده الیافی فوق، ارتشی از مواد الیافی وجود دارد که امکان استفاده به عنوان مواد اولیه ژئوتکستایل پلی پروپیلن با کارایی بالا را دارند که در این میان مطلوب ترین آنها نانوالیاف است. نانوالیاف یکی از پیشرفته‌ترین مواد هستند که می‌توان آن ها را به راحتی در مواد با کارایی بالا با عملکرد منحصربه فرد طراحی کرد و می‌تواند عملکرد ژئوتکستایل‌های موجود را تا حد زیادی افزایش دهد.
نصب ژئوتکستایل پلی پروپیلن
در دهه های اخیر، ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها به طور گسترده ای در مهندسی ژئوتکنیک مورد استفاده قرار گرفته اند و تقاضای بازار جهانی به طور پیوسته در حال رشد است. ژئوتکستایل ها بیشتر از پلی اولفین، پلی استر یا پلیمرهای سری پلی آمید تشکیل شده اند و معمولاً مواد افزودنی برای افزایش عملکرد ژئوتکستایل ها اضافه می شود. ژئوتکستایل ها می توانند حداقل برای یکی از وظایف زیر در مهندسی ژئوتکنیک استفاده شوند: جداسازی، فیلتراسیون، زهکشی، تقویت، مانع و حفاظت در برابر فرسایش. ژئوتکستایل پلی پروپیلن ها نقش حیاتی فزاینده ای در مهندسی ژئوتکنیک ایفا می کنند، اما چندین مشکل بالقوه نیز وجود دارد: بخشی از مهندسی ژئوتکنیک الزامات بالاتری را برای ژئوتکستایل ها، تخریب ژئوتکستایل ها در فرآیند کاربرد و آلودگی بالقوه محیطی مطرح می کند. اینها شایسته توجه ما هستند.
بر اساس بررسی ادبیات و آخرین داده ها، روند توسعه ژئوتکستایل پلی پروپیلن مورد بحث قرار می گیرد. ژئوتکستایل طبیعی با مفهوم سبز مطابقت دارد که منجر به کاهش آلودگی محیطی می شود. ژئوتکستایل فیبر طبیعی عمدتاً از الیاف گیاهی تشکیل شده است. در برشی از کاربردهای کوتاه مدت و میان مدت مهندسی ژئوتکنیک، می تواند به طور طبیعی جایگزین ژئوتکستایل سنتی شود. به ویژه در کاربرد کنترل فرسایش، جذب آب و ذخیره ژئوتکستایل طبیعی جنبه های مثبتی دارد. دوام کاربرد ژئوتکستایل فیبر طبیعی را محدود می کند. در حال حاضر، دوام ژئوتکستایل طبیعی را می توان به طور موثر با افزودن مقدار زیادی الیاف مصنوعی و اصلاحات شیمیایی بهبود بخشید.
هنگامی که ژئوتکستایل پلی پروپیلن هوشمند برای تقویت سازه ژئوتکنیکی اعمال می شود، می توان پایش سلامت سازه ژئوتکنیکی را انجام داد تا اطمینان حاصل شود که سازه ژئوتکنیکی و موقعیت آن با خطر شکست و آسیب بالا را می توان در مراحل اولیه پیدا کرد. ، که برای پیشگیری و نگهداری از قبل مساعد است. توانایی نظارت ژئوتکستایل هوشمند به ویژگی های سنسور بستگی دارد. در حال حاضر سنسورهای فیبر نوری ادغام شده در ژئوتکستایل عمدتا شامل سنسورهای فیبر نوری مبتنی بر گریتینگ فیبر براگ، سنسورهای فیبر نوری مبتنی بر پراکندگی بریلوین و سنسورهای فیبر نوری پلیمری هستند که مزایا و معایب خاص خود را دارند. در مقابل، سنسورهای POF با کشش بالا، کرنش شکستگی بالا، و اندازه گیری کرنش (بیشتر از 40%) برای ژئوتکستایل هوشمند مناسب تر است. علاوه بر حسگرهای فیبر نوری، فناوری های دیگری مانند فناوری گرافن وجود دارد که می تواند ژئوتکستایل ها را هوشمند کند.
ژئوتکستایل پلی پروپیلن با کارایی بالا همیشه یک جهت حیاتی در توسعه ژئوتکستایل پلی پروپیلن است. در حال حاضر، عمدتاً افزودن مواد افزودنی و اصلاح ژئوتکستایل برای جبران نقص عملکرد ژئوتکستایل است. ثانیاً، ژئوتکستایل با خواص عالی را می توان از الیاف با کارایی بالا، مانند الیاف شیشه یا الیاف بازالت تهیه کرد. در آینده می توان ژئوتکستایل هایی با خواص منحصر به فرد و عالی با اعمال نانوالیاف بر روی ژئوتکستایل ها طراحی کرد.
