แผ่นกันซึม (Geomembrane)คือ แผ่นเมมเบรนสังเคราะห์ที่ มีการซึมผ่าน ต่ำมาก ใช้ร่วมกับ วัสดุ ทางวิศวกรรมธรณี อื่นๆ เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของของเหลว (ของเหลวหรือก๊าซ) ในโครงการ โครงสร้าง หรือระบบที่มนุษย์สร้างขึ้น แผ่นกันซึมทำจากแผ่นโพลีเมอร์ต่อเนื่องที่ค่อนข้างบาง แต่ก็สามารถทำจากวัสดุสิ่งทอทาง ธรณีวิทยา (Geotextiles) ที่ชุบ ด้วยแอสฟัลต์อีลาสโตเมอร์หรือสเปรย์โพลีเมอร์หรือเป็นวัสดุคอมโพสิตบิทูเมนหลายชั้นได้ เช่นกัน แผ่นกันซึมโพลีเมอร์ต่อเนื่องเป็นชนิดที่พบได้บ่อยที่สุด

การผลิตแผ่นกันซึมเริ่มต้นด้วยการผลิตวัตถุดิบ ซึ่งประกอบด้วยเรซินโพลีเมอร์และสารเติมแต่งต่างๆ เช่น สารต้านอนุมูลอิสระ สารเพิ่มความยืดหยุ่น สารเติมเต็ม คาร์บอนแบล็ก และสารหล่อลื่น (เพื่อช่วยในการผลิต) จากนั้นวัตถุดิบเหล่านี้ (เช่น "สูตร") จะถูกแปรรูปเป็นแผ่นที่มีความกว้างและความหนาต่างๆ โดยวิธีการอัดรีดการรีดเรียบและ/หรือการเคลือบแบบกระจาย

การประมาณการในปี 2010 ระบุว่าแผ่นเมมเบรนกันซึมเป็นวัสดุสังเคราะห์ทางธรณีวิทยาที่ใหญ่ที่สุดในแง่ของมูลค่าเป็นดอลลาร์สหรัฐฯ คิดเป็น 1.8 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อปีทั่วโลก ซึ่งคิดเป็น 35% ของตลาด^{[ 2 ]}ปัจจุบันตลาดสหรัฐฯ แบ่งออกเป็น HDPE, LLDPE, fPP, PVC, CSPE-R, EPDM-R และอื่นๆ (เช่น EIA-R และBGMs ) และสามารถสรุปได้ดังนี้: (โปรดทราบว่า Mm ²หมายถึงล้านตารางเมตร)

• โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) ~ 35% หรือ 105 มม. ^²
• โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE) ~ 25% หรือ 75 มม. ^²
• โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) ~ 25% หรือ 75 มม. ^²
• โพลีโพรพีลีนแบบยืดหยุ่น(fPP) ~ 10% หรือ 30 มม. ^²
• โพลีเอทิลีนคลอโรซัลโฟเนต (CSPE) ~ 2% หรือ 6 มม. ^²
• เอทิลีนโพรพิลีนไดอีนเทอร์โพลิเมอร์ (EPDM) ~ 3% หรือ 9 มม. ^²

ข้อมูลข้างต้นแสดงถึงยอดขายทั่วโลกประมาณ 1.8 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ การคาดการณ์การใช้งานแผ่นกันซึมในอนาคตขึ้นอยู่กับการใช้งานและที่ตั้งทางภูมิศาสตร์เป็นอย่างมาก การ ใช้งานแผ่นกันซึมและวัสดุปิดคลุมหลุมฝังกลบในอเมริกาเหนือและยุโรปอาจมีการเติบโตในระดับปานกลาง ( ~ 5%) ในขณะที่ในส่วนอื่นๆ ของโลกอาจมีการเติบโตอย่างมาก (10-15%) การเพิ่มขึ้นที่มากที่สุดอาจเกิดขึ้นในการกักเก็บเถ้าถ่านหินและการทำเหมืองแร่โลหะมีค่าแบบกองแร่

วิธีการทดสอบแผ่นกันซึมส่วนใหญ่ที่ใช้อ้างอิงกันทั่วโลกนั้นมาจากASTM International (ASTM) เนื่องจากมีประวัติการทำงานในด้านนี้มายาวนาน เมื่อไม่นานมานี้องค์การมาตรฐานสากล (ISO) ก็ได้พัฒนาวิธีการทดสอบของตนเองขึ้นมาเช่นกัน สุดท้ายนี้ สถาบันวิจัยด้านวัสดุสังเคราะห์ทางธรณีวิทยา (GRI) ก็ได้พัฒนาวิธีการทดสอบเพื่อเติมเต็มช่องว่างที่ ASTM หรือ ISO ยังไม่ได้กล่าวถึง แต่ละประเทศและผู้ผลิตมักจะมีวิธีการทดสอบเฉพาะ (และบางครั้ง) ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเอง

คุณสมบัติทางกายภาพหลักของแผ่นกันซึมที่ผลิตขึ้นมีดังนี้:

• ความหนา (แผ่นเรียบ, พื้นผิวมีลวดลาย, ความสูงของความขรุขระ)
• ความหนาแน่น
• ดัชนีการไหลของหลอมเหลว
• มวลต่อหน่วยพื้นที่ (น้ำหนัก)
• การส่งผ่านไอระเหย (น้ำและตัวทำละลาย)

มีการพัฒนาการทดสอบทางกลหลายวิธีเพื่อกำหนดความแข็งแรงของวัสดุแผ่นโพลีเมอร์ หลายวิธีได้รับการนำมาใช้ในการประเมินแผ่นกันซึม การทดสอบเหล่านี้แสดงถึงทั้งการควบคุมคุณภาพและการออกแบบ กล่าวคือ เป็นการทดสอบดัชนีเทียบกับการทดสอบประสิทธิภาพ

• ความแข็งแรงดึงและการยืดตัว (ดัชนี ความกว้างแบบกว้าง สมมาตรตามแกน และรอยต่อ)
• ความทนทานต่อการฉีกขาด
• ความต้านทานต่อแรงกระแทก
• ความต้านทานต่อการเจาะ
• ความแข็งแรงเฉือนของพื้นผิวสัมผัส
• ความแข็งแรงของจุดยึด
• รอยแตกร้าวจากความเค้น (ภาระคงที่และจุดเดียว)

ปรากฏการณ์ใดๆ ที่ทำให้เกิดการแตกตัว ของโซ่พอลิเมอร์ การแตกของพันธะ การหมดไปของสารเติมแต่ง หรือการสกัดสารภายในแผ่นกันซึม จะต้องถือว่าเป็นการบั่นทอนประสิทธิภาพในระยะยาว มีข้อกังวลหลายประการในเรื่องนี้ แม้ว่าแต่ละข้อจะมีความเฉพาะเจาะจงกับวัสดุ แต่แนวโน้มพฤติกรรมโดยทั่วไปคือทำให้แผ่นกันซึมเปราะมากขึ้นในด้านความเค้น-ความเครียดเมื่อเวลาผ่านไป มีคุณสมบัติทางกลหลายประการที่สามารถติดตามได้ในการตรวจสอบการเสื่อมสภาพในระยะยาวดังกล่าว ได้แก่ การลดลงของการยืดตัว ณ จุดแตกหัก การเพิ่มขึ้นของโมดูลัสความยืดหยุ่นการเพิ่มขึ้น (แล้วลดลง) ของความเค้น ณ จุดแตกหัก (เช่น ความแข็งแรง) และการสูญเสียความเหนียวโดยทั่วไป เห็นได้ชัดว่า คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลหลายอย่างสามารถใช้ในการตรวจสอบกระบวนการเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์ได้

• การสัมผัสแสงอัลตราไวโอเลต (ในห้องปฏิบัติการหรือภาคสนาม)
• การเสื่อมสภาพจากกัมมันตรังสี
• การย่อยสลายทางชีวภาพ (สัตว์ เชื้อรา หรือแบคทีเรีย)
• การเสื่อมสภาพทางเคมี
• พฤติกรรมทางความร้อน (ร้อนหรือเย็น)
• การเสื่อมสภาพจากการออกซิเดชัน

แผ่นกันซึม (Geomembranes) เสื่อมสภาพช้ามากจนยังไม่มีข้อมูลที่แน่ชัดเกี่ยวกับพฤติกรรมตลอดอายุการใช้งาน ดังนั้นการทดสอบแบบเร่งด่วนไม่ว่าจะเป็นการใช้แรงกดสูง อุณหภูมิสูง และ/หรือของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน จึงเป็นวิธีเดียวที่จะตรวจสอบพฤติกรรมของวัสดุในระยะยาวได้ วิธีการทำนายอายุการใช้งานใช้วิธีการตีความข้อมูลดังต่อไปนี้:

• การทดสอบขีดจำกัดความเค้น: วิธีการที่ใช้โดยอุตสาหกรรมท่อ HDPE ในสหรัฐอเมริกาเพื่อกำหนดค่าความเค้นพื้นฐานการออกแบบตามหลักอุทกสถิต
• วิธีวิเคราะห์อัตราการเปลี่ยนแปลง: ใช้ในยุโรปสำหรับท่อและแผ่นกันซึม วิธีนี้ให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกับการทดสอบขีดจำกัดความเค้น
• วิธีการแบบหลายพารามิเตอร์ของ Hoechst: วิธีการที่ใช้ความเค้นแบบสองแกนและการคลายตัวของความเค้นเพื่อทำนายอายุการใช้งาน และสามารถรวมถึงรอยเชื่อมได้ด้วย
• การสร้างแบบจำลอง Arrhenius: วิธีการทดสอบแผ่นเยื่อกันซึม (และวัสดุสังเคราะห์ อื่นๆ ) ที่อธิบายไว้ใน Koerner สำหรับทั้งสภาวะฝังดินและสภาวะเปิด^{[ 1 ]}

กลไกพื้นฐานของการต่อแผ่นเยื่อกันซึมโพลีเมอร์เข้าด้วยกันคือการปรับโครงสร้างของโพลีเมอร์ชั่วคราว (โดยการหลอมหรือทำให้อ่อนตัว) ของพื้นผิวสองด้านที่จะต่อกันในลักษณะที่ควบคุมได้ ซึ่งหลังจากใช้แรงกดแล้ว จะทำให้แผ่นทั้งสองยึดติดกัน การปรับโครงสร้างนี้เกิดขึ้นจากพลังงานที่มาจาก กระบวนการ ทางความร้อนหรือทางเคมีกระบวนการเหล่านี้อาจเกี่ยวข้องกับการเติมโพลีเมอร์เพิ่มเติมในบริเวณที่จะต่อกันด้วย

โดยหลักการแล้ว การต่อแผ่นเยื่อกันซึมสองแผ่นเข้าด้วยกัน ควรทำให้ความแข็งแรงดึงสุทธิของทั้งสองแผ่นไม่ลดลง และแผ่นที่ต่อกันควรมีประสิทธิภาพเหมือนแผ่นเยื่อกันซึมแผ่นเดียว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเค้นที่กระจุกตัวซึ่งเกิดจากรูปทรงของรอยต่อ เทคนิคการเชื่อมต่อในปัจจุบันอาจส่งผลให้ความแข็งแรงดึงและ/หรือการยืดตัวลดลงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับแผ่นเดิม คุณลักษณะของบริเวณรอยต่อขึ้นอยู่กับชนิดของเยื่อกันซึมและเทคนิคการเชื่อมต่อที่ใช้

แผ่นกันซึมถูกนำไปใช้ในงานด้านสิ่งแวดล้อม ธรณีเทคนิค ไฮดรอลิก การขนส่ง และการพัฒนาเอกชน ดังต่อไปนี้:

• ใช้เป็นวัสดุรองสำหรับท่อน้ำดื่ม
• ใช้เป็นวัสดุรองสำหรับน้ำสำรอง (เช่น การปิดโรงงานนิวเคลียร์อย่างปลอดภัย)
• ใช้เป็นวัสดุรองก้นภาชนะสำหรับของเหลวเสีย (เช่น กากตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสีย)
• แผ่นรองสำหรับของเหลวของเสียกัมมันตรังสีหรือของเสียอันตราย
• ใช้เป็นวัสดุรองสำหรับกักเก็บน้ำมันในถังเก็บใต้ดิน
• ใช้เป็นแผ่นรองสำหรับบ่อพลังงานแสงอาทิตย์
• ใช้เป็นวัสดุบุรองสำหรับสารละลายน้ำเกลือ
• ใช้เป็นแผ่นรองสำหรับอุตสาหกรรมการเกษตร
• ใช้เป็นวัสดุรองบ่อสำหรับอุตสาหกรรมเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ เช่น บ่อเลี้ยงปลาหรือกุ้ง
• ใช้เป็นวัสดุรองบ่อน้ำและบังเกอร์ทรายในสนามกอล์ฟ
• ใช้เป็นแผ่นรองพื้นสำหรับสระน้ำตกแต่งและสระน้ำสถาปัตยกรรมทุกประเภท
• ใช้เป็นวัสดุบุภายในคลองส่งน้ำ
• ใช้เป็นวัสดุบุรองสำหรับคลองลำเลียงของเสียประเภทต่างๆ
• ใช้เป็นวัสดุรองสำหรับหลุมฝังกลบขยะมูลฝอยขั้นต้น ขั้นรอง และ/หรือ ขั้นที่สาม รวมถึงกองขยะ
• ใช้เป็นวัสดุรองสำหรับบ่อซึมปุ๋ยหมัก
• ใช้เป็นฝาปิด (ครอบ) สำหรับหลุมฝังกลบขยะมูลฝอย
• ใช้เป็นฝาครอบสำหรับถังหมักปุ๋ยแบบใช้ออกซิเจนและไม่ใช้ออกซิเจนในอุตสาหกรรมการเกษตร
• ใช้เป็นวัสดุปิดคลุมเถ้าถ่านหินจากโรงไฟฟ้า
• ใช้เป็นวัสดุบุผนังแนวตั้ง: แบบชั้นเดียวหรือสองชั้น พร้อมระบบตรวจจับการรั่วซึม
• ใช้เป็นแนวกั้นภายในเขื่อนดินที่แบ่งเป็นโซนเพื่อควบคุมการซึม
• ใช้เป็นวัสดุบุผนังสำหรับทางระบายน้ำฉุกเฉิน
• ใช้เป็นวัสดุกันซึมภายในอุโมงค์และท่อส่ง
• ใช้เป็นวัสดุปิดผิวกันน้ำสำหรับเขื่อนดินและเขื่อนหินถม
• ใช้เป็นวัสดุปิดผิวกันน้ำสำหรับเขื่อนคอนกรีตอัดแน่นด้วยลูกกลิ้ง
• ใช้เป็นวัสดุปิดผิวกันน้ำสำหรับงานก่ออิฐและเขื่อนคอนกรีต
• ภายในเขื่อนชั่วคราวเพื่อควบคุมการซึม
• ใช้เป็นอ่างเก็บน้ำลอยน้ำเพื่อควบคุมการซึม
• ใช้เป็นฝาครอบอ่างเก็บน้ำลอยน้ำเพื่อป้องกันมลพิษ
• เพื่อบรรจุและขนส่งของเหลวในรถบรรทุก
• เพื่อกักเก็บและขนส่งน้ำดื่มและของเหลวอื่นๆ ในมหาสมุทร
• เพื่อเป็นเกราะป้องกันกลิ่นเหม็นจากหลุมฝังกลบขยะ
• ทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันไอระเหย (เรดอน ไฮโดรคาร์บอน ฯลฯ) ใต้ตัวอาคาร
• เพื่อควบคุมดินที่ขยายตัว
• เพื่อควบคุมดินที่ไวต่อการเกิดน้ำค้างแข็ง
• เพื่อป้องกันพื้นที่เสี่ยงต่อการเกิดหลุมยุบจากน้ำไหล
• เพื่อป้องกันการซึมของน้ำในพื้นที่อ่อนไหว
• เพื่อสร้างท่อกั้นเป็นเหมือนเขื่อน
• เพื่อรับมือกับโครงสร้างค้ำยัน เช่น เขื่อนกั้นน้ำชั่วคราว
• เพื่อนำน้ำไหลไปตามเส้นทางที่ต้องการ
• ใต้ทางหลวงเพื่อป้องกันมลพิษจากเกลือละลายน้ำแข็ง
• ใต้และบริเวณใกล้เคียงทางหลวงเพื่อดักจับการรั่วไหลของของเหลวอันตราย
• ใช้เป็นโครงสร้างกั้นสำหรับส่วนเกินชั่วคราว
• เพื่อช่วยสร้างความสม่ำเสมอของความสามารถในการอัดตัวและการทรุดตัวใต้ผิวดิน
• ใต้ชั้นแอสฟัลต์ทำหน้าที่เป็นชั้นกันน้ำ
• เพื่อควบคุมการรั่วซึมในถังเก็บน้ำเหนือพื้นดินที่มีอยู่เดิม
• ในรูปแบบที่ยืดหยุ่นซึ่งไม่สามารถยอมให้วัสดุสูญหายได้

• การตรวจสอบความสมบูรณ์ของสายไฟฟ้า