مقایسه رایزر و حلقه منهول HDPE و بتن

مقایسه مواد بکاررفته در حلقه و رایزر منهول، از موضوعاتیست که همواره برای کارفرمایان بسیار جذاب می‌باشد. زیرا دیتاهای عمکردی متنوع و کاربردی فراوانی را در اختیار صاحبان صنایع برای انتخاب منهول مناسب قرار میدهد. اما این سوال گاهاَ بوجود می‌آید که انتخاب جنس مناسب برای هریک از اجزای آدم رو، میتواند بر روی عمکرد کلی موثر باشد؟!. پاسخ روشن است: بلــــــــــــــــــه.

ما در این مقاله قصد داریم که به بررسی کیفیت عملکردی رایزر و حلقه منهول HDPE و بتن بپردازیم. پیش از هرچیز بایستی بدانید که منظور از حلقه، رینگ فوقانی یا همان طوقه قرار گرفته بر روی منهولها و منظور از رایزر، قطعات میانی کانال آدم رو می باشد. امروزه بهره گیری از متریالهای پلی اتین سنگین و سبک، بسیار بیشتر از بتن، مورد توجه قرار گرفته است. اما دلیل این امر، بخصوص در کشورهای صنعتی جهان اول همچون ایالات متحده آمریکا چیست؟!.

رایزر و حلقه منهول پلی اتیلن یا بتنی؟

در سرتاسر آمریکای شمالی، شهرداری‌ها با حساسیت بسیار زیادی در مورد رایزر ها و حلقه‌ های منهول در زیرساخت‌های خود، تصمیمات مقتضی را اتخاذ می کنند. این انتخاب غالباَ بین حلقه‌های بتنی سنتی و حلقه‌ های پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) است. درحقیقت حلقه ها (گاهاَ بصورت منفرد و گاهاَ بصورت طوقه متصل به دریچه)، باید در برابر جریان و نفوذ آبهای سطحی و گرد و خاک، مقاوم باشند. همچنین در برابر عناصر اسیدی و رطوبت های پیرامونی نیز ایستادگی قابل توجهی داشته باشند. شهرداری ها غالباَ:

• از یکسو باید علاوه بر موارد فوق، به تأثیرات خوردگی‌های ناشی از گاز سولفید هیدروژن (H2S) توجه نمایند. ضمناَ خرابی ناشی از ارتعاشات سنگین ترافیکی و چرخه های انجماد یا ذوب نیز میتواند در استهلاک بخصوص حلقه ها (یا طوقه‌ها)، موثر باشد.
• و از سوی دیگر، بودجه‌ی خود را برای انتخاب جنس مناسب قطعات منهول تنظیم کنند.

بنابراین تصمیم گیرندگان شهرداری ها وظیفه دارند سیستمی را مشخص کنند که عملکرد و دوام مناسب و مقرون بصرفگی را برای سیستم های دسترسی به فاضلاب، به ارمغان بیاورد.

دلایل توجه به حلقه منهول پلی اتیلن چگالی بالا

بتن همواره یک انتخاب معمولی بوده است. زیرا طولانی‌ترین زمان استفاده از قدیم را داشته و برای مهندسان و پیمانکاران آشنا می‌باشد. با این حال عناصر منهول پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) در 30 سال گذشته، بعنوان یک جایگزین قابل اعتماد ظاهر شده اند. اما چگونه این متریالها محبوب شده و وارد پروسه‌های اجرایی ارگان‌ های شهری شدند؟!.

توجه داشته باشید که از آلاسکا تا باهاما و از مینه‌سوتا تا تگزاس، شهرداری‌ها نگاه عمیق‌تری به دوام و هزینه‌های مربوط به تعمیر و چرخه عمر (ماندگاری) اجزای منهول های فاضلاب دارند. اغلب از این سیستم‌ها (طوقه یا حلقه های فوقانی تنظیم کننده‌ی آدم رو) برای:

• پر کردن،
• تقویت و
• تنظیم ارتفاع جاده‌ها در نقاط دسترسی،

بعنوان یک آیتم ویژه در پروژه‌های نصب کانالهای دسترسی خطوط فاضلاب یا کابل های زیرزمینی، نصب می‌گردند. روش مرسوم برای ساخت و استفاده از آنها در گذشته، عمدتاُ از بتن یا آجر و ملات بود. به‌همین دلیل اغلب در اثر عواملی نظیر:

• کوبش و لرزش مداوم وسایل نقلیه و وارد آمدن بارهای ترافیکی گوناگون،
• شرایط آب و هوایی خاص، به ویژه شرایط یخ زدن و یا گرمای بیش از حد نقاط خشک و کویری،
• وجود رطوبت مستمر محیطی و…،

دچار خرابی می شدند. به‌علاوه اینکه حلقه های بتنی در پی زلزله و رانش زمین نیز، سریعا دچار ترک و آسیب خواهند شد. چراکه هیچگونه انعطاف پذیری از خود نشان نداده و قادر به دفع تنش های شدید وارده نیستند!. مجموع این مسائل موجب شد تا تجدید نظر گسترده ای در مورد حلقه ها و حتی رایزر های بتنی منهول فاضلاب شکل بگیرد. نهایتاَ گروه‌های تحقیقاتی و آژانس های فعال در امور عمرانی شهری تصمیم گرفتند تا به سراغ حلقه های منهول (طوقه) کاملاً بازیافتی پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) بروند. اجزایی که به مراتب مقرون به صرفه تر، سبک تر و بادوام تر هستند.

آزمایش ابتدایی حلقه منهول پلی اتیلن چگالی بالا

حلقه های منهول HDPE (پلی اتیلن با چگالی بالا)، برای اولین بار در دهه 1990 ساخته شدند. چنانکه ماده ابتدایی آنها را، 100٪ پلاستیک بازیافتی یا پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) تشکیل میداد. درحقیقت حلقه ها با توجه به برآورده سازی مشخصات و خواسته های استانداردهای:

• استاندارد ASTM D4976
• و استاندارد AASHTO HS-25

طراحی و تولید گردیدند. مسئولیت کارهای تحقیقات ابتدایی و تولید نمونه ها را، آزمایشگاه شرکت « American Engineering Testing » بر عهده گرفت. بدین ترتیب که حلقه‌ ها تا 80000پوند بارگذاری شده و طی روزهای متوالی بررسی، دچار هیچگونه مشکلی نشدند. سپس رایزر های منهول پلی اتیلن نیز در محیط‌های رطوبتی، مورد آزمون قرار گرفتند و آنها نیز جواب مطلوبی داشتند. جالب است بدانید که در آزمایش مشابهی، نمونه‌هایی از رینگ های منهول بتنی (قابل دریچه آدم رو) دچار اشکالات فروانی شدند!!. بنابراین با واضح شدن نتایج آزمایشات، ادامه‌ی آزمایش ها به نفع مدلهای HDPE متوقف گردید. علاوه بر این، مواد HDPE هنگامی که در معرض محیط خشن هیدروژن سولفید موجود در اکثر سیستم‌های فاضلاب قرار می‌گیرند، خورده یا خراب نمی‌شوند.

نکته: آزمایشات نفوذ آب نیز در شرایط آزمایشگاهی محیطی انجام شد و نشت قابل توجهی را نشان نداد. (آزمایش روی طوقه و حلقه های پلی اتیلن با چگالی بالای منهول فاضلاب)

تأثیر شرایط محیطی مختلف بر طوقه و رایزر منهول

ایالات متحده آمریکا در زمینه‌ی استفاده از اجزای آدم رو فاضلاب پردوام و نوین، همواره پیشتاز بوده است. چنانکه امروزه میبینم در بیش از 180 شهر مینه‌سوتا، لس آنجلس، لاس وگاس، تگزاس و البته واشنگتن، از حلقه ها و رایزر منهول پلی اتیلن با چگالی بالا استفاده شده است. اتفاقی که علاوه بر کاهش سرقت و کاهش هزینه‌ها، بلحاظ مقاومت محیطی نیز مسئله‌ای پراهمیت بنظر می‌آید. درهمین زمینه، توجه به عملکرد رایزر و طوقه منهول پلی اتیلن و بتنی در شرایط محیطی مختلف، قابل اهمیت است:

1. برای شهرهایی که دارای بارانهای اسیدی خاص بوده و یا با مشکل به راه افتادن شیرابه های اسیدی دست به گریبانند، استفاده از حلقه ‌ها و درپوشهای HDPE و کامپوزیت واجب است. زیرا برخلاف ضعف شدید بتن در برابر عناصر اسیدی، پلیمرها مقاومت مناسبی را ارائه میدهند.
2. رایزرها و حلقه‌های HDPE در بسیاری از شهرها و ایالت‌هایی که دارای شرایط یخ زدگی شدید یا گرمای وحشتناک هستند، به مانند یه سد محکم عمل می‌کنند. ضمناَ در بسیاری از مناطق خشک در جهان، روزها بسیار گرم بوده و شب‌ها با کاهش وحشتناک دما روبرو خواهیم بود. اجزای رایزر و حلقه پلی اتیلن با چگالی بالا، در چنین شرایطی نیز میتوانند وضعیت پایدار را برای کانال دسترسی آدم رو تضمین کنند. این درحالیست که بتن‌ها تحت تأثیر تغییرات دمایی شدید قرار می‌گیرند!.
3. آندست از شهرهایی که شرایط خاک چالش‌برانگیز دارند، بطور ویژه‌ای به سراغ عناصر پلی اتیلنی منهولها می‌روند. بعنوان مثال در مک آلن، تگزاس و…، حلقه‌های HDPE به افزایش طول عمر روکش منهول فاضلاب در خاک‌های بسیار اسیدی منطقه کمک می‌کنند. زیرا HDPE در برابر ترک‌خوردگی ناشی از قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی و گازها، بسیار مقاوم است.
4. محیط های رطوبتی نیز قادرند آسیب های جدی را به طوقه‌ها و رایزرهای بتنی وارد آورند!.

اجرای حلقه HDPE در مینه‌سوتا

فریم های رینگی دریچه منهول HDPE، برای اولین بار در سال 1996 در Apple Valley مینه‌سوتا، بر روی منهول های بهداشتی نصب شدند. جیم فروختل، هماهنگ کننده سابق ساخت و ساز مهندسی این شهر در زیرمجموعه بخش کارهای عمرانی عمومی، در این زمینه می‌گوید:

«ما در شرایط سخت خود با رایزرها و بخصوص حلقه های منهول بتنی، آنچنان مشکل داشتیم که تصمیم گرفتیم حلقه های HDPE را امتحان کنیم. درواقع خواستیم مطمئن شویم که رینگ های منهول پلی اتیلن (COLLAR PE)، به همانگونه که در آزمایش های آزمایشگاهی قدرتمند نشان داده اند، در شرایط زندگی واقعی نیز عملکرد مناسبی ارائه میدهند؟!».

بخش مهندسی در ادامه اضافه میکند که در زمستان بعد و چند سال آینده، بررسی‌هایی را صورت دادیم. فروختل تأیید میکند که هیچ خرابی، ترک و یا شکستگی در حلقه‌ های پلی اتیلن HDPE، وجود نداشت. ضمناَ آزمایش های دیگری نیز در این زمینه انجام گردید. بنابراین فروختل و تیم اجرایی همراه وی، یک صفحه فولادی را روی یکی از طوقه های منهول HDPE قرار دادند. درادامه یک کامیون سیمان بارگیری شده، روی آن راند. هدف از انجام این آزمایش سنگین‌تر، این بود که میزان مقاومت در برابر خرد شدگی رینگ آدم رو پلی اتیلن با چگالی بالا، تست شود. ولی باز هم مقاومت فوق العاده ای از این متریال مشاهده شد.

لازم به ذکر است که در جای جای جهان، ابتدا پیمانکاران بر استفاده از این متریالها برای اجزای منهول ها مقاومت می‌ورزیدند. زیرا چیز جدیدی بود. اما این متریال بدلیل نصب بسیار سریع و ارائه ویژگیهای ایمن تر، در گذر زمان بسیار محبوب شد. بنابراین در ادامه برخی از ویژگیهای مهم این اجزا را از نظر خواهیم گذراند.

زمان نصب حلقه بتنی و HPDE منهول فاضلاب

بطور متوسط ​​1 تا 2 ساعت طول می کشد تا یک روکش آدم رو فاضلاب بتنی نصب شود. سپس نصابان باید در روزهای آتی برای پر کردن و بتن ریزی اطراف آن اقدام کنند. البته زمان نصب برای منهولهای بتنی پیش ساخته، کمتر است. همه‌ی اینها درحالیست که منهول پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)، دارای پروسه‌ی نصب 20-30 دقیقه ‌ای می‌باشد. سپس فوراَ فرآیند خاکریزی و کوبیدن خاک و احیاناَ بتن ریزی اطراف (در صورت نیاز)، آغاز می گردد.

ذکر این نکته حائز اهمیت است که:

نصابان همواره نصب رایزر و حلقه منهول فاضلاب پلی اتیلن را به آدم رو های بتنی ترجیح میدهند. چراکه طوقه یا حلقه‌های سبک (6 پوندی) HDPE، فرآیند نصب را با سهولت و سرعت بیشتری همراه می‌سازند.

حلقه و رایزر پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE)، نمی‌شکند و هیچ ماده‌ی مضری را از خود متصاعد نمی‌کند.

محصول مرتبط: سپتیک تانک پلی اتیلن

عدم سرقت طوقه و دریچه منهول

بلحاظ عدم سرقت، حلقه ها و انواع دریچه منهول HDPE و بتنی، دارای وضعیت مطلوبی هستند. زیرا دارای ارزشی برای بازیافت و ذوب سازی مجدد ماده اولیه ندارند. همچنین دریچه منهول کامپوزیت نیز در این زمینه، وضعیت مشابهی دارد. دریچه های آدم رو چدنی و فولادی اما، بدلیل قابلیت ذوب فولاد همواره در معرض سرقت هستند!!.

نکته: معمولاَ انحراف حلقه در هنگام قرارگیری در کنار روکش آسفالت، برای هر دو مدل بسیار کم است. یعنی کمتر از 0.25 اینچ. با اینحال در این فاکتور نیز به مقدار کمی، وضعیت طوقه آدم رو HDPE بهتر است.

نصب آدم رو در جاده‌های با بار ترافیکی بالا

برای توضیح بهتر این آیتم، شاید بهتر باشد به سراغ بررسی یکی از مهمترین ایالت‌های جهان برویم. ایالت انتاریو (ONTARIO) فعال‌ترین و پرجمعیت ترین ایالت کشور کانادا می‌باشد که شهر مشهور تورنتو به عنوان مرکز آن شناخته می شود. جاده‌های مهم و ترانزیتی انتاریو همواره نیازمند رینگ ها و دیگر عناصر مقاوم منهولهاست که در برابر دو عامل، مقاومت کافی داشته باشند:

• بار ترافیکی قابل ‌توجه کامیون ‌ها و حجم گسترده‌ی ماشین های سنگین و سبک عبوری
• چرخه های مکرر یخ و گرمای محیطی. (تغییرات شدید و ناگهانی محیط و دما)

به علت گستردگی مسیرهای عبوری این جاده‌های مهم، بهره گیری از حلقه‌های منهول فاضلاب پلی اتیلن دو مزیت ویژه داشت. 1) باتوجه به تعداد بسیار بالای منهولهای مورد نیاز، خرید رایزر و رینگ HDPE شدیداَ مقرون بصرفه است. 2) عمر و ماندگاری بالایی داشته و نیاز به تعمیرات خاصی ندارند.

تا سالها بدلیل نصب سیستمهای فاضلاب بتنی و فولادی در جاده‌های انتاریو، انواع سختی های مالی، تعمیراتی و نگهداری گسترده‌آی تجربه شد. اما با نصب پرسرعت طوقه‌های HDPE، حلقه‌ ها و رایزرهای بتنی معمولی کم کم کنار رفتند. زیرا آنها سبک‌ترند، به ملات متکی نیستند و نهایتاَ اینکه رینگ‌های HDPE مانند بتن خراب نمی‌شوند.

نکته‌ی مهم: امروزه طوقه‌ها و دریچه‌ها غالباَ بصورت متصل به هم تولید میشوند. اما در گذشته صرفاَ بر روی رینگ‌های کانالهای دسترسی فاضلاب اجرا شده، درپوشهایی نصب می‌شد.

نصب منهول پلی اتیلن در فصول سرد و یخبندان

بسیاری از نقاط جهان، دارای سرمای وحشتناکی بخصوص در فصول سرد سال هستند. بطوریکه در این فصول باید هر آن منتظر کولاک‌های سخت، سرمای استخوانسوز و طوفانهای متعدد بود. تمام این ویژگیهای محیطی، ساخت و نصب حلقه ها و رایزر های بتنی معمولی منهول فاضلاب را کاملاَ متوقف خواهد کرد. زیرا اجزای بتنی آدم روها نیاز به فرآیند نصب طولانی تر و گیرش بتن دارند. ضمن اینکه در سرمای سخت، جابجا نمودن قطعات سنگین و متعدد بتنی برای کارگران، بسیار سخت‌تر میشود. اما در سوی دیگر، رینگ های HDPE برای نصب، وابسته به هیچ نوع شرایط محیطی نیستند. درنتیجه عملاَ هیچگونه وقفه‌ای ایجاد نخواهد شد.

مقایسه طول عمر منهول فاضلاب HDPE و بتنی

هنگامی که حلقه‌ های منهول پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) را نصب می‌کنید، درواقع می‌توانید از یک مجموعه‌:

• بدون ملات و
• ضد نشتی و ضد آب (با تناسبات دقیق طراحی)

برای طیف وسیعی از شیب‌ها و اندازه‌ها استفاده نمایید. یک سیستم HDPE که برای جایگزینی تمامی محصولات موجود در بتن، آجر و حلقه لاستیکی طراحی و تولید شده است، می تواند هزینه های منهول را تا 50 درصد کاهش دهد. این راه حل علاوه بر مقرون به صرفه تر بودن، به سبب:

• استفاده آسان تر،
• عملکرد بهتر،
• نیاز به نگهداری کمتر

و… مورد توجه قرار گرفت. یافته های آزمایشگاه های مطرح جهان، از جمله آزمایشگاه « American Engineering Testing » ثابت نموده است که طوقه‌های HDPE و کامپوزیت، تحت استانداردهای « ASTMو AASHTO HS-25»، می‌توانند 80 الی 100 سال دوام بیاورند. در مقایسه با سیستم های بتنی که معمولاً بین 5 تا 25 سال عمر می کنند!. بعلاوه اینکه این محصول بادوام و مقاوم، دارای قیمت رقابتی ویژه‌ای نیز می باشد که صرفه جویی قابل توجهی را در چرخه‌ی عمر عناصر شهری بوجود می‌آورد. به‌بیان دقیقتر، استفاده از رایزر و طوقه آدم رو پلی اتیلن با چگالی بالا، در قیاس با مدلهای بتنی تا 50% از هزینه‌ها می‌کاهد.

بازسازی حلقه منهول فاضلاب HDPE

امروزه در کشور آمریکا، بیش از 4.000.000 طوقه (حلقه) HDPE در سراسر کشور نصب شده‌اند. آنهم بدون هیچ نشانه‌ای از شکستگی یا تخریب در طی سالیان متمادی. درواقع کمیسیون بهداشتی در یافته های تحقیقاتی خود عنوان می‌کند که:

ما حلقه های آدم رو فاضلاب HDPE را 20 سال پیش نصب کردیم و امروز دقیقاً همان هستند. یعنی آنها را همچنان با همان کیفیت ابتدایی می بینیم. این قطعات جریان ورودی (آبهای سطحی، شیرابه‌ها و…) را حذف کرده و عملاً موضوع بازسازی را از نیازهایمان حذف کرده‌اند.

این در حالیست که باید بودجه هایی را برای تعمیر یا تعویض حلقه‌ها، رایزرها و حتی درپوش های بتنی در طی 20 سال استفاده، در نظر گرفت. بیاد داشته باشید که حتی فرآیند تعمیر و بازسازی رایزر و حلقه های آدم رو پلی اتیلن با چگالی بالا نیز در مقایسه با مدلهای بتنی، راحت تر است. درب های منهول کامپوزیتی نیز به خوبی قابلیت ترمیم و بازسازی دارند.

مسائل متداول احیای منهول (Manhole FAQs)

هنگامی که صحبت از منهول های آسیب دیده یا قدیمی می‌شود، «بازسازی» یک راه حل مقرون بصرفه برای بسیاری از شهرداری ها است. بنابراین به جای جایگزینی آدم روها، فرآیند بازسازی در دستور کار قرار می‌گیرد. فرآیندهایی که شامل چندین روش برای بازگرداندن یکپارچگی سازه به منهول موجود (بدون خرید آدم رو جدید) هستند. البته این فرآیندها میتوانند بر اساس جنس اجزای آدم رو اعم از: «بتن، پلاستیک یا فایبرگلاس» متفاوت باشند. با این حال، برخی از تکنیک‌های اصلی برای بازسازی منهولها عبارتند از:

1. نصب یک سیستم آستر جدید:

بیشتر برای سیستم‌های بتنی کارایی دارد. روشی که در آن از ریز تکنیک‌هایی نظیر: آسترهای مبتنی بر پلی اوره، اسپری‌های آستر، سیستم‌های کشش پذیر، سیستم‌های دو جزئی، آسترهای توانبخشی، آسترهای طولانی مدت و… سود برده میشود.

2. استفاده از درزگیر:

یکی از پروژه‌های معمول بازسازی آدم رو، شامل استفاده از درزگیر در دودکش منهولهاست. این فرآیند احتمال ورود عناصر معلق به داخل MANHOLE را کاهش میدهد؛ و بخصوص رایزرها کمتر مستهلک میشوند.

3. بهره‌گیری از اپوکسی ها برای ترمیم آسیب منهول:

اپوکسی‌ها را می‌توان برای وصله و پر کردن آسیب‌ها، بخصوص برای مقاومت در شرایط سخت زمستان‌ها در مناطق سرد، استفاده نمود. زیرا در برابر یخبندان بسیار مقاوم بوده و برای رفع نشت و جلوگیری از خوردگی نیز موثر هستند. گزینه‌های اپوکسی بسته به نیازهای توانبخشی خاص شما، بسیار متفاوت خواهد بود.

4. افزودن پوشش:

افزودن یک پوشش محافظ به رایزر منهول، یکی دیگر از شیوه‌های متداول ترمیمی است. پوششی که معمولاً از پلی‌اورتان است و از فضای داخلی در برابر خوردگی‌ها و سایش، محافظت می‌کند.

5. گروت شیمیایی:

بهره گیری از دوغاب، به عنوان یک مانع آب عمل می کند. ضمناَ خاک اطراف آدم رو را نیز تثبیت میکند. گروت شیمیایی در مستحکم سازی اتصالات لوله و اجزای خطوط اصلی همچون طوقه ها، نقش موثری دارد.