بتن پلیمری Polymer Concrete

بر گرفته از کتاب تکنولوژی بتن، تألیف پروفسور آدام نویل، ترجمه دکتر علی اکیر رمضانیانپور

قبل از بحث در مورد انواع بتن پلیمری، لازم است چند اصطلاح شیمیایی را تعریف کنیم.

مونومر، یک مولکول آلی می باشد که قادر است بطور شیمیایی با مولکول های مشابه یا متفاوتی ترکیب شده و ماده ای با وزن مولکولی بالا بنام پلیمر تشکیل دهد. پلیمر شامل تعداد بیشماری مونومر است که بصورت یک ساختمان زنجیره ای به هم وصل شده اند. فرآیند شیمیایی که باعث این اتصال است، پلیمریزاسیون نامیده می شود. پلیمرها به دو دسته ترموپلاستیک ها و ترموست ها تقسیم می شوند. ترموپلاستیک ها دارای حلقه های بلند، خطی و موازی هستند که به طور عرضی به هم متصل نمی باشند. این پلیمرها در گرم و سرد شدن از خود خاصیت برگشت پذیری نشان می دهند. از سوی دیگر، ترموست ها دارای حلقه هایی با جهت گیری اتفاقی هستند که به طور عرضی نیز به هم متصل می باشند. این پلیمرها با تغییرات دما از خود خاصیت برگشت پذیری نشان نمی دهند. با استفاده از عوامل متصل کننده عرضی می توان ترموپلاستیک ها را به ترموست ها تبدیل نمود. پلیمرها از نظر شیمیایی مواد بی اثری هستند که مقاومت کششی و فشاری بالاتری نسبت به بتن متداول دارند. البته پلیمرها دارای مدول الاستیسیته کمتر و خزش بیشتری نسبت به بتن می باشند و ممکن است توسط عوامل اکسیدکننده حرارتی، پرتوهای ماوراء بنفش، مواد شیمیایی و میکرو ارگانیزم ها فاسد گردند. حلال های آلی بخصوص نیز ممکن است باعث ایجاد ترک های تنشی شوند. با انتخاب پلیمرهای مناسب و افزودن مواد پلیمر، مثلاً مواد ضد اکسیداسیون برای جلوگیری از اکسیده شدن و مواد پایدار کننده در مقابل تشعشع برای کاهش تأثیر پرتوهای ماوراء بنفش، می توان از بعضی خرابی های پلیمر جلوگیری نمود. پلیمرها برای تولید سه نوع بتن مورد استفاده قرار می گیرند که عبارتند از: بتن پلیمری PC، بتن با پلیمر تزریقی PIC و بتن پلیمری با سیمان پرتلند PPCC.

بتن پلیمری PC

بتن پلیمری PC با پلیمریزاسیون یک مونومر که در دمای معمولی با سنگدانه های بتن مخلوط گردیده است، و با استفاده از سیستم کاتالیزورهای تسریع کننده، یا مواد عمل آورنده ساخته می شود. قبلاً بتن های پلیمری با استفاده از پلی استر و یا رزین های اپوکسی ساخته می شدند، اما امروزه از متیل مونومرهای متیل متاکرایلیت و استایرن استفاده می شود. موادی وجود دارند که با افزودن به سیستم مونومر، بعنوان یک عامل اتصال دهنده عمل می کنند و پیوستگی بین پلیمر و سنگدانه ها در بتن پلیمری را بهبود می دهند و در نتیجه مقاومت بتن افزایش می یابد. سنگدانه هایی که در بتن پلیمری مصرف می شوند، باید دارای رطوبت کمی باشند و طوری دانه بندی شده باشند که با کمترین مقدار مونومر یا رزین، کارایی خوبی ایجاد کنند. اضافه نمودن موادی چون سیمان پرتلند یا پودر سیلیس، کارایی را بهبود خواهد داد. بتن پلیمری تازه را می توان مشابه با بتن معمولی ریخته و با مرتعش نمودن متراکم کرد. البته زمانیکه از پلی استر یا اپوکسی در ترکیب بتن پلیمری استفاده می شود، حلال هایی جهت پاک نمودن تجهیزات لازم است. مونومرهای دیگر چنین مشکلی ایجاد نمی کنند، اما بعضی از آنها فرار بوده و به سرعت بخار می شوند و در نتیجه مخلوط های قابل انفجار تولید می شود. در این موراد استفاده از وسایل بدون جرقه ضروری می باشد و باید احتیاط های لازم صورت گیرد. بعضی از خصوصیات مکانیکی بتن پلیمری در جدول1 نشان داده شده است. بتن پلیمری در مواردی چون تعمیرات سریع در بزرگراه های پرترافیک، تولید دیوارهای پیش ساخته مسلح به الیاف شیشه، تولید موزائیک های کف و تولید لوله های جدار نازک مسلح به الیاف شیشه مورد استفاده قرار می گیرد.

 

جدول1 – نمونه ای از خصوصیات بتن پلیمری

PC 1

بتن با پلیمر تزریقی PIC

برای تولید بتن با پلیمر تزریقی، ابتدا بتن معمولی که با سیمان پرتلند ساخته شده، خشک می شود و سپس توسط یک مونومر مایع مانند متیل متاکرایلیت (MMA) و یا استایرن (S) اسباع می شود. پلیمریزاسیون مونومرها با استفاده از پرتوهای گاما یا محرک های حرارتی انجام می شود. بعنوان مثال، با استفاده از مونومرهای فوق، ترموپلاستیک های پلی متیل متاکرایلیت (PMMA) و پلی استایرن (PS) تشکیل می شوند. برای تزریق بیشتر، بتن در دمای 15 درجه سانتیگراد خشک می شود و سپس با ایجاد خلاء در بتن، تزریق مونومر تحت فشار انجام می شود. به منظور جلوگیری از ایجاد ترک های حرارتی در قطعات بزرگ بتن، لازم است سرعت گرم و سرد شدن بتن کنترل گردد. در مقایسه با بتن های اصلاح شده دیگر، بتن با پلیمر تزریقی دارای مقاومت های فشاری، کششی و ضربه ای و همچنین مدول الاستیسیته خیلی بالاتر بوده، و خزش و ترک های حرارتی کمتری در آن ایجاد می گردد. جدول2 چند نمونه از خصوصیات مکانیکی بتن با پلیمر تزریقی را نشان می دهد. بعلاوه، بتن با پلیمر تزریقی در مقابل یخ زدن و آب شدن، سایش و حملات شیمیایی مقاومت بیشتری از خود نشان می دهد. همه این بهبودها در نتیجه تخلخل و نفوذپذیری کمتر بتن با پلیمر تزریقی می باشد.

 

جدول2 – نمونه ای از خصوصیات مکانیکی بتن با پلیمر تزریقی

PC 2

میزان تغییراتی که در خصوصیات بتن با پلیمر تزریقی بوجود می آید، به نسبت آب به سیمان، عمق تزریق، کفایت پلیمریزاسیون، درجه پیوستگی پلیمرها و خصوصیات مکانیکی پلیمرها وابسته می باشد. از سوی دیگر، ضریب انبساط حرارتی بتن با پلیمر تزریقی بالاتر می باشد و در مقایسه با بتن معمولی، خصوصیات مکانیکی آن در معرض آتش بطور جدی تری تحت تأثیر قرار می گیرند. عیب اصلی بتن با پلیمر تزریقی، گران تمام شدن آن می باشد. اما ممکن است تزریق جزئی قطعات بتنی از نظر اقتصادی توجیه پذیر باشد. بعنوان مثال، مقاومت برشی تیرهای بتن مسلح بدون در نظر گرفتن آرماتورهای برشی تا 60 درصد افزایش می یابد و مقاومت در برابر تنش های مهاری افزایش می یابد. بنابراین، تزریق در انتهای قطعات پیش ساخته ظرفیت باربری آنها را کاهش داده و آب بندی و پایایی آنها بهبود می بخشد.

بتن پلیمری با سیمان پرتلند PPCC

بتن پلیمری با سیمان پرتلند PPCC با افزودن یک پلیمر یا یک مونومر (که بعداً پلیمریزه می شود) به بتن تازه ساخته می شود. شیره لاستیک، آکریلیک و استات وینیل نمونه هایی از موادی هستند که به همراه یک عامل ضد کف در این بتن مصرف می شوند. در بتن پلیمری با سیمان پرتلند هرگز نباید از مواد حباب زا استفاده نمود. خصوصیات بهینه بتن پلیمری با سیمان پرتلند بوسیله 1 تا 3 روز نگهداری مرطوب و پس از آن نگهداری در هوای خشک حاصل می گردد. برگترین مزیت بتن پلیمری با سیمان پرتلند دز مقایسه با بتن معمولی، بهبود پایایی و افزایش چسبندگی آن می باشد. مقاومت بتن پلیمری با سیمان پرتلند در برابر یخ زدن و آب شدن، سایش و بارهای ضربه ای نیز بیشتر از بتن معمولی می شود. بتن پلیمری با سیمان پرتلند در مواردی همچون عرشه پل ها و دیوارهای جداکننده پیش ساخته مورد استفاده قرار می گیرد.

منبع: تکنوبتار   www.technobetar.ir