بتن پلیمری
اکثر مواد و مصالح طبیعی به دلیل ناپیوستگیهای سطحی و ترکیباتی که در خود دارند دارای مقاومت لازم برای تحمل تنشهای زیاد نیستند و لازم است تا با مواد دیگری مسلح شوند. دانشمندان به دنبال موادی هستند که در ضمن مسلح کردن بتن، دارای وزن کمتر، مقاومت بیشتر در برابر عوامل جوی، رفتار بهتر در بارگذاریهای متناوب باشد و بتواند مقاومت خود را در دماهای بالا مثل دمای کوره حفظ کند. یکی از مشهورترین این مصالح کامپوزیتهای پلیمری هستند. بتن پلیمری مخلوطی متشکل از الیاف، رزینهای پلیمری و سنگ دانههای ریز دانه و درشت دانه است. در اختلاط بتنهای پلیمری از آب استفاده نمیشود. در عوض، رزین مایع معروف به مونومر، به وسیلهی واکنشهای شیمیایی که با عنوان پلیمری شدن شناخته میشوند، باعث چسبندگی، سفت شدن و کسب مقاومت میشود.
در فرآیند پلیمری شدن، مولکولهای مونومر به طور شیمیایی به هم متصل میشوند تا پلاستیکی سخت و شیشهای مانند، به نام پلیمر را ایجاد نمایند. پلیمرهای استفاده شده در بتن پلیمری برای ایجاد خواص مورد نیاز تعمیراتی فرموله شدهاند. این سیستم تعمیراتی به علت کسب مقاومت و عمل آوری سریع، برای تعمیرات سازههایی که نیازمند بازگشت سریع به مدار بهره برداری است، مناسب است. از بتنهای پلیمری برای ترمیم و پر نمودن حفرات و تخریبهای موجود در عرشه پلهای بزرگراهها استفاده میشود تا دیگر نیازی به بسته شدن بلند مدت و پر هزینه بزرگراه و یا ایجاد راههای انحرافی، نباشد. همچنین استفاده از بتنهای پلیمری برای تعمیر سازههایی مانند درزهای تونلها که امکان خشک نمودن آنها فقط برای زمان کوتاهی وجود داشته یا میبایست در آب و هوای سرد با دماهای پایینتر از ۱۵ درجه فارنهایت به این کار اقدام نمود، مناسب است. اگر تمهیدات مناسب صورت گیرد از بتنهای پلیمری میتوان برای ترمیم با ضخامتهای مختلف از ۰/۵ اینچ تا چند فوت استفاده کرد.
مهمترین دلیل استفاده از پلیمر در بتن
- وزن کم
- قابیلت ایجاد معماری زیبا
- مقاومت در برابر شرایط جوی
- خواص ضد خوردگی
- وجود سازههایی که در آنها نباید از فلز استفاده کرد.
عمل آوری بتن پلیمری
بتنهای پلیمری خیلی سریع تحت شرایط محیطی سفت و پلیمری میشوند و تقریباً پس از یک تا دو ساعت کاملاً مستحکم میشوند. در طول این مدت، بتن تازه باید در برابر آب محافظت شده و آسیب نبیند. اگر دما کمتر از ۴۰ درجه فارنهایت باشد، سرعت واکنش پلیمری شدن کاهش مییابد، مگر اینکه غلظت آغاز کنندهها یا دمای هنگام اجرا عملیات را تا بالای ۷۰ تا ۸۰ فارنهایت افزایش دهیم. متقابلاً، پلیمری شدن در دمای بیش از ۹۰ تا ۱۰۰ درجه فارنهایت میتواند خیلی سریعتر از انجام گیرد. کاهش غلظت آغاز کنندهها یا انجام عملیات در خنک ترین ساعات شبانه روز میتواند این مشکل را حل میکند.
انواع پلیمرهای مصرفی در بتن
پلیمرهایی رایج در بتن به چهار دسته تقسیم شدهاند.
- متیل متاکریلیت
- پلی استر
- پری پلیمر – استیرن
- بتن پلیمری
انواع بتنهای پلیمری
بتنهای باردار شده توسط پلیمر (PIC)
شامل بتن پرتلند پیش ریخته شده که توسط یک سیستم مونومری باردار شده و متعاقباً در محل پلیمریزه میشود.
بتنهای پلیمر – سیمان (PCC)
شامل یک مونومر است که به مخلوط آب بتن تازه افزوده میشود و متعاقباً در محل پلیمریزه میشود.
بتنهای پلیمری (PC)
شامل یک سیستم مخلوط از سنگریزه (Aggregate) و پراکنده (Filler) در مونومر است که متعاقباً در محل پلیمریزه میشود.
بتنهای پلیمر – گوگرد (PSC)
شامل یک سیستم مخلوط از بتنهای گوگردی است که توسط پلیمرهای اصلاح خواص پیدا کرده است.
نحوه تولید بتنهای پلیمری (حالت غیر جامد)
بتنهای پلیمری از ۸۰ تا ۹۵ درصد پرکنندههای معدنی و گاهی آلی تشکیل شدهاند و حدود ۵ تا ۲۰ درصد بایندر پلیمری نیز بتن را نگاه میدارد. (بایندر به معنای پیوند دهنده یا متصل کننده است و منظور همان محلول مونومر است که پس از فرایند پلیمریزاسیون بتن را نگاه میدارد). خواص بتنهای پلیمری برتر از بتنهای سیمانی است.
نمونههای بتن پلیمری با بایندر اپوکسی و پلی استر استحکام بالاتری دارند. نمونههای بن پلیمری با بایندر پلی یورتان ازدیاد طول بسیار زیادی دارند.
تغییر خواص بتن پلیمری بر حسب تغییر پرکنندهها
پر کنندهها از دو دسته تشکیل میشوند.
- جز زبر (دانه بندی درشت)
- جز نرم (دانه نبدی ریز)
پر کنندههای سبک وزن شامل سه دسته سنگهای رسی سبک، پرلیت و سنگ پا میشوند و پرکنندههای سنگین شامل ۴ دسته قطیر، هماتیت، ایلیمنیت و باریت میشوند.
از این مواد برای تولید بتنهای پلیمری با وزن مخصوص بین ۶۴۰ تا ۵۲۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب میتوان استفاده کرد. پر کنندههای بسیار نرم برای کاهش حجم خالی بتن به کار برده میشود. ماند پودر سیسلیس، کربنات کلسیم، خاکستر، کائولین، میکا، تالک، تری هیدرات آلومینا، سولفات کلسیم و سیمان پرتلند. پر کنندههای سبک میتوانند سبک باشند مانند دانههای شیشهای سوراخ دار سرامیک یا گلولههای پلاستیک.
استفاده از پر کنندههای معدنی مثل کربن، یا پودرهای فلزی، میتوان بتن را از نظر الکتریکی رساناتر کرد. افزودنیهای مثل فیبرهای شیشهای، آلی و فلزی برای اصلاح استحکام ضربهای، خمشی و همچنین برای کاهش پدیده انقباض ناشی از پخت به کار میرود. عوامل تر کننده باعث کاهش سطحی زیرین مایع و سهولت تر شدگی سطوح پرکننده میشود. جهت تامین رنگ و همچنین رنگ و همچنین گاهی اوقات به منظور پایداری در مقابل نور از رنگدانهها استفاده میشود.
با افزودن لاتکسهای SBR و اپوکسی به بتن معمولی به عنوان بتن سیمان پرتلند، پلیمری استفاده شده است که باعث بهبود خواص مهندسی و پایایی بتن میشود و همچنین با افزودن رزینهای پلی اسراسیترن و اپوکسی به مصالح سنگی به عنوان بتن پلیمری که در مورد رزین پلی اسراسیترن، خواص مهندسی و پایایی بتن به طور چشمگیری بهبود مییابد.
خواص بتن پلیمری
- مقاومت خوب در برابر حمله شیمیایی و دیگر خورندهها
- خاصیت جذب آب پایین
- مقاومت خوب در برابر ساییدگی و ثبات و پایداری در مقابل پدیده یخ زدگی – ذوب
- همچنین مقاومت بالای بتن پلیمری در مقایسه با بتن سیمان پرتلند اجازه مصرف تا بالای ۵۰% کمتر از مواد را به ما میدهند. این شرایط باعث میشوند که بتن پلیمری در یک سطح قابل رقابت با بتن سیمان پرتلند در کاربریهای ویژه قرار بگیرد.