بتن پلیمری

[P O U R I A]

قرن بیستم را باید قرن پلیمرها نیز دانست. محصولات پلیمری از لحاظ حجمی در سال 1990 بر حجم محصولات آهنی فایق آمد و پیش بینی می شود که در قرن حاضر، از لحاظ وزن نیز بالاتر رود. صنایع ساختمان، بزرگترین مصرف کننده مواد پلیمری، 25 تا 30 درصد از کل پلیمرها را مصرف می کند.
یکی از مواردی که به وفور در ساختمان استفاده می شود، بتن است. این ماده به دلیل هزینه پایین تولید، راحتی استفاده و استحکام فشاری، یکی از مواد پر مصرف در سازه هاست ولی به دلیل نقایصی که دارد، (نقایصی چون تخریب یخ زدگی و ذوب؛ تخریب پذیری توسط مواد شیمیایی خورنده؛ استحکام کششی کم ؛ دیر پخت بودن و...) همزمان با تولید این ماده، ترکیب آن با فولاد (مسلح کردن بتن) و ایجاد خاصیت تاب خمشی مطرح شد.
در این رابطه خانواده بتن های پلیمری، بهترین خاصیت ها را از خود نشان دادند. خواص این نوع بتن، برتر از بتن های سیمانی بود و گاهی خواص منحصر به فردی از خود نشان می دهد. با توجه به نیاز بیشتر به استحکام در سازه ها و برتری های این نوع بتن، بتن پلیمری مورد علاقه دانشمندان واقع شد. بتن های پلیمری از حدود سال 1950 وارد بازار شده است و پیش بینی می شود که در طی دهه پیش رو، مصرف آنها 10 برابر شود. متاسفانه در کشور ما اقدام خاصی روی بتن پلیمری صورت نگرفته است و هنوز در سطح موضوعی تحقیقاتی برای دانشجویان باقی مانده است؛ موضوعی که منابع تحقیق آن نیز غالباً خارجی هستند.
بیشتر مواد و مصالح طبیعی به دلیل ناپیوستگی های سطحی و ترکیباتی که در خود دارد، مقاومت لازم برای تحمل تنش های زیاد را ندارد و لازم است که با مواد دیگری مسلح شود.
دانشمندان به دنبال موادی هستند که ضمن مسلح کردن بتن، دارای وزن کمتر، مقاومت بیشتر در برابر عوامل جوی و رفتار بهتر در بارگذاری های متناوب باشد و بتواند مقاومت خود را در دماهای بالا مثل دماهای کوره حفظ کند.
در ساختمان های مسکونی از کامپوزیت هایی با فیبر شیشه ای یا پلی استر استفاده می شد.
(سازه کامپوزیتی GRP)، دو ساختمان استثنایی با سازه کامپوزیتی ساخته شده است که یکی سازه گنبدی شکل در بن غاری (1968) و دیگری سقف فرودگاه دبی (1972) است که تاثیر محسوسی بر استفاده از این نوع سازه ها داشته است.
بیشتر این سازه ها دارای سازه اصلی بتن مسلح بود و برای ساخت پانل ها از Glass Reinforced Plasticبهره
می برد، مانند سازه قوسی فضا کار زمین فوتبال شهر منچستر (1980)، مهمترین کاربردهای GRPبه قرار زیر است:

-ساختمان هایی که تحت اثر خوردگی شدید است؛
-سازه های پیشرفته رادارها؛
-ساختمان هایی که کنترل کیفیت آنها مهم است؛
-ماهواره ها؛
-آنتن های بزرگ.​

در حالت جامد، محصولات پلیمری به جای فولاد جایگزین می شود و بتن را مسلح می کند که در این حالت پلیمر به صورت رشته، شبکه و یا میلگرد در بتن استفاده می شود. در حالت غیر جامد با تزریق پلیمر های پودری و مایع، در دوام بتن بهبود حاصل می شود.



مهمترین دلایل افزایش استفاده از کامپوزیت

-وزن کم
-قابلیت ایجاد معماری زیبا
-مقاومت در برابر شرایط جوی
-خواص ضد خوردگی
-وجود سازه هایی که در آنها نباید از فلز استفاده کرد​

امروزه بسیاری از پل های بتن آرمه به دلیل وجود کلر در آب دریا، تخریب شده است که بتن پلیمری این نقیصه را ندارد و خورده نمی شود، محصولات پلیمری در حالت جامد بیشتر به صورت میلگرد و شبکه مورد استفاده قرار میگیرد.



منبع: ماهنامه خبری صنعت ساختمان- شماره 5

 

[P O U R I A]

انواع بتن های پلیمری (حالت غیر جامد)

انواع بتن های پلیمری (حالت غیر جامد)

پیش از بیان انواع بتن های پلیمری لازم است که با فرایند پلیمریزاسیون بیشتر آشنا شویم:
پلیمریزه شدن: از اتصال واحدهای مونومر به یکدیگر، رشته یا شبکه های مولکولی سطحی یا فضایی تشکیل می شود که وزن مولکولی بالایی دارد و به آنها پلیمر می گویند، این فرایند را پلیمریزه شدن می گویند. انواع بتن های پلیمری به قرار زیر است:

-بتن های باردار شده با پلیمر (PIC): شامل بتن پورتلند پیش ریخته شده است که با یک سیستم مونومری باردار شده است (آماده واکنش است) و متعاقباً در محل پلیمریزه می شود.
-بتن های پلیمر- سیمان (PPC): شامل یک مونومر است که به مخلوط آبی بتن تازه افزود می شود و متعاقباً در محل، پلیمریزه می شود.
-بتن پلیمری (PC): شامل یک سیستم مخلوط از سنگریزه (Aggregate) و پرکننده (Filler) در مونومر است که متعاقباً در محل، پلیمریزه می شود.
-بتن های پلیمر- گوگرد (PSC): شامل یک سیستم مخلوط از بتن های گوگردی است که با پلیمرها اصلاح خواص پیدا کرده است.​

نحوه تولید بتن پلیمری (حالت غیر جامد):
بتن های پلیمری از 80 تا 95 درصد پرکننده های معدنی و گاهی آلی تشکیل شده و حدود 5 تا 20 درصد بایندر پلیمری نیز بتن را نگاه می دارد. بایندر (Binder) به معنای پیوند دهنده یا متصل کننده است و منظور از آن همان محلول مونومر است که پس از فرایند پلیمریزاسیون بتن را نگاه میدارد. خواص بتن های پلیمری برتر از بتن های سیمانی است.
با انتخاب بایندر مناسب، نوع و میزان مناسب پرکننده و به کار بردن افزودنی های مناسب می توان طیف وسیعی از بتن های پلیمری را با خواص فیزیکی، مکانیکی، دینامیکی، الکتریکی، حرارتی، شیمیایی، تزئینی و ... تهیه کرد. در صورتی که این طیف وسیع برای بتن های سیمانی وجود ندارد. سه نوع رایج مواد به عنوان بایندر پلیمری عبارت است از: اپوکسی؛ Epoxy- پلی استر و پلی یورتان. از پرکننده های رایج نیز دو نوع رایج ترند که عبارتند از: سیلیس و Silica – کربنات کلسیم.

پرکننده ها از دو دسته تشکیل می شود: جزء زبر (دانه بندی درشت) و جزء نرم (دانه بندی ریز).
پرکننده های سبک وزن شامل سه دسته سنگ های رسی سبک، پرلیت و سنگ پا (Pumice) است و پرکننده های سنگین شامل چهار دسته قطیر، هماتیت، ایلمنیت، باریت است.
از این مواد برای تولید بتن های پلیمری با وزن مخصوص بین 640 تا 5 هزار و 200 کیلو گرم بر متر مکعب می توان استفاده کرد. پرکننده های بسیار نرم مانند پودر سیلیس، کربنات کلسیم، خاکستر، کائولین.
میکا تالک، تری هیدرات آلومینا، سولفات کلسیم و سیمان پورتلند برای کاهش حجم خالی بتن به کارمی رود. پرکننده ها می توانند سبک باشند مانند دانه های شیشه ای سوراخ دار، سرامیک یا گلوله های پلاستیک.
با استفاده از پرکننده های هادی مثل کربن یا پودرهای فلزی، می توان بتن را از نظر الکتریکی رساناتر کرد، افزودنی هایی مثل فیبرهای شیشه ای، آلی و فلزی برای اصلاح استحکام ضربه ای، خمشی و همچنین برای کاهش پدیده انقباض ناشی از پخت به کار می رود. عوامل تر کننده سبب کاهش سطحی زیرین مایع و سهولت ترشدگی سطوح پرکننده می شود. برای تامین رنگ و همچنین گاهی اوقات به منظور پایداری در مقابل نور، از رنگدانه ها استفاده می شود. با افزودن لاتکس های SBR و اپوکسی به بتن معمولی به عنوان بتن سیمان پرتلند، پلیمری استفاده شده است که سبب بهبود خواص مهندسی و پایایی بتن می شود و همچنین با افزودن رزین های پلی اسراسیترن و اپکسی به مصالح سنگی به عنوان بتن پلیمری، خواص مهندسی و پایایی بتن به طور چشمگیری بهبود می یابد.



منبع: مجله صنعت ساختمان