بتن پلیمری  Polymer Concrete

بتن پولیمری ( PC ) یا بتن رزینی شامل یک چسباننده ی پلیمری که ممکن است ترمو – پلاستیکها باشند اما غالبا" بیشتر یک پولیمر ترموست می باشد و یک پرکننده ی معدنی مانند شن وماسه ، شن ، و یا سنگ گسسته است PC ها مقاومت بالاتر ، مقاومت بیشتر در برابر مواد شیمیایی و خورنده ها ، جذب آب کمتر و پایداری بالاتر در مقابل پدیده یخ زدگی – ذوب نسبت به بتن سیمان پرتلند رایج دارند .

بتن اصلاح شده پلیمر

بتن های اصلاح شده پلیمری را می توان به دو دسته تقسیم کرد :

الف ) بتن های پلیمری تزریقی

ب ) بتن پلیمر – سیمان

نوع اول با تزریق کردن یک نوع منومر در بتن سیمان پرتلند پیش ساخته سخت شده به دست می آید که بعدا" به پلیمر جامد تبدیل می شود . برای تولید نوع دوم قسمتی از سیمان چسباننده مخلوط بتن با پلیمر جلوگیری می شود . هر دو نوع در مقایسه با بتن معمولی ، دارای مقاومت بیشتر در مقابل پدیده یخ زدگی – ذوب هستند . بتن ساخته شده با سیمان پرتلند اگرچه به خاطر خواص خوب فیزیکی و به همین نسبت قیمت پایین تر از پر مصرفترین مصالح ساختمانی بشمار می آید  لیکن دارای معایب زیادی از جمله مقاومت خمشی کم ، کرنش گسیختگی کم ، احتمال آسیب دیدگی بر اثر یخبندان و مقاومت شیمیایی کم می باشد در موارد خاص این نقاط ضعف بتن را می توان با به کار بردن پلیمرهای آلی یا رزین  به صورت جایگزین یا به همراه و کمک سیمان پرتلند برطرف کرد . این مواد دارای محاسن بسیاری از جمله : مقاومت بیشتر ، دوام بیشتر ، مقاومت بیشتر در برابر خوردگی ، نفوذ پذیری آب کمتر و مقاومت بیشتر در مقابل پدیده ی یخ زدگی – ذوب های متوالی می باشد . سه گونه ی اصلی مصالح مرکب پلیمری وجود دارد : الف ) پلیمر تزریقی  ب ) بتن  پلیمر – سیمان   ج ) بتن پلیمری

تفاوت این سه دسته برای مهندس طراح مهم می باشد تا بتواند ماده ی مناسب برای کاربری داده شده را انتخاب کند .

الف ) بتن پلیمر تزریقی      به وسیله تزریق یک منومر با ویسکوزیته پایین در یک بتن سیمان پرتلند پیش ساخته ی سخت شده تولید می شود ، که این منومر های تزریق شده تحت تاثیر عوامل فیزیکی ( تابش نور فرابنفش یا گاما ) یا شیمیایی به پلیمر جامد تبدیل می شوند . بتن پلیمری تزریقی از بتن معمولی به صورت زیر تولید می شود :

ابتدا هوا را از منافذ باز خارج می کنند سپس منافذ باز را به وسیله ی انتشار یک منومر با ویسکوزیته پایین اشباع می کنند و درجا منومر یا ترکیبی از پلیمر – منومر ، پلیمریزه می کنند که این عمل را با استفاده از روشهای اقتصادی و معمولی انجام می دهند . عارضه مهم این مواد این است که نسبت بزرگی از حجم حفره ها از پلیمر هایی پر شده اند که تشکیل یک شبکه پیوسته تقویتی داده اند این سازه بتنی ممکن است در لایه های گوناگون یا فقط در یک لایه سطحی تزرق بشوند که این بستگی به مقاومت یا دوامی که از سازه طلب می کنند دارد . مهمترین عامل نا مناسب برای استفاده از این فر آورده ها قیمت نسبتا" زیاد آنهاست به طوری که منومر استفاده شده در آنها گران قیمت می باشد و فرآیند تولید نیز پیچیده تر از بتن اصلاح نشده می باشد . نتیجه تزریق بتن بهبود قابل ملاحظه ای در مقاومت کششی ، فشاری و ضربه ای ، تقویت دوام و کاهش نفوذپذیری در مقابل آب و محلولهای نمک آبی از قبیل سولفاتها و کلرید ها ایجاد می کند مقاومت فشاری از 35 MPa  می تواند تا 140 MPa ، افزایش پیدا کند . جذب آب هم کاهش می یابد . همچنین مقاومت در مقابل پدیده یخ _ ذوب بطور چشمگیری تقویت می شود . لازم بذکر است که می توانیم با تزریق بخار در بتن به مقاومت بیشتری هم برسیم که این مواد یک نسبت مقاومت فشاری به چگالی ، نزدیک سه برابر فولاد دارد اگرچه مدل الاستیسیته به طور متوسط بزرگتر از بتن های تزریقی پلیمری بخار داده شده است ، اما کرنش ماکزیمم در شکست بالاتر است .

منومر هایی که بیشتر بطور گسترده در تزریق بتن استفاده می شوند از نوع وینیلها هستند از قبیل متیل متاکیلیت ، استرین اکریلونیترین و تی – بوتیل استرین دونیل استات . سیستم های منومری اکریلیک از قبیل متیل متاکریلیت با ترکیبات آن با اکریلوینتریل ها برای تزریق ترجیح داده می شوند زیرا دارای ویسکوزیته پایین ، خواص رطوبتی خوب ، واکنش پذیری بالا ، قیمت نسبتا" پایین می باشد . در نتیجه محصولاتی با خواص بهتر و کارایی بیشتر خواهد بود .

در صورت استفاده از تزریق منومرهای بی فانکشنال به ضمیمه ی یک شبکه کراس لینک در منافذ ایجاد می شود در نتیجه مقاومت مکانیکی ، گرمایی و شیمیایی بطور زیادی افزایش می یابد . کاربردهای بتن تزریقی در عمل ساختمانها و کارهای ساختمانی شامل سقف های سازه ای ، سازه هایی با عملکرد بالا ، لوله های فاضلاب رو ، تانکرهای ذخیره آب دریا ، تاسیسات نمک زدایی و آب مقطر ، سازه های دریایی ، پانل های پیش ساخته دیوار ، جداربند تونلها ، مقاطع پیش ساخته تونل و استخر شنا می شوند . بتن های تزریقی بطور جزئی برای محافظت از پلها و سازه های بتنی در مقابل زوال و فرسودگی استفاده می شوند . همچنین در مرمت فرسودگی سازه های ساختمانی از قبیل پانلهای سقف پوشی و کف گاراژ های زیر زمینی و کف پلها استفاده می شوند .

ب )  بتن پلیمر – سیمان        یک بتن اصلاح شده است که قسمتی از سیمان چسباننده آن با پلیمرهای مصنوعی جایگزین شده است این فرآورده از ترکیب کردن یک منومر ، پری پلیمر – منومر با یک شیره ی پلیمری داخل یک بتن سیمانی تولید می شود . پلیمریزاسیون منومر ها و پری پلیمر – منومر نیز در اثر اضافه کردن یک کاتالیزور به مخلوط انجام می شود تکنولوژی این فرآیند خیلی شبیه به بتن معمولی است . بنابراین بتن پلیمر – سیمان را می توان در کاربری خواسته شده درجا ریخت لازم بذکر است که بتن پلیمر تزریقی معمولا" بصورت سازه های پیش ساخته استفاده می شوند . خواص بتن پلیمر – سیمان تولید شده به وسیله بتن اصلاح شده با پلیمرهای گوناگون از سست تا کاملا" مساعد تغییر می کند . خواص سست محصولات در ناسازگاری بین بیشتر پلیمرها و منومرها با قسمتی از جزء ترکیبی بتن آنها نسبت داده می شود . خواص بهتر نیز به وسیله استفاده از پری پلیمرهایی مثل پلی استر غیر اشباع کراس لینک شده با استیرن یا اپوکسی ها تولید می شوند. برای دستیابی به اصلاح واقعی و اساسی بیشتر ، از بتن اصلاح نشده نسبت کاملا" زیادی از پلیمر ها نیاز است که این اصلاح و بهبودی با افزایش قیمت توجیه پذیر نیست . نتیجه اصلاح بتن با شیوه پلیمری بهبود زیاد خواص در محدوده یک هزینه معقول است . بنابراین گونه های زیادی از شیره ها در حال حاضر برای استفاده در فرآورده های بتنی پلیمر – سیمان و ملاتها وجود دارد. عمل آوری شیره ی بتن پلیمر – سیمان با بتن معمولی متفاوت می باشد ، به دلیل اینکه پلیمر یک غشاء نازک روی سطح فرآورده ها تشکیل می دهد قسمتی از رطوبت داخلی نگهداری می شود که برای ادامه ی هیدراسیون سیمان مورد نیاز است و به دلیل همین غشاء نازک تشکیل یافته ، عمل آوری با آب برای این محصولات عموما" کمتر از بتن معمولی است . عموما" بتن های پلیمر – سیمان ساخته شده از شیره پلیمر ، پیوستگی عالی با آرماتور های فولادی و بتن های کهنه از خود نشان می دهند . شکل پذیری خوب ، مقاومت در برابر نفوذ آب و محلولهای نمک آبی ، مقاومت در برابر پدیده یخ – ذوب از دیگر خواص آنها می باشد ، مقاومت خمشی و استحکام ( چغرمگی ) آنها نیز معمولا" از بتن های اصلاح نشده بیشتر است مدل الاستیسیته آنها نیز می تواند بیشتر باشد جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن پلیمر – سیمان نیز غالبا" کمتر از بتن معمولی است . متوسط جمع شدگی بستگی به نسبت آب به سیمان ، مقدار سیمان ، مقدار پلیمر و شرایط عمل آوری دارد . عمده کاربرد بتن پلیمر – سیمان حاوی شیره ها در موارد زیر می باشد :

سطح سقفها ، چون آنها بدون گرد و خاک و به نسبت ارزان می باشند . به دلیل جمع شدگی کم ، مقاومت در مقابل نفوذ مایعات گوناگون از قبیل آب و محلولهای نمکی و خاصیت پیوستگی خوب با بتن های کهنه مخصوصا" برای کف سازی نازک 25 سانتیمتر ، روکش کف پلهای بتنی ، روکشهای ضد زنگ ، مرمتهای بتنی و در وصله گذاری مناسب می باشند .

ج ) بتن پلیمری        بتن رزینی شامل یک چسباننده پلیمری که ممکن است ترمو – پلاستیکها باشند اما غالبا" بیشتر یک پولیمرترموست می باشد و یک پرکننده معدنی مانند شن و ماسه ، شن و یا سنگ گسسته است ، مقاومت بالاتر ، مقاومت بیشتر در برابر مواد شیمیایی و خورنده ها ، جذب آب کمتر و پایداری بالاتر در مقابل پدیده یخ زدگی – ذوب نسبت به بتن سیمان پرتلند رایج دارند . PC ها مواد مرکبی هستند که چسباننده آنها تماما" شامل پلیمرهای مصنوعی می باشد ، که اشکال متفاوتی از آنها مانند بتن رزینهای مصنوعی ، بتن رزین پلاستیک یا بتن ساده رزینی شناخته شده اند . به دلیل استفاده از پلیمر به جای سیمان پرتلند افزایش واقعی قیمت وجود خواهد داشت لذا پلیمرها فقط باید در مواردی مصرف شوند که بتوان خواص فوق العاده آنها ، هزینه دستمزد کمتر در عمل آوری و جابجایی را با قیمت بالای آنها توجیه کرد . بنابراین مهم است که یک طراح و مهندس آگاهی کافی از قابلیت PC ها داشته باشد و با توجه به کارا بودن و اقتصادی بودن محصول برای کاربری و محدودیت های ویژه یکی را انتخاب کند .

بتن پلیمری شامل یک پرکننده معدنی و یک چسباننده پلیمری می باشد البته وقتی که به عنوان یک پرکننده استفاده شود ، ترکیب مورد نظر را به ملات پلیمری نسبت می دهند . پرکننده های دیگر هم شامل موارد زیر می باشد : سنگهای شکسته ، شن ، سنگ آهک ، گچ ، نرمه سیلیس ، گرانیت ، کوارتز ، رس ، کف شیشه ، سنگدانه فلزی و به طور کلی هر ماده خشک ، ضد آب و جامدی می تواند به عنوان پرکننده استفاده شود . در تولید PC ها یک منومر یا سخت کننده و یک کاتالیزور با پرکننده ها مخلوط می شوند . دیگر مواد متشکله اضافه شده به مخلوط شامل پلاستی سایزرها و ضد آتشها و گاهی اوقات افزودنی های مضاعف کننده ی سیلان نیز برای افزایش مقاومت پیوستگی بین ملات پلیمر و پرکننده ها می باشد .جهت دستیابی به پتانسیل کامل محصولات بتن پلیمری برای کاربری های خاص ، الیاف تقویتی گوناگون استغاده می شود . این آرماتور ها شامل : الیاف شیشه ، پشم شیشه ، الیاف فلزی و شبکه های سیمی می باشد . زمان گیرش و زمان افزایش مقاومت ماکزیمم را در PC ها به آسانی می توان از چند دقیقه تا چندین ساعت به وسیله یک تغییر کوچک در دما و یا سیستم کاتالیزور تغییر داد .

ترکیب بتن پلیمری بطور کلی دارای خواص زیر می باشد :

مقاومت خوب در برابر حمله شیمیایی و دیگر خورنده ها ، 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 50% کمتر از مواد را به ما می دهند . این شرایط باعث می شوند که بتن پلیمری در یک سطح قابل رقابت با بتن سیمان پرتلند در کاربری های ویژه قرار بگیرد .

پلیمرهایی که اخیرا" بیشتر استفاده می شوند به چهار دسته تقسیم شده اند : الف ) متیل متاکریلیت ب ) پلی استر پری پلیمر – استیرن ج ) سخت کننده پری پلیمر اپوکساید د ) فورفوریل الکل

بتن پلیمری به طور زیادی مقاومتشان در برابر مواد شیمیایی از قبیل اسید هیدرولیک و محلولهای قلیایی و سولفاته که در محیط های صنعتی یافت می شوند ، بهبود داده می شوند . بتن پلیمری و پلی استر مقاومت اسیدی بیشتر نسبت به بتن پلیمر اپوکسی دارد در حالیکه مقاومت کمتری در مقابل محلولهای قلیایی نسبت به اپوکسی دارد