تبلیغات
معماری و دكوراسیون داخلی معماری و دكوراسیون داخلی - کمک به درس مواد و مصالح (آشنایی با بتن پلیمری)
 

کمک به درس مواد و مصالح (آشنایی با بتن پلیمری)

نویسنده: سحر خیری

 

بتن پلیمری
قرن بیستم را به حق باید قرن پلیمر ها نیز دانست ، محصولات پلیمری از لحاظ حجمی در سال 1990 بر حجم محصولات آهنی فایق آمد و پیش بینی می شود كه در قرن حاضر ، از لحاظ وزن نیز بالاتر رود . صنایع ساختمان بزرگترین مصرف كننده موادّ پلیمری ، 25 تا 30 درصد از كلّ پلیمر ها را مصرف می كند .
یكی از مواردی كه در ساختمان به وفور استفاده می شود بتن است . این مادّه به دلیل هزینه پایین تولید ، راحتی استفاده و استحكام فشاری ، یكی از موادّ پرمصرف در سازه هاست ولی به دلیل نقایصی كه دارد ( نقایصی چون : 1 – تخریب یخ زدگی و ذوب 2 – تخریب پذیری توسّط موادّ شیمیایی خورنده 3 – استحكام كششی كم 4- دیرپخت بودن و …. ) همزمان با تولید این مادّه ، تركیب آن با فولاد ( مسلّح كردن بتن )‌ و ایجاد خاصیّت تاب خمشی مطرح شد و از همان موقع ، استفاده از موادّ و تركیبات شیمیایی ، برای بهبود خواصّ آن مورد توجّه قرار گرفت . حاصل تحقیقیاتی كه در این زمینه صورت گرفت این نتیجه را در بر داشت كه جایگزینی مناسبی ، با موادّ پلیمری انجام شده است و با به كارگیری آنها به روش های مختلف ، خواصّ بتن ارتقا می یابد . ( این تحقیقات بیشتر در ژاپن ، آمریكا و روسیه انجام شده است ) . در این رابطه خانواده بتن های پلیمری ، بهترین خاصیّت ها را از خود نشان دادند . خواصّ این نوع بتن ، برتر از بتن های سیمانی بود و گاهی خواصّ
منحصر به فردی از خود نشان می دهد . با توجّه به ‌نیاز بیشتر به استحكام در سازه ها و برتری های این نوع بتن ، بتن پلیمری مورد علاقه دانشمندان واقع شد و با وجود آنكه مدّت زیادی از اختراع آن نمی گذرد و علیرغم قیمت بالایی نیز كه داراست مورد استقبال روزافزون قرار گرفته است . بتن های پلیمری از حدود سال 1950 وارد بازار شده اند و پیش بینی می شود در طیّ دهه پیش رو ، مصرفشان 10 برابر شود . كاربرد این نوع پلیمرها به دو شاخه استفاده جامد و استفاده غیر جامد تقسیم می شود .
در حالت جامد محصولات پلیمری به جای فولاد جایگزین می شوند و بتن را مسلّح می كنند كه در این حالت ، پلیمر به صورت رشته ، شبكه 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 .
در كشور ما كار خاصّی روی بتن پلیمری صورت نگرفته است و هنوز در سطح یك موضوع تحقیقاتی برای دانشجویان
باقی مانده است ، موضوعی كه منابع تحقیق آن نیز غالباً خارجی هستند .
بتن های پلیمری( Polymer Concrete ) حالت جامد :
اكثر موادّ و مصالح طبیعی به دلیل ناپیوستگی های سطحی و تركیباتی كه در خود دارند ، دارای مقاومت لازم برای تحمّل
تنش های زیاد نیستند و لازم است تا با موادّ دیگری مسلّح شوند . دانشمندان به دنبال موادّی هستند كه در ضمن مسلّح كردن بتن ، دارای وزن كمتر ، مقاومت بیشتر در برابر عوامل جوّی ، رفتار بهتر در بارگذاری های متناوب باشد و بتواند مقاومت خود را در دماهای بالا مثل دمای كوره حفظ كند و …..از این قبیل.
یكی از مشهورترین این مصالح ، كامپوزیت های پلیمری می باشند . اوّلین باری كه كامپوزیت ها در بنا استفاده شد در زمان جنگ جهانی دوّم بود . در آن زمان بر روی ساختمان هایی كه باید رادار نصب می كردند ، استفاده از سازه های فلزّی و یا حتّی بتن آرمه ، مشكل ایجاد می كرد ، با مسلّح كردن بتن توسّط كامپوزیت های بتنی ، این مشكل برطرف شد . همچنین در همان بحبوحه جنگ بعضی از قسمت های هواپیماهای جنگی را از پلی استرهایی كه با رشته های شیشه تقویت شده بودند
می ساختند .
در ساختمان های مسكونی از كامپوزیت هایی با فیبر شیشه ای یا پلی استر استفاده می شد . (‌ سازه كامپوزیتی GPR ) ، دو ساختمان استثنایی با سازه كامپوزیتی ساخته شده است كه یكی سازه گنبدی شكل در بن غازی (‌ 1968 )‌ و دیگری سقف فرودگاه دبی ( 1972 )‌ است كه تأثیر محسوسی بر استفاده از این نوع سازه ها داشته است .
اكثر این سازه ها دارای سازه اصلی بتن مسلّح بود و برای ساخت پانل ها از GPR (Glass Polymer Reinforced ) بهره می برد ، همانند سازه قوسی فضاكار زمین فوتبال شهر منچستر (‌1980 ) ، مهمّترین كاربردهای GPR به قرار زیر است :
1- ساختمان هایی كه تحت اثر خوردگی شدید هستند .
2- سازه های پیشرفته رادارها .
3- ساختمان هایی كه كنترل كیفیّت آنها مهم است .
4- ماهواره ها .
5- آنتن های بزرگ .
مهمّ ترین دلایل افزایش استفاده از كامپوزیت ( Composite ) :
1 – وزن كم 2- قابلیّت ایجاد معماری های زیبا 3- مقاومت در برابر شرایط جوّی 4- خواصّ ضدّ خوردگی
5 – وجود سازه هایی كه در آنها نباید از فلز استفاده كرد .
امروزه بسیاری از پل های بتن آرمه به دلیل وجود كلر در آب دریا ، تخریب شده اند كه بتن پلیمری این نقیصه را ندارد و خورده نمی شود ، محصولات پلیمری در حالت جامد بیشتر به صورت میلگرد و شبكه مورد استفاده قرار می گیرند .
انواع بتن های پلیمری ( حالت غیر جامد ) :
پیش از بیان انواع بتن های پلیمری لازم است با فرآیند پلیمریزاسیون بیشتر آشنا شویم :
پلیمریزه شدن : از اتّصال واحد های مونومر به یكدیگر ، رشته یا شبكه های مولكولی سطحی یا فضایی
تشكیل می شود كه دارای وزن مولكولی بالایی هستند و به آنها پلی مر می گویند ، این فرآیند را پلیمریزه شدن می گویند .
انواع بتن های پلیمری بدین قرارند :
1- بتن های باردار شده توسّط پلیمر ( PIC ) : شامل بتن پورتلند پیش ریخته شده است كه توسّط یك سیستم مونومری باردار گردیده است (‌ آماده واكنش است )‌ و متعاقباً در محلّ ، پلیمریزه می شود .
2- بتن های پلیمر – سیمان (PCC) : شامل یك مونومر است كه به مخلوط آبی بتن تازه افزوده می شود و متعاقباً در محلّ، پلیمریزه می شود .
3- بتن های پلیمری (PC) : شامل یك سیستم مخلوط از سنگریزه ( Aggregate ) و پركننده ( Filler ) در مونومر می باشد كه متعاقباً در محلّ ، پلیمریزه می شود .
4- بتن های پلیمر – گوگرد (PSC ) : شامل یك سیستم مخلوط از بتن های گوگردی است كه توسّط پلیمر ها اصلاح خواصّ پیدا كرده باشد .
نحوه تولید بتن پلیمری (‌حالت غیر جامد ) :
بتن های پلیمری از 80 تا 95 درصد پركننده های معدنی و گاهی آلی تشكیل شده اند و حدود 5 تا 20 درصد بایندر پلیمری نیز
بتن را نگاه می دارد ( بایندر ( Binder ) به معنای پیوند دهنده یا متّصل كننده است و منظور همان محلول مونومر است كه پس از فرآیند پلیمریزاسیون بتن را نگاه می دارد ) ، خواصّ بتن های پلیمری برتر از بتن های سیمانی است .
با انتخاب : الف ) بایندر مناسب ب) نوع و میزان مناسب پركننده ج ) به كار بردن افزودنی های مناسب
می توان طیف وسیعی از بتن های پلیمری را با خواصّ فیزیكی ، مكانیكی ، دینامیكی ، الكتریكی ، حرارتی ، شیمیایی ، تزئینی و … تهیّه كرد . در صورتیكه این طیف وسیع برای بتن های سیمانی وجود ندارد . از مجموعه موادّ رایج به عنوان بایندر پلیمری سه نوع رایج ترند كه عبارتند از : 1 – اپوكسی ( Epoxy ) 2- پلی استر 3 – پلی یورتان
از پركننده های رایج نیز دو نوع رایج ترند كه عبارتند از : 1 – سیلیس (Silica) 2- كربنات كلسیم
بر اساس آزمایش هایی از نوع برزیلی ، نتایج زیر حاصل شد :
1 – نمونه های بتن پلیمری با بایندر اپوكسی و پلی استر ، استحكاك بالاتری دارند .
2- نمونه های بتن پلیمری با بایندر پلی یورتان ، ازدیاد طول بسیار زیادی دارند . ( تعریف اپوكسی و …. در همین مقاله گفته خواهد شد . )
بایندر های پلیمری 90% كلّ قیمت بتن را شامل می شوند . با وجود این ، قیمت بتن های پلیمری ، بسیار كمتر از
پلاستیك هاست . انتخاب مناسب بایندر و پر كننده مناسب ، می تواند سبب هر یك از حالات زیر شود :
1 – بتن هایی با دی الكتریك بالا 2 – برعكس بتن هایی با هدایت الكتریكی بالا 3 – قطعاتی مناسب برای ایجاد خلاء و ..
تغییر خواصّ بتن پلیمری بر حسب تغییر پركننده ها :
پركننده ها از دو دسته تشكیل می شوند : 1- جزء زبر ( دانه بندی درشت ) 2- جزء نرم ( دانه بندی ریز )
پركننده های سبك وزن شامل سه دسته سنگ های رسی سبك ، پرلیت و سنگ پا ( Pumice ) می شوند و پر كننده های سنگین شامل 4 دسته قطیر ، هماتیت ، ایلمنیت ، باریت می شوند .
از این موادّ برای تولید بتن های پلیمری با وزن مخصوص بین 640 تا 5200 كیلوگرم بر متر مكعّب می توان استفاده كرد . پركننده های بسیار نرم برای كاهش حجم خالی بتن به كار برده می شود . مانند پودر سیلیس ، كربنات كلسیم ، خاكستر ، كائولین . میكا تالك ،‌تری هیدرات آلومینا ‌، سولفات كلسیم و سیمان پورتلند . پر كننده ها می توانند سبك باشند مانند
دانه های شیشه ای سوراخ دار ، سرامیك یا گلوله های پلاستیك .
با استفاده از پركننده های هادی مثل كربن یا پودرهای فلزّی ، می توان بتن را از نظر الكتریكی رساناتر كرد ، افزودنی هایی مثل فیبرهای شیشه ای ،‌آلی و فلزّی برای اصلاح استحكام ضربه ای ، خمشی و همچنین برای كاهش پدیده انقباض ناشی از پخت به كار می رود . عوامل تر كننده باعث كاهش سطحی زیرین مایع و سهولت ترشدگی سطوح پركننده می شود . جهت تأمین رنگ و همچنین گاهی اوقات به منظور پایداری در مقابل نور از رنگدانه ها استفاده می شود .
با افزودن لاتكس های SBR و اپوكسی به بتن معمولی به عنوان بتن سیمان پرتلند ، پلی مری استفاده شده است كه باعث بهبود خواصّ‌مهندسی و پایایی بتن می شود و همچنین با افزودن رزین های پلی اسراسیترن و اپكسی به مصالح سنگی
به عنوان بتن پلیمری كه در مورد رزین پلی اسراسیترن، خواصّ‌ مهندسی و پایایی بتن به طور چشمگیری بهبود می یابد .


 

() نظرات