مقالات


اولین سوالی که پس از شنیدن نام بتن پلیمری به ذهن خواننده می رسد ، این است که پلیمر (Polymer) چیست؟

ارتباط بین ساختمان و پلیمر را نمی توان دور از ذهن دانست.فناوری های نوین در صنایع مختلف،که صنعت ساختمان یکی از آنهاست،نشان از پیوند عمیق بین فرآورده های پلیمری و کاربرد فراوان آن در زندگی انسان دارد.قبل از آنکه بدانیم پلیمر چه نقشی در صنعت ساختمان دارد،بهتر است که اول با اصطلاحی به نام مونومر (Monomer) آشنا شویم:

در تعریف مونومر آمده است: مولکولی از هر دسته ترکیبات(اغلب اورگانیک) که می تواند با مولکول های مانند خود یا از نوع دیگر واکنش دهد و مولکول های بسیار بزرگ یا پلیمر تشکیل دهد.

با توجه به آنچه گفته شد ، می توان متوجه شد که مونومر ،مانند حلقه های یک زنجیر و پلیمر خود زنجیر است.

در واقع باید بتوان یک پلیمر را به مونومرهایی با ضریب صحیح تقسیم کرد. لزومی ندارد که یک مونومر ،عنصر باشد ، در واقع مونومر مولکولی است که از تکرار آن پلیمر به دست می آید و وزن مولکولی کمی دارد. بد نیست بدانیم که معادل فارسی مونومر ،تکپار و معادل فارسی پلیمر ،بَسپار است.
 
بتن پلیمری

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 ساختمانی 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 پرمصرف 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، دیرپخت 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 را از خود نشان می دهند . خواص این نوع بتن، برتر از بتن های سیمانی می باشد و گاهی خواص منحصر بفردی از خود نشان می دهد.با توجه به نیاز بیشتر به استحکام در سازه ها و برتری های این نوع، 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 ده 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.
 

بتن های پلیمری (Polymer concrete )


حالت جامد:

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 دمای کوره حفظ کند.

در ساختمان های مسکونی از کامپوزیت هایی با فیبر شیشه ای یا پلی استر استفاده می شد.(سازه کامپوزیتی GPR) ، دو ساختمان استثنایی با سازه کامپوزیتی ساخته شده است که یکی سازه گنبدی شکل در بن غازی (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 می باشد و برای ساخت پانل ها از (Glass )   GPR Polymer Reinforced بهره می برد، مانند سازه قوسی فضاکار زمین فوتبال شهر منچستر(1980)،مهمترین کاربردهای GPR به 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
 
مهم ترین دلایل افزایش استفاده از کامپوزیت
  1. وزن کم
  2. قابلیت ایجاد معماری زیبا
  3. مقاومت در برابر شرایط جوی
  4. خواص ضد خوردگی
  5. وجود سازه هایی که در آنها نباید از فلز استفاده کرد.
 
انواع بتن های پلیمری (حالت غیر جامد)

پیش از بیان انواع بتن های پلیمری لازم است که با فرآیند 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 فرآیند را پلیمریزه شدن می گویند.انواع بتن های پلیمری به قرار زیر است:

1-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.

2-بتن های پلیمر-سیمان(PCC)

شامل یک مونومر است که به مخلوط آبی بتن تازه افزوده می شود و متعاقباً در محل،پلیمریزه می شود.

3-بتن های پلیمری (PC)

شامل یک سیستم مخلوط از سنگریزه (Aggregate ) و پر کننده (Filler) در مونومر است که متعاقباً در محل، پلیمریزه می شود.

4-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 پر کننده 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 فرآیند پلیمریزاسیون بتن را نگاه می دارد.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 پر کننده های رایج نیز دو نوع رایج ترند که عبارتند از :سیلیس و Silica- کربنات کلسیم
 
براساس آزمایش هایی از نوع برزیلی ، نتایج زیر حاصل شد:

نمونه های بتن پلیمری با بایندر اپوکسی و پلی استر،اصطکاک بالاتری دارند.

نمونه های بتن پلیمری با بایندر پلی یورتان ازدیاد طول بسیار زیادی دارند.

بایندرهای پلیمری 90% کل قیمت بتن را شامل می شود.با وجود این قیمت بتن های پلیمری ،بسیار کمتر از پلاستیک هاست.انتخاب مناسب باند و پر کننده مناسب ،می تواند سبب هر یک از این حالات شود:بتن هایی با دی الکتریک بالا، برعکس بتن هایی با هدایت الکتریکی بالا، قطعاتی مناسب برای ایجاد خلاء و ...

تغییر خواص بتن پلیمری بر حسب تغییر پرکننده ها

پر کننده ها از دو دسته تشکیل می شود: جزء زبر(دانه بندی درشت ) و جزء نرم (دانه بندی ریز).

پر کننده های سبک وزن شامل سه دسته سنگ های رسی سبک،پرلیت و سنگ پا (Pumice) است . پر کننده های سنگین شامل:  قطیر،هماتیت،ایلمنیت،باریت است.
از این مواد برای تولید بتن های پلیمری با وزن مخصوص بین 640 تا 5 هزار و 200 کیلوگرم بر متر مکعب می توان استفاده کرد.پر کننده های بسیار نرم مانند پودر سیلیس ،کربنات کلسیم،خاکستر،کائولین،میکاتالک،تری هیدرات آلومینا،سولفات کلسیم و سیمان پورتلند برای کاهش حجم خالی بتن به کار می روند. پر کننده ها می توانند سبک باشند مانند دانه های شیشه ای سوراخ دار، سرامیک یا گلوله های پلاستیک.

با استفاده از پر کننده های هادی مثل کربن یا پودرهای فلزی می توان بتن را از نظر الکتریکی رساناتر کرد،افزودنی هایی مثل فیبر های 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 تر شدگی سطوح پر کننده می شود. برای تأمین 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. همچنین با افزودن رزین های پلی اسراسیترن و اپوکسی به مصالح سنگی به عنوان بتن پلیمری ، خواص مهندسی  و پایایی بتن به طور چشمگیری بهبود می یابد.