افزایش استحکام بتن و حفظ ویژگیهای آن در گذر زمان، همیشه یکی از دغدغههای اصلی دانشمندان و مهندسان ساختمان در قرن گذشته بوده است. عرضه بتن پلیمری در دهه ۱۹۵۰ و فراگیر شدن آن در دهه ۱۹۷۰، یکی از روشهایی بود که توانست به خوبی به این دغدغه پاسخ دهد. بتنهای پلیمری علاوه بر افزایش استحکام بتن، توانستند آن را در برابر شرایط محیطی مانند یخ زدگی، نفوذ آب، مواد اسیدی و… نیز مقاومتر کنند. در این مقاله، با این مصالح پرکاربرد و کاربردهای آن بیشتر آشنا میشویم.
بتن پلیمری چیست؟
این بتن در واقع بتنی است که از پلیمر، به عنوان یک چسب برای اتصال محکمتر اجزای بتن یعنی سیمان، سنگدانهها، ماسه و آب استفاده میکند. در برخی روشها، پلیمر همراه با سیمان به کار میرود که در این حالت به آن بتن سیمان – پلیمری یا بتن اصلاح شده با پلیمر گفته میشود؛ اما در بعضی نمونهها، پلیمر به طور کامل جایگزین سیمان میشود.
به طور کلی، بتن پلیمری ویژگیهای کاربردی بسیار خوبی ارائه میدهد که آن را از بتنهای سنتی بهتر میکند. از مهمترین مزایای آن میتوان به سرعت بالای خشک شدن در دمای گسترده (از ۱۸- تا ۴۰+ درجه)، مقاومت فوقالعاده در برابر فشار، کشش و خمش، چسبندگی بالا و در عین حال وزن سبک اشاره کرد. این خصوصیات بسیار خوب، بتن پلیمر را به انتخابی عالی برای بسیاری از پروژههای مدرن ساختمانی تبدیل کرده است.
انواع بتن پلیمری
بتنهای پلیمری بر حسب نحوه ساخت و ترکیب، میتوانند انواع گوناگونی داشته باشند که عبارت است از:
۱- بتن آغشته به پلیمر (PIC)
این نوع بتن پلیمر یکی از پرکاربردترین کامپوزیتهای پلیمری محسوب میشود. در این روش، ابتدا بتن معمولی پیش ساخته تولید شده و پس از عمل آوری و خشک شدن در کوره یا با استفاده از گرمایش الکتریکی، هوای موجود در حفرههای باز آن خارج میگردد. سپس یک مونومر با ویسکوزیته پایین از طریق این حفرههای باز نفوذ داده شده و فرآیند پلیمریزاسیون به کمک تابش، حرارت یا آغازگرهای شیمیایی انجام میپذیرد. این فرآیند منجر به پر شدن کامل منافذ بتن و تقویت قابل توجه خواص مکانیکی آن میگردد.
۲- بتن تمام پلیمری (PC)
در این نوع بتن پلیمری، به جای سیمان (که در بتن معمولی استفاده میشود) از یک پلیمر برای اتصال سنگدانهها استفاده می گردد. تکنیک اصلی در تولید این بتن، به حداقل رساندن فضای خالی در سنگدانهها برای اتصال بهتر آنها است.
۳- بتن سیمان – پلیمری (PCC)
این نوع بتن با مخلوط کردن سیمان، سنگدانهها، آب و مونومر تولید میشود؛ سپس مخلوط در قالبها ریخته شده و عمل آوری میگردد. از مونومرهای مورد استفاده در این نوع بتن میتوان به پلی استایرن، اپوکسی، فوران، وینیلیدین کلراید و… اشاره کرد.
کاربردهای بتن پلیمری
این بتن کاربردهای بسیار زیادی دارد که برخی از انها عبارتند از:
- برای ساخت و ساز جادهها
- ساخت نیروگاه هستهای
- تولید سنگ فرشها و جدولها
- برای ساخت تیرها، ستونها و سایر المانهای پیش ساخته
- پلسازی و به خصوص عرشه پلها
- آببندی سطوح ساختمانها
- ساخت تصفیه خانه و فاضلاب
- برای ساخت کانالها، آببندها و سایر سازههای مرتبط با آبیاری
- در اسکلهها و سایر سازههای دریایی
- تولید بتنهای پیشتنیده
- صنایع ساختمانی و الکتریکی
طرح اختلاط بتن پلیمری
طرح اختلاط بتن پلیمری بر پایه نسبتهای وزنی یا حجمی مشخصی تعریف میشود. اگرچه تعیین نسبت دقیق به شرایط پروژه شما بستگی دارد، اما به طور رایج، نسبت سیمان به ماسه معمولا بین ۱:۲ تا ۱:۳ (وزنی) است، یعنی به ازای هر ۱ کیلوگرم سیمان، ۲ تا ۳ کیلوگرم ماسه استفاده میشود. نسبت پلیمر به سیمان نیز بین ۵% تا ۲۰% متغیر است که برای کاربردهای خاص مانند نیاز مقاومت شیمیایی بالا، نسبت ۱۵% توصیه میشود. نسبت آب به سیمان نیز بین ۳۰% تا ۵۰% تنظیم میگردد.
مزایای بتن پلیمری
بتنهای پلیمری دارای مزایای قابل توجهی هستند که آنها را برای بسیاری از کاربردهای ساخت و ساز مناسب میکند:
- استحکام فشاری بالا: در مقایسه با بتن الیافی (۴۹۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع) یا بتن ساده (۳۵۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع)، بتن پلیمری توانایی تحمل فشار تا ۹۰۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع را دارد.
- مقاومت در برابر سایش: ذرات سیلیس به کار رفته در این بتن، سطح بسیار محکم میسازد که حتی در برابر تردد مداوم خودروها نیز به راحتی مقاومت کرده و دچار فرسایش نمیشود.
- مقاومت شیمیایی بالا: بتن پلیمر یکی از مقاومترین مصالح در برابر انواع مواد شیمیایی است؛ زیرا در تماس با مواد اسیدی و قلیایی واکنشی نشان نمیدهد و از تخریب یا تغییر شکل بتن جلوگیری میکند.
- استحکام خمشی: بتنهای پلیمری، فشار خمشی تا ۱۸ تا ۲۵ مگاپاسکال را تحمل میکنند؛ در حالی که بتن الیافی حداکثر 15 تا ۲۰ مگاپاسکال و بتن معمولی فقط ۱ تا ۵ مگاپاسکال مقاومت میکند.
- مقاومت در برابر ضربه: این ماده به دلیل ساختار کامپوزیتی خود، در برابر ضربه، استفاده مداوم و حتی گذر زمان کاملا مقاوم است و هیچ اثری از فرسودگی نشان نمیدهد.
- جذب آب صفر: این ماده عملا هیچ آبی جذب نمیکند و همین ویژگی، آب بندی کامل سطح را فراهم میکند.
- مقاومت در برابر یخ زدگی: برخلاف بتن سنتی، این ماده در اثر یخ زدگی و ذوب مکرر دچار آسیب نمیشود و از ایجاد ترکهای ریز یا درشت جلوگیری میکند.
- وزن کم: به دلیل خواص مکانیکی عالی این بتن، امکان تولید قطعاتی با وزن کمتر، ابعاد کوچکتر و طرحهای ظریفتر فراهم است.
معایب بتن پلیمری
بتن پلیمر در کنار مزایای قابل توجهی که دارد، میتواند با معایبی نیز همراه باشد که عبارتند از:
- قیمت آن به مراتب بیشتر از بتن معمولی است.
- اختلاط و اجرای آن حساس بوده و به مهارت نیاز دارد.
- برخی مواد تشکیلدهنده آن سمی، فرار و قابل اشتعال هستند.
- مونومرهای استفاده شده در آن ممکن است سمی و خطرناک باشند.
- کاتالیزورهای مورد استفاده (آغازگرها) قابلیت اشتعال داشته و برای پوست مضرند.
- تسریعکنندهها و سایر افزودنیها نیز خطرات خاص خود را دارند.
- استفاده از ماسک، دستکش و سایر وسایل ایمنی الزامی است.
- با توجه به قیمت بالا و مسائل ایمنی، استفاده از آن در همه پروژهها مقرون به صرفه نیست.
نحوه ساخت بتن پلیمری
در ساخت بتن پلیمری معمولا از رزینهای ترموپلاستیک به عنوان جزء اصلی پلیمری استفاده میشود که به دلیل پایداری حرارتی بالا و مقاومت بالا در برابر انواع مواد شیمیایی، انتخاب مناسبی محسوب میشوند. اگرچه گاهی پلیمرهای ترموست نیز در ساخت آن به کار میروند، اما کاربرد کمتری دارند. این نوع بتن حاوی سنگدانههایی مانند سیلیس، کوارتز، گرانیت یا سنگ آهک است که کیفیت بتن را افزایش میدهند.
برای ساخت این نوع بتن، باید ابتدا مواد خشک (سیمان و افزودنیها) را مخلوط کنید، سپس مخلوط آب و لاتکس را تهیه نموده و مواد خشک را به آن بیفزایید. پس از اختلاط کامل و افزودن ضدکف (برای جلوگیری از حباب هوا)، ملات را در قالب ریخته و ویبره کنید. همچنین کیورینگ را به مدت ۷ روز با رطوبت مناسب ادامه دهید تا بتن به خوبی سفت شود.
رعایت نکاتی مانند عاری بودن از گرد و غبار و رطوبت برای این سنگدانهها بسیار ضروری است؛ زیرا هرگونه آلودگی یا رطوبت میتواند پیوند بین پلیمر و سنگدانه را تضعیف کرده و بر کیفیت نهایی محصول تاثیر منفی بگذارد.
پودر بتن پلیمری چیست؟
پودر بتن پلیمری، یک افزودنی خشک است که به طور ویژه برای استفاده در بتنهایی با عملکرد بالا طراحی شده است. این محصول، مشابه پلیمرهای مایع، فرآیند هیدراسیون سیمان را در طول کیورینگ افزایش میدهد و باعث افزایش چگالی، مقاومت خمشی، حفظ رنگ و دوام کلی بتن میشود. از مزایای مهم پودر پلیمر میتوان به هزینه حمل و نقل کمتر، عدم یخ زدگی و کاهش حبابهای هوا در سطح بتن نهایی اشاره کرد.
جمع بندی
بتنهای پلیمری از ترکیب بعضی پلیمرهای مقاوم با مخلوط بتن ساخته میشوند و در بعضی موارد نیز میتوانند جایگزین سیمان یا آب در مخلوط بتن شوند. این بتن تحمل فشار، کشش و خمش بیشتری نسبت به بتنهای معمولی و الیافی داشته و در برابر مواد شیمیایی و شرایط محیطی مقاومتر است. به طور کلی از بتن پلیمری برای سازههای ساختمانی، المانهای پیش ساخته، روسازی جادهها و آب بندی سطوح مختلف استفاده میشود؛ با این حال، هزینه این بتنها بالاتر از بتنهای معمولی است. به طور رایج، برای ساخت این بتن لازم است پلیمر با نسبت ۵ تا ۲۰ درصد وزن سیمان به مخلوط بتن اضافه گردد. چنانچه به راهنمایی بیشتری در مورد این محصولات نیازمندید، میتوانید با کارشناسان ما به شماره 54613000-021 تماس بگیرید.
منابع
https://www.ulmaarchitectural.com/en/polymer-concrete
https://civilwale.com/polymer-concrete/
https://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/Polymer_concrete.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Polymer_concrete#References
https://www.buddyrhodes.com/powdered-polymer-1210-dry#description