سیستم های سیمانی حاوی پلیمرها خصوصا در مدت 30 سال گذشته، در سطح بین المللی مورد توجه بسیاری قرار گرفته اند. این توجه در قالب 10 کنگره بین المللی، تعداد زیادی همایش، کارگاه و نشریه منعکس گردیده است که مرجع اطلاعات قابل ملاحظه ای بوده و نمونه ای از آن گردآوری و تدوین مراجع موجود توسط CIRIA و اوهاما می باشد. این توجه منجر به بهبود خصوصیات مهندسی مصالح در مقایسه با مصالح اصلاح نشده گردیده است که از آن جمله می توان به مقاومت کششی/ خمشی، طاقت و دوام اشاره نمود که مورد اخیر شامل مقاومت در برابر کربناسیون، نفوذ یون کلرید و آسیب ناشی از یخ زدگی می باشد. به علاوه این سیستم ها ممکن است به عنوان مصالح ترمیمی استفاده شوند که در این صورت پیوستگی خوب با بتن یا فولاد موجود، مورد نیاز می باشد. ترکیبات سیمانی- پلیمری بسیاری وجود دارد و روش های متعددی برای دسته بندی آنها موجود می باشد. این موارد تحت عناوین زیر در اینجا مورد بررسی قرار می گیرند، اگرچه برخی از آنها ممکن است در بیش از یک گروه قرار گیرند.

• بتن و ملات سیمانی اصلاح شده با پلیمر (PMC): ذرات پلیمری به صورت شیرابه یا پودر با قابلیت پراکندگی مجدد به یک مخلوط سیمانی تازه اضافه شده و سپس این محلول عمل آوری می گردد.
  
• بتن پلیمری (PC): مصالح سنگی با یک رزین واکنش پذیر مخلوط گردیده، ریخته شده و سپس عمل آوری می شوند.
  
• بتن تزریقی با پلیمر (PIC): یک مونومر واکنش پذیر است که در یک بتن سخت شده عمیقا نفوذ نموده و سپس عمل آوری می گردد.
  
• پوشش های پلیمری: ممکن است اشباع سازی سطحی، سیستم های رنگ و روکش ها را در مواردی که سطح مشترک پلیمر- بتن دارای اهمیت ویژه ای است، شامل گردد.

مواردی که در این مقاله ارائه نمی شوند عبارتند از:

(الف) افزودن جزئی پلیمر (مثلا افزودنی ها) که تنها برای تغییر رفتار جریانی مخلوط استفاده می شوند.
(ب) الیاف، شبکه ها و میلگردهای پلیمری برای مسلح نمودن بتن
(پ) استفاده ز مواد پلیمری به عنوان سنگدانه

مجهولات موجود در فرمول های ساخت، روش های کاربرد آنها، شرایط محیطی متغیر، عدم وجود پایش بلندمدت تغییرات خواص و عدم نشان دادن گسیختگی های آشکار، منجر به استفاده از تاریخچه های موردی با ارزش محدودی گردیده است. به علاوه، با توجه به تعداد زیاد مراجع موجود، مرور کلی این موضوع در اینجا مناسب به نظر می رسد که این مطلب تا حد زیادی حاصل کار نویسنده و دانشجویان او در این زمینه می باشد.
از این نوع مصالح در سطح بین المللی به طور گسترده ای استفاده می شود، مثلا به عنوان وصله های ملاتی و دوغابی برای کارهای پرداخت و ترمیم روکش عرشه پل ها. اساسا شیرابه پلیمری واکنش ناپذیر به آب یک مخلوط سیمانی تقریبا معمولی افزوده شده و عمل آوری می گردد. سیمان شروع به هیدراته شدن می نماید، در حالی که ذرات پلیمری موجود در شیرابه منعقد شده و لایه نازکی را به وجود می آورد که بعدا فازهای سیمان هیدراته شده و سنگدانه ها را به یکدیگر می چسباند. مخلوط های معلق مایع در مایع پلیمری و پودرهای پلیمری با قابلیت توزیع مجدد بسیاری وجود دارد. نوع و ترکیب پلیمرها بسیار متغیر بوده و کلیه ذرات پخش شده، شامل اجزاء تشکیل دهنده دیگری می باشند. سازندگان این سیستم ها اغلب از آشکار نمودن فرمول های ساختاری و مشخصات کامل مواد تولیدی خود، به دلایل تجاری، امتناع می ورزند.
خصوصیات ویژه مواد سخت شده، تا حد زیادی به فرمول انتشار پلیمر، طرح اختلاط ملات و روند عمل آوری مورد استفاده، بستگی دارد. متاسفانه در بسیاری از اطلاعات منتشر شده، ماهیت دقیق این سیستم ها و روش های اختلاط و عمل آوری مورد استفاده، به خوبی مستندسازی نشده است که این امر، درک رفتار آنها و مقایسه بین سیستم های مختلف را دشوار نموده است.

بتن های پلیمیری شده

مرسوم ترین شیرابه های مورد استفاده عبارتند از مخلوط های معلق آبی استایرین- بوتادین- لاستیک (SBR) و اکریلیک های (AC) مختلف حاوی 45 تا 50% جامدهای پلیمری. در SBR، نسبت استایرین به بوتادین، کنترل کننده خصوصیات پلیمر می باشد که با 60 تا 65% استایرین، بهترین تعادل را نشان می دهد. مقادیر بیشتر استایرین، مقاومت فشاری و کششی را بهبود می بخشد، اما چسبندگی را کاهش داده و حداقل دمای تشکیل لایه (NFT) را افزایش می دهد. معمولا حدود1% اسیدکربوکسیلیک دارای پیوند شیمیایی با سطح ذره پلیمری می باشد. این گروه ها، در محیط با pH بالای سیمان تازه، یونیزه می شوند، مطابق شکل 10-1 (a) و این پدیده عموما منجر به افزایش پایداری شیرابه و چسبندگی PMC به زیرلایه های موجود می گردد. به طور مشابه، انواع مختلفی از پلیمرهای کو و تر اکریلیک وجود دارد که برخی از آنها به شکل پودرهای با قابلیت پخش مجدد نیز موجود می باشند. اتلین- وینیل استات (EVA) یکی از اولین پودرهای با قابلیت پخش مجدد در بازار بود. پودرهایی که قابلیت پیش بسته بندی با سیمان و سنگدانه ها را دارند، از نظر اجرایی و زیست محیطی نسبت به شیرابه هایی که در ظروف پلاستیکی عرضه شده و نیازمند پیمانه کردن در محل می باشند، ترجیح داده می شوند.

شکل 10-1- (a) یونیزه شدن گروه هیدروکسیل؛ (b) اندرکنش با یون های کلسیم در محلول؛ (c) چسبیدن به یک دانه سیمان

علاوه بر پلیمر، مقادیر کافی از عامل فعال سطحی نیز افزوده می گردد که بر روی سطوح ذرات پلیمری جذب شده و به انتشار آنها کمک می کنند. این انتشار باید در مدت اختلاط حفظ شده و موجب تداوم فرآیندها در محیط سیمانی با pH بالا و محدوده ای از دماهای اجرایی گردد. فرآیندها ممکن است آندی، کاتدی یا غیریونی بوده و می توانند بر اندرکنش های شیرابه -شیرایه یا شیرابه- سیمان تاثیر بگذارند. هر ذره عامل فعال سطحی در آب اختلاط، تمایل به تثبیت حباب ها داشته و در نتیجه می توان یک ماده حباب زدا را جهت مقابله با این شرایط به مخلوط افزود. مواد افزودنی دیگری نیز می تواند اضافه گردد مانند آنتی اکسیدان ها و باکتریسیدها. اطلاعات و جزئیات اندکی درباره روش های اختلاط موجود می باشد، هرچند که یک طرح اختلاط معمولی شامل این جزئیات می باشد؛ نسبت ماسه به سیمان در محدوده 3:1 و 2:1 با یک نسبت جامدات پلیمری به سیمان (PIC) برابر 1/0 تا 2/0 وزن سیمان، و یک w/c در حدود 3/0 در مقایسه با حدود 5/0 برای ملات اصلاح نشده.

پربازدیدترین مطالب ما را از دست ندهید!
بتن ریزی در هوای سرد چگونه انجام می شود
سنگ مصنوعی و تکنولوژی ساخت آن (سیستم سمنت پلاست)
اسپیسر بتن چیست

در عین حال که دامنه وسیعی از سیستم های شیرابه موجود می باشد، همگی آنها به صورت مشابهی بر رفتار اثر می گذارند به طوری که: (الف) ذرات پلیمری پس از اضافه شدن به مخلوط تازه کارآیی را تا حدی افزایش می دهند که برای یک کارآیی مشخص، نسبت آب به سیمان می تواند به میزان قابل ملاحظه ای کاهش یابد که این امر به نوبه خود تخلخل را کاهش داده و منجر به بهبود مقاومت فشاری و دوام می گردد و (ب) پس از عمل آوری، پلیمر باید به شکل یک لایه نازک درآمده و منجر به بهبود مقاومت خمشی، طاقت و چسبندگی گردد.