این مواد به کلی با ملات های اصلاح شده با پلیمر واکنش پذیر تفاوت دارند به طوری که شامل هیچگونه سیمان هیدرولیکی نمی باشند. این مواد شامل یک چسباننده رزینی مصنوعی حاوی یک سخت کننده و پرکننده مانند پودر خوب دانه بندی شده، ماسه یا مصالح سنگی درشت دانه می باشند. این مواد در محل مخلوط شده، ریخته ده و عمل آوری می شوند تا ماده ای با خواص مکانیکی کلی خوب (از نظر مقاومت فشاری، کششی و خمشی)، مقاومت پیوستگی چسبنده مناسب و مقاومت سایشی و شیمیایی قابل قبول، به دست آید. کاربرد این مواد عبارت است از ملات های ترمیمی و فرمول های تزریق ترکف چسب ها، دوغاب های تثبیت مکانیکی، پرداخت کارهای کف مانند براق کننده ها و آسترها، لوله ها و کانال های پیش ساخته زهکشی. در این زمینه، چندین بازنگری جدید و دقیق موجود می باشد.
پر استفاده ترین رزین ها شامل انواع عمومی زیر می باشند:
اپوکسی ها، پلی استرهای اشباع نشده، متاکریلیت ها، پلی یورتان ها، وینیل استرها و فوران ها.
ماهیت شیمیایی این مواد، امکان تولید انواع وسیعی از محصولات، از سیستم های حلال با لزجت پایین برای پر نمودن حفرات و تزریق ترک ها تا محصولات پرکننده حجمی مشابه ملات های معمولی را فراهم نموده است.
رزین های گرما سخت به این دلیل استفاده می شوند که در حالت ترکیب با مواد عمل آورنده یا کاتالیست ها در دماهای محیطی، دچار پلیمریزاسیون بیشتری شده (برقراری پیوندهای عرضی) و یک ساختار سه بعدی را تشکیل می دهند. درجه صحیح پیوندهای عرضی بسیار مهم است، زیرا تعیین کننده دمای انتقال شیشه پلیمر و دیگر خواص بلند مدت آن خواهد بود.
مقدار ماده عمل آورنده یا کاتالیست، کنترل کننده نرخ واکنش در یک دمای مشخص خواهد بود، به طوری که اگر ماده در محل اجرا در دماهای محیطی پایین مثلا حدود C°10 استفاده شود، مقدار بیشتری از آن مورد نیاز می باشد، درحالی که در دماهای محیطی بالاتر مثلا حدود C°35، عکس این حالت صحیح می باشد. به علوه، واکنش ها تحت تاثیر ماهیت گرمازایی پلیمریزاسیون، ضخامت پوشش و تغییرات دمای محیطی قرار دارند. اغلب واکنش ها تا کامل شدن ادامه نمی یابند، اما اگر ترکیبات خمیر پلیمری واکنش پذیر به طور مناسب فرمول بندی شوند، میزان کافی از پیوندهای عرضی در دماهای محیطی شکل گرفته و خواص بهره برداری مورد نیاز به دست می آید.
کاربرد
از آنجا که محدوده بسیار وسیعی از سیستم ها وجود دارد، انتخاب درست یک سیستم برای یک کاربرد به خصوص بسیار مهم می باشد. با فرض آنکه انتخاب صحیح انجام شود، در مرحله بعد استفاده از روش های صحیح در محل و نیز محصولات کارخانه ای پیش ساخته، بسیار مهم می باشد.
تعیین صحیح نسبت ها و اختلاط کامل رزین و فعال کننده یا کاتالیست به منظور دستیابی به نرخ عمل آوری مناسب، مورد نیاز بوده و این شرایط باید برای کل محصولات مناسب و سازگار باشد. کاربرد همچنین باید در محدوده دمایی تعیین شده باشد و زمان کافی برای رسیدن به خواص مطلوب، اختصاص یابد، مثلا اختلاط غیرصحیح می تواند منجر به سخت شدن برخی نواحی و در عین حال نرم یا لاستیکی باقی ماندن نواحی دیگر گردد.
استفاده درجا نیازمند چسبندگی مداوم به سطح زیرین فولادی یا بتنی بوده و این امر تنها در صورتی محقق می گردد که سطوح تمیز بوده و هرگونه مصالح سست یا محصولات خوردگی حذف گردد. تماس خوب در سطح مشترک مورد نیاز بوده و معمولا با استفاده از بتونه ها می توان به آن دست یافت. به علاوه، در عین حال که برخی سیستم ها جهت استفاده در سطوح مرطوب طراحی شده اند، اما در اغلب سیستم ها لازم است که مقدار رطوبت سطح در زمان کاربرد و عمل آوری تا 5%> کاهش یابد. حرکت موئینه رطوبت از بخش عمیق تر تا سطح زیرین ممکن است دیرتر اتفاق افتاده و منجر به کاهش پیوستگی یا در مورد کف سازی ها و اندودها موجب طبله شدن گردد. درباره عوامل کنترل کننده این فرآیند، دانش اندکی وجود دارد اما احتمالا این عوامل شامل توزیع اندازه حفرات بتن، وجود ترکیبات محلول در ناحیه میانی و منبع رطوبت می باشد. پوسته شدن اسمزی ممکن است بر روی زیرلایه های فولادی و بتنی اتفاق بیفتد که این پدیده از طریق ورود آب درنتیجه وجود نمک ها بر روی سطح فولادی (تمیز نمودن ضعیف سطح) یا در مورد بتن، درنتیجه استفاده از اندودهای نامناسب حاوی ترکیبات محلول در آب، صورت می گیرد. علاوه بر موارد فوق، چسبندگی بلندمدت به عواملی مانند سطح تنش اعمالی، خستگی، قرارگیری در معرض رطوبت و نوسانات دمایی بستگی دارد.
پلیمیر در سازه های بتنی
جذب آب
ترکیبات خمیر پلیمری واکنش پذیر عموما از مقاومت بالایی در برابر انتقال آب برخوردار می باشند، اگرچه که میزان این مقاومت تا حد زیادی به فرمول بندی آنها بستگی دارد. در بلند مدت، انتشار آهسته ممکن است منجر به درصدهای رطوبت تعادلی برگشت پذیر تا 10% گردد. این شرایط سرانجام می تواند منجر به ایجاد مسیرهایی برای ورود گونه های مضری مانند یون های کلرید شده و کاهش مدول و مقاومت را از طریق عمل نمودن به عنوان یک روان کننده و تخریب بتن رزین بر اثر هیدرولیز، موجب گردد. این اثرات از طریق محبوس شدن هوا بر اثر اختلاط با تراکم نامناسب، و با افزایش دما، افزایش می یابند. ورود رطوبت از طریق پلیمر، یک زیر لایه متخلخل یا لبه های آزاد می تواند منجر به تخریب پیوستگی چسبنده گردد. این مکانیزم به خوبی شناخته نشده است اما احتمالا شامل روان نمودن و تورم پلیمر در ناحیه مینی و هیدرولیز قلیایی رزین می شود.
خزش
این مواد، دارای ماهیت ویسکوالاستیکی بوده و در نتیجه ممکن است با گذشت زمان دچار خزش و رهاشدگی تنش حتی در دماهای محیطی گردند. برای بسیاری از کاربردها، تنش های بهره برداری در مقایسه با مقادیر پیوستگی چسبنده و دیگر کاربردهای تحمل بار می باشند، پایمدها ممکن است نیاز به توجه و بررسی داشته باشد. بنابراین، ممکن است تعیین سطح تنش محدود کننده که گسیختگی خزش در مقادیر پایین تر از آن اتفاق نمی افتد، برای کاربردهایی مانند مهاربندی، ضروری باشد. در سیستم های بارگذاری پیچیده مانند جمع شدگی یا انقباض و انبساط حرارتی تفاضلی، رهاشدگی تنش ممکن است تمرکزهای تنش را کاهش دهد. محدوده این اثرات تحت کنترل عواملی مانند مقدار پیوندهای عرضی در رزین و نوع یا سطح پرکننده می باشد.
خواص حرارتی
به طور کلی ضرایب انبساط حرارتی برای محصولات پرنشده (مدول پایین تر) و پرشده (مدول بالتر) به ترتیب در حدود 100-40 و C-1° 106×40-20 می باشد. این مقادیر با مقدار C-1° 106×10 برای مصالح معمول سطح زیرین مقایسه شده و می تواند منجر به ایجاد تنش های حرارتی عمده ای گردد. بنابراین، برای سیستم های با مدول بالا که دچار رهاشدگی تنش کمتری می شوند، تغییرات دمایی در حدود C°30 می تواند منجر به تنش هایی گردد که با گذشت زمان ممکن است موجب گسیختگی برش در سطح بتن، افت پیوستگی از زیرلایه فولادی و یا ترک خوردگی رزین گردد. انطباق نزدیک تر می تواند از طریق توجه دقیق به نوع پرکننده و بارگذاری و رسیدن به بهترین تعادل میان ضریب انبساط حرارتی، مدول و رهاشدگی تنش به دست آید.
عملکرد این مصالح برپایه رزین، در آتش نسبت به فولاد یا بتن ضعیف تر بوده و باید هنگام بررسی کاربردهای احتمالی، مورد توجه قرار گیرد. اگرچه این عامل، استفاده آنها در برخی شرایط را محدود نموده است، اما در بسیاری موارد، این عامل چندان مهم نمی باشد.
بتن تزریقی با پلیمر
بتن تزریقی با پلیمر از طریق فرآیندی تولید می شود که در ان، بتن سخت شده موجود (عضو یک سازه یا کارخانه ای) در حرارت حدود C°15 خشک شده و سپس با یک مونومر با لزجت پایین، معمولا متیل متاکریلیت، تزریق شده و سپس با صورت درجا عمل آوری می شود. تزریق معمولا از طریق خیسانیدن در فشار اتمسفری صورت می گیرد، اگرچه این فرآِند ممکن است از طریق خلازدایی و یا فشارهای بالاتر تسهیل گردد. پلیمریزاسیون با یک فرآیند کاتالیزوری حرارتی یا کاتالیزوری تسریع شده انجام شده و یا از طریق پرتوافشانی صورت می گیرد. پلیمریزاسیون با یک فرآیند کاتالیزوری حرارتی یا کاتالیزوری تسریع شده و یا از طریق پرتوافشانی صورت می یگرد. پلیمر بدست آمده، حفرات بتن را پر نموده و یا سطح آنها را می پوشاند و به این ترتیب خواص ملات سخت شده را ااصلاح می نماید. مرور و بازنگری وسیع کارهای گذشته نشان داده که ب��بود و افزایش مدول الاستیسیته، مقاومت (فشاری، خمشی و کششی) و دوام قابل حصول می باشد، هرچند که میزان این بهبود، به عمق نفوذ تزریق و تخلخل بتن اولیه وابسته می باشد. این فرآیند در صورتی که با بتن های با مقاومت فشاری پایین و تخلخل بالا آغاز گردد، بیشترین بهبودها را نشان می دهد. جدیدترین کار صورت گرفته زمان خیسانیدن و دمای پلیمریزاسیون را در ارتباط با خواص مکانیکی PIC به صورتی ساختاری مقایسه نموده و بهبودهای ممکن را تایید نموده است. کاهش جذب سطحی در مقایسه با بتن عادی ناشی از کاهش های عمده در تخلخل کل با حداکثر قطر حفرات mm50> می باشد. با وجود بهبود زیاد خواص و کاربرد اولیه PIC برای بهسازی ترمیمی پل جاده ای در ایالات متحده، هزینه های بالای فرآوری عموما مانع استفاده بیشتر این محصولات به جز در کاربردهای پیش ساخته محدود در ژاپن شده است.
با این وجود، یک زمینه در حال توسعه که در آن تزریق پلیمری مفید می باشد، مقاومت سایشی بتن مورد استفاده در کف سازی ها می باشد. مشخص شده است که انجام بهسازی ها، مقاومت سایشی کلیه انواع بتن ها را به میزان قابل ملاحظه ای افزای شمی دهد و البته این بهبودها برای بتن با مقاومت فشاری پایین، بیشترین مقدار می باشد.
مشخصات رنگ ها و مواد پلیمری بهسازی سطحی بتن
محدوده وسیعی از محصولات و سیستم ها وجود دارند که می توان آنها را در قالب آسترهای حفره ای مسدودکننده ها و روکش های حفره ای با توجه به کارکرد آنها، مواد مورد استفاده و روش کاربرد، طبقه بندی نمود. در عین حال که این سیستم ها عموما سودمند تلقی می شوند، عدم تعیین مشخصات روش های کاربرد مواد، مقایسه کمی میان محصولات مختلف را دشوار می سازد. به طور مشابه، دانش اندکی از مکانیزم های عملکردی و نحوه بهینه سازی آنها، در اختیار می باشد.
آسترهای حفره ای
سطح بتن با ترکیباتی مانند سیلان ها و سیلوکسان ها اشباع می باشد. در حضور رطوبت، این مواد با خمیر هیدراته شده سیمان واکنش داده و یک لایه پیوسته را بر روی سطوح حفرات و مجاری مویینه در داخل بتن تشکیل داده و ساختار حفره ای باز و «قابل تنفس» را ایجاد می نمایند. ماهیت آبگریز این لایه سطحی اصلاح شده به صورت شیمیایی، ورود رطوبت را کاهش داده و حفاظ خوبی در برابر مثلا نفوذ یون کلرید، ایجاد می نماید. عمق نفوذ به دست آمده در یک زمان مشخص، به عواملی مانند توزیع اندازه حفرات خمیر ملات، مقدار آب و ترکیب و واکنش پذیری ترکیبی که اشباع سازی می شود بستگی دارد. اگر چه فرمول بندی های سیلان ها/ سیلوکسان ها معروف می باشند، اما نگرانی هایی درباره سمی بودن آنها وجود داشته و این موضوع عامل انجام تحقیقاتی در جهت تولید مواد جایگزین دوستدار محیط زیست شده است. یکی از محلول ها برپایه آب بوده و پس از استفاده، کریستال های آبگریزی را رسوب می دهد که به دیواره حفرت بتن می چسبند. هرچند که جزئیات این مواد ااستفاده شده مبهم می باشد، اما گفته می شود که این بهسازی با استاندارد آژانس بزرگراه ها تطابق دارد.
مسدودکننده های حفره ای
این مواد ضرورتا سطح بتن را سخت نموده و تخلخل آن را از طریق پر نمودن جزئی یا کلی حفرات و مجاری مویینه خمیر سیمان، کاهش می دهند. سیلیکات ها و سیلیکوفلوریدها که با آهک آزاد واکنش می دهند، برای این منظور در اختیار می باشند، اگرچه پلیمرهای مورد استفاده برای اشباع سازی پلیمری که در مقالات قبلی وب سایت رسمی مهندسین مشاور اثر مهرازان پایدار (کلینیک بتن ایران) تشریح شدند نیز می توانند مورد استفاده قرار گیرند. در مقایسه با آسترهای حفره ای، نفوذ در سطح بتن اندک خواهد بود.
پربازدیدترین مطالب ما را از دست ندهید!
روکش ها
هدف از این مواد، ایجاد یک لایه محافظ پیوسته بر روی سطح به ضخامت معمول mm 5-1/0 بسته به کاربرد می باشد. روکش ها از طریق نفوذناپذیر نمودن سطح بتن در برابر جذب آب عمل می کنند و در عین حال امکان انتقال بخار آب و ورود دی اکسید کربن، و یون ها کلرید را فراهم می آورند. این مواد در پوشش عرض ترک ها نیز موثر می باشند. محدوده ای از سیستم ها با اپوکسی و پلی یورتان وجود دارند که دارای عملکرد بهتری نسبت به روکش های امولسیون پلیمری، لاستیک آغشته به کلر و اکریلیک می باشند، هرچند که تغییرات قابل توجهی در عملکرد انواع یکسان اما حاصل از منابع مختلف، مشاهده شده است. برخی نتایج نشان می دهد که ترکیب بهسازی سیلان به همراه یک پوشش فوقانی اکریلیکی، در کاهش کربناسیون و ورود کلر، بسیار موثر بوده است. احتمالا در این مورد، سیلان به عنوان یک عامل دوگانه بین پلیمر و بتن عمل می کند.
راهنمای استفاده از این سیستم در دو استاندارد ارائه شده است (AS EN 1504-1 و BS EN 1062، 1997) و روش آنها توسط هورلی تشریح گردیده است.
مشخصات سطح مشترک
هرچند حجم زیادی از داده ها برای محدوده ای از خواص ترکیبات سیمانی- پلیمری به دست آمده است، اما شناخت نسبتا کمیف به جز موارد بحث شده در وب سایت رسمی کلینیک بتن ایران، درباره ماهیت سطوح مشترک سیمان- پلیمر و اندرکنش هایی که ممکن است بین این دو جزء اتفاق بیفتند، وجود دارد. در محدوده مواد مرکب (کامپوزیت ها) عموما به طور ام پذیرفته شده است که سطوح مشترک بین اجزاء مختلف در تعیین خواصی مانند مقاومت و دوام، مهم می باشد. منطقی است که فرض کنیم این موضوع در مورد ترکیبات سیمانی – پلیمری نیز درست می باشد.
مطالعه سطح مشترک میان فازهای سیمان وپلیمر در یک ترکیب شامل برخی مشکلات اجرایی است. از آنجا که فاز سیمان متخلخل استف بسیار محتمل است که پلیمر به حفرات سطحی نفوذ کرده و منجر به ایجاد یک لایه میانی پیچیده و پراکنده گردد. ناحیه میانی واقعی سخت و محکم بوده و نمایان ساختن آن دشوار است و اگر محصولات اندرکنش تشکیل شده باشند، مقادیر آنها بسیار کم بوده و استخراج و تحلیل آنها به صورت جدا از فازهای سیمان و پلیمر دشوار می باشد.
نمونه های با هندسه های مختلف را می توان به صورت مکانیکی بارگذاری نمود تا حداقل به یک سری گسیختگی ناحیه میانی دست یافته و به این ترتیب امکان بررسی سطحی ناحیه میانی فراهم گردد. اما این کار در عمل، حتی با نمونه های ه دقت شکافته شده با مکان هندسی گسیختگی که اغلب از میان مصالح حجمی عبور می کند، دشوار می باشد. یک روش دیگر عبارت است از تجزیه انتخابی ممکن است از طریق افزایش مساحت سطح تقویت گردد، مانند استفاده از یک سیمان پودر شده بجای قالب گیری بر روی یک سطح صاف.
چندین سیستم با توجه به این نکات مورد بررسی قرار گرفته است که تمرکز آنها بر روی حالتی است که مونومر، متیل متاکریلیت (MMA) در تماس با سیمان ها قرار گرفته و عمل آوری می شوند تا پلی متیل متاکریلیت (PMMA) به دست آید.
مشخص شده است که MMA مونومری با سیمان واکنش داده و در درجه اول کلسیم متاکریلیت را تشکیل می دهد. این واکنش در دو مرحله صورت می گیرد:
(الف) هیدرولیز MMA در محیط با خاصیت قلیایی بالا جهت تولید متانول و اسید متاکریلیت:
(10-5) H2C=C(CH3)C=OOCH3 + H2O H2C=C(CH3)C=OOH + CH3OH
(ب) واکنش بعدی اسید متاکریلیت با مواد سیمانی اصلی خصوصا هیدروکسید کلسیم اتفاق می افتد که کلسیم متاکریلیت تولید می شود:
(10-6) 2{H2C=C(CH3)C=OOH} + Ca(OH)2 {H2C=C(CH3)C=OO}2 Ca + 2H2O
از آنجا که کلسیم متاکریلیت تشکیل شده بسیار محلول در آب است، واکنشی مانند این عموما برای خواص ترکیبات سیمانی- پلیمری مضر می باشد. آب یک معرف محدود کننده در این واکنش ها بوده و مقدار متاکریلیت تشکیل شده متناسب است با مقدار اولیه آب موجود در سیمان. در عمل، اگر متاکریلیت با قابلیت انحلال پذیری بالا در آب، در طول زمان از سطح مشترک سیمان- پلیمر شسته شود، آنگاه خواص ترکیب اصلاح خواهد شد. این موضوع، نیاز به خشک نمودن سیمان یا سنگدانه ها پیش از تماس با مونومر را در صورتی که هدف بیشینه شدن چسبندگی باشد، تایید می نماید.
پژوهش ها و سوالاتی که می توان در مورد بتن های پلیمری پرسید
توجه به ترکیبات سیمانی- پلیمری در سال های اخیر با توسعه استفاده از سیستم های تعمیر و نگهداری بتن و کاربردهای ویژه مانند روکش های عرشه پل، افزایش چشمگیری یافته است. در این موارد، بهبود خواص همچون مقاومت خمشی، پیوستگی با مصالح موجود و دوام از برجسته ترین موارد به شمار می رود. برخی بخش ها که در حال حاضر دارای بازار کوچکی می باشند، باید رشد نموده و این موارد، زمینه هایی را شامل می وشند مانند واحدهای پیش ساخته تولید شده در کارخانه، مصالحی که شامل ضایعات (پشماندهای) عمومی یا ضایعات خطرناک بسته بندی شده بوده و مصالحی که با صرفه جویی در منابع، منجر به محیط زیست پایدارتری می وشند. هزینه بالا، استفاده از آنها را برای کاربردهای عمومی تر و با حجم بیشتر محدود نموده و عدم امکان حفظ خواص در دماهای بالا، محدودیت بیشتری را موجب می گردد. از انجا که بو و سمی بودن مواد پلیمری می تواند مشکل آفرین گردد، البته در کوتاه مدت، در نظر گرفتن محدودیت های شدیدتری از طریق قوانین زیست محیطی بهتر، کاری محتاطانه به نظر می رسد.
پیشرفت های گام به گام نسبتا کوچکی در خواص طی سال ها حاصل گردیده و دانش و تجربه بسیاری در ارتباط با سیستم های مختلف و کاربرد آنها به دست آمده است. با این وجود، حتی در بازارهای تثبیت شده، پیشرفت های بیشتر در خواص و قابلیت اطمینان مطلوب بوده و برای بازارهای جدید، این پیشرفت ها احتمالا باید پایدار باشد تا بتواند پاسخگوی هزینه ها و ملاحظات زیست محیطی باشد. برخی پرسش ها که به ذهن می رسد عبارتند از:
- آیا می توان به راه هایی جهت بهبود عملکرد شیرابه های پلیمری در هر دو شکل پودری و مایع دست یافت (و خصوصا در مورد پودرها که از نقطه نظر کنترل کیفیت و محیط زیست مناب تر می باشند)؟
- سیستم های مختلف پلیمری و مونومری چگونه با فازهای سیمانی بر هم کنش داشته و روانی، سینتیک هیدراسیون و شکل گیری ریزساختار را تحت رژیم های عمل آوری مختلف، تحت تاثیر قرار می دهند؟
- چه عاملی خصوصا در بلند مدت، پیوستگی بین سیمان اصلاح شده با پلیمر، سیلان ها و روکش های پلیمری با سطح زیرین متشکل از بتن (متخلخل) و سنگدانه را تعیین می نماید؟
- چگونه می توان سطح مشترک پلیمر- سیمان را در این سیستم های پیچیده شناسایی نمود؟
دستیابی به پاسخ این پرسش ها و پرسش های دیگر تنها از طریق تحقیقات ممکن می باشد، خصوصا تحقیقاتی که از اخرین تکنیک ها در شیمی سیمان و پلیمر بهره برده و از روش های تحلیل با استفاده از تجهیزات پیشرفته استفاده نمایند. حتی در این صورت نیز تنها وقتی این کار موثر خواهد بود که هماهنگی و همکاری خوبی میان محققین و تهیه کنندگان اجزاء مختلف سیستم ها، کاربرد مواد در محل و پایش عمر مصالح، برقرار باشد. تلاشی در این زمینه بر روی استانداردها آغاز شده است اما تحقیقات بیشتری باید صورت گیرد تا خواص مصالح، چنانکه در آزمایشگاه تعریف می شود، از طریق روش های اجرایی شناخته شده در محل، به دست آید.