آشنایی با انواع بتن پلیمری
بتن پلیمری که یکی از انواع بتن آماده است، در اواخر دهه پنجاه با جایگزینی مونومرهای پلیمریزه به جای سیمان پرتلند در برخی کاربردهای خاص معرفی گردید، اما در دهه هفتاد به دلیل استفاده آن در تعمیرات و بازسازی و به عنوان روکش نازک بر روی سطوح، کف و یا سقف ساختمان‌ها و همچنین ساخت اجزای پیش‌ساخته شهرت یافت و تحولی عظیم در صنعت بتن اتفاق افتاد. بتن‌های پلیمری با استفاده از سیمان پرتلند خواص مکانیکی فوق‌العاده زیادی مانند مقاومت فشاری و استحکام خمشی را نسبت به بتن‌های سنتی با استفاده از سیمان پرتلند ارائه می‌دهند. هر چند در هر دو نوع بتن از برخی مواد یکسان استفاده می‌کنند اما نکته حائز اهمیت اینجاست که ترکیبات پلیمری ویژگی‌های متفاوتی را به بتن می‌دهند که این ویژگی‌ها موجب توسعه دانش پلیمری به صورت تخصصی در سراسر جهان گردیده است. از این خواص برتر مکانیکی علاوه بر مقاومت فشاری بالا و استحکام خمشی می‌توان به مقاومت در برابر مواد شیمیایی، خوردگی به خصوص در مقابل اسیدها، نفوذپذیری کم، مقاومت در برابر انجماد، توانایی شکل‌پذیری، خاصیت چسبندگی، گیرش سریع و خواص میرایی عالی در برابر لرزش و ... اشاره نمود.
تاریخچه بتن پلیمری
به طور کلی می‌توان گفت، سال 1990 میلادی، سالی بود که توجه‌ها نسبت به پلیمر و محصولات پلیمری شروع شد و برای اولین بار، میزان استفاده از پلیمرها بیشتر از میزان مصرف آهن شد. اوایل این دهه، برای نخستین بار ترکیبات پلیمر در صنایع ساختمانی استفاده شدند و در اواسط آن نیز استفاده از بتن‌های پلمیری رواج بسیاری پیدا کرد. البته استفاده گسترده از بتن پلیمری از سال 1950 اتفاق افتاده بود اما به اندازه کافی معرفی و مورد توجه قرار نگرفته بود.
همه می‌دانیم که بتن یکی از پرمصرف‌ترین مواد مورد استفاده در ساخت و سازهاست چرا که هم از هزینه مناسبی برخوردار است و هم استحکام بالایی دارد و استفاده از آن آسان است. اما خب به خاطر وجود معایبی نظیر احتمال یخ زدگی و ترک خوردگی، تخریب به علت مواد شیمیایی خورنده موجود و ...، برای مسلح کردن بتن از فولاد هم استفاده می‌شد. بعدها مواد و ترکیبات شیمیایی دیگری مثل پلیمرها به میدان آمدند و به بتن آماده افزوده شدند تا عملکرد آن بهبود یابد.
در واقع بتن پلیمری که در ساخت و سازهای مختلف بزرگ و کوچک شهری مورد استفاده قرار می‌گیرد، استحکام و خاصیت شکل پذیری بالایی دارد و علاوه بر جلوگیری از خمش سازه، سبک جذابی را به لحاظ معماری ایجاد می‌کند. بتن‌هایی که حاوی پلیمر هستند از نظر خواص و عملکرد ارتقا یافته‌اند، از همین رو امروزه بیشتر از بتن‌های سیمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
تحقیقات بر روی بتن پلیمری
اولین تحقیقات بر روی بتن پلیمری در اوایل سال 1971 با تشکیل کمیته ACI548 آغاز گردید و مسؤلیت این کمیته توسعه اطلاعات پایه و تشکیل یک بانک اطلاعاتی بزرگ در موردخصوصیات بتن پلیمری بود. پس از آن کمیته های دیگری همچون RILEM ، TC-113-CPT و TC-105-CPC بر پایه آن تشکیل گردید که عمده برنامه آن‌ها انجام آزمایش و تحقیقات بر روی مواد، سازه‌ها، کامپوزیت‌های پلیمری و همچنین ارائه روش‌های آزمون برای کامپوزیت‌های بتن پلیمری بود که این روش‌ها در تهیه انواع مختلف بتن‌های پلیمری بسیار مؤثر واقع گردید. انجمن علوم مواد ژاپن JSMS نیز در توسعه مواد پلیمری نقش داشته و توصیه‌هایی جهت طراحی برای سازه‌های بتنی پلی‌استر منتشر کرده است.
در بین کشورهایی که از این بتن استفاده می‌کنند، کار استانداردسازی در روش‌های مختلف آزمون عمدتأ توسط ژاپن، ایالات متحده، انگلستان، آلمان و روسیه صورت گرفته است.
در حالی‌که کشورهای حاشیه اقیانوس آرام پیشرو در صنعت بتن پلیمری در سراسر جهان می‌باشند گسترش روزافزون ساخت و ساز، رشد آسمان خراش‌ها و برج‌های سر به فلک کشیده در ایالات متحده بیانگر آن است که این کشور نیز سهم قابل توجهی از بازار بتن پلیمری را به خود اختصاص می‌دهد و آن را با جهان صنعتی امروز به اشتراک می‌گذارد.
به طورکلی استفاده از بتن پلیمری در کشورهای توسعه یافته پیشرفت چشمگیری داشته است و شاید به دلیل قیمت بالای آن هنوز در کشورهای خاورمیانه از مرحله تحقیقاتی و مقالات دانشجویی پارا فراتر نگذاشته باشد، حتی در اروپا و آفریقا بازار بتن پلیمری با سرعتی هر چند پایین در حال گسترش است و امید است با گذشت زمان، استفاده از آن فراگیر شود که در این صورت به طور یقین تحولی عظیم در صنعت ساخت و ساز را شاهد خواهیم بود.
مروری بر برخی کاربردهای بتن پلیمری
بتن‌های پلیمری در ساخت قطعات پیش‌ساخته، کفپوش پارکینگ‌ها و زمین‌های ورزشی، به عنوان درزگیر، ضد آب کردن به‌خصوص آب‌بندی سازه‌های بتنی کاربرد اساسی دارد. بتن پلیمری کاربرد بسیاری از جمله تولید مخازن اسید، مخازن ذخیره آب، مخازن صنعتی، منهول، سیستم‌های زهکشی خطی، موانع وسط بزرگراه، تابلوهای راهنمایی رانندگی، سلول‌های الکترولیتی برای بازیافت فلزپایه و همچنین در نیروگاه‌های صنعتی و امور دریایی دارد.
طی گذشت سال‌ها توسعه حمل و نقل درون شهری و به خصوص برون شهری و فعالیت‌های زیرساختی افزایش تقاضا برای استفاده از بتن پلیمری را در بر داشته است. با توجه به ویژگی‌های برتر بتن پلیمری و افزایش نیاز به مصالح ساختمانی مقاوم‌تر، مستحکم‌تر، با طول عمر بیشتر و قابل انعطاف بودن، بتن‌های پلیمری محبوبیت زیادی پیدا کرده‌اند که انعطاف و به شکل ساده‌تر قابلیت شکل‌پذیری بتن‌های پلیمری یک عامل اصلی در انتخاب آن توسط عوامل اجرا میباشد. باید توجه داشت نکته‌ای که استفاده روزافزون از بتن‌های پلیمری را محدود می‌کند قیمت بالای آن میباشد که اثر مستقیم در تولید آن دارد و این امر استفاده آن را به مواردی که نیاز به مصرف انرژی کم و نیروی انسانی کمتری دارد محدود می نماید.
چگونگی تشکیل بتن پلیمری
بتن پلیمری ماده کامپوزیتی است که از پلیمریزاسیون انواع مونومرها ساخته شده است. به زبان ساده بتن پلیمری از اختلاط رزین پلیمری با مخلوط سنگدانه تهیه می‌شود که رزین‌ها موجب کاهش فضای خالی بین سنگدانه‌ها نیز می‌گردند و گاهأ برای پر کردن حفره‌های موجود در مخلوط سنگدانه از میکروفیلرها نیز استفاده می‌شود.
عوامل موثر بر خواص مکانیکی بتن پلیمری
همانند بتن معمولی جهت بهبود خواص مکانیکی بتن پلیمری می‌توان آن را با انواع مختلف الیاف تقویت نمود. در این خصوص الیاف فولادی، شیشه‌ای، پروپیلن‌ها و نایلون بیشترین کاربرد را دارند و بالاترین تأثیر را بر ویژگی‌های مکانیکی سیستم‌های بتن پلیمری مانند مقاومت فشاری، مقاومت خمشی و مقاومت کششی داشته‌اند درحالی‌که میرایی و خزش هنوز تأثیرشان بطور وضوح مشاهده و بررسی نگردیده است.
البته باید خاطر نشان کرد که تأثیر الیاف همیشه در جهت افزایش نیست بلکه گاهی لازم است که بتن انعطاف‌پذیر بوده و یا خواص دیگری از خود نشان دهد به عنوان مثال الیاف فولادی مقاومت فشاری را افزایش می‌دهند در حالی‌که افزودن الیاف شیشه‌ای مقاومت فشاری را کاهش می‌دهد البته گاهأ نتایح متضادی را نیز نشان داده است که در این خصوص بایستی بهینه‌سازی استفاده از رزین پلیمری را مدنظر داشت.
از رزین‌های پلیمری که به طور معمول در این نوع بتن استفاده میشوند می‌توان به متاکریلات، رزین اپوکسی، رزین فوران، رزین پلی‌استر و ونیل استرها اشاره کرد. پر واضح است تنها مؤلفه‌ای که هزینه بتن پلیمری را تثبیت می‌کند رزین‌ها می‌باشند، به همین خاطر تلاش شده تا برای دستیابی یه استحکام و سایر مؤلفه‌های قابل قبول بتن پلیمری به حداقل مقدار رزین دست یابند. بتن پلیمری را می‌توان با هریک از این رزین‌های پلیمری تهیه کرد اما باید به این مهم توجه داشت که هرکدام از این رزین‌ها کاربری متفاوتی به بتن پلیمری می‌دهند. به عنوان مثال می‌توان به موارد زیر اشاره مختصری نمود:
اتصال دهنده‌های اکریلیک که از مونومرهای اکریلیک ساخته شده‌اند دارای گیرش سریع بوده و در برابر هوازدگی مقاومت بالایی نشان می‌دهند. رزین‌های پلی‌یورا که الاستومری است از ترکیب رزین و ایزوسیانات در برابر خوردگی و سایش مقاوم بوده و به دلیل سازگار بودن رزین‌های پلی‌یورا با محیط زیست، بیشتر در مخازن آب شرب استفاده میشوند و اکثرا به عنوان آب بند در بتن و به خصوص پوشاندن درزهای بتن کارایی دارند، همچنین در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی جایگزین فنولیک‌ها یا فرمالدئیدها می‌گردند.
رزین های فوران باعث میشوند که بتن بتواند در درجه حرارت بالا مقاومت نماید، این رزین بیشتر مورد استقبال کشورهای اروپایی قرار گرفته است.
متاکریلات‌ها به‌دلیل اشتعال فوق‌العاده زیاد و بوی نامطبوعی که دارند کاربردشان بسیار محدود است ولی به خاطر کارایی بالا مورد توجه واقع شده‌اند.
رزین‌های اپوکسی مواد بسیار محکمی تولید می‌کنند که از جمع‌شدگی بتن جلوگیری می‌نمایند و ضمن اینکه ظاهری زیبا دارند، سطح پوشانده شده توسط این رزین‌های اپوکسی به راحتی تمیز می‌گردد و با هرگونه از شرایط آب و هوایی سازگار می‌باشند.
در آخر می‌توان به پلی استرها اشاره نمود که از واکنش بین الکل‌ها و یا اسیدهای دو یا چند عاملی تشکیل میشوند و در حال حاضر در دنیای پلیمر کاربرد عمومی‌تری دارند. رزین‌های پلی استر غیراشباع به دلیل هزینه پایین‌تر، خواص مکانیکی مناسب و در دسترس بودن شاید رایج‌ترین سیستم‌های رزین پلیمری باشند.
رزین‌های اپوکسی به دلیل خواص مکانیکی و دوام بهتر و همچنین سازگاری با عوامل سخت محیطی به رزین‌های پلی استر ترجیح داده میشوند، اما قیمت بالاتر آن ها عامل بازدارنده‌ای در پذیرش اپوکسی‌ها در سطح وسیع گردیده است و به طور یقین اجرای صحیح و نگهداری مناسب در آینده این هزینه بالا را پوشش خواهد داد، طی یک مطالعه گسترده در مقایسه بتن اپوکسی و یتن پلی استر به این نتیجه رسیده‌اند که بتن اپوکسی به طور سنتی نسبت به بتن پلی استر بهتر میباشد اما با افزودن میکروفیلرها و جفت‌کننده‌های سیلانی می‌توان خصوصیات بتن پلی استر را در همان سطح افزایش داد.
در حال حاضر نیز در عمل رزین‌های پلی استر غیراشباع به دلیل دسترسی آسان، خواص مکانیکی مطلوب و مهم ترین فاکتور یعنی کم هزینه بودن بیشترین استفاده را دارند. در واقع در انتخاب رزین مصرفی نوع کاربری، عوامل شیمیایی و محیطی و هزینه برآورد شده تعیین کننده است. البته باید این نکته را نیز مدنظر داشت که محتوای بهینه رزین برای یک سیستم بتن پلیمری خاص به‌طور مستقیم به ماهیت مصالح به‌کار رفته در سیستم بستگی دارد. بتن پلیمری از سنگدانه‌هایی شامل سیلیس، کوارتز، گرانیت، سنگ آهک و ... تشکیل شده است. این سنگدانه‌ها باید از کیفیت مطلوبی برخوردار بوده و عاری از هرگونه گرد و غبار و مواد زا‌‌ئد باشند در غیر این صورت استحکام بین پرکننده‌ها و مصالح کاهش خواهد یافت.بین ۷۵ تا ۸۰ درصد حجم یک بتن پلیمری را سنگدانه ها و پرکننده‌ها و در موارد خاص الیاف تشکیل می‌دهند، اندازه این سنگدانه‌ها در محدوده خاصی تعریف نشده و در هر سیستم پلیمری متفاوت است ولی به‌طور معمول از ریزدانه با اندازه کمتر از ۵ میلیمتر و یا درشت‌دانه با اندازه بیشتر از ۵ میلیمتر استفاده می‌شود و بازهم اشاره به این مهم ضروری است که اندازه‌های سنگدانه‌ها در بتن پلیمری هنوز غیراستاندارد میباشد.
چنانچه سنگدانه مصرفی ریز باشد باید از پرکننده بیشتری استفاده شود، به‌هرحال در عمل، اختلاط بتن پلیمری باید بسیار دقیق و کامل صورت پذیرد و مخلوط قبل از اجرا نمی‌تواند به‌سادگی نگهداری شود چرا که نه تنها واکنش‌های شیمیایی سریع اتفاق می‌افتند و قابل پیشگیری نمی‌باشند مانع از جمع‌شدگی سریع بتن نیز نمی‌توان گردید. مواد شیمیایی مورد استفاده در بتن بسیار خطرناک است و هر یک از افرادی که به نوعی با آن در ارتباط می‌باشند باید از ماسک، دستکش و حتی‌المقدور از محافظ پوست استفاده نمایند.
هر بتن پلیمری با توجه به نوع ماده پرکننده‌اش و نوع الیافی که در آن استفاده گردیده است در انواع پروژه‌های ساختمانی کاربری منحصر به فردی دارد که برای اتصال دو جز مختلف یا تهیه یک ساختار پایه استفاده می‌شود. به‌طورکلی توانایی تعویض قطعات بتنی با عمر بالا و حتی تعمیر بتن معیوب و تولید محصولات جدید و کم هزینه‌تر با افزایش آگاهی در مورد چگونگی استفاده از پرکننده‌ها در یتن که یکی از عناصر اصلی ساخت و ساز میباشد استفاده از بتن پلیمری را به‌تدریج گسترده‌تر خواهد کرد.
انواع بتن‌های پلیمری از نظر حالت مواد
همانطور که گفته شد بتن پلیمری متشکل از رزین‌های پلیمر و سنگدانه‌های ریز و درشت است که نسبت به بتن معمولی در برابر خوردگی، یخ زدگی و ... مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد. با توجه به حالت مواد سازنده این بتن‌ها، دو گروه بتن پلیمری جامد و غیر جامد وجود دارد که در ادامه به طور مفصل مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
بتن‌های پلیمری حالت جامد
این نوع بتن که با نام کامپوزیت پلیمری هم شناخته می‌شود، از وزن کمی برخوردار هستند اما در عین حال در مقابل عوامل جوی بسیار مقاوم هستند و در برابر بارهای زیادی که بر سازه وارد می‌شود، واکنش‌های مناسبی از خود نشان می‌دهند. استفاده از بتن پلیمری جامد برای اولین بار در زمان جنگ جهانی دوم اتفاق افتاد. خاصیت شکل پذیری بالا در این نوع بتن باعث شده است که در ایجاد طرح‌ها و سبک‌های جذاب معماری نقش مهمی را ایفا کند.
کاربردهای بتن پلیمری جامد
بتن‌های پلیمری جامد از کاربردهای گسترده‌ای برخوردار هستند که به مهم‌ترین آن‌ها اشاره خواهیم کرد. معمولا در ساخت سازه‌هایی که نمی‌توان از فلز یا سازه‌های فولادی استفاده کرد، بتن‌های پلیمری جامد مصرف میشوند. در ساختمان‌هایی که به شدت در معرض مواد خورنده قرار دارند، یا در ساختمان‌هایی که کنترل کیفیت در آن‌ها مسئله بسیار مهمی است، می‌توان بیشترین کاربرد بتن پلیمری جامد را مشاهده کرد. همچنین در سازه‌های پیشرفته برای نصب رادارها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته نباید از کاربرد دیگر آن که در ساخت ماهواره‌ها و آنتن‌های بزرگ هم استفاده می‌شود، غافل شد.
مشخصات فنی بتن پلیمری جامد یا کامپوزیت
بتن پلیمری جامد یا همان کامپوزیت به دلیل خواص و ویژگی‌های منحصربه فردی که دارد، امروزه بسیار مورد توجه مهندسان و معماران قرار گرفته است. سبک بودن، انعطاف پذیری بالا، قابلیت شکل پذیری در طرح‌های مدرن و زیبا، مقاوم در برابر مواد شیمیایی خورنده و شرایط جوی مختلف و همچنین قابل استفاده بودن در سازه‌هایی که به دلایلی نمی‌توان در ساخت آن‌ها از فلز و بتن مسلح با فولاد استفاده کرد، از مهم‌ترین شاخصه‌های بتن‌های پلیمری جامد به شمار می‌روند.
انواع بتن‌های پلیمری حالت غیر جامد
این نوع بتن‌ها که در روند تولیدشان، زنجیره مولکول‌های شیمیایی به هم متصل میشوند، از انواع گوناگونی برخوردار هستند. در فرآیند پلیمریزاسیون بتن‌های غیر جامد، واحدهای مونومری به یکدیگر اتصال یافته و شبکه‌ای از زنجیره‌های متصل به هم که دارای وزن مولکولی بالایی هستند، ایجاد می‌شود. بتن‌های پلیمری PC، بتن‌های پلیمری باردار، بتن‌های پلیمر- سیمان مثالی از بتن پلیمری غیر جامد هستند.
• بتن‌های باردار شده از طریق پلیمر
این دسته از بتن‌های پلیمری غیر جامد که تحت عنوان PLC هم عرضه میشوند، از طریق یک سیستم مونومری باردار میشوند و در محلی که مورد استفاده قرار خواهند گرفت، پلیمریزه و آماده واکنش میشوند.
• بتن‌های پلیمر-سیمان
در اثر افزودن مونومر به ترکیب آبی بتن و اعمال فرآیند پلیمریزاسیون در محل مورد نیاز، بتن‌های پلیمر-سیمان ایجاد می‌شود. این نوع بتن‌ها، با عنوان بتن‌های PCC هم شناخته میشوند.
• بتن‌های پلیمری PC
بتن پلیمری یا همان بتن PC متشکل است از مواد پرکننده، الیاف، رزین‌های پلیمری و مخلوطی از سنگدانه‌های ریز دانه و درشت دانه که طی فرآیند پلیمریزاسیون آماده شده‌اند. نکته‌ای که در ساخت این نوع بتن‌ها حائز اهمیت است، این است که در هنگام تشکیل آن‌ها، از آب استفاده نمی‌شود و در عوض رزین مایع که تحت عنوان مونومر شناخته می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• بتن‌های پلیمری گوگرد
همانطور که از اسمش پیداست، ترکیبی از بتن‌های گوگردی است که خواصش از طریق مواد پلیمری و مونومرها اصلاح شده است.
روش ساخت بتن پلیمری
همانطور که ملاحظه کردید، بتن‌های پلیمری متشکل از مواد پرکننده معدنی و گاهی مواد آلی و محلول مونومر هستند. تقریبا 80 الی 95 درصد مواد تشکیل دهنده این بتن‌ها به مواد پرکننده معدنی و بعضا مواد آلی مربوط می‌شود و فقط 5 الی 20 درصد محلول مونومر استفاده می‌شود. با اینکه این درصدها عموما مورد استفاده قرار می‌گیرند اما ممکن است در صنایع مختلف، درصدهای متفاوتی از این مواد در نظر گرفته شود تا بتوانند به خواص فیزیکی، شیمیایی مد نظرشان دست یابند.
اگر می‌خواهید بتن پلیمری با کیفیت تهیه کنید، باید چند نکته‌ی مهم از قبیل استفاده از بایندر مناسب، استفاده از مواد پرکننده مناسب و به اندازه، استفاده از افزودنی‌های با کیفیتی که باعث بهبود خواص بتن می‌شود، را رعایت کنید. در واقع اگر این موارد به طور اصولی در نظر گرفته شود و در صورت نیاز، به صورت صحیح مورد تغییر قرار بگیرد، می‌توان انواع بتن پلیمری را با خواص دینامیکی، شیمیایی، فیزیکی، مکانیکی و الکتریکی ساخت.
این در حالی است که تحت هیچ شرایطی نمی‌توان برای این کارها از بتن‌های سیمانی معمولی استفاده کرد. امروزه، بیشترین کاربرد و میزان تولید و استفاده در حوزه ساخت و ساز، به بتن‌های پلیمری اپوکسی، پلی استر و پلی یورتان تعلق می‌گیرد. سیلیس و کربنات کلسیم نیز جزو پرکننده‌های رایج مورد استفاده در ساخت این نوع بتن‌ها هستند. اگر بخواهیم این بتن‌ها را با هم مقایسه کنیم، باید گفت که بتن پلیمری اپوکسی و پلی استر اصطکاک بیشتری را دارا هستند و در مقابل، بتن‌های پلیمری پلی یورتان توانایی افزایش طولی زیادی دارند.
انواع بتن پلیمری اصلاح شده بر اساس نوع پرکننده‌ها
گفته شد که مواد پرکننده معدنی و آلی جزو افزودنی‌های مهم در روند ساخت بتن‌های پلیمری هستند که باعث میشوند خواص آن‌ها بسیار بهتر از بتن‌های سیمانی شود. همچنین این مواد موجب افزایش مقاومت فشاری و تا حدودی مقاومت کششی هم میشوند. به طور معمول این پرکننده‌ها در دو نوع دانه بندی ریز و درشت طبقه بندی میشوند. از نظر وزنی نیز به پرکننده‌هایی با وزن سبک مثل سنگ‌های رسی سبک، پرلیت و سنگ پا و پرکننده‌هایی با وزن سنگین شامل قطیر، ایلمنیت، هماتیت و باریت گروه بندی میشوند. همه‌ی این مواد می‌توانند در روند تولید بتن‌های پلیمری با وزن مخصوص 640 الی 5200 کیلوگرم بر متر مکعب مورد استفاده قرار گیرند.
مواد پرکننده نرم که دانه بندی ریز دارند، شامل دانه‌های ریز شیشه‌ای، سرامیک و پلاستیک هستند که بیشتر برای کاهش تخلخل بتن استفاده میشوند. در صورتی که نیاز باشد در بتن پلیمری خواص الکتریکی هم ایجاد شود، کربن و یا پودرهای فلزی هم افزوده میشوند. همچنین می‌توان با افزودن موادی از قبیل فیبرهای شیشه‌ای، انواع مواد آلی و فلزی در روند تولید بتن پلیمری، میزان استحکام بتن در برابر ضربه وخمش و کاهش انقباض را افزایش داد. رنگ دانه‌های معدنی نیز موادی هستند که بعضا برای اینکه در بتن رنگ‌های بهتری ایجاد شود و یا اینکه خاصیت جذب نور در برابر خورشید بهبود یابد، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع بایندرهای مورد استفاده در بتن‌های پلیمری
علاوه بر اینکه بتن‌های پلیمری بر اساس فرم و حالت و نوع ماده پرکننده گروه بندی میشوند، بر اساس بایندر مورد استفاده در ساخت آن نیز تقسیم بندی میشوند. بایندر که همان محلول مونومر نگهدارنده بتن بعد از فرآیند پلیمریزاسیون است، نقش پیوند دهنده یا متصل کننده را دارد. همین بایندرها از جمله علل مهمی هستند که باعث برتری بتن‌های پلیمری نسبت به بتن‌های سیمانی میشوند. رزین، اپوکسی و رزین‌های اپوکسی از جمله بایندرهای مهم مورد استفاده در بتن پلیمری هستند که در ادامه به توضیح تک تک آن‌ها خواهیم پرداخت.
• رزین
رزین یک ماده آلی است که می‌تواند به سه حالت نیمه جامد، کاملا جامد و یا شبه جامد باشد. از همین رو وزن مولکولی مشخصی ندارد اما در حالت کلی می‌توان گفت که از وزن مولکولی نسبتا بالایی برخوردار است. مهم‌ترین خاصیت رزین این است که در هنگام مواجهه با نیروی تنشی، تمایل به جریان پیدا می‌کند. دلیل استفاده از رزین در روند تولید بتن پلیمری این است که باعث می‌شود این محصول در برابر نفوذ هیدرولیکی مقاومت بیشتری از خود نشان دهد. از همین رو در عایق سازی انواع سازه‌های استخر و سازه‌های مشابه کاربرد دارد.
• اپوکسی
پلی پوکساید یا همان اپوکسی نوعی رزین است که از قطعات گرم و نرم و انفعالات دو جزء اصلی اپوکساید رزین و سخت کننده‌ها تشکیل شده است که در برابر حرارت ذوب می‌شود. به همین خاطر این پلیمر ترموست در محیط‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که چسبندگی بتن از اهمیت بالایی برخوردار است.
• رزین‌های اپوکسی
رزین‌های اپوکسی از چسبندگی بالایی با الیاف شیشه برخوردار هستند، از همین رو بیشتر برای ساخت وسایل تزئینی و اکسسوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد علاوه بر اینکه در برابر خوردگی مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند، زمان پخت کمتری دارند و همچنین به خوبی می‌توانند به سطوح فلزی بچسبند. از دیگر خواص منحصر به فرد رزین اپوکسی می‌توان به مقاومت سایشی، استحکام مکانیکی بالا و مقاومت در برابر مواد شیمیایی مخرب و خورنده اشاره کرد.
تقویت بتن‌های معمولی با مواد پلیمری
بتن‌های پلیمری با توجه به اینکه دارای افزودنی‌های دیگر هستند، نسبت به بتن‌های معمولی از خواص بهتر و تقویت شده‌ای برخوردار هستند، همین باعث شده است که امروزه مصرف این نوع بتن‌ها در مقایسه با بتن‌های معمولی بیشتر شود. برای اینکه بتن معمولی را تقویت کرد، باید در ابتدا آن را تمیز کرده و سپس خشک نمود. در مرحله بعد، مواد پلیمری یا همان مونومری به بتن افزوده می‌شود تا بعد از عمل پلیمریزاسیون کاتالیتی حرارتی، بتن تقویت شده ایجاد شود. این عمل باعث می‌شود که بتن در مقابل ساییدگی، یخ زدگی، ذوب، عوامل جوی، مواد شیمیایی خطرناک مقاومت بیشتری از خود نشان دهد تا معماران مجبور نباشند برای دستیابی به سطح مقاومت بالا، از مقدار زیادی بتن استفاده کنند.
کاربردهای بتن پلیمری
تا اینجای مطلب به طور کامل با بتن‌های پلیمری، نحوه ساخت و انواع آن آشنا شدید اما ممکن است هنوز سوالاتی درباره کاربرد این نوع بتن‌ها داشته باشید که بی جواب مانده‌اند. اگر می‌خواهید پاسخ سوالاتی از این قبیل را پیدا کنید، توصیه می‌کنیم که این بخش را با ما همراه باشید. بتن‌های پلیمری با توجه اینکه از خواص و ترکیبات مختلفی برخوردار هستند، در موارد مختلفی می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند.
برای مثال خاصیت چسبندگی بالای بتن پلیمری باعث شده است که در تعمیرات و بازسازی سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین به دلیل مقاومت زیادی که در مقابل خوردگی دارد و چون از نفوذپذیری کمتری برخوردار است، در کانال‌های زهکشی، مخازن آب، استخرهای شنا و سازه‌های دیگری که در معرض آب قرار می‌گیرند هم کاربرد دارد. استفاده در ساخت دیوار تونل‌ها، سدها، جاده‌ها، پل‌ها، آبشخورهای دامداری، گلدان‌های تزئینی و مجسمه، مخازن نگهداری مواد شیمیایی، سازه‌های در معرض مواد خورنده، انواع سازه‌های دریایی و زیر دریایی، سازه‌های زیر زمینی از قبیل فاضلاب‌های صنعتی، پانل‌های مصنوعی و تزئینی به ویژه در فضاهای اداری و مسکونی، پوشش دهی کف ساختمان‌های ورزشی و صنعتی از شایع‌ترین کاربردهای بتن پلیمری است.
مقایسه بتن‌های پلیمری با بتن‌های معمولی
از آنجایی که بتن‌های معمولی از مقاومت چندانی برخوردار نیستند، سریع در اثر گازهای اکسید کننده و مایعات خورده میشوند و همین مشکل باعث شده که بتن‌های پلیمری جایگزین این بتن‌های قدیمی شوند. چرا که بتن پلیمری در برابر انواع عوامل خورنده مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد. همچنین بتن‌های پلیمری در مقایسه با بتن‌های معمولی در مدت زمان کمتری آب را کامل جذب کرده و پخته میشوند. ریختن آن‌ها در قالب‌های مخصوص هم که به صورت آسان و سریع‌تر انجام می‌گیرد. با توجه به اینکه خواص بتن پلیمری در مقایسه با بتن معمولی بهتر و بیشتر است، بدیهی است که قیمت بالاتری هم داشته باشد. اما با در نظر گرفتن خواص ایجاد شده و مزیت‌های بسیار زیادی که دارد، استفاده از آن بسیار مناسب‌تر و در دراز مدت مقرون به صرفه‌تر است. همچنین نباید این نکته را فراموش کرد که در بعضی سازه‌ها چاره‌ای به غیر از استفاده از این نوع بتن وجود ندارد.
کاربرد بتن‌های پلیمری در قطعات پیش ساخته و نماهای ساختمانی
با اینکه به طور مفصل کاربردهای بتن پلیمری را بررسی کردیم، اما نباید از مهم‌ترین کاربرد آن یعنی استفاده در ساخت قطعات پیش ساخته و نماهای ساختمانی غافل شد. این نوع بتن‌ها دیگر معایب سنگ‌های معمولی را ندارند. چون سنگ‌های طبیعی علاوه بر داشتن چگالی بالاتر، در برابر عوامل جوی و مواد شیمیایی مخرب نیز تخریب پذیری بیشتری دارند. همچنین در این سنگ‌ها، نفوذ و جذب آب بالاست و به دلیل خاصیت شکنندگی نمی‌توان آن‌ها را در ضخامت‌های دلخواه برش داد. وزن زیاد، حمل و نقل دشوارتر و نبود عایق حرارت و صوت از دیگر معایب سنگ‌های معمولی است.
نبود این معایب در بتن‌های پلیمری موجب شده است که جایگزین مناسبی برای تولیدات و قطعات بتنی پیش ساخته در مشهد و سنگ‌های تزئینی نما، به شمار روند. در واقع داشتن مزایایی از قبیل چگالی پایین در حدود 3/1 گرم بر سانتی متر مکعب، درصد پایین جذب آب برابر با 19%، قدرت چسبندگی بالا به ویژه روی بتن‌های سیمانی، مقاومت زیاد در مقابل ضربه، تنوع رنگی جذاب، سازگاری حرارتی عالی در محدوده دمایی 70-30 درجه سانتی گراد، مقاومت در برابر مواد شیمیایی مخرب، استحکام کششی و خمشی و فشاری بالا، قیمت پایین در مقایسه با نماهای سنگی باعث شده است که بتن‌های پلیمری بهترین جایگزین سنگ‌های تزئینی معمولی در قطعات پیش ساخته و نماهای ساختمانی باشند.
نتیجه گیری
با توجه به مطالب گفته شده، متوجه شدید که ابداع بتن‌های پلیمری انقلابی عظیم در صنعت ساخت و ساز ایجاد کرده است و باعث شده که در حال حاضر، توجه مهندسان و معماران بیشتر روی این نوع بتن‌ها متمرکز شود. ترکیبات پلیمری این امکان را فراهم می‌کنند که خواص بتن‌های معمولی بهبود پیدا کند و برای استفاده در سازه‌های مختلف و خاص، مناسب باشد. با اینکه هزینه بتن پلیمری در مقایسه با دیگر بتن‌ها بیشتر است، اما با توجه به مزایا و ویژگی‌های فوق العاده‌ای که دارد، در طولانی مدت بسیار مقرون به صرفه است و هزینه نگهداری و زمان اجرای پروژه‌ها را به حداقل می‌رساند.
بتن‌های پلیمری کاربردهای گسترده‌ای دارند و شاید برایتان عجیب باشد اما حتی در ساخت صفحات ضد گلوله نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. این بتن‌ها از تنوع رنگی زیبایی برخوردار هستند و همین موجب شده که در نماهای ساختمانی و وسایل تزئینی هم کاربرد داشته باشند و جایگزین سنگ‌های معمولی شوند. شما می‌توانید با توجه به نیاز خود، از انواع بتن‌های پلیمری که هر یک ویژگی، مزایا و معایب خاص خود را دارند، استفاده کنید.
واحد تحقیق و توسعه شرکت پایهان بتن