دانلود مقاله کاربرد مواد پلیمری در بتن

دانلود مقاله کاربرد مواد پلیمری در بتن

کاربرد مواد پلیمری در بتن
کاربرد مواد پلیمری در قرن حاضر به سرعت در رشته‌های مختلف صنایع و از جمله صنایع ساختمانی در حال گسترش می‌باشد، یک کاربرد جدید و موفق از این مواد، ساخت بتن‌های پلیمری است . بتن‌های پلیمری، مخلوطی از حدود ۸۰ تا ۹۵ درصد پرکننده‌های معدنی(و گاهی آلی) در ۵ تا ۲۰ درصد بایندرهای پلیمری می‌باشند. این بتن‌ها نسبت به بتن‌های رایج سیمانی مزایا و خواص برتری داشته(و در برخی موارد دارای خواصی منحصر به فرد می‌باشند) و همین مزایا و خواص برتر است که علیرغم قیمت بالاتر آنها، نسبت به بتن‌های سیمانی، آنها را مورد استقبال روزافزون صنعتی قرار می‌دهد. از جملهء این خواص می‌توان به استحکام و کرنش‌های فشاری، خمشی و کششی بالاتر (چندین برابر بتن‌های سیمانی)، میرایی (demping)، عمر سرویس ، مقاومت سایشی و ضربه‌ای، مقاومت در مقابل تغییرات جوی، مقاومت در مقابل مواد شیمیائی و عوامل مخرب محیطی و صنعتی بیشتر و همچنین جذب آب و افت خواص کمتر اشاره کرد. انواع بتن‌های پلیمری به لحاظ ویژگیهای خاص خود نظیر خواص تزئینی و دکوراسیونی عالی، در عین خواص مکانیکی و فیزیکی بهتر، رفته رفته جایگزین مناسبی برای سنگ‌های تزئینی مثل مرمر، انیکس و غیره می‌شوند. با انتخاب مناسبی از میزان بایندر پلیمری، نوع و میزان مناسبی از پرکننده یا پرکننده‌های معدنی(و یا آلی) و همچنین به کار بردن افزودنی‌های مناسب ، می‌توان خواص بتن‌های پلیمری را در یک طیف و محدودهء گسترده‌ای تغییر داده و تنظیم نمود به گونه‌ای که بتوان کلیهء نیازمندیهای مهندسی رایج در مورد مصالح، یعنی نیازمندیهای فیزیکی، مکانیکی، دینامیکی، الکترونیکی، حرارتی، شیمیائی، تزئینی و غیره را که توسط بتن‌های سیمانی قابل تامین نیستند، برآورده ساخت . در مقالهء حاضر از مجموعهء انواع مواد پلیمری رایج در ساخت بتن‌های پلیمری، سه نوع نسبتا پرمصرف آنها یعنی اپوکسی، پلی‌استر و پلی‌یورتان به همراه دو نوع پرکننده معدنی رایج یعنی سیلیس و کربنات کلسیم به کار برده شده‌اند. برای مطالعه رفتار و خواص این بتن‌ها و همچنین مطالعهء نحوهء ارتباط و وابستگی این خواص به پارامترهای متغیر فرمولاسیونی نظیر نوع و مشخصات بایندر پلیمری و همچین میزان درصد بار جامد، نوع و دانه‌بندی پرکننده، ترکیبات متنوعی از بایندر و مخلوط پرکننده تولید، و براساس استانداردهای بین‌المللی تحت آزمونهای فشاری، خمشی، کششی(از نوع برزیلی)، دانسیته، جذب آب و غیره قرار گرفته‌اند. این بررسی‌ها نشان داده‌اند که نمونه‌های بر پایه اپوکسی و پلی‌استر استحکامهای بسیار بالا(چندین برابر خواص مشابه در مورد بتن‌های سیمانی) و نمونه‌های بر پایهء پلی‌یورتان ازدیاد طولهای بسیار زیادی دارند. بطور خلاصه نتایج نشان می‌دهند که استحکام فشاری نمونه‌های بتن پلیمری، بر پایه اپوکسی و پلی‌استر تا ۳/۵ برابر، کرنش فشاری تا ۲/۵ برابر، استحکام کششی تا ۸/۵ برابر، استحکام خمشی تا ۴ برابر و کرنش خمشی تا دهها برابر نسبت به بتن سیمانی بیشتر بوده و در عین حال جذب آب این نمونه‌ها ۱۰ تا ۶۰ برابر کمتر از بتن‌های سیمانی است . ضمنا بررسی نمونه‌های بتن بر پایه پلی‌یورتان نشان می‌دهد که این مواد با توجه به میزان ازدیاد طولهای بسیار منحصر بفرد خود می‌توانند به عنوان پوشش کف‌ها از نوع مقاوم در مقابل سرخوردگی (Skid-resistant) و درزگیر بتن‌ها و … مورد استفاده قرار گیرند. دستیابی به خواص مکانیکی منطبق با نیازمندیها و خواص اشاره شده در مراجع فنی(و گاهی بهتر از آنها) در مقاله حاضر، مرهون انتخاب صحیح مواد و روش کار بوده است . سیمان گوگردی با استفاده از افزودنی بومی برای اولین بار توسط محققان پژوهشکده توسعه صنایع شیمیایی ایران وابسته به جهاد دانشگاهی ساخته شد.

بتن گوگردی
بتن گوگردی از اختلاط مصالح با سیمان گوگردی تهیه می شود. این نوع بتن در مقایسه با بتن سیمان پرتلند(بتن معمولی) ویژگیهای قابل توجهی از جمله مقاومت بالا در محیط های خورنده، قابلیت استفاده مجدد، عدم استفاده از آب در تولید بتن و غیره را دارا می باشد و تولید آن تحول شگرفی به ویژه در کاربردهای خاص ایجاد می کند.
بتن گوگردی به عنوان جایگزین بتن سیمان پرتلند نبوده بلکه در مواردی که کاربرد بتن پرتلند با محدودیت هایی همراه است به کار می رود.
پودر گوگرد به شکل آلفا (ارتورومبیک) می باشد که بر اثر حرارت ذوب شده و به شکل بتا (منو کلینیک) متبلور می شود. در اثر این تغییر به دلیل تفاوت شکل هندسی فرم های آلفا و بتا در ساختار بتن خلل و فرجی ایجاد می شود. برای رفع این مشکل، افزودنیهای خاصی کاربرد دارد که در ایران تولید نمی شود، از طرفی قیمت بالای آنها، استفاده در داخل کشور را توجیه ناپذیر می کند ولی افزودنی مناسبی که در پژوهشکده توسعه صنایع شیمیایی جهاد دانشگاهی شناسایی و استفاده شده است در داخل کشور تولید می شود.
وجود منابع عظیم گوگرد در ایران و مزایای قابل توجه این نوع بتن ضمن آزمودن افزودنیهایی که بتوانند خواص گوگرد را بهبود بخشیده و از تغییر آلوتروپی آن در مراحل ذوب و انجماد مجدد جلوگیری نمایند، افزودنی مناسب انتخاب شد و در ساخت سیمان گوگردی به کار رفت و در حال حاضر از اختلاط این نوع سیمان با مصالح، ساخت نمونه های ملات به منظور بهینه سازی شرایط و اثبات خواص مکانیکی نمونه ها در دست انجام می باشد.
این نوع بتن در سازه های دریایی، شبکه های فاضلاب، مخازن نگهداری اسید و مواد شیمیایی، کانالهای آبیاری، ساختمان سازی در سرما، ریلهای راه آهن، کف سازی و فونداسیون، روکش پل ها و عایق بندی تونلها و تولید جداول و تجهیزات بتنی بزرگراهها کاربرد دارد

بتن انعطاف پذیر
دانشمندان دانشگاه میشیگان گونه جدیدی از بتن مسلح با الیاف ساخته‌اند که از بتن عادی ۴۰ درصد سبک‌تر و در برابر ترک خوردن ۵۰۰ بار مقاوم‌تر است. عملکرد این بتن جدید از یک طرف به دلیل وجود الیاف نازکی است که ۲ درصد حجم ملات بتن را تشکیل می‌دهد و از طرف دیگر به این خاطر است که خود بتن از موادی ساخته شده است که برای ایجاد حداکثر انعطاف‌پذیری طراحی شده‌اند. به گفته دانشمندان، بتن جدید که “کامپوزیت سیمانی مهندسی”، نامیده شده ، به دلیل عمر طولانی‌تر در دراز مدت از بتن معمولی ارزان‌تر است. به گفته “ویکتورلی” استاد گروه مهندسی سازه “دانشگاه میشیگان” و سرپرست تیم سازنده بتن، تکنولوژی کامپوزیت سیمانی تاکنون در مقاله‌هایی در ژاپن، کره، سوئیس و ایتالیا به کار گرفته شده است. استفاده از آن در ایالات متحده به نسبت کندتر بوده.
این در حالی است که بتن متعارف دارای مشکلات بسیاری از جمله نداشتن دوام و پایداری، شکست در اثر بارگذاری شدید و هزینه‌های تعمیر در اثر شکست است.
به گفته “لی”، بتن نشکن یا انعطاف‌پذیر به جز شن درشت از همان مواد تشکیل‌دهنده بتن معمولی ساخته شده است.
بتن نشکن کاملا شبیه بتن عادی است اما تحت کرنش‌های بسیار بزرگ، بتن کامپوزیت سیمانی تغییر شکل می‌دهد، این قابلیت از آن جا ناشی می‌شود که در این نوع بتن؛ شبکه الیاف داخی سیمان قابلیت لغزیدن داشته و در نتیجه انعطاف‌ناپذیری بتن که باعث تردی و شکنندگی است، از میان می‌رود.
امسال برای اولین بار، “اداره حمل و نقل میشیگان” برای نوسازی قسمتی از عرشه پل”گرواستریت” بر فراز بزرگراه “۴ و I” از کامپوزیت سیمانی استفاده می کند. دالی از جنس کامپوزیست سیمانی جایگزین یک مفصل انبساطی در این قسمت از پل خواهد شد تا با متصل کردن دال‌های بتنی مجاور به هم، عرشه‌ای یکنواخت از بتن به وجود آورد. استفاده از مفصل انبساطی به عرشه بتنی قابلیت حرکت در اثر تغییرات می‌بخشد. اما در هنگام گیر کردن مفصل‌ها، مشکلات زیادی پیش می‌آید.
دانشمندان انتظار دارند استفاده از کامپوزیت سیمانی باعث صرفه‌جویی در هزینه‌ها شود.
اگر چه هنوز مطالعات دراز مدت زیادی برای تایید عملکرد کامپوزیت سیمانی مورد نیاز است، مقایسه‌های انجام شده در “مرکز سیستم‌های پایدار”، از “دانشده منابع طبیعی و محیط زیست”، به همراه گروه “لی”، نشان می‌دهد که در یک دوره ۶۰ ساله، استفاده در عرشه پل، کامپوزیت سیمانی نسبت به بتن عادی ۳۷ درصد ارزان‌تر است، ۴۰ درصد انرژی کمتری مصرف می‌کند و باعث کاهش انتشار دی اکسید کربن تا ۳۹ درصد می‌شود.