بتن های پلیمری

پليمر چيست؟
مقدّمه
بيش از هر چيز بايد به اين نكته اشاره كنم كه مقاله حاضر در واقع از دو مرجع بهره مند شده است ، مرجع اوّل پايان نامه هاي دانشجويان مقاطع بالاتر تحصيلي و مرجع دوّم ، دائره المعارف بريتانيكا است . سعي شده است در مكان هايي كه نياز بوده است معادل انگليسي كلمه در كنار آن نوشته شود .
پليمر چيست؟
اوّلين سؤالي كه در ذهن خواننده پس از شنيدن نام بتن پليمري نقش مي بندد اين است كه پليمر ( Polymer )چيست ؟ براي پاسخ به اين سؤال بهتر است اوّل با مونومر ( Monomer ) آشنا شويم :
دائره المعارف بريتانيكا در مورد مونومر چنين مي گويد :
“ مولكولي از هر دسته تركيبات ( ا‌غلب ارگانيك )‌ كه مي تواند با مولكول هاي همانند خود يا از نوع ديگر واكنش دهد و تشكيل مولكول هاي بسيار بزرگ يا پليمر را بدهد . خاصيّت و ويژگي اساسي مونومر چندگانه واكنش دادن آن است ، مونومر داراي قابليّت شكل دادن تركيبات شيميايي با حدّاقل دو مولكول مونومر ديگر است ، …..”
با توجّه به آنچه گفته شد مي توان متوجّه شد كه مونومر همانند حلقه هاي يك زنجير است و پليمر خود زنجير است ، در واقع بايد بتوان يك پليمر را به مونومرها با ضريب صحيح تقسيم كرد ، لزومي ندارد كه يك مونومر ، عنصر باشد ، در واقع مونومر مولكولي است كه از تكرار آن پليمر به دست مي آيد و داراي وزن مولكولي كمي مي باشد . بد نيست بدانيم كه معادل فارسي مونومر ، تكپار ، و معادل فارسي پليمر ، بَسپار است .
بتن پليمري
قرن بيستم را به حق بايد قرن پليمر ها نيز دانست ، محصولات پليمري از لحاظ حجمي در سال 1990 بر حجم محصولات آهني فايق آمد و پيش بيني مي شود كه در قرن حاضر ، از لحاظ وزن نيز بالاتر رود . صنايع ساختمان بزرگترين مصرف كننده موادّ پليمري ، 25 تا 30 درصد از كلّ پليمر ها را مصرف مي كند .
يكي از مواردي كه در ساختمان به وفور استفاده مي شود بتن است . اين مادّه به دليل هزينه پايين توليد ، راحتي استفاده و استحكام فشاري ، يكي از موادّ پرمصرف در سازه هاست ولي به دليل نقايصي كه دارد ( نقايصي چون : 1 – تخريب يخ زدگي و ذوب 2 – تخريب پذيري توسّط موادّ شيميايي خورنده 3 – استحكام كششي كم 4- ديرپخت بودن و …. ) همزمان با توليد اين مادّه ، تركيب آن با فولاد ( مسلّح كردن بتن )‌ و ايجاد خاصيّت تاب خمشي مطرح شد و از همان موقع ، استفاده از موادّ و تركيبات شيميايي ، براي بهبود خواصّ آن مورد توجّه قرار گرفت . حاصل تحقيقياتي كه در اين زمينه صورت گرفت اين نتيجه را در بر داشت كه جايگزيني مناسبي ، با موادّ پليمري انجام شده است و با به كارگيري آنها به روش هاي مختلف ، خواصّ بتن ارتقا مي يابد . ( اين تحقيقات بيشتر در ژاپن ، آمريكا و روسيه انجام شده است ) . در اين رابطه خانواده بتن هاي پليمري ، بهترين خاصيّت ها را از خود نشان دادند . خواصّ اين نوع بتن ، برتر از بتن هاي سيماني بود و گاهي خواصّ
منحصر به فردي از خود نشان مي دهد . با توجّه به ‌نياز بيشتر به استحكام در سازه ها و برتري هاي اين نوع بتن ، بتن پليمري مورد علاقه دانشمندان واقع شد و با وجود آنكه مدّت زيادي از اختراع آن نمي گذرد و عليرغم قيمت بالايي نيز كه داراست مورد استقبال روزافزون قرار گرفته است . بتن هاي پليمري از حدود سال 1950 وارد بازار شده اند و پيش بيني مي شود در طيّ دهه پيش رو ، مصرفشان 10 برابر شود . كاربرد اين نوع پليمرها به دو شاخه استفاده جامد و استفاده غير جامد تقسيم مي شود .
در حالت جامد محصولات پليمري به جاي فولاد جايگزين مي شوند و بتن را مسلّح مي كنند كه در اين حالت ، پليمر به صورت رشته ، شبكه و يا ميلگرد در بتن استفاده مي شود . در حالت غير جامد با تزريق پليمر هاي پودري و مايع ، در دوام بتن بهبود حاصل مي شود .
در كشور ما كار خاصّي روي بتن پليمري صورت نگرفته است و هنوز در سطح يك موضوع تحقيقاتي براي دانشجويان
باقي مانده است ، موضوعي كه منابع تحقيق آن نيز غالباً خارجي هستند .
بتن هاي پليمري ( Polymer Concrete ) حالت جامد :
اكثر موادّ و مصالح طبيعي به دليل ناپيوستگي هاي سطحي و تركيباتي كه در خود دارند ، داراي مقاومت لازم براي تحمّل
تنش هاي زياد نيستند و لازم است تا با موادّ ديگري مسلّح شوند . دانشمندان به دنبال موادّي هستند كه در ضمن مسلّح كردن بتن ، داراي وزن كمتر ، مقاومت بيشتر در برابر عوامل جوّي ، رفتار بهتر در بارگذاري هاي متناوب باشد و بتواند مقاومت خود را در دماهاي بالا مثل دماي كوره حفظ كند و …..از اين قبيل.
يكي از مشهورترين اين مصالح ، كامپوزيت هاي پليمري مي باشند . اوّلين باري كه كامپوزيت ها در بنا استفاده شد در زمان جنگ جهاني دوّم بود . در آن زمان بر روي ساختمان هايي كه بايد رادار نصب مي كردند ، استفاده از سازه هاي فلزّي و يا حتّي بتن آرمه ، مشكل ايجاد مي كرد ، با مسلّح كردن بتن توسّط كامپوزيت هاي بتني ، اين مشكل برطرف شد . همچنين در همان بحبوحه جنگ بعضي از قسمت هاي هواپيماهاي جنگي را از پلي استرهايي كه با رشته هاي شيشه تقويت شده بودند
مي ساختند .
در ساختمان هاي مسكوني از كامپوزيت هايي با فيبر شيشه اي يا پلي استر استفاده مي شد . (‌ سازه كامپوزيتيGPR ) ، دو ساختمان استثنايي با سازه كامپوزيتي ساخته شده است كه يكي سازه گنبدي شكل در بن غازي (‌ 1968 )‌ و ديگري سقف فرودگاه دبي ( 1972 )‌ است كه تأثير محسوسي بر استفاده از اين نوع سازه ها داشته است .
اكثر اين سازه ها داراي سازه اصلي بتن مسلّح بود و براي ساخت پانل ها از GPR (Glass Polymer Reinforced ) بهره مي برد ، همانند سازه قوسي فضاكار زمين فوتبال شهر منچستر (‌1980 ) ، مهمّترين كاربردهاي GPR به قرار زير است :
1- ساختمان هايي كه تحت اثر خوردگي شديد هستند .
2- سازه هاي پيشرفته رادارها .
3- ساختمان هايي كه كنترل كيفيّت آنها مهم است .
4- ماهواره ها .
5- آنتن هاي بزرگ .
مهمّ ترين دلايل افزايش استفاده از كامپوزيت ( Composite ) :
1 – وزن كم 2- قابليّت ايجاد معماري هاي زيبا 3- مقاومت در برابر شرايط جوّي 4- خواصّ ضدّ خوردگي
5 – وجود سازه هايي كه در آنها نبايد از فلز استفاده كرد .
امروزه بسياري از پل هاي بتن آرمه به دليل وجود كلر در آب دريا ، تخريب شده اند كه بتن پليمري اين نقيصه را ندارد و خورده نمي شود ، محصولات پليمري در حالت جامد بيشتر به صورت ميلگرد و شبكه مورد استفاده قرار مي گيرند .
انواع بتن هاي پليمري ( حالت غير جامد ) :
پيش از بيان انواع بتن هاي پليمري لازم است با فرآيند پليمريزاسيون بيشتر آشنا شويم :
پليمريزه شدن : از اتّصال واحد هاي مونومر به يكديگر ، رشته يا شبكه هاي مولكولي سطحي يا فضايي
تشكيل مي شود كه داراي وزن مولكولي بالايي هستند و به آنها پلي مر مي گويند ، اين فرآيند را پليمريزه شدن مي گويند .
انواع بتن هاي پليمري بدين قرارند :
1- بتن هاي باردار شده توسّط پليمر ( PIC ) : شامل بتن پورتلند پيش ريخته شده است كه توسّط يك سيستم مونومري باردار گرديده است (‌ آماده واكنش است )‌ و متعاقباً در محلّ ، پليمريزه مي شود .
2- بتن هاي پليمر – سيمان (PCC) : شامل يك مونومر است كه به مخلوط آبي بتن تازه افزوده مي شود و متعاقباً در محلّ، پليمريزه مي شود .
3- بتن هاي پليمري (PC) : شامل يك سيستم مخلوط از سنگريزه ( Aggregate ) و پركننده ( Filler ) در مونومر مي باشد كه متعاقباً در محلّ ، پليمريزه مي شود .
4- بتن هاي پليمر – گوگرد (PSC ) : شامل يك سيستم مخلوط از بتن هاي گوگردي است كه توسّط پليمر ها اصلاح خواصّ پيدا كرده باشد .