مقاله خواص بتن پلیمری اصلاح شده با رزین اکریلیک پایه آب

بخشی از مقاله

چکیده

به منظور افزایش عمر سازههای بتنی بخصوص کاهش نرخ خوردگی در بتن مسلح، تحقیقات گستردهای انجام شدهاست. یکی از کارآمدترین روشهای ارائه شده، استفاده از مواد پلیمری در ساختار بتن است. کمپوزیتهای بتن-سیمان-پلیمر تحت عنوان PCC یا LMC با بهبود خواص بتن حاصله، سبب افزایش کارایی بتن در زمینههای مختلف همانند صنعت حمل و نقل از جمله پلها، جادهها، پایههای اسکله و... شدهاند که این سازهها بعلت نفوذ یون کلر، گاز کربن دیاکسید، آب و تخریب حاصل از هوازدگی، عموما در معرض خوردگی شدید هستند. در این نوع بتن، رزین اکریلیک پایه آبی بعنوان یکی از مواد اولیه با سیمان، آب و دیگر مواد افزودنی بکاربرده میشود. ادعا میشود که این نوع بتن چسبندگی بالایی به بتنهای موجود قدیمی و مقاومت بالایی در مقابل نفوذ آب و دیگر عوامل مهاجم دارد. این خواص شگفتآور، LMC را تبدیل به یکی از محبوبترین مواد برای ترمیم و تعمیر سازههای بتنی کردهاست.

این مقاله شامل نتایج مطالعات بر روی تاثیر سه نوع رزین اکریلیک پایهآبی با حداقل دمای تشکیل فیلم متفاوت بر روی خواص فیزیکی، نفوذی و مکانیکی بتن میباشد. بدین منظور نمونههای بتنی حاوی % 5 رزین جامد نسبت به وزن سیمان با نسبت آب به سیمان 0.445 ساخته شدند و آزمونهایی نظیر اندازهگیری مقاومت فشاری 7، 28 و 56 روزه، آزمون کششی از هم گسیختگی، آزمون مهاجرت تسریعیافتهی یون کلر، جذب آب مویینه و جذب آب ابتدایی و نهایی بر روی این نمونهها صورت گرفت. بر طبق آزمایشات انجام شده رزین اکریلیک پایه آبی با حداقل دمای تشکیل فیلم بالاتر از دمای محیط ساخت بتن، بدلیل عدم ممانعت از انجام واکنش کامل هیدراسیون سیمان، بهترین خواص را از خود نشان داد.

واژههای کلیدی:بتن پلیمری؛ دوام؛ مقاومت فشاری و کششی؛ نفوذ یون کلراید؛ مهاجرت تسریع یافتهی یون کلر؛ رزینهای اکریلیک پایه آبی

-1 مقدمه

%40 تخریب سازههای بتنی بر اساس نداشتن دوام کافی در مقابل نفوذ عوامل مهاجم و در نهایت خوردگی بتن مسلح و تخریب سازه است ازاینرو دوام بتن بسیار حائز اهمیت است .[1] بتن از سه فاز تشکیل شدهاست که عبارتاند از سنگدانه، خمیر و ناحیه ی انتقال. در مقایسه با سایر مواد، ساختار بتن ایستا و ثابت نیست؛ دلیل این امر آن است که دو جزء از سه جزء، یعنی خمیر سیمان و ناحیه انتقال بین خمیر و سنگدانه با گذشت زمان بهطور مستمر تغییر میکنند. در یک خمیر سیمان کاملا هیدراته شده سه فاز: جامد - کریستال های C-H، کریستال های C-S-H ، اترینگایت ... - ، محلول منافذ و منافذ وجود دارد. بر اساس شکل - - 1 منافذ بتن شامل منافذ ژلی، منافذ مویینه و حبابهای هوا که عمدی یا غیرعمدی در بتن محبوس شدهاند میباشد.[2]

تقریبا در تمام فرآیندهای آسیبدیدگی بتن، پدیدهی انتقال عوامل مخرب نظیر گازها، آب، عناصر شیمیایی و سپس راه یافتن این عوامل به تودهی بتن از طریق منافذ و درنهایت خوردگی فولاد، دخالت خواهند داشت. چگونگی رفتار نفوذپذیری و سطحی بتن مهمترین عامل تعیینکنندهی شدت آسیبپذیری سازههای بتنی است.[3] یکی از اقدامات موثری که برای کاهش میزان نفوذپذیری بتن انجام شده است، بهرهبردن از مواد پلیمری در داخل بتن است. این مواد به دو شکل جامد و مایع در بتن کاربرد دارند که استفاده از پلیمر مایع خود به سه دستهی بتن پلیمری 1، بتن-سیمان-پلیمر2 و پلیمر تزریق شده در بتن3 تقسیم میشود.

این بتنها از سال 1950 به شکل تجاری استفاده میشوند و با مطالعات انجام شده بر روی آنها، پیشرفتهای خوبی در زمینه نفوذناپذیری بتن داشتهاند.[3] در پدیدهی خوردگی آرماتورها، یون کلر یکی از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر شروع زمان و شدت خوردگی آرماتورها میباشد. یونهای کلرید هم از محیط خارجی در صورت تماس با خاک آلوده یا آب دریا و هم از محیط داخلی مثل مصالح آلوده به یون کلرید وارد بتن میشوند. فرآیند خوردگی آهن پس از شروع خودبخود ادامه مییابد. با تهاجم یون کلراید محیط قلیایی بتن از بین میرود و آرماتور از ناحیهی ایمن4 خارج و در نهایت باعث ایجاد پدیدهی خوردگی موضعی5 در بتن مسلح میشود. لایههای زنگ سبب کاهش pH محیط بتن میشود و لایهی رویین دیگر تشکیل نمیشود.

در کشور ما ایران شرایط محیطی خلیج فارس یکی از شدیدترین مناطق از نظر خوردگی آرماتورها میباشد و با توجه به گسترش استفاده از سازههای بتن مسلح در مناطق جنوبی کشور، دوام آنها در برابر خوردگی از اهمیت زیادی برخوردار است. متاسفانه تحقیقات مختصری در رابطه با بتن حاوی پلیمر که میتواند در این مناطق خورنده مورد استفاده قرار بگیرد، انجام شدهاست. ازاینرو پژوهشی مبنی بر استفاده از رزین اکریلیک پایه آب صورت گرفت و میزان نفوذ یون کلراید با آزمایش مهاجرت تسریعیافتهی یون کلر6 بر اساس استاندارد NTBUILD 429 انجام شد. از آنجا که در نفوذ یون کلر ،نفوذ آب به داخل بتن بسیار حائز اهمیت است، آزمایش جذب آب کوتاه مدت و بلند مدت و مویینه که از طریق پدیدهی موئینگی رخ می-دهد،مطابق با استانداردBS 1881 انجام شدند.

-2 روش آزمایش

-1-2 نمونهسازی

مشخصات فیزیکی و شیمیایی سیمان مصرفی بر اساس استانداردهای مربوطه [4]، [5] و[6] اندازهگیری شدند و در جدول - - 1 بیان شده است. مشخصات سنگدانهها نیز بر اساس آزمایشات تعیین و در جدول - - 2 نشان دادهشدهاند[7] ، [8] ،.[10],[9] همچنین مشخصات رزینها در جدول - - 3 ذکر شدهاند. در این تحقیق نسبت آب به سیمان 0.445 در نظر گرفتهشد و تمامی محاسبات بر اساس استاندارد طرح اختلاط ملی ایران انجام شده است. طرح اختلاط و نتایج آزمون چگالی بتن تازه[11]، اسلامپ[12]، زمان گیرش اولیه و ثانویه، مقاومت کششی[13] و فشاری [14] و pH مخلوط ها در جدول - - 4 ذکر شدهاند.