بخشی از مقاله
چکیده
در قرن حاضر بجهت کارایی بالا و استفاده گسترده در صنایع بتنی از لاتکس های پلیمری استفاده شده است . خوردگی با اسید، استحکام پایین، ایجاد ترک و شکاف و حفره های ناشی از خوردگی از عللی است که باعث ظهور استفاده از لاتکس های پلیمری در صنعت سیمان گردیده است . مقدار لاتکس های پلیمری از رنج 1 تا 7 درصد در این مطالعه تغییر کرده است . نتا یج حاصل از مقاومت خمشی طبق استاندارد ASTM C78 انجام شد که افزایش را برای نمونه با 7 درصد پلیمر از خود نشان می د هد.
علت این پدیده را می توان به برهم کنش قوی بین گروههای کربوکسیلیک هیدرولیز شده از ذرات لاتکس با یون ها ی کلسیم حاصل از هیدراسیون سیمان که باعث افزایش مقاومت خمشی آزمونه ها می شود، نسبت داد و نتایج حاصل از مقاومت فشاری که طبق استاندارد ASTM C109 انجام شده است نشان از کاهش در مقاومت فشاری نمونه ها بعلت لاستیکی شده نمونه می دهد . در نهایت بمنظور بررسی ساختار میکروسکپی نمونه های ساخته شده از SEM استفاده شده است تا ساختار میکروسکپی نمونه های پلیمری مورد مطالعه قرار گیرد.
- 1 مقدمه
با توجه به اهمیت روز افزون کاربرد مواد پلیمر ی در بتن، استفاده از پلیمرها با کارایی بالا جهت بهبود خواص بتن و ملات سیمانی ضروری بنظر می رسد . ایجاد ترک و شکاف و حفره های ناشی از خوردگی از جمله این معایب می باشد . از این رو با استفاده از پلیمرها می توان بر این مشکلات فایق آمد . علاوه بر آن، استفاده از افزودنی های پلیمری سبب افزایش مقاومت خمشی و ناتراوایی سازه های بتنی می گردد . قطعه بتنی در اثر مجاورت با محیط اسیدی خورده شده است . این مشکل شایع بیشتر در پالایشگاه ها ، محیط های فاضلابی، تصفیه خانه ها و لوله های فاضلاب که سازه های بتنی در معرض مواد خورنده قرار دارند، اتفاق می افتد.
با توجه به مصرف روز افزون مواد پلیمری قرن حاضر را به حق باید قرن استفاده و کاربرد گسترده از پلیمرها دانست . فراورده های سیمانی مصرف کنندگان عمده مواد افزودنی پلیمری 25 - تا 30 درصد از کل مواد پلیمری - می باشند. بعلاوه، جهت ساخت اغلب سازه ها از بتن استفاده می شود اما از آنجایی که این نوع مواد دارای استحکام کششی کم و جذب سریع آب می باشند، استفاده از مواد افزودنی و ترکیبات شیمیایی جهت بهبود خواصّ آنها امری ضروری به نظر می رسد . محققان بسیاری سعی کرده اند تا با افزودن درصد کمی از افزودنی های پلیمری قابل پراکنده شدن در خمیر سیمان این نقایص را بر طرف نمایند . در این رابطه خانواده بتن های پلیمری ٌ، بهترین خواص فیزیکی و مکانیکی را نشان داده اند .[1-2]با توجّه به نیاز جهت بهبود استحکام و ناتراوایی در سازه ها و مخازن آبی، بتن پلیمری مورد علاقه دانشمندان واقع شد .
از آن زمان تاکنون محققان در زمینه ساخت پلیمر های اصلاح کننده خواص سیمان تحقیقات گسترده ای انجام داده اند. هدف این محققان بهبود خواص بتن هایی است که در ساخت مخازن و سازه های بتنی از افزودنی های پلیمری ساخته می شوند . با وجود این، مکانیسم برهمکنش بین پلیمر ها و فازهای مختلف سیمان تاکنون به طور واضح مشخص نشده است
هر چند استفاده از لاتکس های پلیمری جهت بهبود خواص مکانیکی ملات سیمان بطور گسترده ای افزایش یافته است، اما هنوز مکانیسم عملکرد آن بوضوح شناخته نشده است. برای مثال، امولسیون کوپلیمر استایرن بوتادین کاربرد گسترده ای را در صنایع ساختمانی دارد زیرا این امولسیون خواص مکانیکی ملات سیمان را بعد از عمل آوری به مقدار زیادی بهبود می بخشد .[5 ] همچنین کاربرد آن سبب افزایش ناتراوایی ملات سیمان می شود .[6-7] افزایش لاتکس ها نسبت نیاز آبی را کاهش داده و متعاقبا مقدار هیدروکسید
کلسیم را کاهش داده و پیوند های بیشتری بین پلیمر ها و یون های کلسیم تشکیل شده و نتیجتا خواص استحکام مکانیکی افزایش پیدا می کند .[8-9] شکل - - 1-2 انواع افزودنی های پلیمری مورد استفاده در صنعت بتن و ملات سیمان را نشان می دهد. اصلاح خواص ترکیبات سیمانی توسط لاتکس ها توسط دو مکانیسم بسیار پیچیده فازهای سیمانی حاصل از هیدراسیون و تشکیل فیلم پلیمری انجام می شود . عملکرد پلیمرها با قابلیت پخش شوندگی مجدد مشابه لاتکس های پلیمری است با این تفاوت که بصورت پودر خشک با سیمان مخلوط شده و سپس با آب مخلوط می شوند .
پلیمر های قابل حل در آب مانند پلی - وینیل الکل - که بصورت ذرات جامد و یا محلول های آبی به ملات سیمان اضافه می شود بعلت سطح فعالیت بالای این نوع از پلیمرها و آبدوستی نسبی بالای آنها از پدیده خشک شدن سطح بتن یا ملات سیمان جلوگیری می کند . بااین وجود، این پلیمرها تاثیری در بهبود مقاومت فشاری ندارند.
هدف از این تحقیق سنتز لاتکس پلیمری اصلاح کننده خمیر سیمان که سازگار و پایدار در محیط قلیایی سیمان باشد.
-2 روش تحقیق
بمنظور تعیین پایداری و اثر لاتکس پلیمری ساخته شده در محیط های قلیایی - - آزمایش ها و تست های مختلفی بر مخلوط لاتکس و سیمان انجام شد که در زیر به هر یک از موارد آن اشاره می گردد. بمنظور ساخت ذرات لاتکس پلیمری از یک راکتور 5 دهانه با حجم 100 CC به روش پلیمریزاسیون امولسیونی نیمه پیوسته استفاده شد. برای کنترل دمای راکتور از حمام آب و از یک همزن بمنظور اختلاط اجزای واکنش با دور 300rpm و همچنین از یک کندانسور بمنظور جلوگیری از تبخیر مونومر ها استفاده شد.
عامل سطح فعال و شروع کننده با آب مقطر دو بار تقطیر پیش از ورود به راکتور با یکدیگر مخلوط شدند . سپس، 10 درصد مخلوط حاصل شده به راکتور تغذیه شد. بمنظور ارزیابی پلیمر تشکیل شده توسط پلیمریزاسیون مونومر های مختلف درصد تبدیل لاتکس ها - X - اندازه گیری شد. ابتدا مقدار مشخصی از لاتکس های پلیمری - - در داخل شیشه ساعت با وزن مشخص اندازه گیری شد. سپس شیشه ساعت محتوی لاتکس ه ای پلیمری در داخل آون بمدت 24 ساعت در دمای 70 °C قرار داده شد تا کاملا خشک شود. وزن پلیمر خشک - - تعیین و درصد تبدیل طبق فرمول زیر محاسبه گردید.
وزن کل مواد درون راکتور ، وزن اولیه لاتکس ، وزن مواد جامد باقیمانده بعد از تبخیر آب و مونومر درون شیشه ساعت ، وزن عامل سطح فعال و شروع کننده ، وزن کل مونومر است. دمای انتقال شیشه ای لاتکس های پلیمری با استفاده از معادله فلوری- فاکس محاسبه گردید. برای تعیین دمای انتقال شیشه ای لاتکس های پلیمری از فرمول فلوری -فاکس طبق رابطه زیر استفاده شد
جز مولی ها با W1,W2و W3 نشان داده شده است. بمنظور بررسی اثر لاتکس های پلیمری بر مقاومت خمیر سیمان از نسبت های آب به سیمان 0/26 و پلیمر به سیمان 0/05 در نمونه های مقاومت خمشی و فشاری استفاده شد.
