بتن پلیمری چیست؟ انواع، مزایا، معایب و ساخت آن + فیلم آموزشی

بتن پلیمری، یک نوآوری در صنعت عمران است که با اضافه کردن مواد پلیمری تقویت شده به بتن، محصولی با دوام و مقاومت بالا ایجاد می‌کند. اما انواع بتن پلیمری چیست؟ تفاوت بتن پلیمر با بتن معمولی چیست؟ ما در این مقاله به این پرسش‌ها پاسخ داده و به‌طور مفصل به معرفی انواع این بتن همراه با کاربرد، مزایا، معایب، نحوه ساخت و اجرای بتن پلیمری پرداخته‌ایم؛ پس تا انتها همراه آکادمی عمران باشید.

توصیه می‌کنیم فیلم بتن اصلاح شده با پلیمر و کاربردهای آن را مشاهده کنید. این فیلم تنها بخش کوتاهی از آموزش اجرای ساختمان است که در آن صفر تا صد مراحل ساخت‌و‍‌ساز را شرح داده‌ایم.

بتن پلیمری چیست؟

بتن پلیمری (به انگلیسی Polymer concrete) یا بتن اصلاح شده با پلیمر یکی از انواع بتن پر مصرف است که از ترکیب سیمان، سنگدانه‌ها و پلیمرهای آلی (معمولا به صورت لاتکس) ساخته می‌شود. این ماده به دلیل خواص مکانیکی بهبود یافته و مقاومت در برابر عوامل محیطی در حوزه‌های ساختمانی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با افزودن پلیمرها به بتن، پیوند بین ذرات بتن تقویت شده و در نتیجه مقاومت بتن در برابر نیروهای کششی، فشاری و خمشی افزایش می‌یابد. همچنین، نفوذپذیری بتن کاهش یافته و در نتیجه مقاومت آن در برابر نفوذ آب و مواد شیمیایی افزایش پیدا می‌کند.

به‌طور کلی، بتن پلیمری یک نوع بتن با ساختار متخلخل (پر از حفره) است که این تخلخل می‌تواند باعث کاهش مقاومت بتن شود. به همین منظور برای افزایش مقاومت، از مونومرها و فرآیند پلیمریزاسیون استفاده می‌شود.

مونومرها مولکول‌های کوچکی هستند که با هم پلیمرها را تشکیل می‌دهند. همچنین، در این بتن، پلیمرهای آلی به نام لاتکس به مخلوط اضافه می‌شود که باعث افزایش مقاومت در برابر سایش، کشش و خمیدگی شده و از ترک خوردن و نفوذ آب جلوگیری می‌کند.

مواد تشکیل دهنده بتن پلیمری

بتن پلیمری یک ماده مرکب است که از اختلاط چندین ماده مختلف ساخته می‌شود. هر یک از این مواد نقش مهمی در خواص نهایی بتن پلیمری اصلاح شده ایفا می‌کنند. به‌طور کلی، مواد تشکیل دهنده بتن پلیمری عبارت‌اند از:

پلیمر

این ماده به‌عنوان ماده چسبنده در بتن پلیمری عمل کرده و ذرات سنگدانه را به هم متصل می‌کند. پلیمرها معمولا به صورت مایع (لاتکس) یا پودر به مخلوط اضافه می‌شوند که انواع مختلفی مانند پلی استر، اپوکسی، وینیل استر و غیره دارند.

مونومر

مونومر مولکول کوچکی است که در فرآیند پلیمریزاسیون به یکدیگر متصل شده و پلیمر را تشکیل می‌دهد. معمولا مونومرهای مختلفی مانند استایرن و متیل متاکریلات در تولید بتن پلیمری استفاده می‌شود.

سنگدانه

سنگدانه‌ها به‌عنوان پرکننده در بتن پلیمری عمل کرده و به آن حجم و استحکام می‌بخشد. ماسه، شن، سنگ شکسته و غیره از جمله سنگدانه‌هایی هستند که در ساخت بتن پلیمر استفاده می‌شوند. لازم به ذکر است که اندازه و نوع سنگدانه بتن بر خواص نهایی آن تاثیر می‌گذارد.

کاتالیزور

کاتالیزور سرعت واکنش پلیمریزاسیون را افزایش داده و باعث سخت شدن سریع‌تر بتن می‌شود. از انواع کاتالیزور می‌توان به پراکسیدها و آمین‌ها در تولید بتن پلیمری اشاره کرد.

افزودنی‌ها

افزودنی‌ها برای بهبود خواص خاصی از بتن پلیمر مانند روانی، چسبندگی، مقاومت در برابر آب و غیره به مخلوط اضافه می‌شوند. انواع مختلفی از افزودنی بتن مانند روان‌کننده‌ها، سخت‌کننده‌ها و ضد یخ در تولید بتن پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پس از مخلوط کردن مواد تشکیل دهنده، مونومرها با وجود کاتالیزور با یکدیگر واکنش داده و پلیمر را شکل می‌دهند. پلیمر ساخته شده، ذرات سنگدانه را به هم متصل کرده و بتن پلیمری ایجاد می‌شود.

توجه داشته باشید که ترکیب دقیق مواد تشکیل دهنده بتن پلیمر و نسبت آن‌ها به یکدیگر، به نوع کاربرد و خواص مورد نظر بستگی دارد.

کاربرد بتن پلیمری

بتن پلیمری به دلیل خواص منحصر به فردی که دارد، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. مهم‌ترین کاربردهای بتن پلیمر در صنعت ساختمان و عمران عبارت‌اند از:

• روکش پل‌ها و جاده‌ها
• تعمیرات سازه‌ای و پر کردن ترک‌ها و شکاف‌ها
• پر کردن فضای خالی زیر شاسی و صفحه ستون‌ها
• رگلاژ سطوح بتنی زیر کف سازی‌ها
• ساخت سازه‌هایی که در معرض خوردگی قرار دارند (مانند سکوهای نفتی، مخازن شیمیایی)
• ساخت قطعات پیش‌ساخته
• ساخت کفپوش‌های صنعتی و بهداشتی در معرض مواد شیمیایی
• ساخت دیوارهای حائل و آب‌بند
• ساخت تونل‌ها و سازه‌های زیرزمینی
• ساخت مخازن آب و مواد شیمیایی

انواع بتن پلیمری

انواع بتن های پلیمری از لحاظ حالت مواد، نوع پلیمر و کاربرد به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند که در ادامه به شرح هر یک از آن‌ها خواهیم پرداخت.

انواع بتن پلیمری بر اساس نوع پلیمر

به‌طور کل، این مخلوط بتنی با توجه به نوع پلیمر استفاده شده در ترکیبات به سه دسته زیر طبقه‌بندی می‌شود:

• بتن پلیمر پلی‌استری
• بتن پلیمر اپوکسی
• بتن پلیمر وینیل استر

طوفان تخفیفی آکادمی عمران تو راهه

مشاهده جزئیات

انواع بتن پلیمری بر اساس حالت مواد

بتن‌های پلیمری از نظر حالت مواد به دو زیر دسته تقسیم‌بندی می‌شوند:

1. بتن پلیمری جامد
2. بتن پلیمری غیر جامد

بتن پلیمری جامد

بتن پلیمری جامد که با نام کامپوزیت‌های پلیمری نیز شناخته می‌شود، نوعی بتن پیشرفته است که پلیمر در آن نقش یک ماده چسبنده و تقویت‌کننده را دارد. از مهمترین موارد مصرف بتن پلیمر حالت جامد در صنعت عمران می‌توان به ساختمان‌های مسکونی و ساخت پانل اشاره کرد. همچنین، این ماده در سازه‌هایی که امکان مصرف فلز و بتن‌ مسلح وجود ندارد کاربرد دارد.

علاوه بر صنعت ساختمان‌سازی، از بتن پلیمر جامد برای ساخت قطعات خودرو، هواپیما، ماهواره و ساخت مخازن و لوله‌های مقاوم در برابر مواد شیمیایی استفاده می‌شود.

بتن پلیمری غیر جامد

این نوع از بتن اصلاح شده با پلیمر که در اثر پلیمریزاسیون تولید می‌شود، شامل 4 دسته زیر است:

1. بتن پلیمری PIC (تزریقی)
2. بتن پلیمری PCC (سیمان-پلیمر)
3. بتن پلیمری PC
4. بتن پلیمری PSC (گوگرد- پلیمر)

بتن پلیمری تزریقی

بتن پلیمری PIC  (Polymer Impregnated Concrete) که به نام بتن پلیمری تزریقی نیز شناخته می‌شود، نوعی بتن اصلاح شده غیر جامد است که با تزریق پلیمر به داخل آن، خواص مکانیکی و دوام آن به طور قابل توجهی بهبود پیدا می‌کند. در واقع، بتن پلیمر PIC نوعی روش تقویت بتن است که با پر کردن حفره‌ها و خلل و فرج موجود در بتن توسط یک پلیمر مایع و سخت شدن آن انجام می‌شود.

بتن سیمان- پلیمر

بتن سیمانی پلیمری یا PCC (Polymer Concrete Cement) که با نام بتن سیمان- پلیمر شناخته می‌شود، یکی از انواع بتن اصلاح شده با پلیمر است که از ترکیب سیمان، سنگدانه، آب و مونومر‌های پلیمری تولید می‌شود. مواد تشکیل دهنده در قالب ریخته شده و با گذشت زمان و تحت شرایط خاصی، مونومر پلیمریزه شده و با سیمان هیدراته شده پیوند برقرار می‌کند. به‌طور کلی، هدف از ساخت این نوع بتن پلیمر بهبود خواص بتن معمولی مانند مقاومت، دوام و نفوذ‌ناپذیری است.

بتن پلیمری

بتن پلیمری یا PC (Polymer Concrete) نوعی بتن پلیمری غیر جامد است که از ترکیب سنگدانه‌های معدنی (مانند شن، ماسه و سنگ‌های خرد شده) و یک چسب پلیمری ساخته می‌شود. در این نوع بتن، به جای سیمان از رزین‌های پلیمری برای چسباندن دانه‌ها به یکدیگر استفاده می‌کنند. هدف از تولید این بتن پلیمر به حداقل رساندن حفره‌ها و فضاهای خالی و کاهش میزان پلیمر مصرفی است. با انتخاب دانه‌های سنگی با اندازه‌ها و شکل‌های مناسب، می‌توان فضای کمتری بین دانه‌ها ایجاد کرده و تراکم بتن را افزایش داد.

طوفان تخفیفی آکادمی عمران تو راهه

مشاهده جزئیات

بتن گوگرد- پلیمر

بتن پلیمری PSC (Polymer Sulfur Concrete) یا بتن گوگرد-پلیمر نوعی بتن است که در آن به جای سیمان از گوگرد و پلیمر استفاده می‌شود و مقاومت و دوام بسیار بالایی دارد. در این ماده، سنگدانه‌ها توسط مخلوطی از گوگرد مذاب و پلیمر به هم چسبیده و یک ماده مرکب با خواص مکانیکی و شیمیایی بسیار قوی ایجاد می‌کنند. این نوع بتن به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر اسیدها، مواد شیمیایی و حرارت، کاربردهای ویژه‌ای در صنایع مختلف دارد.

نحوه ساخت بتن پلیمری

مصالح مصرفی جهت ساخت ملات یا بتن اصلاح شده با پلیمر مشابه بتن‌های معمولی است و تنها با افزودن لاتکس‌های غیر یونی (بدون بار) به ملات معمولی این ترکیب بهبود پیدا می‌کند.

ساخت بتن پلیمری شامل مراحل زیر است:

1. ابتدا مصالح خشک شامل سیمان، پودر معدنی و سایر مواد افزودنی را به نسبت‌های مناسب مخلوط کنید.
2. در یک مخلوط کن، مقداری از آب را با لاتکس غیر یونی ترکیب کنید تا یک مخلوط یکنواخت به‌دست آید. به‌طور معمول لاتکس تک پلیمر استات وینیل یا همراه با مونومرهای اتیلن، اکریلات اتیل و ایستر وینیل لاتکس کوپلیمر اکریلات‌اتیل و لاتکس کوپلیمر استایرن بوتادین در این ملات مورد استفاده قرار می‌گیرند.
3. مخلوط خشک را به تدریج به مخلوط آب و لاتکس اضافه کنید و با استفاده از مخلوط‌کن به‌خوبی هم بزنید تا ملات یکدست و همگن ایجاد شود.
4. از مواد ضد کف استفاده کنید تا از تولید حباب‌های هوا جلوگیری شده و خواص مکانیکی بتن حفظ شود.
5. ماده آماده شده را در قالب‌های مناسب ریخته و سطح آن را صاف کنید. در این مرحله می‌توان از روش ویبره بتن برای افزایش تراکم استفاده کرد.
6. پس از ریختن بتن، آن را به مدت کافی مرطوب نگه داشته تا فرایند هیدراسیون به درستی انجام شود. این مرحله معمولا حدود 7 روز به طول می‌انجامد.

توجه داشته باشید از پلیمرهای دارای کلرید استفاده نکنید، زیرا در محیط قلیایی، کلریدها آزاد و سبب خوردگی میلگردها می‌شوند. همچنین، برای اطمینان از کیفیت و خواص بتن اصلاح شده با پلیمر، آزمایش‌های استاندارد را انجام دهید.

طرح اختلاط بتن پلیمری

بدون شک تعیین نسبت دقیق مواد تشکل دهنده بتن که با نام اختلاط بتن شناخته می‌شود، اهمیت بسزایی دارد. طرح اختلاط بتن پلیمر نیز به منظور دستیابی به خواص مطلوب از جمله چسبندگی بالا، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر آب انجام می‌شود.

نکات کلیدی که در اختلاط بتن پلیمری باید رعایت شود، عبارت‌اند از:

• از آنجایی که حدود 50 درصد وزن لاتکس از آب تشکیل شده است، برای بهینه‌سازی استفاده از لاتکس، توصیه می‌شود که مقدار آب موجود در مخلوط ملات کاهش پیدا کند. این کار به کاهش اختلاط آب اضافی کمک می‌کند.
• مقدار بهینه لاتکس بین 8 تا 20 درصد وزنی از جامدات خشک پلیمر و سیمان است. این مقدار باید به دقت رعایت شود، زیرا کاهش یا افزایش آن می‌تواند منجر به ایجاد خواص نامطلوبی در بتن شود.
• به منظور رسیدن به ملاک‌ها و استانداردهای کیفی باید میزان بهینه لاتکس در ملات توسط تولیدکننده با مستندات فنی و آزمایشات مرتبط پیشنهاد شود.

اجرای بتن پلیمری

جهت اجرای بتن پلیمری رعایت برخی نکات می‌تواند به دستیابی کیفیت مطلوب و افزایش استحکام سازه کمک کند. مهمترین نکات کلیدی در اجرا بتن پلیمر به شرح زیر است:

• از آنجایی که ملات تقویت شده با پلیمر جهت تعمیر اعضای بتنی و روکش دال پل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، پیش از اعمال آن‌ها باید سطح بتن پایه به‌طور کامل تمیز شده و از هرگونه گرد و خاک و آلودگی‌ها پاک شود.
• پس از اعمال ملات یا بتن اصلاح شده با پلیمر، سطح آن باید با یک چتایی خیس پوشانده شده و روی آن یک ورق پلاستیکی قرار داده شود. این کار به منظور حفظ رطوبت و جلوگیری از تبخیر سریع آب ملات انجام می‌شود.
• روش مرطوب نگه‌داشتن فوق باید برای مدت زمان حدود 24 تا 48 ساعت ادامه یابد. این مدت زمان به بتن اجازه می‌دهد تا به خوبی سخت شده و ذرات پلیمر درون آن فعال شوند.
• پس از اتمام دوره مرطوب نگه‌داشتن، باید اجازه داده شود تا ساختار بتن در معرض هوا قرار گیرد. این کار به پلیمرایز شدن مونومرها در درون سیستم کمک کرده و باعث بهبود خواص مکانیکی و دوام بتن می‌شود.

تفاوت بتن پلیمری با بتن معمولی

اگر چه بتن پلیمری و بتن معمولی هر دو از مصالح ساختمانی پرکاربردی هستند، اما از نظر ساختار، خواص و کاربردها تفاوت‌های قابل توجهی دارند. بتن معمولی از سیمان، آب و سنگدانه‌ها ساخته می‌شود، در حالی که در بتن پلیمر از رزین‌های پلیمری به عنوان ماده چسبنده استفاده می‌شود.

بتن پلیمر دارای مقاومت فشاری، کششی و خمشی بالاتری است و در برابر مواد شیمیایی، سایش و ضربه مقاوم‌تر است. همچنین این نوع بتن در برابر آب، یخ‌زدگی و تغییرات دمایی دوام بیشتری دارد و معمولاً سبک‌تر و نفوذناپذیرتر است. علاوه‌بر این، بتن پلیمر قابلیت شکل‌پذیری بالاتری دارد و به اشکال مختلف قالب‌گیری می‌شود.

بتن معمولی در ساخت ساختمان‌ها، سازه‌های بتنی، سدها، پل‌ها و بسیاری از سازه‌های دیگر استفاده می‌شود. در حالی که بتن پلیمری به دلیل دوام و مقاومت در برابر مواد شیمیایی در ساخت کفپوش‌های صنعتی، پوشش‌های محافظ، قطعات پیش‌ساخته، مخازن، لوله‌ها و سازه‌های دریایی نیز به کار می‌رود.

در جدول زیر می‌توانید به صورت اجمالی تفاوت این دو نوع بتن را مشاهده کنید.

مزایای بتن پلیمری

بتن اصلاح شده با پلیمر به دلیل ترکیب منحصر به فرد خود مزیت‌های متعددی دارد. برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های بتن پلیمری عبارت‌اند از:

• دوام بالا
• سرعت اجرا بالا
• وزن سبک
• تنوع در طرح و رنگ
• مقاومت در برابر شرایط جوی گوناگون
• مقاومت در برابر نیروهای فشاری، خمشی و کششی
• مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی و خورندگی
• مقاومت در مقابل سایش و ضربه

معایب بتن پلیمری

اگر چه بتن‌های اصلاح شده پلیمری مزایای بسیاری دارند، اما همچنان شامل محدودیت‌ها و معایبی می‌شوند. اصلی‌ترین محدودیت‌های بتن پلیمری به شرح زیر است:

• هزینه بالا نسبت به بتن معمولی
• نبودن عایق صوتی و حرارتی
• دشوار بودن حمل و نقل
• مقاومت پایین در برابر آتش‌سوزی
• نیاز به تجهیزات تخصصی و نیروی کار با تجربه
• کاهش مقاومت در صورت قرار گرفتن در معرض دائمی آب

جمع بندی

بتن پلیمری با تلفیق ویژگی‌های منحصر به فرد پلیمرها و بتن، ماده‌ای با عملکرد بالا و کاربردهای گسترده ایجاد می‌کند. این بتن به دلیل دوام بالا، قابلیت شکل‌پذیری و مقاومت در برابر عوامل محیطی، جایگزین مناسبی برای بتن معمولی به‌شمار می‌رود. با این حال، هزینه بالاتر و نیاز به تجهیزات تخصصی از جمله محدودیت‌های این نوع بتن محسوب می‌شود. به‌طور کلی، بتن پلیمر با توجه به مزایای متعدد خود، پتانسیل بالایی برای تحول در صنعت ساختمان و ایجاد سازه‌های با دوام بیشتر و مقاوم‌تر دارد.

در انتهای این مقاله امیدواریم اطلاعات خوبی درباره بتن پلیمری کسب کرده باشید. در صورتی که در این مورد سوالی دارید می‌توانید آن را در بخش دیدگاه با ما به اشتراک بگذارید.

مسیر پیشنهادی مطالعه مقالات آکادمی عمران

مشاهده مسیر یادگیری