کاربرد اپوکسی در بتن و تاثیر اپوکسی بر خواص بتن

مقدمه :

بتن به عنوان یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی در سراسر جهان شناخته می‌شود. در دهه‌های اخیر، استفاده از مواد اپوکسی و سایر مواد پلیمری برای بهبود خواص مکانیکی و دوام بتن، توجه بسیاری از محققان و مهندسان را به خود جلب کرده است. بتن آغشته به پلیمر (Polymer-Impregnated Concrete) یکی از روش‌های نوین اصلاح بتن است که در آن بتن سخت شده با استفاده از پلیمرهای مختلف، به‌ویژه اپوکسی، بهبود یافته و خصوصیات مکانیکی و دوام آن افزایش می‌یابد و پایداری بیشتری در سازه ها را مهیا می کند.

استاندارد*ACI 548.1R-94*با عنوان "گزارش کاربرد مواد اپوکسی و پلیمر در بتن" به‌طور جامع به بررسی اصول و دستورالعمل‌های استفاده از این مواد در بتن می‌پردازد. این استاندارد برای مهندسان عمران و طراحان به‌عنوان مرجعی جهت به‌کارگیری مناسب این مواد در پروژه‌های ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مقدمه‌ای بر بتن آغشته به پلیمر (PIC)

*بتن آغشته به پلیمر* (Polymer-Impregnated Concrete)  به نوع خاصی از بتن گفته می‌شود که پس از ساخته شدن، با *مواد پلیمری* به‌صورت کامل آغشته می‌شود تا ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی آن بهبود یابد. در این فرآیند، ابتدا بتن معمولی تهیه می‌شود و پس از عمل‌آوری و خشک شدن، منافذ و حفرات آن با رزین‌های پلیمری پر می‌شود. این نوع بتن ترکیبی از خواص بتن سنتی و پلیمرهای مصنوعی است که منجر به افزایش مقاومت و دوام می‌شود.

این روش باعث می‌شود تا خصوصیات مکانیکی بتن بهبود یافته و مقاومت آن در برابر عوامل محیطی مانند نفوذ آب، مواد شیمیایی و سایش افزایش یابد.

در این نوع بتن، پلیمرها به عنوان یک *عامل تقویت‌کننده* عمل می‌کنند. برخی از انواع پلیمرهایی که برای این منظور استفاده می‌شوند عبارت‌اند از:

1. *پلی‌استرها*

2. *اپوکسی‌ها*

3. *متیل متاکریلات‌ها (MMA)*

این پلیمرها پس از تزریق در بتن به‌صورت کامل در منافذ داخلی آن سخت می‌شوند و باعث بهبود ویژگی‌های مکانیکی، افزایش مقاومت به خوردگی و نفوذناپذیری بتن می‌شوند.

فرآیند تولید بتن آغشته به پلیمر:

برای تولید بتن آغشته به پلیمر، ابتدا بتن معمولی تهیه و عمل‌آوری می‌شود. پس از آن، بتن سخت‌شده خشک شده و منافذ آن با استفاده از فشار یا خلاء به پلیمر (معمولاً اپوکسی یا پلیمرهای دیگر) آغشته می‌شود. پس از آغشته‌سازی، پلیمر در داخل بتن به صورت جامد در می‌آید و خواص بتن را تقویت می‌کند.

2- کاربردهای مواد اپوکسی در بتن:

مواد اپوکسی به دلیل خواص منحصر به فرد خود به‌عنوان مواد افزودنی یا اشباع‌کننده در بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از کاربردهای مهم مواد اپوکسی در بتن به شرح زیر است:

1-2- ترمیم و تعمیر سازه‌های بتنی

مواد اپوکسی به‌طور گسترده‌ای در ترمیم ترک‌ها و آسیب‌های سطحی سازه‌های بتنی به کار می‌روند. اپوکسی‌ها با پر کردن ترک‌ها و اتصال مجدد اجزای بتن، خواص مکانیکی سازه را بهبود می‌بخشند و از نفوذ آب و مواد شیمیایی به داخل سازه جلوگیری می‌کنند.

 2-2- افزایش دوام و مقاومت در برابر خوردگی

بتن‌های آغشته به اپوکسی مقاومت بسیار بالایی در برابر عوامل خوردگی، به‌ویژه در محیط‌های خورنده مانند مناطق ساحلی یا در تماس با مواد شیمیایی دارند. این ویژگی باعث افزایش عمر مفید سازه‌ها و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود.

3-2- بهبود خواص مکانیکی بتن

بتن‌های آغشته به اپوکسی از نظر مقاومت فشاری، خمشی و کششی عملکرد بهتری نسبت به بتن‌های معمولی دارند. این افزایش مقاومت به دلیل اشباع منافذ بتن و کاهش تعداد ترک‌های ریز و حفره‌ها است.

 3- تاثیر اپوکسی بر خواص بتن:

1-3- مقاومت فشاری

استفاده از اپوکسی باعث افزایش قابل‌توجهی در مقاومت فشاری بتن می‌شود. اپوکسی با پر کردن منافذ و حفره‌های داخلی بتن، یکپارچگی ساختاری آن را افزایش داده و از تشکیل ترک‌های ریز جلوگیری می‌کند. طبق مطالعات انجام شده، مقاومت فشاری بتن‌های آغشته به اپوکسی تا 50 درصد بیشتر از بتن‌های معمولی است.

2-3- مقاومت کششی و خمشی

مقاومت کششی و خمشی بتن‌های آغشته به اپوکسی نیز به‌طور قابل‌توجهی بهبود می‌یابد. این افزایش مقاومت به دلیل چسبندگی بالا و سختی اپوکسی است که می‌تواند نیروهای وارده بر بتن را به‌طور یکنواخت توزیع کند و از شکست ناگهانی سازه جلوگیری کند.

3-3-دوام و پایداری در برابر شرایط محیطی

بتن‌های آغشته به اپوکسی به دلیل داشتن سطحی غیرقابل نفوذ در برابر آب و مواد شیمیایی، از دوام بسیار بالایی برخوردارند. این بتن‌ها در برابر سیکل‌های یخ‌زدگی و آب‌شدگی، نفوذ یون‌های کلر و سولفات، و همچنین تأثیرات محیط‌های اسیدی مقاوم هستند.

4- مزایا و معایب استفاده از اپوکسی در بتن:

مزایا

1- *افزایش مقاومت فشاری و کششی:* بتن آغشته به پلیمر دارای مقاومت فشاری و کششی بالاتری نسبت به بتن معمولی است. پلیمرها به عنوان یک ماده تقویت‌کننده عمل می‌کنند و از ترک‌خوردگی و شکنندگی بتن جلوگیری می‌کنند.

2. *مقاومت به خوردگی و شیمیایی:* یکی از بزرگ‌ترین مشکلات بتن‌های سنتی، *خوردگی* و تخریب ناشی از عوامل محیطی و مواد شیمیایی است. بتن آغشته به پلیمر به دلیل نفوذپذیری کمتر و مقاومت شیمیایی بالا، از این مشکل مصون است و عمر مفید طولانی‌تری دارد.

3. *کاهش نفوذپذیری آب و مواد مضر:* پلیمرهای آغشته‌شده به بتن باعث بسته شدن منافذ بتن می‌شوند و در نتیجه *نفوذپذیری* آن در برابر آب و مواد شیمیایی به شدت کاهش می‌یابد. این ویژگی به‌ویژه در مناطق مرطوب و سازه‌هایی که در تماس مستقیم با آب هستند، بسیار مفید است.

4. *دوام و پایداری بالا:* این نوع بتن به دلیل مقاومت بیشتر در برابر *شرایط جوی نامناسب*، خوردگی و ضربه، از دوام و پایداری بیشتری برخوردار است و برای سازه‌های حساس و بلندمدت مناسب است.

5*بهبود خواص مکانیکی*: بتن‌های آغشته به اپوکسی دارای مقاومت فشاری، خمشی و کششی بیشتری نسبت به بتن‌های معمولی هستند.

معایب

- *هزینه بالا*: استفاده از مواد اپوکسی به دلیل قیمت بالای این مواد و نیاز به تجهیزات خاص برای اشباع بتن، هزینه‌بر است.

- *حساسیت به دما*: اپوکسی‌ها در دماهای بسیار بالا یا پایین عملکرد مناسبی ندارند و ممکن است تغییرات دمایی باعث تخریب آنها شود.

کاربردهای بتن آغشته به پلیمر (PIC):

1.*سازه‌های دریایی و بندری:* یکی از اصلی‌ترین کاربردهای بتن آغشته به پلیمر در سازه‌های دریایی است. این نوع بتن به دلیل مقاومت بالا در برابر آب شور و عوامل خورنده محیط دریایی، گزینه‌ای مناسب برای ساخت اسکله‌ها، پل‌ها و سازه‌های بندری است.

2. *پل‌ها و سازه‌های عمرانی بزرگ:* بتن‌های آغشته به پلیمر به دلیل مقاومت فشاری بالا و دوام بیشتر، برای *پل‌ها، تونل‌ها و سدها* کاربرد گسترده‌ای دارند.

3. *تعمیر و بازسازی سازه‌ها:* در بازسازی و *ترمیم سازه‌های بتنی قدیمی* که دچار آسیب یا ترک‌خوردگی شده‌اند، استفاده از بتن آغشته به پلیمر یک راهکار موثر است. این روش می‌تواند به تقویت سازه‌ها و افزایش عمر مفید آن‌ها کمک کند.

4. *سازه‌های در معرض مواد شیمیایی:* در صنایعی که سازه‌های بتنی به طور مستقیم با مواد شیمیایی خورنده در تماس هستند، مانند کارخانه‌های پتروشیمی و صنایع شیمیایی، استفاده از بتن آغشته به پلیمر به دلیل *مقاومت شیمیایی بالا*، یک راهکار موثر و پایدار است.

شرکت صنایع شیمی ساختمان آبادگران یکی از شرکت های پیشرو در طراحی و فرمولاسیون با معطوف نمودن تمرکز تحقیقاتی بر مزیت­ها و معایب برشمرده در فوق، دستیابی به بهترین پوشش و رنگ­های محافظتی را هدف قرار داد و با تمرکزدادن پروژه­های تحقیقاتی بر سنتز هاردنرهای فنالکامین با قابلیت پخت در زیر آب برای دستیابی به خواص ضدخوردگی موفق به طراحی و تولید سیستم­های پوششی با کاربردهای گوناگون گردید.

از آنجا که باید در انتخاب سیستم­های پوششی به شرایط آب و هوایی، دما و رطوبت نسبی محیط توجه داشت، پوشش ­های زیر به منظور حفاظت انواع سطوح بتنی (مطابق استاندارد ASTM C881) و فلزی به عنوان یک راه حل مطمئن و با پشتوانه علمی معرفی رنگ ها و پوشش های اپوکسی به دلیل مقاومت بالای شیمیایی، مکانیکی و ضد سایش بودن گزینه های ایده آلی جهت اعمال بر روی بتن های پلیمری می باشد .

ABADUR-280

ABADUR-280 یک پوشش اپوکسی بدون حلال و چند منظوره جهت حفاظت سازه های بتنی و فلزی در برابر محیط های خورنده شیمیایی و دریایی می باشد. این محصول بر پایه رزین اپوکسی اصلاح شده و هاردنرهای ویژه طراحی شده و دارای مقاومت شیمیایی و خوردگی عالی و مقاومت جوی خوب می باشد.  ABADUR-280 قابل استفاده در محیط های داخلی و خارجی بوده و جهت استفاده در اسکله ها، مخازن مواد شیمیایی، سوخت و فاضلاب توصیه می گردد. این پوشش کاملا بهداشتی بوده و در انواع مخازن آب آشامیدنی و تصفیه خانه ها قابل استفاده می باشد.

ABAZONE-290

مطابق با استاندارد EN 1504، سازه­ های بتنی که در معرض مستقیم آب دریا باشند، از جانب کلرید موجود در آب دریا یا توسط بادهای منتقل کننده کلرید که از سمت دریا می وزد، مورد تهاجم قرارگرفته و در معرض خوردگی می ­باشد. در چنین شرایطی کلرید موجود در آب دریا به طور دائم و پیوسته به سازه حمله کرده و موجب افزایش سرعت خوردگی می ­شود. در صورتی که بتن در نواحی جذر و مدی قرار گرفته باشد، خوردگی بتن از هر سو تقویت می­شود چراکه علاوه بر عوامل یاد شده، بتن تحت سیکل­های خشک و تر به همراه تغییرات دمایی شدیدتر قرار می­گیرد. از سوی دیگر نفوذ رطوبت به درون بتن، منجر به خوردگی میلگرد، کاهش ضخامت آن و در نهایت ورقه ورقه شدن بتن می­گردد. عدم حفاظت از بتن منجر به بروز خوردگی و تشدید آن، ایجاد خسارات شدید، کاهش کارایی و دوام سازه و ایجاد جلوه ­های بصری نامطلوب می ­گردد. در چنین مواردی نیاز است ظرفیت باربری عناصر سازه­ای بررسی شده و بتن مرمت گردد.

ABADUR HP-350 پوشش اپوکسی توانمند

مواد شیمیایی با گروه های عاملی اپوکسی به طور گسترده به عنوان مواد پایه ساخت پوشش‌ها و ترمیم کننده های برای محافظت از ساز‌های فلزی، بتنی، آجری و گچی در برابر خوردگی استفاده می‌شود. پوشاندن سطح با روکش های آلی یک مانع فیزیکی بین سطح بستر و محیط خورنده ایجاد می­کند. پوشش اپوکسی به دلیل مقرون به صرفه بودن، چسبندگی عالی، دسترسی و قابلیت استفاده آسان، خواص مکانیکی و عایق الکتریکی بسیار پرکاربرد هستند. با این حال مانند سایر رزین‌ها در محیط جوی، در برابر آب، اکسیژن، یون‌های هیدرکسیل و کلرید نفوذپذیر هستند و باعث کاهش حفاظت در برابر خوردگی می‌شود. محققان برای افزایش حفاظت و عملکرد پوشش‌های اپوکسی در برابر گونه‌های خورنده آن‌ها را اصلاح کرده‌اند که در بین موارد انتخاب شده، اپوکسی‌هایی که با پلی آمین پخت می‌شوند، باعث بهبود خواص سختی فیلم‌، مقاومت در برابر سایش و باعث ایجاد مقاومت شیمیایی بسیار زیاد می‌شوند. اپوکسی­ های پخت شده با پلی آمین همچنین مقاومت بهتری در برابر خوردگی ناشی از میکروبیولوژیکی ایجاد می کنند.

برای کسب اطلاعات بیشتر به مقالات زیر مراجعه شود:

- سیستم ‌های مراقبت و حفاظت از سطح بتن

- مشخصات رزین اپوکسی مورد استفاده در بتن