ما هي الخرسانة البوليمرية؟
تم تقديم الخرسانة البوليمرية (Polymer Concrete) في خمسينيات القرن العشرين، وازداد انتشارها بحلول أواخر سبعينيات القرن ذاته. وهي نوع من الخرسانة تستخدم البوليمرات كمواد رابطة بدلاً من الأسمنت البورتلاندي أو إلى جانبه. تصنف الخرسانة البوليمرية إلى ثلاثة أنواع رئيسية:
- الخرسانة الأسمنتية البوليمرية (PCC – Polymer Cement Concrete): يضاف فيها البوليمر (على شكل مستحلب أو بوليمر قابل لإعادة التشتت) إلى الأسمنت البورتلاندي والركام.
- الخرسانة البوليمرية (PC – Polymer Concrete): تستخدم فيها راتنجات البوليمر كمواد رابطة وحيدة دون أسمنت بورتلاندي.
- الخرسانة المغموسة بالبوليمر (PIC – Polymer Impregnated Concrete): وهي خرسانة أسمنتية معالجة يتم غمرها لاحقاً بمونومر بوليمري ثم بلمرته في الموقع.
تشرف على استخدام البوليمرات في الخرسانة اللجنة 548 من معهد الخرسانة الأمريكي (ACI) منذ عام 1970م.
اقرأ أيضاً:
تكوين الخرسانة البوليمرية
تتكون الخرسانة البوليمرية (PC) من راتنج البوليمر (الرابط) والركام (الحشو). تستخدم الراتنجات الحرارية (Thermosetting Resins) بشكل أكبر نظراً لمقاومتها العالية للحرارة والمواد الكيميائية. يتكون الركام عادةً من كوارتز، سيليكا، جرانيت، أو حصى جيري ذي مقاومة ضغط عالية. يشترط أن يكون الركام نظيفاً، خالياً من الغبار والرطوبة، لضمان الترابط الجيد مع الراتنج.
أنواع راتنجات البوليمر المستخدمة في الخرسانة
- راتنجات الفوران (Furan Resins)
- الأكريليك وستايرين أكريليك (Acrylic & Styrene Acrylic)
- فينيل أسيتات – إيثيلين (VAE)
- بولي فينيل أسيتات (PVA)
- ستايرين بوتادين (SBR)
- ميثيل ميثاكريلات (MMA)
- بوليستر ستايرين (Polyester Styrene)
- راتنجات الإيبوكسي (Epoxy Resins)
- راتنجات البولي يوريثان (PUR)
- راتنجات اليوريا فورمالدهايد (Urea-Formaldehyde)
تحضير الخرسانة البوليمرية
يتم خلط راتنج البوليمر مع الركام بنسب محددة حسب التصميم، وقد تضاف حشوات دقيقة لملء الفراغات. أكثر البوليمرات استخداماً هي: البوليستر غير المشبع (Unsaturated Polyester)، الإيبوكسي، ميثيل ميثاكريلات (MMA)، وفينيل إستر. يعتبر البوليستر غير المشبع الأكثر شيوعاً نظراً لتوافره، انخفاض تكلفته نسبياً، خواصه الميكانيكية الجيدة، ومقاومته للضغط.
خصائص الخرسانة البوليمرية
- تكلفة أعلى: استخدام البوليمرات كمواد رابطة أغلى من الأسمنت البورتلاندي.
- مقاومة شد عالية: تفوق الخرسانة التقليدية بفضل قوة الالتصاق العالية للبوليمرات.
- مقاومة ضغط ممتازة: مساوية أو أكبر من الخرسانة التقليدية حسب نوع الراتنج.
- تصلب سريع: تكتسب قوتها خلال ساعات بدلاً من أيام.
- معالجة ذاتية: لا تحتاج إلى معالجة رطبة (لا حاجة لصب الماء أو الحماية من العوامل الجوية).
- التصاق قوي: تلتصق بالخرسانة القديمة والحديد والعديد من الأسطح.
- متانة عالية: مقاومة ممتازة لدورات التجميد والذوبان.
- نفاذية منخفضة جداً: مقاومة عالية لامتصاص الماء والمحاليل.
- مقاومة كيميائية عالية: تقاوم الكبريتات، الكربونات، الأحماض، القلويات، الزيوت.
- مقاومة للتآكل والصدأ.
- وزن أقل: كثافة أقل من الخرسانة التقليدية، مما يقلل الوزن الذاتي للمنشأ.
- قابلة للاهتزاز: لملء المسام والشقوق بدقة.
- عازلة للكهرباء.
- قابلة للتطبيق في قطاعات رقيقة جداً.
- تمنع تغلغل ثاني أكسيد الكربون: مما يحمي التسليح من الكربنة.
عيوب الخرسانة البوليمرية
- ارتفاع التكلفة: مقارنة بالخرسانة التقليدية، خاصة في المشاريع الكبيرة.
- تطلب مهارة عالية: تحتاج إلى عمالة مدربة ودقة في الخلط والتنفيذ.
- حساسية نسب الخلط: خاصة للأنظمة ثنائية المكونات، مما يستدعي تصميم خلطة دقيق.
- احتياطات السلامة: التعامل مع المواد الكيميائية والراتنجات يتطلب استخدام أقنعة، قفازات، وملابس واقية.
تطبيقات واستخدامات الخرسانة البوليمرية
تستخدم الخرسانة البوليمرية في كل من المشاريع الجديدة وأعمال الإصلاح والترميم، وذلك بفضل خاصية الالتصاق العالية والمتانة. من أبرز التطبيقات:
- إصلاح الخرسانة المتضررة (خاصة المتضررة من التآكل).
- المنشآت البحرية والموانئ.
- خزانات المياه، حمامات السباحة، وهياكل الصرف الصحي.
- محطات الطاقة النووية (لمقاومتها للإشعاع والمواد الكيميائية).
- الإنشاءات الكهربائية والصناعية (عازلة للكهرباء).
- غرف التفتيش (تتحمل غازات المجاري السامة والتآكل البكتيري).
- المواسير (لا تحتاج إلى طلاء أو لحام).
- طبقات الرصف السطحية للطرق والأرصفة عالية التحمل.
- المكونات سابقة الصب (خزانات الأحماض، الحواجز المتوسطة، المصارف).
- العزل المائي للهياكل.
- محطات التحلية.
- قواعد الماكينات (الاستفادة من خاصية تخميد الاهتزاز).
مواصفات لأنواع مختارة من الخرسانة البوليمرية
خرسانة بوليمر اليوريا فورمالدهايد:
- الكثافة: ٢٢٦٠ كجم/م³
- مقاومة الضغط: ≈ ٣٧ ميجاباسكال (5400 psi)
خرسانة البوليستر (Polyester Concrete):
- الكثافة: ٢٠٥٠ كجم/م³
- مقاومة الضغط: ≈ ٩٥ ميجاباسكال (13800 psi)
خلاصة
تم إدخال الخرسانة البوليمرية في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، وازداد استخدامها في السبعينيات في مجالات الإصلاح والتراكبات الرقيقة والأرضيات والمكونات سابقة الصب. بفضل خصائصها المتميزة – مثل مقاومة الضغط العالية، التصلب السريع، القوة النوعية العالية، والمقاومة الكيميائية – وجدت الخرسانة البوليمرية تطبيقات واسعة في المجالات المتخصصة. ومع التطورات الحديثة في صناعة البوليمرات وانخفاض التكاليف النسبي، أصبح استخدامها أكثر انتشاراً في المشاريع التي تتطلب متانة استثنائية ومقاومة للظروف القاسية.