ما هي الخرسانة البوليمرية؟
تم تقديم الخرسانة البوليمرية في عام ١٩٥٠ وأصبحت شائعة بحلول نهاية السبعينيات. إنها نوع من الخرسانة، تستخدم فيه البوليمرات كمادة ربط بدلاً من الأسمنت. يتم استبدال الأسمنت الجيري في هذا النوع من الخرسانة. يتم استخدام راتنجات البوليمر مع أو بدون الأسمنت البورتلاندي. إذا كانت الخرسانة البوليمرية مصنوعة فقط من راتنجات البوليمر، فإنها تُعرف باسم الخرسانة الأسمنتية البوليمرية، إذا تم خلط راتينج البوليمر مع الأسمنت العادي، فإن الخليط يُعرف باسم الخرسانة المعدلة بالبوليمر.
تم الإشراف على استخدام البوليمرات في الخرسانة من قبل اللجنة ٥٤٨ من "معهد الخرسانة الأمريكي" منذ عام ١٩٧٠. البوليمرات الأكثر شيوعًا المستخدمة في الخرسانة هي راتنجات الفوران والأكريليك والستايرين أكريليك وأسيتات الفينيل والإيثيلين (VAE)، بولي فينيل أسيتات (PVA)، راتنج ستيرين بوتادين (SBR)، ميثيل ميثاكريلات MMA، ستيرين وبوليستر ستايرين، راتينج ميثانول، راتنجات إيبوكسي، راتنجات بولي يوريثان (PUR)، راتنج يوريا فورمالدهايد وما إلى ذلك.
اقرأ أيضا:
الخرسانة المقذوفة أو المرشوشة | تطبيقات ومزايا وعيوب
٢٥ نوعًا من الخرسانة المستخدمة في أعمال البناء
تكوين الخرسانة البوليمرية:
يتم تحضير الخرسانة البوليمرية من راتينج التلدن بالحرارة والبوليمرات الحرارية. يعد استخدام راتينج التصلد بالحرارة أكثر ملاءمة، حيث إنه مقاوم للحرارة العالية ومجموعة متنوعة من المواد الكيميائية. تتكون الخرسانة البوليمرية من راتينج البوليمر والركام. يعمل راتنجات البوليمر كعامل رابط، بينما يعمل الركام كمادة ضغط. يتكون ركام الخرسانة البوليمرية من حصى الكوارتز والسيليكا والجرانيت والحصى الجيري ومواد أخرى ذات قوة ضغط عالية. يجب أن يكون الركام الجيد من مواد ذات نوعية جيدة، وحصى نظيفة وخالية من الغبار والحطام وجافة. يجب استيفاء هذه المعايير على جميع الحسابات، وإلا فإن ذلك سيؤدي إلى تأثير سلبي على قدرة الخرسانة الرابطة.
الأنواع المختلفة من راتنجات البوليمر / البوليمر المستخدمة في الخرسانة:
- راتنجات الفوران
- أكريليك وستايرين أكريليك
- فينيل أسيتات - إيثيلين (VAE)
- أسيتات بولي فينيل (PVA)
- ستايرين بوتادين راتنج (SBR)
- ميثيل ميثاكريلات MMA
- ستايرين وبوليستر ستايرين
- ميثانول
- راتنجات الإيبوكسي
- راتنجات بولي يوريثان (PUR)
- يوريا فورمالديهايد راتنجات.
تحضير الخرسانة البوليمرية:
يضاف راتينج البوليمر مع الركام لتحضير خليط الخرسانة. من أجل ملء المسام والشقوق، يتم استخدام الحشوات الدقيقة أيضًا مع البوليمر الراتنج / الخرسانة. البوليمرات الأكثر استخدامًا هي الميثاكريلات، وراتنج البوليستر، وراتنج فينيل إستر، وراتنج الإيبوكسي، وراتنج الفوران. من بين هذه الراتنجات، راتنجات البوليستر غير المشبعة هي راتنجات البوليمر الأكثر شيوعًا المستخدمة في الخرسانة. السبب وراء الاستخدام الوفير لراتنج البوليستر غير المشبع هو سهولة توفره وتكلفته المنخفضة وخصائصه الميكانيكية الجيدة وقوته الانضغاطية.
خصائص الخرسانة البوليمرية:
تعتمد خصائص الخرسانة على خواص الركام والخليط والنقاء والنظافة وجودة الراتنجات البوليمرية، لكننا هنا نناقش فقط خصائص الراتنجات البوليمرية وتأثيرها على التكلفة والمتانة والقوة.
- يعد استخدام البوليمر كمادة رابطة بدلاً من الأسمنت أكثر تكلفة.
- إذا ما قورنت بالخرسانة البورتلاندية غير المسلحة، فإنها تتمتع بمقاومة شد أكبر، وذلك بسبب خاصية الالتصاق القوية.
- مقاومة الانضغاط لخرسانة البوليمر إما مشابهة أو أكبر من الخرسانة التقليدية.
- أسرع بكثير في المعالجة.
- يتم معالجة الخرسانة تلقائيًا، ولا تحتاج إلى عناية، مثل صب الماء، ومنع المطر والغبار والحرارة، وما إلى ذلك.
- لها خصائص لاصقة جيدة، حتى على سطح الهيكل المسلح.
- كما أنها متينة للغاية في ظروف دورات التجمد والذوبان السريعة.
- خرسانة البوليمر منخفضة جدًا في نفاذية الماء وامتصاص المحاليل.
- كما أن الخرسانة البوليمرية مقاومة للمواد الكيميائية. يمكن أن تقاوم الهجمات الكيميائية، مثل الكبريتات ، والكربونات ، والزيوت ، والحمض ، والقلويات ، وما إلى ذلك.
- مقاومة للتآكل.
- أخف وزنًا وأقل كثافة من الخرسانة الأسمنتية العادية، وبالتالي تقليل الوزن الميت (الوزن الذاتي) للهيكل الخرساني.
- يمكن اهتزازها لملء المسام والفراغات والشقوق في الهيكل.
- تسمح الخرسانة البوليمرية باستخدام "عوامل تحرير القوالب" مثل Non-Silicone.
- عازلة للكهرباء.
- يمكن تطبيق الخرسانة البوليمرية في قطاعات رفيعة وضيقة للغاية.
- لا تسمح الخرسانة البوليمرية بتغلغل غاز ثاني أكسيد الكربون، مما يحفظ الخرسانة من الكربنة.
عيوب الخرسانة البوليمرية:
- تعتبر تكلفة الخرسانة البوليمرية عالية جدًا مقارنةً بالخرسانة التقليدية.
- تحتاج أعمال البوليمر إلى مهارة عالية وعمل دقيق أثناء الخلط.
- إمكانية التناسب غير المناسب للمواد المكونة من عنصرين أعلى، وبالتالي يلزم تصميم المزيج المناسب (الخلطة المناسبة) للحصول على خلط المواد الخرسانية.
- العمل مع المواد الكيميائية والراتنجات المستخدمة في الخرسانة البوليمرية محفوفة بالمخاطر، لذلك هناك حاجة ماسة لاستخدام القناع والقفازات اليدوية وغيرها من أدوات حماية الجلد.
حالات استخدام الخرسانة البوليمرية:
نجح استخدام الخرسانة البوليمرية في كل من أعمال البناء الجديدة والإصلاح والترميم. يتمتع البوليمر بخاصية لاصقة جيدة، ولهذا يمكن استخدامه في أعمال الإصلاح لكل من الهيكل الخرساني البوليمري والهيكل الأسمنتي العادي للخرسانة.
علاوة على ذلك، بسبب النفاذية المنخفضة ومقاومة التآكل، يمكن استخدامها في حمامات السباحة وخزانات المياه وهياكل الصرف الصحي وقنوات الصرف وغيرها من الهياكل تحت الماء.
تستخدم الخرسانة البوليمرية أيضًا في الخلايا الإلكتروليتية لاستعادة المعادن الأساسية. إنها مناسبة بشكل خاص لبناء وإصلاح غرف التفتيش بسبب قدرتها على مقاومة غازات المجاري السامة والمسببة للتآكل والبكتيريا، والتي توجد عادة في أنظمة الصرف الصحي.
على عكس الهياكل الخرسانية التقليدية، لا تحتاج مواسير PVC إلى أي طلاء ولحام، لأن الخرسانة البوليمرية نفسها تعمل كمواد لحام.
يمكن أيضًا تنفيذ طبقة الرصف السطحية لطريق الأسفلت عن طريق الخرسانة البوليمرية، للحصول على قوة تحمل وقوة عالية.
نظرًا للافتقار إلى المهارات التقنية والتكلفة العالية، لم يكن من الممكن، تاريخيًا، استخدام الخرسانة البوليمرية على نطاق واسع. ومع ذلك، أدى التقدم الأخير إلى تخفيضات كبيرة في التكلفة، مما يعني أن استخدام الخرسانة البوليمرية أصبح تدريجياً أكثر انتشاراً.
تُستخدم الخرسانة البوليمرية في مشاريع البناء الخاصة حيث تتواجد الحاجة لمقاومة عدة أنواع من التآكل ويتم دعمها لتكون متانة أي تدوم طويلاً. يمكن استخدامها بشكل مشابه للخرسانة العادية. تستخدم الخرسانة البوليمرية في الأعمال التالية:
- إصلاح الخرسانة المتضررة من التآكل.
- الخرسانة سابقة الإجهاد.
- محطات الطاقة النووية.
- الإنشاءات الكهربائية أو الصناعية.
- الأعمال البحرية.
- المكونات الهيكلية الجاهزة مثل خزانات الأحماض ، غرف التفتيش ، المصارف ، الحواجز المتوسطة للطرق السريعة ، وما إلى ذلك.
- العزل المائي للهياكل.
- أعمال الصرف الصحي ومحطات التحلية.
مواصفات الخرسانة البوليمرية:
خرسانة بوليمر اليوريا فورمالديهايد
- كثافتها تساوي ٢٢٦٠ كجم / م ٣
- مقاومة الضغط تعادل ٣٧ ميجا باسكال (٥٤٠٠ رطل / بوصة مربعة)
خرسانة البوليستر
- كثافتها تساوي ٢٠٥٠ كجم / م ٣
- مقاومة الضغط تعادل ٩٥ ميجا باسكال (١٣٨٠٠ رطل / بوصة مربعة (psi))
الخلاصة:
تم إدخال الخرسانة البوليمرية في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي وأصبحت معروفة في السبعينيات لاستخدامها في الإصلاح والتراكبات الرقيقة والأرضيات والمكونات سابقة الصب. بسبب خصائصها مثل قوة الضغط العالية، المعالجة السريعة، القوة النوعية العالية، ومقاومة الهجمات الكيميائية، وجدت الخرسانة البوليمرية تطبيقًا في مجالات متخصصة للغاية. في نفس الوقت، تم استخدام هذه المواد في بناء قواعد الماكينات أيضًا حيث تم استغلال خاصية تخميد الاهتزاز لخرسانة البوليمر. تناولنا في هذه المراجعة جهود الباحثين المختلفين في اختيار المكونات ومعاملات المعالجة وظروف المعالجة وتأثيرها على الخواص الميكانيكية للمادة الناتجة.