تاثیر رفتار پلیمر در بتن

وجود ذرات پلیمری معلق در خمیر سیمان تازه، عموما به دلیل امکان استفاده از w/c کمتر نسبت به سیستم های اصلاح نشده، منجر به بهبود کارآیی می گردد. با این وجود، راهنمایی اندکی درباره w/c بهینه وجود داشته و راهنمایی که اغلب از سوی عرضه کنندگان این محصولات ارائه می گردد آن است که «برای کارآیی مورد نیاز، بهتر است که از حداقل w/c استفاده شود»، و در نتیجه راهکار موجود برای کاربرد در محل اجرا، الزاما همین توصیه می باشد. بنابراین، ارزیابی عملکرد نسبی محدوده وسیعی از سیستم های ملات اصلاح شده، دشوار بوده و به روش های عملی مورد استفاده، وابسته می باشد. معمولا این ارزیابی شامل مقایسه درصدهای یکسان پلیمر خشک برحسب وزن سیمان و استفاده از نسبت w/c یکسان، یا آب کافی جهت ایجاد کارآیی یکسان می باشد که مورد آخر عموما ترجیح داده می شود. از آنجا که کارآیی، یک عامل اولیه در کنترل عملکرد نهایی این مصالح می باشد، درک اصول زیرساختی موجود، دارای اهمیت خواهد بود.
اکنون این موضوع به طور عام پذیرفته شده است که اغلب ملات ها، با مدل رفتاری پلاستیک بیهنگام مطابقت دارند که مطابق رابطه (10-1)، تنش برشی τ را به نرخ برش γ مرتبط می سازد:

(10-1)                                                                                                          +γ = τ_0 τ    

سپس دو پارامتر مقدار تسلیم τ_0 و لزجت پلاستیک µ باید جهت مشخصات مصالح، تعیین گردند. مقدار تسلیم، اندازه ای از نیروهای بین ذره ای است که برای آنکه جریان اتفاق بیفتد، باید بر این نیروها غلبه شود، درحالی که لزجت پلاستیک نشان دهنده اصطکاک داخلی بین ذرات، پس از آغاز جریان می باشد.
بررسی تاثیر متغیرهای مخلوط بر کارآیی و مقایسه خصوصیات مختلف در کارآیی ثابت، با استفاده از آزمایشات تجربی مانند اسلامپ، جعبه جریان انجام شده است. اما در عین حال که انجام این آزمایشات سریع بوده و به مهارت اندکی نیاز دارد، اندازه گیری با آنها تحت یکسری شرایط آزمایشگاهی صورت گرفته و در نتیجه نمی تواند برای تعیین دو ثابت مستقل داده شده در رابطه (10-1) مورد استفاده قرار گیرند. اخیرا نشان داده شده است که با استفاده از انواع مختلف لزجت سنج ها، می توان به این مشکل برای خمیرهای سیمانی، ملات ها و بتن ها، غلبه نمود.
سالبین با استفاده از یک دستگاه Haake Retovisco، چگونگی تاثیر سیستم های شیرابه ای بر رفتار جریانی خمیرهای سیمان پرتلند با طرح اختلاط نشان داده شده در جدول (10-1) را مقایسه نمود.

جدول 10-1- سیستم های لاتکس

مقادیر τ_0 و µ به ترتیب در جدول 10-2 و 10-3 نشان داده شده اند. با نگاهی به این داده ها، می توان به نکات زیر پی برد:

• خمیرهای اصلاح نشده با w/c پایین، با رفتار نوع بینگهام تطابق دارند.
  
• رفتار جریان خمیر تازه اصلاح شده با پلیمر از نظر مشخصات شبیه رفتار خمیر اصلاح نشده می باشد. اما برای SBR 1 و ACI، افزایش نسبت p/c منجر به کاهش عمده مقادیر تسلیم و لزجت پلاستیک شده است به طوری که در 4/0 < w/c، رفتار آنها تقریبا نیوتنی شده است (یعنی   τ_0=0). EVA 1,2 دارای اثر بسیار مشابهی بر کارآیی بودند که نشان دهنده آن است که تفاوت اندکی میان افزودن پلیمر به صورت یک امولسیون یا پودر با قابلیت پخش مجدد وجود دارد. اما به طور کلی کاهش کارآیی خصوصا در غلظت های بالاتر مشاهده گردید. به نظر می رسد که علت این موضوع، آب جذب شده در ابتدا توسط سیستم تثبیت کننده می باشد که به منظور پوشش ذرات پلیمری استفاده گردید.
  
• رفتار AC3 با AC1 کاملا متفاوت بود و هیچگونه بهبود کارآیی در افزودن های 10% مشاهده نشد و در افزودن های بیشتر، شرایط بسیار بدتر گردید. از روی اطلاعات ارائه شده از سوی تولیدکنندگان، تعیین دلایل این رفتار امکان پذیر نبود.
  
• مشخص گردید که افزایش میزان کربوکسیلاسیون SBR، دارای اثر قابل ملاحظه ای بر خواص جریانی می باشد. خمیرهای ساخته شده از SBR2، مقادیر τ_0 بسیار بالاتری را نشان دادند و شکل منحنی ها به گونه ای بود که µ قابل اندازه گیری نبود. این رفتار، اهمیت گروه های قابل یونیزه شدن در سطح ذرات پلیمر را نشان می دهد که قابلیت بر هم کنش با اجزاء دیگر مخلوط را دارا می باشند.

جدول 10-2- تنش برشی، (Pa) τ_0، برای برخی از سیمان های اصلاح شده با پلیمر

جدول 10-3- ضریب لزجت پلاستیک، µ(Nsm-2)، برای سیستم های ارائه شده در جدول 10-2

در حالت رفتار جریان گذرا، همانگونه که از طریق تغییرات τ_0 با زمان مشخص می گردد، شکل (10-2) نشان داد که برای هر دو مورد OPC و OPC اصلاح شده با SBR1، زمان های برابر 50 و 300 دقیقه می باشد که مطابق با دوره تسریع هیدراسیون سیمان می باشد (سینتیک در مقالات دیگر وب سایت کلینیک بتن ایران را ملاحظه نمایید).

شکل 10-2- رفتار گذرا (کوتاه مدت) خمیرها

این فرآیند، به روشنی اثر تاخیری SBR را نشان می دهد. در مقابل، سخت شدگی تسریع شده OPC اصلاح شده با SBR2 بسیار زودتر از دوره تسریع برای هیدراسیون سیمان اتفاق می افتد.
این تاثیر اخیر، به نیروهای اندرکنش بسیار بزرگ تر میان پلیمر و ذرات سیمان، در نتیجه افزایش کربوکسیلاسیون مربوط می شود، مطابق شکل 10-1 (b) و (c).
علاوه بر مورد فوق، سالبین، از یک لزجت سنج برای تعیین اثر محدوده مشابهی از پلیمرها بر روی کارآیی یک ملات با یک نسبت سنگدانه به سیمان 1: 5/2 استفاده نمود. شکل های (10-3) و (10-4) اثر w/c را بر روی τ_0 و µ نشان می دهند.

شکل 10-3- تنش برشی، τ_0 (Pa)، برای ملات اصلاح شده با 20% از پلیمرهای مختلف

شکل 10-4- ضریب لزجت (گرانروی) پلاستیک، (Nsm-2) µ، برای سیستم های ملات نشان داده شده در 
شکل 10-3.

نکات قابل توجه در اینجا عبارتند از:

• ملات های اصلاح شده و اصلاح نشده هر دو با رفتار مدل بینگهام تطابق دارند.
  
• برای یک ملات و غلظت جامدات پلیمری مشخص، این نتیجه به دست آمد که کارآیی یک ملات اصلاح نشده به ترتیب زیر بهبود می یابد:

                                                                                Ac 1 > SBR 1 and 2 > EVA

• هیچگونه تفاوتی میان رفتار SBR 2, SBR 1 مشاهده نگردید. بنابراین می توان نتیجه گرفت که کربوکسیلاسیون دارای تاثیر اندکی بر کارآیی مخلوط ملات در مقایسه با خمیرهای سیمانی بوده است. این تفاوت ناشی از وجود ذرات مصالح سنگی است که فواصل جدایش بین ذرات پلیمر- سیمان را افزایش داده و منجر به شکسته شدن نیروهای اندرکنشی می گردد. اما این بدان معنی نیست که اندرکنش ها از جنبه های دیگر مهم نمی باشند.
  از این نتایج مشخص می گردد که عوامل بسیاری بر کارآیی و در نتیجه تخلخل و دوام تاثیرگذار می باشند. بنابراین، در صورتی که مشخصات سیستم های مورد استفاده به خوبی مشخص شده باشد، روش های کارآیی دونقطه ای برای تعیین اثر پارامترهایی مانند دانه بندی ماسه، نسبت مصالح سنگی به سیمان و نوع سیمان بر کارآیی ملات های اصلاح شده با پلیمر، باید بسیار مفید باشند، زیرا اطلاعات کامل از طریق آزمایشات تجربی قابل حصول نمی باشد. این روش ها باید اساس تعیین رفتار جریانی در زمان مقایسه خصوصیاتی مانند جمع شدگی، نفوذپذیری و مقاومت انتشار، و غیره در ملات های اصلاح شده با سیستم های مختلف پلیمری در کارآیی ثابت، را تشکیل دهند.

ساختار

به نظر می رسد که ایجاد ریزساختار طی یک فرآیند سه مرحله ای صورت می گیرد. بلافاصله پس از اختلاط، سیستم شامل ذرات سیمان هیدراته نشده پخش شده، سنگدانه ها و ذرات پلیمری خواهد بود. پس از یک دوره آرام، هیدراسیون سیمان آغاز شده و تسریع می گردد و آب موجود مصرف شده و فواصل جدایش بین ذره ای کاهش می یابد. در نتیجه این فرآیند، شیرابه ناپایدار شده و موجب لخته شدن رسوب ذرات پلیمری بر روی C-S-H و سطوح سنگدانه ها می گردد. با حذف بیشتر آب، ذرات پلیمری به هم آمیخته شده و یک غشاء یا لایه سه بعدی پیوسته را ایجاد می نماید. این غشاء، هیدرات های سیمان و سنگدانه ها را به یکدیگر چسبانده و پیوستگی بین سیمان اصلاح شده با پلیمر و زیرلایه فولادی یا بتنی موجود را بهبود می بخشد. همچنین مشخص شده است که هر گروه کربوکسیل یونیزه شده از طریق یون های کلسیم به ذرات سیمان چسبیده و همانگونه که در شکل 10-1 (C) مشخص شده است، «مهارهای شیمیایی» را تشکیل می دهد.

لاتکس در بتن

برای رسیدن به چنین ریزساختاری، مجموعه متضادی از شرایط عمل آوری مورد نیاز می باشد. هیدراسیون سیمان نیازمند آب می باشد تا محصولات ضروری هیدراسیون تولید شده و مقاومت فشاری ایجاد گردد. در مقابل، فاز پلیمری نیازمند آب زدایی است تا ذرات به هم آمیخته شده و یک لایه پیوسته شکل گیرد که این لایه برای بهبود مقاومت خمشی و طاقت ضروری می باشد. بنابراین، اغلب یک روند عمل آوری دو مرحله ای توصیه می شود که معمولا شامل 24 یا 48 ساعت عمل آوری «مرطوب» و به دنبال آن 28 روز عمل آوری «خشک» می باشد.
مبنای این مکانیزم براساس مقاله ای است که سال ها پیش ارائه گردیده است که در آن از طریق تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مشاهده گردید که یک لایه نازک پلیمری مشخص، روی ترک را پوشش داده بود.

پربازدیدترین مطالب ما را از دست ندهید!
انواع ملات های ساختمانی شامل چه مواردی است؟
چسب بتن چیست
بتن و اجزای آن

در عمل، مشخص نمودن ماهیت واقعی لایه های نازک پلیمری بسیار دشوار می باشد، هر چند که دستگاه های پیشرفته، مشاهدات محدوده وسیعی از سیستم های پلیمری در مقیاس میکروسکوپی را آسان نموده اند. آماده سازی نمونه بسیار مهم بوده و بررسی ها ممکن است از سطوح شکست با مقاطع عرضی، همراه با و یا بدون تیزاب کاری فازهای سیمانی صورت گیرد. در برخی نواحی، این لایه پلیمری ممکن است بسیار نازک بوده و به صورت یک شبکه غیرپیوسته یا به صورت الیافی در حالت به هم تابیده با محصولات هیدراسیون سیمان، وجود داشته باشد. در نواحی دیگر، پوشش این لایه بر روی حفرات و ریزترک ها واضح تر می باشد. لایه های شکل گرفته هنگامی که پلیمر به صورت پودر با قابلیت پخش مجدد اضافه شده و هنگامی که پلیمر به صورت شیرابه اضافه می گردد، مورد مقایسه قرار گرفته اند. مشخص شده است که حالت اول نسبت به حالت دوم دارای کیفیت پایین تری می باشد که این امر از توزیع غیر یکنواخت تر پلیمر در مخلوط و آمیختگی ضعیف ذرات پلیمری حین عمل آوری، ناشی می گردد.