آشنايي با فوق روان کننده ها (Superplasticizers) و رزين مخصوص توليد سنگ مصنوعي و موزاييك پليمري

 آشنايي با فوق روان کننده ها (Superplasticizers) و رزين مخصوص توليد سنگ مصنوعي و موزاييك پليمري



1- مقدمه

بتن از بيش از شش هزار سال قبل وجود داشته و از آن استفاده می‌شده است. آشوريان و بابليان جزء اولين افرادی بودند که از ترکيب گٍل و آهک در سازه‌های خود استفاده کردند. در سال 1824 سيمان پرتلند Portland Cement (PC)) توسط Joseph Aspdin در سطح آزمايشگاهی توليد شد. از آن زمان تا کنون استفاده از بتن در انواع سازه‌ها کاربرد و پيشرفت وسيعی داشته است.

دست يافتن به بتن با ويژگی‌های کششی عالی و کارايی بهينه (High Performance Concrete) از مهم ترين موضوعات مورد بررسی در صنايع شيمی ساختمان بوده است. امروزه کاربرد فوق‌روان کننده‌ها (Superplasticizers) بسيار رايج شده است. اين مواد جزء مواد افزودنی کاهش‌دهنده ميزان آب مصرفی در بتن بوده و برای اولين بار در سال 1960 در ژاپن و آلمان استفاده شدند.

در اين مقاله انواع فوق‌روان کننده‌ها، نحوه عملکرد آن‌ها و نيز تأثير آنها بر ويژگيهای بتن شرح داده شده است.

2- دلايل کاربرد فوق روان کنندهها

جهت دستيابی به بتن با دوام و پايداری زياد، عوامل مختلفی تأثيرگذار خواهند بود.  بايد توجه شود که دوام بتن (کيفيت بتن) نه تنها وابسته به استحکام فشاری و کششی آن است بلکه تا حد زيادی به تخلخل موجود در آن بستگی دارد. تخلخل موجود در بتن نيز به شدت تحت تأثير نسبت آب به سيمان (w/c) و روشهای عمل آوري بتن است.

در سال 1964 تحقيقاتی جهت تعيين رابطه بين تخلخل و نسبت آب به سيمان و درجه هيدراسيون سيمان انجام شد و مشخص گرديد ، با کاهش نسبت آب به سيمان و نيز افزايش درجه هيدراسيون سيمان، ميزان تخلخل موجود در خمير سخت شده سيمان کاهش می‌يابد. تخلخل کمتر به معنای تراکم بيشتر بتن و نفوذپذيری کمتر آن در برابر عوامل مخرب جوی نظير دی‌اکسيدکربن، يونهای کلر، سولفات آهن و غيره و در نتيجه تخريب ديرتر بتن خواهد بود.

ميزان تخلخل و نسبت w/c همچنين به شدت روی استحکام کششی و فشاری بتن تأثيرگذار خواهند بود. بنابراين جهت افزايش استحکامهای بتن و کاهش تخلخل (نفوذپذيری) بتن به منظور افزايش دوام و عمر مفيد آن، بايد تا حد امکان نسبت w/c کم باشد. عليرغم اينکه اکثر اختلاطهای بتنی در ابتدا به نظر دارای ويژگيهای مطلوب هستند اما در اکثر موارد بتن سخت شده نهايی به ويژه در آب وهوای گرم مناسب نيست. علت اين موضوع، روش‌های نامناسب عمل آوري و نيز به ويژه افت اسلامپ (slump) بتن است، يعنی کارايی يا جريان‌پذيری بتن در اغلب موارد مناسب نبوده و در نتيجه به راحتی و درستی عمل آوري نمی‌شود. يا اينکه بتن حين حمل سخت شده و با افزودن آب جهت بازيافت نيز ويژگيهای مطلوب را به دست نخواهد آورد. بنابراين عامل بسيار موثر ديگر بر ويژگیهای بتن به ويژه دوام آن، ميزان توانايی آن در حفظ اسلامپ خواهد بود. بنابراين بتنی مطلوب خواهد بود که با وجود نسبت کم w/c، توانايی لازم در حفظ اسلامپ را داشته باشد.

از ديد تکنولوژی بتن، اگر نسبت w/c برابر 25/0 باشد برای هيدراسيون سيمان کافی خواهد بود اما در عمل اين بتنها کارايی لازم را نداشته و در صورت عدم کاربرد افزودنی، نسبتهای 5/0 تا 7/0 برای دستيابی به کارايی لازم مناسب است. ولی بسته به ميزان و ابعاد ذرات پرکن و شن و ماسه، باز هم در بسياری از موارد کارايی و جريان‌پذيری مطلوب حاصل نمی‌شود. علاوه بر اين کاربرد بيش از حد آب نيز منجر به جدا شدن آب از ذرات پرکن و سيمان خواهد شد. بنابراين دستيابی به بتن مطلوب بدون کاربرد مواد افزودنی تقريباً غيرممکن است. يکی از مرسوم‌ترين روشها در کاهش ميزان آب و افزايش کارايی بتن، استفاده از افزودنی‌های کاهنده ميزان آب است.

2-1- انواع ساختارهای فوق روانکننده

ساختارهای مرسوم فوق‌ روان کننده‌ها به چهار دسته کلی تقسيم بندی می شوند:

- سولفونات‌های لينين اصلاح شده (MLS)

- ملامين سولفونه تغليظ شده (SMF)

- نفتالين سولفونه تغليظ شده (SNF)

- مشتقات پلی‌کربوکسيلات برای مثال اتر پلی‌کربوکسيلاتها (CE)  - رزين مخصوص توليد سنگ مصنوعي درنيكا

سازوکار عملکرد فوق روان کننده‌ها

فوق روان کننده‌های بر پايه SNF و SMF در خمير سيمانی از طريق جذب بر سطح ذرات سيمان و ايجاد بار منفی روی آنها ، بين ذرات ممانعت فضايی ايجاد کرده و مانع از چسبيدن آنها به يکديگر می‌شوند.

اما فوق روان کننده‌های بر پايه مشتقات پلی کربوکسيلات از طريق دو سازوکار ، ايجاد ممانعت فضايی و نيز الکترواستاتيک، عمل می‌کنند. در واقع توسط بار منفی گروههای کربوکسيليک موجب ممانعت الکترواستاتيک بين ذرات سيمان شده و از طريق زنجيرهای بلند بسپاری موجب ممانعت فضايی بين ذرات سيمان می‌شود. شايان ذکر است ميزان ممانعت الکترواستاتيک حاصل توسط فوق روان‌کننده‌های CE نصف مقدار حاصل توسط فوق روان کننده‌های SNF است.