همه آنچه که درباره پلی کربوکسیلات باید بدانید

پلی کربوکسیلات چیست

پلی کربوکسیلاتها نسل سوم از روان کننده های بتن هستند که به عنوان یک فوق روان کننده در بتن به کار میروند. مهمترین تفاوت این روان کننده با روان کننده کاهنده آب مقدار کاهش آبی است که استفاده از این افزودنی ممکن می سازد.

محاسن پلی کربوکسیلات

 پلی کربوکسیلات  قادر است  مقدار آب اختلاط را درصد و برخی حتی بیش از 30 درصد کاهش دهد . مهمترین کاربردهای این افزودنی ها در تولید بتن های با کارایی معمولی و نسبت آب به سیمان کم ( حتی کمتر از 3/0 ) ، تولید بتن های روان و خودتراکم در نسبت آب به سیمان است . 

کاربرد پلی کربوکسیلات

از مهمترین موارد مصرف این افزودنی ها در ساخت قطعات پیش ساخته و بتن پیش تنیده بوده و در بتن ریزی قطعات با عمق زیاد بسیار سودمند می باشند .همچنین به دلیل افزایش پمپ پذیری تا طبقات بسیار زیاد کاربرد دارد.

تفاوت کربوکسیلات با روان کننده های دیگر

از مشکلات روان کننده ها در گذشته افت اسلامپ زیاد بتن های حاوی این ترکیبات بود . با معرفی ترکیبات با پایه پلی کربوکسیلات این مشکل برطرف شده و امکان اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده به مخلوط بتنی در محل تولید بتن به وجود آمده است . در گذشته به دلیل افت اسلامپ شدید, روان کننده ها در پای کار و پیش از بتن ریزی به مخلوط بتن افزوده می شد .

روش استفاده کربوکسیلات

 استفاده از افزودنی فوق روان کننده پلی کربوکسیلات در بتن هایی که طرح اختلاط مناسبی ندارند می تواند موجب بروز آب انداختگی گردد . هم چنین استفاده بیش از اندازه از این افزودنی  آب انداختگی بتن را به همراه خواهد داشت . با وجود اینکه استفاده از این افزودنی  موجب افزایش ضریب فاصله در سیستم توزیع حفرات بتن می شود ، مقاومت در برابر پدیده ذوب و یخ را افزایش می دهد . در صورت مشاهده افت اسلامپ و از دست رفتن کارایی بتن ، می توان با استفاده از این افزودنی ها کارایی را بازیابی کرده و بدون اضافه کردن آب اضافه ، روانی بتن را مجددا تامین نمود . با توجه به اینکه معمولا نسبت آب به سیمان بتن های حاوی این افزودنی کمتر از بتن های معمولی است ، خواص سخت شده چنین بتن های بهبود می یابد .

نوع و میزان مصرف کربوکسیلات

میزان مصرف این مایع روان کننده 8/0 تا 3/0 درصد وزن سیمان مصرفی میباشد.

بتن مسلح به الیاف نارگیل

نارگیل میوه ای است که از درخت نخل نارگیل به دست می آید. کشت درختان میوه دار نارگیل محدود به نواحی گرمسیری آفریقا، آسیا و آمریکای مرکزی می شود. و شش بیرونی یک میوه رسیده نارگیل که غلاف نامیده می شود از یک پوسته سخت مقدار زیادی الیاف مدفون شده در یک ماده نرم تشکیل شده است. الیاف مدفون شده که از هم پاشیدن مصالح نرم اطراف الیاف استخراج می شوند. فرایند استخراج الیاف نارگیل از غلاف نارگیل خیساندن نامیده می شود.

الیاف نارگیل تحت شرایط آب و هوایی طبیعی بسیار دوام هستند. با این حال مدول الاستیسیته پایین و حساسیت نسبت به تغییر رطوبت باعث می شود که تاثیر گذاری آنها به عنوان تقویت کننده بتن زیر سوال برود.

 

ساخت بتن مسلح به الیاف نارگیل

معمولاً الیاف نارگیل همزمان با سایر تشکیل دهنده های بتن مخلوط می شوند. نتایج مطلوب وقتی به دست می آید که الیاف نارگیل در شرایط اشباع با سطح خشک با سیمان مخلوط شده و سپس به این مخلوط مقدار مناسبی آب اضافه شود.

با به کارگیری این روش، می توان الیاف نارگیل با طول 1 تا 2.5 اینچ (25 تا 64 میلیمتر(را به طور اثربخشی با درصد حجمی 2.5 تا 15 درصد با ماتریس سیمانی مخلوط نمود. همچنین روشن شده است که می توان با به کارگیری فشار ( تراکم ) یکنواخت بتن ریزی در محدوده 145 تا290psi (1 تا 2mpa ) به کاهش هایی در جذب آب و نفوذپذیری دست یافت.

خصوصیات بتن مسلح به الیاف نارگیل

خصوصیات مصالحی ترکیبات مسلح به نارگیل توسط کوک، پاما و ویراسینگ بررسی شده است. هدف اصلی مطالعات آنها، بهینه ساختن چندین عامل ساخت از قبیل طول الیاف، حجم الیاف و فشار بتن ریزی بود به طوری که ترکیبات حاصله هم به شکل موثری تقویت شود و هم اقتصادی باشد. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، حجم الیاف و فشار بتن ریزی هر دو تاثیر عمده ای بر روی مدول گسیختگی (MOR) ترکیبات مسلح به الیاف نارگیل دارند. الیته در این شکل مشاهده می شود که سرعت افزایش MOR در فشار بتن ریزی بیش از 240psi (1.6Mpa) کاهش می یابد.

شکل 1 منحنی های مدول گسیختگی- فشار بتن ریزی برای ترکیبات مسلح به الیاف نارگیل

در پایان نتیجه گیری شد که فشارهای بتن ریزی بیش از psi240 منجر به صدمه زدن یا از بین بردن پوشش کپسول مانند الیاف می شود که توسط ماتریس سیمانی ایجاد می گردد. برپایه یافته های آنها، کوک و همکاران نتیجه گیری کردند که ترکیبی که با الیافی به طول 1.5 اینچ (38 میلیمتر ) درصد حجمی %7.5 درصد و فشار بتن ریزی psi240 ساخته می شود، ترکیب بهینه ای خواهد بود. طول بهینه الیاف یعنی 1.5 اینچ در طی آزمایش های بیرون کشیدگی الیاف که نشان دهنده مقاومت پیوستگی بین الیاف و ماتریس است، تعیین شد. میزان درصد بهینه حجمی یا 7.5 درصد مقداری بود که با آن الیاف نارگیلی از دیدگاه عملکرد و هزینه، بیشترین تاثیر را داشتند.

جهت مطالعه مقاله بتن مسلح به الیاف نارگیل به صورت کامل می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید 

بتن مسلح به الیاف سیزال

الیاف سیزال از برگ های Agave Sisalana استخراج می شود. این الیاف از حدود یکصد سلول رشته ای منفرد در مقطع عرضی به همراه همی سلولز، لیگنین و پکتین تشکیل شده است. الیاف سیزال در مقایسه با اغلب انواع الیاف طبیعی نسبتاً مقاوم تر هستند. البته این الیاف همانند بسیاری از دیگر الیاف طبیعی وقتی به عنوان تقویت کننده در بتن به کار می رود، با مشکلات جدی دوام مواجه است.

ساخت بتن مسلح به الیاف سیزال

اطلاعات موجود نشان می دهد که می توان الیاف سیزال را مستقیماً در حین اختلاط به بتن افزود و یا بعد از بتن ریزی در بتن قرار داد. در موقع اضافه کردن الیاف سیزال در طی اختلاط بتن، الیاف تمایل به گلوله ای شدن دارند. زمان گیرش به طور قابل توجهی تحت تاثیر وجود الیاف سیزال قرار دارد که احتمالاً ناشی از اثر کندگیر کنندگی ناخالصی های آلی شسته شده از الیاف می باشد.

 

خصوصیات بتن مسلح به الیاف سیزال

تحقیق انجام شده توسط گرام، نشان داده است که ترکیبات مسلح به الیاف سیزال را می توان با مقاومت های خمشی بیشتر از مقاومت ترک خوردگی ماتریس سیمان تولید کرد. همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است، ترکیبات تقویت شده با %2 حجمی از الیاف سیزال (که به طور دستی قرار داده شده و هم راستا شده اند) و در معرض هیچ یک از چرخه های آب و هوایی شبیه سازی شده قرار نگرفته اند، از مقاومت خمشی و انعطاف پذیری بالایی برخوردار بودند. البته ترکیبات همسانی که در معرض چندین چرخه آب و هوایی شبیه سازی شده متفاوت (چرخه های تر و خشک شدن) قرار گرفتند، دچار افت اساسی در مقاومت و انعطاف پذیری شدند. مشکل پایایی دراز مدت بتن های مسلح به الیاف سیزال در شکل 1 مشاهده 
می شود.

مطابق فرضیه گرام، این مشکل دوام به دلیل تجزیه شیمیایی الیاف سیزال در محیط قلیایی ماتریس سیمان ایجاد شده است.

گرام، در تحقیقات بعدی خود کشف کرد که با غشتن الیاف سیزال به عوامل حفاظت کننده شیمیایی 
می توان تجزیه الیاف را به تاخیر انداخت. چندین عامل شیمیایی مختلف آزمایش شدند و البته نتیجه گیری شد که این عوامل نمی توانند به طور دائم از تجزیه الیاف جلوگیری کنند.

گرام، نهایتاً کشف کرد که می توان مشکل تجزیه الیاف را با جایگزینی حدود %45 از سیمان با سیلیکافیوم فوق العاده ریز متوقف نمود. سیلیکافیوم فعال، میزان قلیای ماتریس سیمان را تا اندازه ای که بر روی الیاف سیزال بی تاثیر باشد، کاهش می دهد و بنابراین پایایی دراز مدت ترکیبات مسلح به الیاف سیزال بهبود 
می یابد.

شکل1منحنی های تنش خمشی- کرنش ترکیبات مسلح به الیاف سیزال درچرخه های مختلف آب وهوایی

ساخت بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن

کاربرد الیاف پلی پروپیلن از ترک خوردگی و جمع شدگی بتن بخصوص در سنین اولیه آن جلوگیری می‌کند. تولید بتنی شکل پذیر با الیاف پلی پروپیلن در بتن الیافی دارای شکل پذیری بسیار زیادی می‌باشد و هرگز خرد نمی‌شود. الیاف پلی پروپیلن آب گریز است و درصد جذب آب آن صفر می‌باشد؛ بنابراین هرگز نباید از افزودن آب اضافی جهت افزایش روانی بتن استفاده کرد.

تنها روش شناخته شده برای تولید بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن، افزودن الیاف در طی عمل اختلاط بتن می باشد. گزارش شده است که الیاف پلی اتیلن تا درصدهای حجمی %4 با روش های معمول مخلوط کردن به راحتی در بتن توزیع می شوند.

خصوصیات بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن

کوبایاشی و چو به منظور تعیین رفتار خمشی نمونه های مسلح به الیاف قطعه قطعه شده پلی اتیلن چندین آزمایش انجام داده اند. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن تقریباً تا وقوع اولین ترک رفتار کاملاً الاستیک دارند. بعد از وقوع اولین ترک، ظرفیت تحمل بار ترکیب فوراً افت می کند که حاکی از انتقال نیروهای کششی به الیاف می باشد. پس از اینکه نیروهای کششی به الیاف منتقل شدند، ظرفیت تحمل بار ترکیب مجدداً تا لحظه شکست الیاف تا یک مقدار حداکثر افزایش می یابد.

همچنین در شکل 1 دیده می شود که ظرفیت تحمل بار ترکیب با افزایش درصد حجمی الیاف افزایش می یابد و در درصدهای حجمی بالاتر ممکن است ترک خوردگی ها در ترکیب چند شاخه شوند. به نظر می رسد که به منظور بالاتر بردن ظرفیت تحمل بار از مقاومت ترک خوردگی ماتریس، درصد حجمی بیشتر از %3 از الیاف لازم است. با این حال افزایش درصد حجمی الیاف منجر به کاهش اندکی در مقاومت ترک خوردگی ماتریس می شود.

شکل 1 نمودارهای شاخص بار- خیز خمشی بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن و مقادیر مختلف محتوای الیاف

بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن

الیاف پلی اتیلن اولین بار توسط شرکت ژاپنی صنایع پتروشیمی میتسویی به عنوان مصالح تقویت کننده بتن به کار گرفته شد. به دلیل نتایج امیدوار کننده حاصل از مخلوط کردن انواع الیاف پلیمری از قبیل پلی پروپیلن و نایلون در بتن، استفاده از الیاف پلی اتیلن برای این منظور گسترش یافته است. ظاهراً الیاف پلی اتیلن تولید شده توسط شرکت ژاپنی صنایع پتروشیمی مستسویی، تنها الیاف تقویت کننده بتن از این نوع بود که در زمان انجام این مطالعات تولید شد. به همین دلیل مبحث بعدی از خصوصیات ترکیبات ملات سیمان حاوی الیاف به این نوع خاص از الیاف محدود خواهد شد.

 الیاف پلی اتیلن

پلی اتیلن همانند پلی پروپیلن یک پلیمر هیدروکربنی ساخت دست بشر است. الیاف پلی اتیلن شرکت ژاپنی صنایع پتروشیمی میتسویی که بنفیکس نامیده شد، برای استفاده در بتن تولید گردید. این الیاف تک رشته های پلی اتیلن قطعه قطعه شده با چگالی بالا هستند که توسط تغییر شکل زگیل مانندی در طول محور الیاف مشخص می شوند. این تغییر شکل های زگیل مانند اختصاصاً برای بهبود خصوصیات مکانیکی پیوستگی فصل مشترک مصالح است که در غیر این صورت، پیوستگی شیمیایی ضعیفی با ملات سیمانی دارند. این الیاف عموماً 1.6 اینچ (40 میلیمتر ) طول و 0.04 اینچ (1 میلیمتر) قطر دارند (با فرض مقطع عرضی دایره ای).خصوصیات عمومی الیاف بنفیکس در جدول 1 نشان داده شده است.

سایر اشکال الیاف پلی اتیلن با خصوصیات مکانیکی بسیار بهتر از نسبت به الیاف بنفیکس تولید شده است. برای مثال الیاف به شکل تک رشته های قطعه قطعه شده یا الیاف به هم بافته متصل به هم، مقاومت و مدول الاستیسیته بالایی) طیف 900 و طیف 1000) ایجاد کرده اند. این الیاف مقاومتی کششی ای 13 تا 15 بار بزرگتر از الیاف بنفیکس دارند. مدول های الاستیسیته برای این الیاف 24 تا 35 بار از الیاف بنفیکس بزرگتر است. البته تاثیرات این الیاف به عنوان تقویت کننده های بتن در این دوره از مطالعات مشخص نشده است.

جدول 5-3- ویژگی های شاخص الیاف پلی اتیلن

الیاف	وزنمخصوص	مقاومت کششی،ksi	مدول یانگ،ksi
پلی اتیلن	0.96	29	725

                                                                                        معادل متریک : 1psi=6.895KPa