بررسی عملکرد مقاومت و سایش و اصطکاک سطحی روسازی بتن غلتکی پلیمری حاوی رزین آکریلیک (رزین پایه آب)
علی اسدی مشیزی: دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران
محمد مهدی خبیری: دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران (نویسنده مسئول: mkhabiri@yazd.ac.ir)
چکیده
این مقاله به بررسی **بتن غلتکی پلیمری** و اثر رزین آکریلیک پایه آبی بعنوان یکی از مواد اولیه با سیمان آب و دیگر مواد در تهیه مخلوط بتنی میپردازد. رزین آکریلیک قابلیت ترکیب در هر نوع ملاتی را دارا بوده و با انواع رنگهای اکریلیک نیز سازگار است. همچنین در مقابل مواد شیمیایی و املاح و نمکها به شدت مقاوم است و اجازه رشد و تجمع میکروارگانیک ها را در سطح نمیدهد. این ماده اجازه تنفس سازه ای را فراهم و تنشهای منفی و مثبت آب را به راحتی تحمل مینماید و به عنوان ماده ای پرکاربرد در صنعت ایزولاسیون شناخته میشود. طبق خواص شیمیایی بیان شده نوآوری تحقیق حاضر بدست آوردن درصد بهینه از رزین آکریلیک در مخلوط بتنی خواهد بود. در این تحقیق ابتدا نمونه های بتنی با درصدهای وزنی (۵ و ۱۰ و ۱۵ درصد) رزین آکریلیک ساخته شده و تعداد نمونه های ساخته شده متناسب با تعداد آزمایشهای قابل انجام بر روی نمونه ها بوده است؛ به گونه ای که برای هر آزمایش ۳ نمونه ساخته شده است. پس از ساخت نمونه ها آزمایشهای مقاومت فشاری، خمشی، آزمایش جذب آب، آزمایش سایش و اصطکاک سطحی بر روی نمونه ها بصورت جداگانه انجام شده است. نتایج این تحقیق حاکی از آن است که استفاده از رزین آکریلیک بطور قابل ملاحظه ای میزان مقاومت خمشی و مقاومت سایشی نمونه های بتن روسازی بتن غلتکی را افزایش میدهد.
واژه های کلیدی: بتن غلتکی، رزین آکریلیک، مقاومت خمشی و فشاری، اصطکاک، مقاومت سایشی
۱- مقدمه
در مخلوط های بتنی رزین آکریلیک پایه آبی بعنوان یکی از مواد اولیه با سیمان آب و دیگر مواد افزودنی بکاربرده می شود. پیش بینی می شود که بتن چسبندگی و مقاومت زیادی در مقابل نفوذ آب و دیگر عوامل مهاجم دارد. همچنین از روش های متداول برای کاهش ویسکوزیته، تامین مقاومت آنی و نهایی مخلوط بتنی، جذب آب کمتر و پایداری در برابر عوامل محیطی استفاده از رزین آکریلیک در مخلوط بتنی می باشد. سطح بتن غلتکی پس از گیرش نیز بصورت پوسته پوسته شده تبدیل میشود که پیش بینی بر آن است که افزودن رزین آکریلیک بتواند این مشکل را نیز برطرف کند. پلیمرها منحصراً رزین های اپوکسی و پلی استر میتوانند به عنوان چسب در بتن تازه و همچنین در تعمیر و تقویت بتن سخت شده در بخش ساخت و ساز روسازی و راه استفاده شوند [Biswal, BadJena, and Pradhan, 2020].
قابلیت ترکیب در هر نوع ملاتی توسط رزین آکریلیک فراهم است و همراه با انواع رنگهای اکریلیک نیز قابل استفاده است. این ماده اجازه تنفس سازه ای را فراهم و فشارهای منفی و مثبت آب را به راحتی تحمل می نماید و به عنوان ماده ای همه کاره در صنعت ایزولاسیون شناخته میشود. مقاومت بالایی در برابر اشعه یو وی، مواد شوینده و گاز دی اکسید کربن داراست. رزین اکلریک ضد باکتری، خزه و جلبک است و اجازه تجمیع و نمو این مواد را در سطح نمی دهد [Fan, et al. 2022]. طبق خواص شیمیایی گفته شده از رزین اکریلیک نوآوری تحقیق حاضر بدست آوردن بهینه ترین درصد از رزین آکریلیک در مخلوط بتنی بوده است.
در مطالعات قبلی در رابطه با اثر بخشی پوششهای اپوکسی اصلاح شده توسط ذرات کربن نانو با ضایعات ماده سوخت نفت سنگین را در افزایش دوام بتن ارائه شد [Dorado, et. al.,2023]. که یک ماده ضایعاتی تولید شده از احتراق نفت کوره سنگین در نیروگاه ها برای تهیه ذرات کربن که با اپوکسی در درصدهای وزنی مختلف برای ایجاد پوشش کامپوزیت مخلوط میشود. داده های تجربی نشان داد که عملکرد پوشش کامپوزیت با ۱٪ نانوکربن با مقاومت در برابر نفوذ یونهای کلرید، حملات اسیدی و سولفات و برای افزایش استحکام پیوند دارای بهترین عملکرد است. نانوکربن یکنواخت توزیع شده به عنوان مانعی برای عبور رطوبت و گونه های مهاجم به سطح بتن عمل میکند و در نتیجه دوام بتن را افزایش میدهد [Basha, et al. 2021]. مخلوط آسفالت اپوکسی یک فناوری نسبتاً جدید برای استفاده به عنوان یک ماده روسازی در روسازیهای انعطاف پذیر است.
مطابق شکل ۱ ترکیبات مختلف اپوکسی رزینها کارهای تحقیقاتی مختلفی در مورد عملکرد آزمایشگاهی و میدانی آن انجام شده است. با این حال تحقیقات جامعی که عملکرد عملکردی و میدانی آن پوشش میدهد وجود ندارد. علاوه بر این، استفاده از رزین اپوکسی در ساختار روسازیها در تونلها و روی عرشه پل سودمند است. در نتیجه عملکرد بالاتر آن از توسعه روسازی با عملکرد بهتر برای کاربردهای مختلف پشتیبانی می کند [Jamshidi, White, Kurumisawa, 2023].
بتن رزینی اپوکسی نوعی از بتن پلیمری است که ویژگی های عالی مانند استحکام بالا، زمان عمل آوری کوتاه، دوام بهبود یافته و مقاومت در برابر یخ زدگی-ذوب را نشان می دهد. این موارد در خرید بتن آماده در تهران بسیار حیاتی هستند. در روسازی عرشه پل، تعمیر سریع روسازی، روسازی های رنگی و روسازی های با کاربرد خاص استفاده می شود [Huang, Chen, 2021]. بتن پلیمری می تواند به خوبی با ساختار اصلی روسازی پیوند بخورد و از یک سری خرابی های ناشی از اتصال بین لایه ای ناکافی جلوگیری کند [Chen, et.al., 2022].
این مقاله که در پژوهشنامه حمل و نقل (شماره ۷۷) منتشر شده، به بررسی این نوآوری میپردازد. بتن پلیمری از دوام خوبی برخوردار است و تحت انتخاب چسب خوب، پتانسیل پایداری در دمای بالا و مقاومت در برابر ترک در دمای پایین را بهتر از بتن آسفالتی دارد [Li, & Yu, 2022].
محققین رفتارهای تریبولوژیکی رزین اپوکسی تقویت شده توسط نیترید بور را بررسی کرده اند و گزارش کرده اند که ضریب اصطکاک و افت سایش کاهش یافته است [pan, et.al., 2014]. رفتارهای اصطکاک و تریبولوژی نانولوله های کربنی چند جداره و رزین اپوکسی اصلاح شده با نیترید بور توسط دیگر پژوهشگران مورد بررسی قرار گرفته است. آنها رزین اپوکسی را با سه پیکربندی نانوذرات مختلف به صورت اصلاح کردند. آنها نشان دادند که اصلاح ذرات نانو منجر به کاهش ضریب اصطکاک و کاهش سایش شده است [Duzcukoglu, et.al., 2015].
هدف از این تحقیق افزایش کارآیی مخلوط روسازی بتنی شامل افزایش ویسکوزیته، افزایش مقاومت فشاری و خمشی، افزایش مقاومت سایشی و اصطکاک سطحی و بررسی میزان پوسته شدن مخلوط پس از گیرش و در نتیجه کاهش ترک خوردگی در روسازی بتنی با تعیین درصد بهینه از رزین آکریلیک در مخلوط بتنی می باشد.
۲- مصالح و روشها
۱-۲- مصالح بکار رفته
مشخصات مکانیکی مصالح شن و ماسه مصرفی، شامل وزن مخصوص و درصد جذب آب سنگدانه ها برای در جدول ۱ آورده شده است. اندازه گیری میزان جذب آب سنگدانه برای تعیین میزات دقیق آب مصرفی در ساخت روسازی بتنی مورد استفاده قرار میگیرد. دانه بندی مصالح سنگی بکار رفته در شکل ۲ بر اساس استاندارد ASTM C136 مطابق با نشریه ۷۳۱ ارایه شده است.
رزین آکریلیک یک ماده پلیمری حاوی مونومرهای اکریلیک است. این مونومرها معمولاً استرهای اسیدهای اکریلیک، متاکریلیک یا مشتقات آنها هستند... (ادامه متن کامل)
در بتن از رزین آکریلیک به عنوان افزودنی استفاده میشود که با فناوری نانو تولید شده است... در این مطالعه از رزین آکریلیک تولیدی شرکت شورلول ایران استفاده شد... و مشخصات آن در جدول ۲ آورده شده است.
جدول ۱: مشخصات فیزیکی مصالح سنگی مصرفی مطابق با استاندارد نشریه ۷۳۱
جدول ۲: مشخصات فیزیکی رزین آکریلیک
۲-۲- طرح اختلاط و ساخت نمونه ها
در این تحقیق ابتدا با سعی و خطا طرح اختلاط های متفاوتی برای مخلوط روسازی بتنی با درصدهای مختلف رزین آکریلیک مورد بررسی قرار گرفت... در این پژوهش ۴ طرح اختلاط مورد بررسی قرار گرفته است... در تمامی طرحها نسبت آب به سیمان ثابت و به مقدار ۰/۵ می باشد. همچنین در همه ی طرح ها از سیمان با عیار ۳۶۰ کیلوگرم بر متر مکعب استفاده شده است... طرح اختلاط های این تحقیق در جدول ۳ ارائه شده است.
جدول ۳: طرح اختلاط بهینه برای مخلوطها برای یک متر مکعب
۲-۲- روش آزمایش
وقتی بتن غلتکی سخت شد در اصل ویژگی های بتن رایج را داراست. وقتی که به صورت درجا ریخته شده باشد، در هر حال جزء بتنهای معمولی شناخته میشود. ویژگی پلاستیکی و روانی نهایی بتن غلتکی در حالت خشک نشده با بتن معمولی از نظر خواص پلاستیک و روانی متفاوت است.
در این نوع بتن اسلامپ در حد صفر به طوری که بایست بتواند وزن چرخ غلتک را تحمل کند. روش اجراء بتن غلتکی مانند روسازی آسفالتی داغ است. در این نوع روسازی بتنی، ضخامت تابع بارگذاری و مشخصات مکانیکی و فیزیکی خاک و بتن است. ضخامت حداقل پس از تراکم در بتن غلتکی ۱۰ سانتی متر و حداکثر ضخامت آن برای اجراء هر لایه ۲۰ سانتی متر است.
در روند طراحی ضخامت روسازی بتن غلتکی به مقاومت خمشی، کنترل نسبت کنش خمشی به کنش خمشی بحرانی، خستگی ناشی از کنشهای خمشی برای روشهای استاندارد مطابق نشریه ۷۳۱ نیاز توجه شود. تعداد نمونه های ساخته شده متناسب با تعداد آزمایشها قابل انجام بر روی نمونه ها خواهد بود. به گونه ای که برای هر آزمایش ۳ نمونه ساخته خواهد شد.
پس از ساخت نمونه ها آزمایشهای مقاومت فشاری و خمشی (استاندارد ملی شماره ۳۹۳ تجدید نظر دوم) و آزمایش جذب آب (ASTM C642, ASTM C20) آزمایش سایش و اصطکاک سطحی بر روی نمونه ها بصورت جداگانه انجام خواهد شد.
در مطالعه حاضر بر اساس روش استاندارد اروپایی EN-134 مقاومت سایشی و با کمک دستگاه بوهم ساخت کمپانی Matest ایتالیا... بر روی نمونه های مکعبی بتنی با ابعاد ۱۰ سانتی متر انجام شد. ... برای اندازه گیری میزان مقاومت لغزندگی از آونگ اصطکاک انگلیسی طبق استاندارد ASTME 303 بر روی نمونه های مکعبی ۱۵ سانتی متری انجام میشد. ...
۳- نتایج و بحث
... شکل ۵ نتایج این آزمایشهای بتن همراه با فوق روان کننده را نشان می دهد. ... با توجه به نتایج ارتفاع اسلامپ در شکل ۵ مشهود است که در تمام طرح اختلاطها نمونه های حاوی رزین آکریلیک جایگزین آب قابلیت جریان پذیری بیشتری نسبت به نمونه شاهد دارند. ... در نتیجه کار با این روسازی بتنی راحت شده است.
نمودار میزان وزن مخصوص بتن روسازی های مختلف در شکل ۶ بیان گردیده است. ... تمامی نمونه های اصلاح شده با رزین آکریلیک دارای وزن مخصوص های کمتر از نمونه کنترل میباشند. ... در نتیجه با وزن مخصوص کمتر میتوان به مقاومت بالاتری نسبت به نمونه شاهد رسید. میزان کاهش برای نمونه های حاوی RA5%، RA10% و RA15% به ترتیب ۵، ۱۳ و ۲۵ درصد می باشد.
۱-۳- نتایج آزمایشهای روسازی بتنی سخت شده
... نتایج آزمایشها روسازی بتنی سخت در جدول ۴ ارائه گردیده است.
جدول ۴: نتایج آزمایشها روسازی بتنی سخت شده
بر اساس نتایج بدست آمده جایگزینی آب روسازی بتنی با رزین آکریلیک باعث افزایش مقاومت فشاری می گردد. میزان افزایش مقاومت فشاری برای نمونه های RA5%، RA10% و RA15% برای سنین مختلف در جدول ۵ ارائه شده است.
جدول ۵: درصد تغییرات مقاومت فشاری نمونه های اصلاح شده نسبت به نمونه شاهد
... مقاومت خمشی نمونه های روسازی بتنی از ویژگی های مهم آن محسوب میشود. ... مشاهده میگردد استفاده از رزین آکریلیک بطور قابل ملاحظه ای میزان مقاومت خمشی نمونه های روسازی بتنی را افزایش میدهد. بطوری که میزان افزایش مقاومت خمشی برای نمونه های RA5%، RA10% و RA15% به ترتیب برابر با ۳۵، ۵۸ و ۹۶ درصد میباشد. ...
۲-۳- نتایج آزمایش جذب آب
در نمودار شکل ۷ نتایج جذب آب اولیه و نهایی نمونه های روسازی بتنی ارائه شده است. ... افزایش میزان رزین با ایجاد تخلخل ناشی از تبخیر آب مازاد منجر به افزایش میزان جذب آب گردیده است. ...
۳-۳- نتایج آزمایش سایش
... در شکل ۸ نمودار تغییرات مقاومت سایشی برای مخلوطهای مختلف آورده شده است. با بررسی نتایج مشاهده میگردد که رزین آکریلیک مقاومت سایشی را به مقداری قابل قبولی افزایش داده است... چون وجود رزین بجای آب در روسازی بتنی، باعث بهبود چسبندگی در ریز ساختار خمیر سیمان و چسبندگی با سنگدانه ها می گردد. ... میزان افزایش مقاومت سایش نمونه های RA5%، RA10% و RA15% به ترتیب ۱۴، ۲۰ و ۲۲ درصد می باشد.
۳-۴- نتایج آزمایش سایش سطحی (اصطکاک)
در شکل ۹ نتایج اصطکاک استاتیکی نمونه های بتن مرجع... و نمونه های حاوی رزین آکریلیک... ارائه شده است. ... افزایش رزین آکریلیک به بتن غلتکی میزان اصطکاک افزایش می یابد و با افزایش این مقدار مقاومت لغزندگی نیز اضافه می شود. طبق توصیه نامه های ایمنی و استانداردهای بین المللی عدد آونگ انگلیسی به طور متوسط در جاده ها از ۵۴ نیاز است بیشتر باشد که به راحتی با این روسازی یعنی رویه **بتن غلتکی پلیمری** حاوی رزین آکریلیک این مقدار استاندارد قابل دستیابی است...
۴- نتیجه گیری
هدف از انجام این مطالعه بررسی تأثیر جایگزینی آب با رزین آکریلیک پایه آبی در بهبود خصوصیات مکانیکی و روسازی **بتن غلتکی پلیمری** میباشد. نمونه های روسازی بتنی تازه طرح اختلاط های ساخته شده ابتدا تحت آزمایش اسلامپ و وزن مخصوص قرار گرفت و سپس آزمایش ها مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، جذب آب و مقاومت سایشی انجام شد. بر اساس نتایج بدست آمده موارد زیر قابل استنتاج می باشد:
- در تمام طرح اختلاطها نمونه های حاوی رزین آکریلیک جایگزین آب قابلیت جریان پذیری بیشتری نسبت به نمونه شاهد دارند. ... در نتیجه کار با این روسازی بتنی راحت شده است.
- تمامی نمونه های اصلاح شده با رزین آکریلیک دارای وزن مخصوصهای کمتر از نمونه کنترل میباشند. ... میزان کاهش برای نمونه های حاوی RA5%، RA10% و RA15% به ترتیب ۵، ۱۳ و ۲۵ درصد می باشد.
- استفاده از رزین آکریلیک بطور قابل ملاحظه ای میزان مقاومت خمشی نمونه های بتن روسازی را افزایش میدهد. بطوری که میزان افزایش مقاومت خمشی برای نمونه های RA5%، RA10% و RA15% به ترتیب برابر با ۳۵، ۵۸ و ۹۶ درصد می باشد.
- بیشترین مقدار جذب آب مربوط به طرح (RA15%) ... و کمترین میزان جذب آب نیز به طرح نمونه شاهد... است.
- رزین آکریلیک مقاومت سایشی را به مقداری قابل قبولی افزایش داده است. میزان افزایش مقاومت سایش نمونه های RA5%، RA10% و RA15% به ترتیب ۱۴، ۲۰ و ۲۲ درصد می باشد.
- نتایج مقاومت اصطکاکی نشان داد که با رزین آکریلیک میزان اصطکاک **بتن غلتکی پلیمری** را افزایش میدهد و میتوان از آن به منظور بهبود اصطکاک رویه های خیس و شیبدار استفاده کرد.
مشاوره تخصصی بتن غلتکی پلیمری در شرق تهران
همانطور که این مقاله علمی نشان میدهد، استفاده از افزودنی‌های پلیمری مانند رزین آکریلیک می‌تواند خواص بتن غلتکی را به طور چشمگیری بهبود بخشد. این دانش فنی، تفاوت میان یک روسازی معمولی و یک روسازی بادوام، مقاوم در برابر سایش و ایمن (ضد لغزش) را رقم می‌زند.
در هلدینگ آزمابتن، ما تخصص ویژه‌ای در تولید بتنهای مهندسی پیشرفته، از جمله **بتن غلتکی پلیمری**، برای پروژه‌های عمرانی در **شرق تهران** داریم. اگر پروژه شما به بتنی با خواص مکانیکی برتر و دوام بالا نیاز دارد، با ما تماس بگیرید.
همچنین می‌توانید برای اطلاع از قیمت بتن استاندارد و یا خدمات بتن آماده در مشهد از صفحات ما بازدید فرمایید.
۶- مراجع
- Basha, S. I., Kumar, A. M., Maslehuddin, M., Ahmad, S., Rahman, M. M., Shameem, M., & Aziz, M. A. (2021). ... Journal of Cleaner Production, 319, 128735.
- Biswal, T., BadJena, S. K., & Pradhan, D. (2020). ... Materials Today: Proceedings, 30, 305-315.
- Chen, Z., Xu, W., Zhao, J., An, L., Wang, F., Du, Z., & Chen, Q. (2022). ... Buildings, 12(4), 477.
- (و سایر مراجع ذکر شده در انتهای مقاله...)
Evaluation of Strength, Abrasion and Skid Performance of Polymer Roller Concrete...
Ali Asadi Mashizi, M.Sc., Grad., ...
Mohammad Mehdi Khabiri, Associated Professor, ...
ABSTRACT
Water-based acrylic resin is used as one of the raw materials with cement, water, and other materials... The results of this research indicate that the use of acrylic resin significantly increases the Flexural strength and abrasion resistance of roller concrete pavement samples.
Keywords: Roller Concrete Pavement, Acrylic Resin, Compressive and Flexural Strength, Skid, Abrasion Resistance
بدون دیدگاه