چکیده:

در این مطالعه اثر برخی از پارامترهای مؤثر بر مقاومت های بتن پلیمری بر پایه رزین اپوکسی شامل سخت کننده، فیلر و حلال مورد بررسی قرار گرفته است. خاکستر پوسته برنج و خاکستر ساقه جارو به عنوان فیلر و مخلوط استون- تولوئن با نسبت 50-50% به عنوان حلال در ساخت نمونه ها بکار رفته است. بر طبق نتایج آزمایش ها، افزودن مقادیر مناسبی از فیلر موجب بهبود مقاومت های فشاری، خمشی و شیمیایی بتن پلیمری می شود. در نمونه های حاوی 4/18 درصد پلیمر، افزودن خاکستر پوسته برنج با نسبت فیلر- مصالح 075/0 موجب افزایش 21 درصدی در مقاومت فشاری می گردد. نمونه های حاوی خاکستر ساقه جارو، با نسبت فیلر- مصالح 09/0 و 4/18 درصد پلیمر، 27 درصد بهبود  در مقاومت خمشی را نسبت به نمونه فاقد فیلر نشان داده اند. نتایج آزمایشات بر روی حلال نشان می دهد که افزودن مقادیر بهینه ای از حلال موجب بهبود کارایی و افزایش مقاومت های فشاری و خمشی بتن می شود اما استفاده از مقادیر زیاد حلال به دلیل امکان کاهش در چسبندگی پلیمر ممکن است اثر منفی بر بتن پلیمری داشته باشد. همچنین تغییر نوع سخت کننده و نسبت اختلاط سخت کننده- رزین موجب تغییر در خواص مقاومتی بتن پلیمری شده است. سخت کننده آمینی با وزن اکی والان پایین تر موجب 27 و 13 درصد بهبود در مقاومت های فشاری و خمشی و نیز افزایش مدول الاستسیته نمونه ها نسبت به نمونه های حاوی سخت کننده آمینی با وزن اکی والان بالاتر گردیده است.

واژه های کلیدی: بتن پلیمری، رزین اپوکسی، فیلر، حلال، سخت کننده

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                              صفحه

فصل اول- مقدمه                                                              

1-1 اهداف تحقیق                                          4

1-2 ساختار پایان نامه                                                                                                                                               5                                         

فصل دوم- ادبیات موضوع و مروری بر مطالعات انجام شده

 2-1 بتن سیمانی                                                                                                                                                      6 

2-1-1 خصوصیات بتن سیمانی                                                                                                                          7         

2-2 آشنایی با پلیمر و تاریخچه کاربرد در بتن                                                                                                          10                                              

 2-2-1 تعریف پلیمر                                   10

 2-2-2 تاریخچه کاربرد پلیمر                           15

2-3 بتن های حاوی پلیمر                                 16

  2-3-1 بتن پلیمر تزریقی                              16

  2-3-2 بتن پلیمر- سیمان                              18

 2-3-2-1 خواص مکانیکی بتن پلیمر- سیمان              21

2-3-3 بتن پلیمری                                                                                                                                            27         

2-3-3-1 رزین پلی استر                               28

2-3-3-2 رزین اپوکسی                                 30

2-3-3-3  رزین پلی متا کریلات                                                                                                                 34                                    

2-3-3-4 سخت کننده ها                                34

2-3-3-4-1 تعیین نسبت استوکیومتری (برای رزین اپوکسی) 35

2-3-3-5 دلایل استفاده از اپوکسی                      35

2-3-3-6 سنگدانه                                     36

2-3-3-7 فیلر (پرکننده)                              37

  2-3-3-8 نظریه تشکیل ساختمان در بتن پلیمری          37

  2-3-3-9 خواص مکانیکی و شیمیایی بتن پلیمری          38

   2-3-3-9-1 مقاومت فشاری و خمشی                   38

    2-3-3-9-2 تأثیر دما بر بتن پلیمری              39

    2-3-3-9-3 مقاومت در برابر پدیده یخ- ذوب                                                                                  41                      

    2-3-3-9-4 مدول الاستسیته                                                                                                             42                         

    2-3-3-9-5 مقاومت بتن پلیمری در تماس سطحی با اجسام سخت                                                                          43

    2-3-3-9-6 میرایی نوسانی                         43

    2-3-3-9-7 مقاومت در برابر محیط های مهاجم         45

   2-3-3- 9-8 استفاده از منومر های فلزی در بتن پلیمری   47

   2-3-3-9-9 راه حلی برای کاهش هزینه                49

   2-3-3-10 فرموله کردن مخلوط های بتن پلیمری          51

   2-3-3- 11 جنبه های اقتصادی                         53

  2-4 طرز تهیه و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاکستر پوسته برنج    56

  2-5 حلال ها                                             58

فصل سوم- روش تحقیق، لوازم و مواد

  3-1 مواد مصرفی                                       60

  3-1-1 رزین و سخت کننده                             60

  3-1-2 حلال                                          62

  3-1-3 مصالح سنگی                                   62

  3-1-4 فیلر                                         64

   3-1-4-1 خاکستر پوسته برنج                        64

   3-1-4-2 خاکستر ساقه جارو                         65

 3-2 طریقه ساخت نمونه ها                                66

 3-3 روش انجام آزمایش ها                                67

3-3-1 آزمایش سطح مخصوص                               67

3-3-2 آزمایش دانسیته ظاهری                           68

3-3-4 آزمایش چگالی ظاهری                              68

3-3-4 مدول الاستسیته                                      69

3-3-5 آزمایش استحکام فشاری                            70

3-3-6 آزمایش استحکام خمشی تک نقطه ای                   71

3-3-7 آزمایش مقاومت شیمیایی                           71   

فصل چهارم- بحث و نتایج

 4-1 آشنایی اولیه با شرایط و چگونگی اختلاط و تأثیر دانه بندی مصالح                                                   73                 

 4-2 بررسی اثر نسبت اختلاط رزین- هاردنر بر مقاومت بتن پلیمری                                                           74

 4-3 تأثیر نوع سخت کننده بر خواص بتن پلیمری                                      77 

 4-4 بررسی اثر فیلر                                     79

 4-5 بررسی اثر حلال                                      88

فصل پنجم- نتیجه گیری و پیشنهادات         

5-1 نتیجه گیری                                                      92

5-2 پیشنهادات                                                                94

مراجع                                                     96

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                                               صفحه

شکل (2-1)  پس از اختلاط                                    18

شکل (2-2) مرحله تشکیل ژل سیمان                             18

شکل(2-3) تشکیل فیلم پلیمری                                19

شکل (2-4) تشکیل ماتریکس پلیمر- سیمان                       19

شکل (2-5) مثالی از فرآیند تشکیل رزین پلی استر غیر اشباع     29

شکل (2-6) مخلوط پلی استر(a)،  استایرن (b) و سخت کننده یاآغازگر (c) قبل (1) و بعد از سخت شدن (2)                                       30

شکل (2-7) فرآیند تشکیل رزین DGEBA                          31

شکل (4-1) مقاومت فشاری نمونه ها با نسبت اختلاط سخت کننده- رزین مختلف   76

شکل (4-2) مقاومت خمشی نمونه ها با نسبت اختلاط سخت کننده- رزین مختلف    76

شکل(4-3) مقاومت فشاری بتن پلیمری با دو نوع سخت کننده مختلف  77

شکل (4-4) مقاومت خمشی بتن پلیمری با دو نوع سخت کننده مختلف  77

شکل (4- 5) وزن مخصوص بتن پلیمری حاوی خاکستر پوسته برنج      81

شکل(4- 6) وزن مخصوص بتن پلیمری حاوی خاکستر ساقه جارو        81

شکل (4-7) مقاومت فشاری نمونه های حاوی خاکستر پوسته برنج     82

شکل (4-8) مقاومت فشاری نمونه های حاوی خاکستر ساقه جارو      83

شکل (4-9) مقاومت خمشی نمونه های حاوی خاکستر پوسته برنج      84

شکل (4-10) مقاومت خمشی نمونه های حاوی خاکستر ساقه جارو      85

شکل (4-11) اثر حلال بر وزن مخصوص بتن پلیمری                  89

شکل (4-12) اثر حلال بر مقاومت فشاری بتن پلیمری               90

شکل 4- 13) اثر حلال بر مقاومت خمشی بتن پلیمری                91

فهرست جدول ها

عنوان                                                                                                                                             صفحه

جدول(2-1) مقاومت خمشی بتن در محیط خورنده                                                                                                       10               

جدول (2-2) خصوصیات مقاومتی بتن با درصد پلیمر مختلف        23

جدول (2-3) مدول الاستسیته و نسبت پواسون بتن پلیمر- سیمان   24

جدول (2-4)  تأثیر نوع پلیمر بر خزش                        25

جدول (2- 5) درصد وزن از دست داده در محیط خورنده           26

جدول (2- 6) عمق نفوذ روغن                                26

جدول (2- 7) خصوصیات رزین اپوکسی DGEBA                                                    31

جدول (2- 8) خصوصیات سخت کننده های مختلف برای رزین اپوکسی و اثرات آن ها بر پلیمر سخت شده                                            33

جدول (2- 9)  خصوصیات مکانیکی برای بتن پلیمری بر حسب نوع رزین 39

جدول (2- 10)  مقاومت فشاری نمونه ها با رزین های پلی استر ایزوفتالیک و ارتوفتالیک                                               39

جدول (2- 11) ویژگی های رزین پلی استر و اپوکسی             41

جدول (2-12) مدول الاستسیته نمونه های بتن پلیمر پلی استر    42

جدول (2- 13) مقادیر میرایی بحرانی نمونه های پلیمری        44

جدول (2- 14) درصد اختلاط مصالح سنگی                        44

جدول (2- 15) مقاومت خمشی نمونه های حاوی  8% و 20%  خاکستر بادی قرار گرفته شده در محیط خورنده                                       46

جدول (2- 16) درصد اختلاط مواد در نمونه بتن پلیمری          48

جدول (2-17)  تأثیرمنومرهای فلزی بر ویزگی های مخلوط تازه بتن پلیمری    48

جدول (2- 18) اثر افزودن منومرهای فلزی (5 درصد وزن رزین) بر مقاومت فشاری و خمشی  بتن پلیمری                                         48

جدول (2- 19) حجم زباله های پلاستیکی در سال 2000 در امریکا   50

جدول (2-20)  مقدار مصرف و تولید زباله های پلاستیکی در چند کشور    50

جدول (2-21) مقاومت فشاری و خمشی بدست آمده از رزین پلی استر بازیافتی   51

جدول (2-22) هزینه های کاربرد بتن پلیمری و بتن سیمانی در ساخت ستونهای الکترولیز در یک دوره ی 20 ساله                            55

جدول(2-23) ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاکستر پوسته برنج سوزانده شده در کوره                                                        57

جدول (2-24) ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاکستر پوسته برنج سوزانده شده در هوای آزاد                                               57

جدول (3-1) مشخصات رزین R 805 و سخت کننده های مورد استفاده   61

جدول (3-2) مشخصات رزین Dur 41 و Dur 42 و سخت کننده های مورد استفاده 61

جدول(3-3) مشخصات حلال های مورد استفاده                     61

جدول (3-4) دانه بندی مصالح بکار رفته در ساخت نمونه های بتن پلیمری 63

جدول (3-5) مشخصات فیزیکی خاکستر پوسته برنج و خاکستر ساقه جارو    65

جدول (4-1) اثر دانه بندی مصالح بر مقاومت فشاری            74

جدول (4-2) مدول الاستسیته بتن پلیمری با نسبت سخت کننده- رزین مختلف 76

جدول(4-3)  نسبت های اختلاط پلیمر ، سنگدانه ، فیلر          80

جدول (4-4) اثر محیط خورنده بر بتن پلیمری با خاکستر پوسته برنج 86

جدول (4-5) اثر محیط خورنده بر بتن پلیمری با خاکستر ساقه جارو 87

جدول (4-6) مدول الاستسیته برای نمونه های حاوی خاکستر پوسته برنج   88

جدول (4-7) مدول الاستسیته برای نمونه های حاوی خاکستر ساقه جارو 88