مبحث ۵ — مصالح و فرآورده‌های ساختمانی
درسنامه — پلیمرهای ساختمانی
خلاصه‌یِ بندهایِ ۵-۱۷، مستقیماً از متنِ رسمیِ مبحث.
تعریفِ شیمیایی: پلیمر، مونومر و کامپوزیتِ FRP (۵-۱۷-۱)
•پلیمرها (بسپارها)، از نظرِ شیمیایی، مولکول‌هایِ زنجیرِ بلند با وزنِ مولکولیِ بسیار زیاد (صدها هزار) هستند؛ یک واحدِ اصلی به‌نامِ مونومر (تک‌پار) به تعدادِ زیاد تکرار می‌شود؛ زنجیر می‌تواند خطی یا شاخه‌ای باشد.
•پلیمرها دو دسته‌اند: طبیعی (ساختار و وزنِ مولکولیِ یکسان) و مصنوعی (توزیعِ وسیعی از وزنِ مولکولی). برخی پلیمرها به‌تنهایی خواصِ مکانیکیِ مناسب ندارند و با موادِ ذره‌ای/لیفی تقویت می‌شوند؛ مجموعه‌یِ پلیمر و تقویت‌کننده را کامپوزیت (موادِ مرکب/چندسازه) می‌نامند.
•مهم‌ترین کامپوزیت‌ها، پلیمرهایِ تقویت‌شده با الیاف (FRP) هستند؛ پرمصرف‌ترین الیافِ تقویت‌کننده، الیافِ شیشه (به‌سببِ خواصِ خوب و قیمتِ پایین) است؛ الیافِ کربن و آرامید مدولِ بالاتری دارند. محصولاتِ FRP عمدتاً به‌صورتِ میلگرد یا ورق عرضه می‌شوند، برایِ بهسازی/تعمیرِ سازه‌ها و مقاومت در برابرِ خوردگیِ کلریدی/کربناسیون.
•کامپوزیت‌ها سبک، مقاوم در برابرِ خوردگی و ضربه، با مقاومتِ خستگیِ عالی‌اند؛ کاربردها: لوله، نبشی، قوطی، میلگرد، داکت، تیرِ I، مخازنِ موادِ خورنده، صفحاتِ نمای ساختمان. فوم‌هایِ پلیمری (مانندِ پلی‌استایرن و پلی‌یورتان) نوعِ دیگرِ کاربردِ پلیمرها هستند که در فصلِ عایق‌هایِ حرارتی توضیح داده شده‌اند.
دسته‌بندیِ کاربردیِ پلیمرها در ساختمان (جدولِ ۵-۱۷-۱)
•به‌سببِ تنوعِ بسیارِ کاربردِ پلیمر در ساختمان، مبحث تفکیکِ کاملی ارائه نمی‌دهد؛ در عوض جدولی کلی از حوزه‌هایِ اصلیِ کاربرد (محصولِ تمام‌شده‌یِ سازه‌ای/غیرسازه‌ای، موادِ افزودنی، چسباننده‌ها، مصالحِ تعمیراتی) ارائه شده است.
•نمونه‌هایِ کاربردِ سازه‌ای: پروفیل، آرماتور، قالب، بتنِ پلیمری/اصلاح‌شده با پلیمر، عناصرِ FRP، ورقِ FRP و لرزه‌گیر. نمونه‌هایِ غیرسازه‌ای: هسته/رویه‌یِ تیغه، پروفیلِ بازشو، جدارِ نورگذر، اسفنجِ عایقِ حرارتی، پوششِ دیوار/سقف، بام‌پوش، لوله‌هایِ تأسیساتی، روکشِ سیم/کابل، خمیر/نوارِ درزبند، توری/ژئوگرید.
•پلیمر همچنین در موادِ افزودنیِ بتن/ملات (الیافِ پلیمری، رزین/لاتکس)، در چسباننده‌ها (بتن/ملاتِ پلیمری، رزین، گروت، چسب) و در مصالحِ تعمیراتی (خمیر، پارچه/ورقِ FRP) کاربرد دارد.
دسته‌بندی بر مبنایِ مکانیکِ تغییرِ شکل (۵-۱۷-۲-۲)
•گرمانرم‌ها (ترموپلاستیک‌ها): غیربلوری/نیمه‌بلوری؛ با افزایشِ دما از جامد به سیال درمی‌آیند و قابلِ‌جاری‌شدن‌اند؛ پس از سردشدن دوباره قابلِ‌بازیابی‌اند. نمونه‌ها: پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌آمید، پلی‌کربنات، پلی‌استایرن.
•گرماسخت‌ها (ترموست‌ها): زنجیره‌ها با پخت شیمیایی شبکه‌یِ سه‌بعدی تشکیل می‌دهند و کاملاً سخت می‌شوند؛ پس از پخت، هیچ تغییرشکلِ خمیریِ برگشت‌پذیری ندارند (پلیمرِ پخت‌نشده «رزین» نامیده می‌شود). نمونه‌ها: اپوکسی، پلی‌یورتان، رزین‌هایِ غیراشباع و سیلیکونی.
•الاستومرها (رابرها/لاستیک‌ها): غیربلوری، با اتصالاتِ شیمیایی بینِ زنجیرها؛ تغییرشکلِ ناشی از تنشِ خارجی کاملاً برگشت‌پذیر و کشسان است؛ قادر به بازگرداندنِ تا ۳۰۰٪ تغییرشکل — رفتاری که هیچ فلزی ارائه نمی‌دهد.
•الاستومرهایِ گرمانرم: ترکیبی از خواصِ الاستومر و فرآیندپذیریِ گرمانرم؛ نوعِ فیزیکی (اختلاطِ فیزیکیِ گرمانرم+الاستومر، مانندِ PE+EPDM) و نوعِ شیمیایی (کوپلیمرهایِ بلوک‌دار مانندِ SB، SBS، EVA).
الزاماتِ کیفی و استانداردهایِ محصولات (۵-۱۷-۳)
•به‌سببِ تنوعِ پلیمرها، فهرستِ کاملی از ویژگی‌ها ممکن نیست؛ معمولاً مقاومت/مدولِ کششی، و برایِ موادِ تحتِ فشار، مقاومتِ فشاری (یا برایِ اسفنج/عایق، تنشِ فشاری در ۱۰٪ تغییرشکل) کنترل می‌شود.
•خستگی در پلیمرها بسیار بیشتر از سایرِ مصالح است و باید در نظر گرفته شود؛ جذبِ آب (به‌ویژه در اسفنج/عایقِ پلیمری)، دوام در شرایطِ جوی، و واکنش در برابرِ آتش (طبقِ مبحثِ سوم) نیز باید مشخص باشد.
•استانداردهایِ اختصاصی: لاتکسِ چسباننده‌یِ بتن (۱۹۲۲۴)، نوارِ آب‌بندِ گرمانرم (۲-۱۳۲۷۷)، پروفیلِ PVC-U برایِ در/پنجره (۱۲۲۹۱ و ۸۵۱۰)، لوله‌گذاریِ PVC-C (۱۳۲۵۱)، کفپوشِ همگنِ PVC (۱۸۱۲۴)، پروفیلِ PVC-H با مقاومتِ ضربه‌ایِ بالا (۶۸۴۰)، چسبِ سنگ (۱۴۷۱۸)، چسبِ کاشی (۱۲۴۹۲)، ورقِ FRP برایِ سازه‌هایِ بتنی (۲۰۱۰۱).
ایمنی، بهداشت و ملاحظاتِ زیست‌محیطی (۵-۱۷-۴)
•در کار با پلیمرهایِ مایعِ حاویِ حلال (پوشش، افزودنی، رزین، چسب)، باید از دستکشِ مقاوم در برابرِ موادِ شیمیایی و در محوطه‌یِ بسته از ماسکِ تنفسی استفاده شود، زیرا بسیاری از حلال‌ها (به‌ویژه آروماتیک) به‌شدت سمی و سرطان‌زا هستند.
•برخی پلیمرها (پلی‌یورتان، پلی‌ایزوسیانورات) در آتش‌سوزی یا حرارتِ بالا تجزیه شده و گازِ سمی متصاعد می‌کنند؛ استفاده در فضاهایی مانندِ راه‌هایِ خروج یا فضاهایِ تجمعی ممکن است محدود یا نیازمندِ پوششِ محافظتی باشد.
•کاربردِ پلاستیک‌هایِ سمی برایِ نگهداری/انتقالِ آبِ آشامیدنی (حتی سرد) یا کشاورزی ممنوع است؛ دما و رطوبتِ همزمان اثرِ مخرب‌تری دارند و مونومرهایِ آزاد (سمی/سرطان‌زا) ممکن است به آبِ داغ منتقل شوند.
•برخی عواملِ پختِ پلیمری (مانندِ ترکیباتِ کبالت و پراکسید در بتنِ‌پلیمر) بسیار سمی‌اند؛ کار با پلیمرهایِ سمی یا حاویِ حلالِ سمی باید در محوطه‌یِ دارایِ هواکشِ قوی و با تجهیزاتِ ایمنیِ کامل انجام شود.
سازگاری و بسته‌بندی/حمل/نگهداری (۵-۱۷-۵ و ۵-۱۷-۶)
•تولیدکنندگانِ محصولاتِ پلیمری موظف‌اند هر نوع عدمِ سازگاریِ محصول با سایرِ مصالحِ ساختمانی را اعلام کنند و راه‌حل‌هایی مانندِ پرایمرِ ویژه یا توری را ارائه دهند.
•پلیمرهایِ مایع معمولاً در ظرف‌هایِ فلزیِ مقاوم در برابرِ خوردگی حمل می‌شوند؛ ظرف‌هایِ پلاستیکی فقط در صورتِ اطمینان از عدمِ انحلالِ ظرف در مایعِ درون آن مجازند؛ ظرف‌ها باید کاملاً آب‌بند و مقاومِ بارِ اضافی باشند.
•موادِ سمی باید در ظرف‌هایِ مناسب، با علائمِ خطر و عبارتِ «سمی»/«بسیار سمی»، محکم بسته‌بندی شوند؛ حلال‌ها باید زیرِ نقطه‌یِ اشتعال، و رزین‌ها در دمایِ فاقدِ خطرِ ژل‌شدگی نگهداری شوند.
•انبارِ موادِ پلیمری باید مجهز به وسایلِ آتش‌نشانی و جعبه‌یِ کمک‌هایِ اولیه باشد؛ ظرف‌ها نباید مستقیماً روی زمین قرار گیرند و تعدادِ ظرف‌هایِ روی‌هم نباید باعثِ سقوط یا نشتِ ظرف‌هایِ زیرین شود.
جدولِ مرورِ سریع
وزنِ مولکولیِ زنجیرِ پلیمردر حدِ صدها هزار
پرمصرف‌ترین الیافِ تقویت‌کننده‌یِ FRPالیافِ شیشه (خواصِ خوب، قیمتِ پایین)
قابلیتِ بازگشتِ تغییرشکلِ الاستومرهاتا ۳۰۰٪
چهار دسته‌یِ مکانیکیِ پلیمرگرمانرم، گرماسخت، الاستومر، الاستومرِ گرمانرم
نمونه‌هایِ گرمانرمپلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌آمید، پلی‌کربنات، پلی‌استایرن
نمونه‌هایِ گرماسختاپوکسی، پلی‌یورتان، رزینِ غیراشباع، رزینِ سیلیکونی
نامِ دیگرِ پلیمرِ گرماسختِ پخت‌نشدهرزین
قاعده‌یِ کلیدیِ ایمنیِ آبِ آشامیدنیپلاستیک‌هایِ سمی نباید برایِ آبِ آشامیدنی یا کشاورزی به کار روند
عاملِ سمیِ رایج در پختِ بتنِ‌پلیمرترکیباتِ کبالت و پراکسید
برو به آزمونِ همین فصل