الخرسانة البوليمرية تحضيررها وتقويم خواصها

المختلفة خواصها وتقييم البوليميرية الخرسانة تحضير

سركيس. ازات زاريه كشيش د عطية حامد ناصر كامل يوسف مازن سلوم كمال عبد قاسماقدم فيزياويين فيزياويين. رئيس رئيس فيزياويين. م رئيس فيزياويين م كيمياويين. رئيس رئيس م

البناء – – مواد مركز المواد علوم دائرة والتكنولوجيا العلوم وزارة

Abstractالمستخلص المادة من مختلفة وبنسب البوليمرية الخرسانة وتصنيع تحضير امكانية دراسة الى البحث يهدف

غير ) ( ) ( بناء كمواد استخدامها لغرض ، الحصو و الرمل السيليكا، والمالئات البوليميرية الرابطة. والتأكل للرطوبة وتحملها العالية الميكانيكية لمواصفاتها نظرا االسمنتية للخرسانة كبديل تقليدي

تم والتي البوليمرية الخرسانة نماذج لجميع والفيزياوية والحرارية الميكانيكية الخواص دراسة تمتمن مختلفة ولنسب رابطة اساس كمادة مشبع الغير استر البولي راتنج وباستخدام مختبريا تصنيعها

تقليدي . غير بناء كمواد لالستخدام تؤهلها وبمواصفات مختلفة خرسانية نماذج تصنيع أمكن المالئات . باالضافة الصناعي والكاشي المرمر تصنيع تم حيث المالئات من مختلفة وانواع نسب باستخدام وذلك

عالية . انجاز وبسرعة وحرارية ميكانيكية وبمواصفات البوليمرية الخرسانة من وبالطات اعمدة الى

الدالة للخرسانة : Keywordsالكلمات الحراريه الخواص البوليمرية، للخرسانة الميكانيكية الخواص المشبع، غير استر بولي البوليمرية، الخرسانةللخرسانة, الفيزياويه الخواص البوليمرية

البوليمرية

البحث Objectiveهدفالمادة هو المشبع غير استر البولي فيها يكون والتي البوليميرية الخرسانة متراكبات تحضير

. سيتم حيث مختلفة وبنسب والحصو والرمل السيليكا مثل المختلفة المالئات مع الرابطة، االساسيةوالفيزيائية والحرارية الميكانيكية الخواص على البوليميرية الخرسانة في المالئات نسبة تاثير دراسة

. التطبيق ومجاالت طبيعة في اهمية لها لما ] عمليا وقياسها

Introductionالمقدمة او الثنين فيزياوي اتحاد بواسطة تعمل هندسية مواد انها على عامة بصورة المتراكبة المواد تعرف

المواد خصائص عن مختلفة فيزياوية وبخصائص االطوار متعدد نظام على للحصول المواد من اكثر . لتكثيف البحثية الهيئات من بالعديد دفعت المتراكبة بالمواد الكبير االهتمام ان التركيب في الداخلة

الجديدة [ المواد هذه خصائص ودراسة عليه متعارف هو لما بديلة مواد الى ] وصوال فيها الباحثين جهود1.[

) وللحرارة ) الميكانيكية المواصفات رداءة أي للقوى تحملها قلة عام بشكل اللدائن في يعاب كانوالحديثة ] المتواصلة االبحاث ولكن طويلة لمدة ابعادها استقرار 2وعدم المواد[ ،3 من الكثير انتجت

الجوية والظروف للحرارة وكذلك والصدمات للقوى عالية بمقاومة تتميز والتي اللدائنية المتراكبةالميادين اغلب في استخدامها وامكن المواد هذه خواص قصور على التغلب امكن وبذلك المتغيرة

] تقليديه غير بناء كمواد ]4ومنهاالعديد على السيطرة وامكانية الواطئة العمل بكلفة امتيازها هو البوليمرية المتراكبات محاسن ان

البارد التشكيل على وقابليتها مواصفاتها بمقاومة من ] ايضا يمتاز حيث المشبع غير استر البولي مثلقوية ] وبنية الكيمياوية المواد لفعل لالستخدامـات [.4جيدة االنتشار واسع جعلته المواصفات هذه ان

للبوليمر السيراميكية المواد اضافة وان التقليدية، غير البناء مجاالت في ومنها المختلفة الصناعية[ مواصفاتها من العديد [ .5تحسـن

هياكل بناء في تستخدم المشبع غير استر البولي الرابط فيها يستخدم التي البوليمرية الخرسانة انالرطوبة ] من لحمايتها االسمنتية الخرسانات تجديد وفي 5الجسور ان[ . ،6 المواد يمكن تضاف

ومقاومة جهة من ميكانيكية قوة سيكسبها مما االسمنتية الكونكرتية المواد خليط على البوليمرية] اخرى جهة من والتعرية والملح للماء 6عالية فعالية]. ،7 اكثر ربما اخرى مواد عن البحث بدأ هنا ومن

) ( نوع االساسية الرابطة المادة فيها يكون والتي البوليميرية الخرسانة وهي االسمنتية الخرسانة منالبوليمرات ] انواع والرمل[ . 7من السيليكا مثل مختلفة المالئات مع المشبع غير استر البولي ومنها

. البحث هذا في كما مختلفة وبنسب والحصو

1

2

التجريبي Experimental Work Fieldالعملالنماذج- وتحضير المواد أ

الرابطة المادة تمثل االولى مجموعتين، الى تقسيمها يمكن البحث هذا في المستخدمة الموادهو وكما مختلفة نواع ا على وهي المالئات تمثل الثانية والمجوعة المشبع، غير استر البولي وهي

رقم ) جدول في .1مثبت صالحيتها(. من للتأكد المستخدمة للمواد التركيبية الفحوص اجراء تم وقدوالرمل ) السيليكا المالئات مع كمتراكب الرابطه الماده هذه وباستخدام نماذج عدة تصنيع تم

واستخدم ( الغرض، لهذا تصنيعها تم مناسبة خشبية قوالب باستخدام وذلك مختلفة وبنسب والحصو( . رقم جدول لاللتصاق كمانع البارافين الجراء( 2شمع وذلك النماذج هذه ونسب مكونات يمثل

رقم . ) الصورة والفيزياوية والحرارية الميكانيكية مواصفاتها لتحديد عليها المختلفة يمثل( 1الفحوصرقم ) ) نموذج البوليمري الخرساني . 11العمود المختلفة( ( للفحوص ولتهيئته التقطيع بعد

رقم ) الخرسانه( )1جدول البوليميرية المتراكبات تحضير في المستخدمة المواد يمثلالبوليميرية(

المادة ت الجهةاسماو المصنعةالمنتجة

والتقييم المالحظات الفحص تقنياتالجهازالفحص

غير 1 استر البولي راتنجالمشبعالمصلب) MEKPمع

%(3وبنسبة

الشركة انتاج السعودية) سابك)

كمادة تستخدمرابطة

فحصتركيبي

FTIR–shimatzu 8400S

المالئات :2السيليكا

الرملالحصو

FLUKAمحليمحلي

100 mesh=0.5 mm=10 mm

فحصXRD-shimatzu 6000تركيبي

االخرى :3 المساعداتالبرافين# شمعكحوليه# مواد

لاللتصاق عراقي كمانعالخ.. والتنظيف

رقم ) الهندسي ( 2جدول وشكلها المصنعة الخرسانية النماذج رقمالنموذج

المواد النسبةالمئويةالوزنية

الهندسي الشكلللنموذج

العام 1 استخدام ذات مشبع غير استر بولي مسطرةPureراتنجسم1سم×2سم×30

البلوري )2 السيليكا مسحوقSiO2)Pureمسحوق

3( / سيليكا / استر مسطرةSiO2 ) Poly..75/25بوليسم1سم×2سم×30

سيليكا / 4 استر مسطرة50/50بوليسم1سم×2سم×30

سيليكا / 5 استر مسطرة25/75بوليسم1سم×2سم×30

الرمل / 6 استر مسطرة65/35بولي

3

رقمالنموذج

المواد النسبةالمئويةالوزنية

الهندسي الشكلللنموذج

سم1سم×2سم×30الرمل / 7 استر مسطرة75/25بولس

سم1سم×2سم×30الرمل / 8 استر مسطرة80/20بولس

سم1سم×2سم×30الرمل / 9 استر مسطرة93/7بولس

سم1سم×2سم×30الرمل / / 10 الحصو استر قرص 35/45/20بولي

وسمك 15قطر سمسم 5

الرمل / / 11 الحصو استر اعمدة 45/35/20بوليوقطر 50طول سم

سم 5الرمل / / 12 الحصو استر قرص 40/40/20بولي

وسمك 15قطر سمسم5

رقم ) رقم( ) )1صورة نموذج اسطواني عمود شكل على بوليمرية خرسانه تمثل11))

الفحوص- في المستخدمة االجهزة برقم جدول في والمبينه الدراسة تحت للنماذج والفيزياوية والحرارية الميكانيكية الفحوص اجراء تم

2 -: يلي وكما

الميكانيكية الفحوصنوع ) الشد منظومة باستخدام النماذج فحص اجراء( Tinous Olsen HKT50تم تم حيث

: التالية االختبارات

4

الحني ) رقم ( )Flexural Strengthمقاومة الصورة في موضح هو الشد( )2كما ومقاومة ،Tensile Strength( )واالنضغاطية ،Compression Strength ) ،الصالدة ) و (Hardening Testفحص

نوع .HT -6510D ( )Shore Dبالجهازالمحمول

رقم ) رقم( )2صورة للنموذج االنحناء فحص عند الشد جهاز (8يمثل

الحرارية الفحوصمنظومة باستخدام النماذج جميع فحص التحليل( ( Differential Scanning Calorimeter DSCتم

نوع الحراري التفاضلي الميكانيكي. DSC-60المسعري الحراري التحليل فحص اجراء تم ThermalكماMechanical Analysis ))TMA نوع جهاز بواسطة النماذج .TMA - PT 1000 LINSEISولنفس

الفيزياوية الفحوصتكبير ) بقوة الضوئي المجهر بواسطة النماذج جميع فحص توزيع( 1000و 500و 250تم لمعرفة

نوع جهاز بواسطة للنماذج صور عدة واخذت التجانس ومقدار حساب. Nikonالمواد تم وكذلك[ الدراسة تحت للنماذج للماء االمتصاصيه قيم وتحديد الكثافات قيم مقدار [.8وقياس

والمناقشة النتائج الخواص قياسات الميكانيكية:نتائج

مقاومة أ- فحص الشد :نتائجللنماذج ) الشد فحص نتائج مخططات( 9-1اظهرت من استخلصت والتي مسطره شكل على وهي

الشد فحص نتائجرقم ) رقم ) ،( 1شكل شكل في كما للسيلكا المئوية النسبة بزيادة تقل الشد مقاومة قيمة في( 2ان

جزئيات احاطة الى ذلك في السبب ويعود النقية، السيليكا تصرف نفس يتصرف الرمل وان الراتنجتوتر قوة يولد مما البوليمر بجزيئات مما Stress Pointالماليء بالماليء، المحيطة البوليمر مادة بين

الشد . قوة يضعف

رقم ) منحني ( 1الشكلفحص الشد نتائج مقاومة

رقم) ) ((4نموذج

5

رقم ) السيليكا( )2شكل المالئات نسبة زيادة مع الشد مقاومة انخفاض يوضح منحنيوالرمل(

مقاومة: ب- فحص الحني نتائجرقم رقم 3شكل للنموذج الحني مقاومة فحص نتائج مخطط مقاومة . 11يمثل فحص نتائج تبين

الجدول ) في المبينة للنماذج شكل( 2الحني في بزيادة 4والموضحة تقل الحني مقاومة قيمة ان ، فحص حالة في وكما السيليكا تصرف نفس يتصرف الرمل وان الراتنج في للسيليكا المئوية النسبة

. الحني. قوة يضعف مما الشد

رقم ) رقم ( )3شكل لنموذج الحني مقاومة فحص نتائج مخطط (11يمثل

المالئات % نسبة

( شد

الة

ومقا

م

MP

a)

6

نسبة المالئات %

رقم ) المالئات( 4شكل نسبة زيادة مع الحني مقاومة انخفاض يوضح منحنيمقاومة ج- فحص االنضغاط نتائج

رقم رقم ) 5شكل لنموذج االنضغاطية مقاومة فحص نتائج الحدى نموذج فحص ( . 4يمثل نتائج تظهررقم ) جدول للنماذج االنضغاط والعالقة( 2مقاومة السيليكا نسبة بزيادة تزاداد االنضغاطية قيمة بان

رقم ) شكل في كما (. 6موضحةرقم نموذجين في الرمل مالئات الى بالنسبة البولي 9و 8اما نسبة من بكثير اكثر الرمل نسبة فان

. االنضغاط مقاومة فحص نتائج وتبين االنضغاطية خاصيته تفقد مما الحصو فاستر اضافة الرمل عند معطغت التي للحصو العالية االنضغاطية قيمة الى ذلك ويعود االنضغاط لمقاومة كبير ارتفاع الراتنج الى

ساعد مما الحصو وجود مع للنموذج جدا الجيد والخلط جهة من للنموذج االنضغاطية الخاصية على. البوليمرية الخرسانة مكونات لجميع والمتجانس المنتظم التوزيع على كثيرا

رقم لنموذج ) 5شكل االنضغاطية مقاومة فحص نتائج الحدى نموذج يمثل ( 4رقم

ي

حنال

مةاو

ق

7

رقم ) المالئات ( 6شكل نسبة زيادة مع االنضغاط مقاومة زيادة يوضح منحني

الصالدة د- قياس نتائجشكل الصالدة منحني في ممثال المالئات نسبة مع عالقتها و ، النماذج ولجميع الصالدة فحوص انجزت

. 7رقم ) الصالدة(. زيادة الى تودي المالئات نسبة زيادة ان النتائج هذه تبين

المالئات % نسبة

رقم ) المالئات( 7شكل نسبة زيادة مع الصالدة زيادة يوضح منحني

المالئات % نسبة

( ط

غاض

الن امة

اومق

MP

a)

ة الد

صال

Sh

ore-D

8

الحرارية الفحوص قياس نتائجمنظومة- فحوص نتائج المسعري DSC( ( Differential scanning calorimeterا التحليل

الحراري التفاضلينتائج مخططات الحرارية اظهرت رقم )الفحوص الشكل في موضح هو وكما الدراسة تحت للنماذج

8( رقم( النموذج وهو النماذج المعلومات( 4الحد المخططات هذه من نستخلص ان يمكن حيثرقم ) الجدول في (.3الموضحة

(( الزجاجي التحول حرارة درجة في التغير الفحوص هذه أظهرت الحرارة Tgحيث درجة هي والتيتحوله ومنها الميكانيكية المواصفة في تغيير الى بالنتيجة يؤدي مما الطور في تحول عندها يحدث التي

(( . الدرجة هذه وتعتبر هذا بحثنا في المفضلة اللينة الحالة مواصفات Tgالى تحديد في جدا مهمةالحرارية والسعة الحراري التمدد معامل اعاله ذكر ما الى باالضافة ومنها البوليمرية المتراكبات

المرونة ] [.7ومعاملالزجاجي )) التحول حرارة درجة قيمة ان نالحظ الجدول هذا المئوية Tgومن النسبة بزيادة تزداد

رقم )SiO2للسيليكا نموذج ( )1من رقم( ) نموذج الى النقي استر السيليكا( 4البولي نسبة زيادة حيثالبوليمر ) جزئيات بين القوى تزداد وبالتالي البوليمر جزيئات بين البينية االواصر قوة زيادة على تعمل

cross linked[ االواصر( هذه لكسر اعلى حرارة درجة يتطلب [.7ومما( رقم نموذج ))5اما الـ( قيمة فجوات Tg =43.14تكون وجود الى ذلك ونعزو قيمة االقل وهي

. الفحص نتائج على سلبا اثرت النموذج تحضير عملية اثناء هوائية وفقاعات

رقم ) الحراري( 8شكل التحليل فحص رقم )DSCنتائج (4لنموذج

رقم ) الزجاج( 3جدول تحول حرارة درجة قياس نتائج

النموذج السيليكا رقم SiO2نسبة

%Tg ˚C

1044.49

32547.72

9

45048.61

57543.14

10

الميكانيكي- الحراري التحليل جهاز فحوص نتائج Thermal mechanical analysisب) )TMA

نتائج مخططات تحت فحوص اظهرت للنماذج حمل تسليط عدم عند الميكانيكي الحراري التحليلرقم ) شكل في موضح هو وكما رقم ( )9الدراسة هذه( 4وللنموذج من نستخلص ان يمكن حيث

الجدول في الموضحة المعلومات . 4المخططاتعالي الحراري التمدد معامل يكون الزجاجي التحول حرارة درجات وعند الجدول هذا نتائج توضح

عند حيث طبيعي شىء وهذا الغرفة حرارة درجة مع لدرجة Tgمقارنة ومطاوعة[ ليونة اكثر يصبحالطور في وتبدل للبوليمر االنهيار عملية حدوث قبل نفسها المواصفات يمتلك اليزال وهو الحرارة

ال من اعلى الحرارة درجة ارتفاع عند تحدث عند Tgوالتي الحراري التمدد معامل ان ونالحظ ، السيليكا . نسبة بزيادة يقل ايضا الغرفة حرارة درجة

رقم ) منظومة( 9شكل فحص ومعامل TMAنتائج الزجاج تحول حرارة درجة فيها تظهر حيثالحراري رقم )التمدد (4لنموذج

رقم ) للنماذج فحوص نتائج ( 4جدول الميكانيكي الحراري التحليل

رقمالنموذج

نسبة السيليكا

SiO2%

Tg˚C

Thermal expansionالحرارة درجة عندTg

˚/C 10-6×

Thermal expansionحرارة درجة عند

×C 10-6الغرفة /˚

1044.4912076.00

32547.727326.00

45048.617020.50

57043.145012.00

11

الفيزياوية 7-3 القياسات نتائجالكثافة – فحص أ

وفي الهواء في النموذج وزن قياس من ارخميدس قاعدة إلى باالستناد الكثافة فحص تم . والشكل . 10الماء الخرسانة مكونات على الكثافة اعتماد قيمة يمثل ان يتبين الجدول هذا ومن

للنماذج 1الكثافة 3 4 5، ، حاصل ، تقريبا يساوي وهو طفيف بشكل السيليكا نسبة بزيادة تزدادوالعيوب الشوائب وجود االعتبار بعين اخذ مع كثافته في مضروب المكون من كل نسبة مجموع

السيليكا كثافة ان حيث الهوائية والفقاعات /2.35التصنيعية سم الرمل 3غم اضافة عند ولكنمن اكبر والحصو الرمل كثافة لكون ملحوظ بشكل تزداد الكثافة فان أستر البولي الى والحصو

تساوي والتي أستر البولي سم /1.2كثافة .3غم

رقم ) المالئات( 10شكل نسبة زيادة مع االكثافة زيادة يوضح منحني

البصري- الفحص بوعدم الفقاعات من التشوهات نسبة لتحديد وذلك مجهريا الدراسة تحت النماذج جميع فحص تم

( . رقم شكل االخرى الضعيفة والعيوب للنماذج( )11التجانس البصري الفحص نتائج و11و10يمثلفي( . 12 بالتساوي الماليء انتشار لعدم وذلك تام بشكل متجانس غير النموذج بان الصور هذه وتبين

وبنسبة هوائية فقاعات وكذلك تشمل% 10- 8البوليمر، والتي للنموذج التحضيرية االجراءات بسبب. والمصلب الراتنج بين للتفاعل وكنتيجة لالنضاج الالزم والزمن القالب في والصب الخلط طريقة

من بدال الفجوات احالل بسب النموذج كثافة في نقصان الى يؤدي الهوائية الفقعات وجود ان حيثمن يغير مما الماء لدخول كمساميات تعتبر الفجوات هذه وان المتراكب النموذج مادة جزيئات

. للماء االمتصاصية خواصها

المالئات % نسبة

مس

م/غة

فثا

كال

ة مقي

3

12

رقم ) نماذج( ) 11شكل البوليمرية الخرسانة لعينات مجهرية (12و 11و 10صور

االمتصاصية. :جفي والمذكورة االسمنتية الخرسانة الى نسبة مرة مئة بمقدار تقل النماذج لجميع االمتصاصية نسبة ان

]. 7،[ 8المصادر

االستنتاجاتللنماذج الفحوص نتائج من المستحصلة والفيزياوية والحرارية الميكانيكية الخواص بين المقارنة عند

رقم ) جدول في والملخصة البوليمرية الخرسانة من نفسها( 5المصنعة الخواص مع وبمقارنتهااالسمنتية ] 8للخرسانة مدى [ ،9 امتالكها وكذلك االفضل هي البوليمرية الخرسانة ان القول يمكن

الخرسانة ) في موجودة غير معينة مواصفات تتطلب التي الخاصة االستخدامات من ومتنوع واسعاالسمنتية(.

رقم ) نموذج يستخدم ان زلزالية( 3يمكن او ارضية هزات الى تتعرض التي البناء وهياكل السقوف فياالنحناء قيمة شد MPa 38.15بسبب حرارة 86والصالدة MPa 21.15وقوة درجة ذات مناطق وفي

.73التتعدى مئوية درجةرقم ) نموذج االنحناء( 4اما قيمة بسبب الصدمات ضد ودروع بناء واعمدة كسقوف يستخدم ان يمكن

MPa 22.50 شد تساوي MPa 19.53وقوة والتي التتعدى 90والصالدة حرارة درجة ذات مناطق 70وفي. مئوية درجةرقم ) الكثافة( 7نموذج بسبب ارضيات او الجسور هياكل في يستخدم ان g/cm3 2.17يمكن

تساوي والتي والصالدة العالية .88واالنضغاطيةرقم ) النموذجين 8في في( ،9 او الخرسانية الهياكل في الفراغات لملئ بناء كمواد استخدامها يمكن

الكثافة بسبب الجدران العالية g/cm3 2.1بناء المرونة تساوي GPa 27.4ومعامل التي .85والصالدةرقم ) النموذجين في كما كمالىء الرمل يستخدم الذي المتراكب 8وان عليه( )،9 polymerيطلق

mortar. )

غير طبقات وجودمتجانسة

فقاعات

حصو

10

11

12

13

رقم ) المختلفة( 5جدول للفحوص النتائج الدراسة خالصة تحت للنماذج

رقمالنموذج

الشدMPa

االنحناءMPa

االنضغاطية

MPa

الصالدة

Shore-D

الكثافةg/cm3

التمدد معاملعند الحراري

Tg ×10-6/CTg ˚C

130.1272.1040.41851.2412044.49321.1538.1542.22861.447347.72419.5322.5045.51901.607048.61519.0016.7652.00931.845043.14618.0016.5049.00932.15----712.0016.2552.2188------806.5814.1054.0086------902.5307.3052.0085------

1002.0014.0054.00882.17----

1102.1014.0055.00882.17----

1202.2514.1256.00882.17----

خرسانة اسمنتية

[10-8]1.5-3.5--13-35--1.9 – 2.510-12--

التوصيات. مختلفة حرارية درجات وعند البوليمرية للخرسانة الميكانيكية الخواص دراسة البولي مثل اخرى رابطة بوليمرات باستخدام البوليمرية للخرسانة المختلفة الخواص دراسة

.Furan polymerو PMMAو PUيوريثين

References1- Raymond B.S., " Polymer Composites", The Alden Press )UK(, 1st Published 1990.2- Verbeek C .J., " The influence of interfacial adhesion ، particle size and size distribution

on the predicted mechanical properties of particulate thermoplastic composites " ,Materials Letters ،Vol: 57, pp )1919-1924(, )2003(.

3- Rao Y, et al, "Self-consistent model for dielectric constant prediction of polymer-ceramic composite", Tom Marinis Draper Laboratory, Cambridge, 2000.

4- Blaga A. , Beaudoin J. J , " Polymer modified concrete" , Canadian Building Digest , CBD – 241 , )1985(.

5- Blaga A., "plastics", Division of building research, Canadian building Digest CBD -154 ،Ottawa, )1973(.

6- Mason J. A., "Application in polymer concrete", ACI publication SP-96, Am. Con. Ins., )1981(.

7- Cantow H.J., "Polymer properties and application" , springer – verlag , )1984(.8- Rana A. K., et al, " Short jute fiber –reinforced polypropylene composites: effect of

compatiblizer", J. of Appl. Polymer Science Vol: 69, pp )329-338(, )1980(.9- Blaga A., "Thermosetting plastics" Canadian building digest, CBD-159,)1974(.10- Panayot A.P., et al, "Adhesion of polymer coating for fine grained slag concrete", J. of int.

Res. Publication, issue 2-2001/02,)2002(.

14