بررسی و مقایسه خواص مکانیکی آب بندهای PVC و PVC/NBR

محبوبه رفیعی تبار

چکیده:

نوارهای آب‌بند پلی ­وینیل کلرید (PVC) موسوم به واتراستاپ (Water Stop) به منظور آب‌ بندی سازه‌های بتنی در معرض آب مصرف می‌شوند. با توجه به پایه بسپاری PVC و ترکیب­بندی متفاوتی که مورد استفاده قرار می‌گیرد، امکان تولید انواع مختلف محصولات از PVC گرمانرم کشایند (ترموپلاستیک الاستومر) فراهم شده است.

طرح پروفیل این محصول، بررسی خواص مکانیکی آنطبق آزمون­ های مختلف و نتایج حاصل یکی از مسایل مهم در این صنعت می‌باشد. کنترل شاخص­های اصلی خصوصیات مکانیکی این محصولات در استانداردهای جهانی “ASTM D” و آزمون­های مربوط به گروه گرمانرم­های کشایند مطرح شده است.

از دیرباز تاکنون در ایران تمام انواع آب­ بند‌ها با استاندارد مربوط به گرمانرم­ های کشایند مورد آزمایش قرار گرفته است و به جنس مواد اولیه مورد مصرف در تولید آن توجه نشده است. 

این مطالعه به بررسی تفاوت در خواص مکانیکی PVC نرم شده با روغن و PVC/NBR و روش‌های استاندارد آزمونآب­ بندمی­ پردازد و هم­چنین با توجه به اهمیت این موضوع در طراحی پروژه­ ها، راهکار مناسب جهت استفاده بهینه در صنعت ساختمان ارایه می­گردد.

مقدمه

نوارهایآب­ بند به صورت فلزی و غیرفلزی در سازه­ ای بتنی مصرف می­شوند. آب­ بند‌های فلزی در سدهای بزرگ و پروژه­ های  ساخت و ساز سنگین و همچنین در پروژه‌هایی که دمای آب زیاد است، استفاده می‌شوند. در این کاربردها، استحکام، به جای انعطاف پذیری موردنیاز است. آب­ بند‌های غیرفلزی معمولا از کائوچوی طبیعی و یا ترکیبی از کائوچوهایی نظیر کائوچوی بوتیل (BR)، کائوچوی آکریلونیتریل بوتادی­ان (NBR)، کلروپرن، کائوچوی استایرن بوتادی­ان (SBR)، و پلی ­وینیل کلرید تولید می‌شوند. نوارهای آب‌بند غیرفلزی نسبت به آب­بندهای فلزی دارای ویژگی­هایی از قبیل انعطاف­ پذیری بسیار زیاد، استحکام ضعیف نسبت به فلزات، مقاومت شیمیایی زیاد، مقاومت در برابر خستگی و مقرون به­ صرفه بودن می‌باشند .

برای آب‌بندی یک سازه بتنی باید دو کار اساسی صورت بگیرد:

·  آب‌بندی بستر بتن با ترکیب اختلاط مناسب

·  آب‌بندی درزهای بتن با استفاده از نوارهایآب­بند

آب ­بند ممکن است در انواع سازه‌های بتنی استفاده شود، ولی در درجه اول در درز‌های یکپارچه سازه‌های هیدرولیکی بتنی مانند تقاطع المان‌های سازه‌ای، سدها، دیوارهای حائل در برابر آب و سازه‌های کنترلی مانع عبور آب و سایر مواد از میان درزهای انبساطی و انقباضی و درزهای ساختمانی (Construction) استفاده می‌شود.

عوامل موثر در تعیین شکل و ابعاد آب­ بند‌ عبارتند از:

·        نوع و اندازه درز،

·        محل قرارگیری آب­ بند‌ها در مقطع بتنی،

·        ضخامت قطعه بتنی که آب­بند‌ها در آن قرار دارند،

·        فشار ایستایی (هیدرواستاتیک) اعمال شده به درز.

در شکل 1 انواع مختلف آب­بندها آمده است[2‌‌و6]‌‌ و در شکل 2 طرحی از نوع حرکات رایج درزهای بتنی نشان داده شده است. شکل 3 طرحی از آب ­بندهای به­ کار رفته در درزهای ساختمانی را که ناشی از محدودیت‌ های اجرا می‌باشد، نشان می­دهد.

[EasyDNNGallery|18214|Width|200|Height|200|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل1: شکل  های مختلف آب­بند

شکل 2: طرحی از حرکات درزهای بتنی

[EasyDNNGallery|18217|Width|200|Height|200|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل 3: طرحی از آب­بند در درزهای ساختمانی

از دیگر مسایل مهم در طراحی، مشخصات ابعادی نوارهای آب‌بند می‌باشد. انتخاب آب­ بند‌های فلزی عمدتا سنتی و  به صورت تجربی است، اما آب‌بندهای غیرفلزی تا حدود زیادی مبنی بر پیش­بینی الزامات ایستایی انتخاب می‌شوند. شکل 4 رابطه ضخامت و عرض آب­ بند‌های PVC را در مقابل فشار آب ایستایی نشان می‌دهد[1]‌‌. همان­طور که در شکل دیده می­شود ضخامت و عرض نسبت معکوس دارند و عرض­های بیشتر آب­بند مسیر جریان عبور آب را طولانی­تر و در نتیجه تاثیر نفوذ آب را کاهش می­دهد.

[EasyDNNGallery|18216|Width|200|Height|200|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل4: رابطه کلی ابعاد آب­بند PVC به ارتفاع فشار ایستایی

در پژوهش حاضر، خواص مکانیکی گرمانرم­ های کشایند بر اساس استانداردهای مربوطه بررسی شده است.

از دیرباز تاکنون در ایران، تمامیآب­ بندها بدون در نظر گرفتن جنس مواد مصرفی، با روش استاندارد ASTM D مربوط به گرمانرم­ های کشایند مورد آزمون قرار گرفته‌اند.

در این مطالعه، تفاوت ماهیت مواد مصرفی، شرایط آزمون و کنترل خواص مکانیکی مطلوب و اهمیت آن در طراحی پروژه‌ها و استفاده بهینه در صنعت مطرح شده است.

نمونه اول، آب­ بندهای PVC به همراه افزودنی‌ ها می‌باشد. گرمانرم PVC ماده‌ای سخت و شکننده است که مقاومت شیمیایی و استحکام ضعیفی دارد و با استفاده از نرم­کننده ­ها به ماده‌ای نرم و انعطاف­پذیر تغییر رفتار می‌دهد. PVC نرم شده با دی اکتیل فتالات (DOP) اولین ماده‌ای بود که وارد مجموعه گرمانرم ­های کشایند شد، لیکن این ماده را نمی‌توان به عنوان یک کشایند واقعی در نظر گرفت، زیرا فاقد بسیاری از ویژگی­های کشایندها از جمله جهندگی و اصطکاک سطحی زیاد است. در سال 1940، خواص کشسانی (الاستیک) آن از طریق آلیاژ کردن با لاستیک نیتریل بهبود یافت[3]‌‌.

نمونه دوم، آب­ بندهای گرمانرم­ کشایند PVC/NBR است. آلیاژPVC  با کائوچویNBR  جایگاه مهمی در صنعت گرمانرم ­های کشایند دارد و مصارف فراوانی را به خود اختصاص داده است. در مقایسه با کائوچوهای طبیعی، مقاومت بیشتری در برابر روغن و اسیدها دارد و به ­طور کلی در برابر هیدروکربن ­های آلیفاتیک مقاوم است. مقاومت گرمایی زیاد در محدوده وسیعی از دمای °C 180 تا°C  40- را داراست. کائوچویNBR به علت داشتن جرم مولکولی زیاد، نقش نرم­ کننده دائمی و جامد را برای PVC ایفا می‌کند و این موضوع در عملکرد عایق‌ها و نوارهای آب­ بند اهمیت ویژه‌ای دارد. زیرا نرم­ کننده‌ ها با جرم مولکولی کم به­ ویژه روغن‌ها در طول زمان استفاده به سمت سطح PVC مهاجرت نموده و خواص محصول را تغییر می‌دهند. در این آلیاژ، امتزاج­ پذیری خوبی بین PVC و NBR وجود دارد که البته میزان سازگاری آن­ها بستگی به درصد اکریلونیتریل در NBR دارد. مزیت اصلی این آلیاژ بسپاری، مقاومت در برابر ازون و عوامل هوازی، مقاومت در برابر روغن‌ها، حلال‌ها و قیر است[3]‌‌.

بر مبناي توضيحاتي كه ارایه شد، با توجه به تفکیک مواد مصرفی و لزوم بررسی آزمون‌های مکانیکی مطرح در این نوارهای آب‌بند احساس می‌گردد از اصلی‌ترین خواص مکانیکی مورد بحث در نوارهای آب‌بند، اندازه‌گیری استحکام کششی در نقطه پارگی و درصد کشامد (ازدیاد طول)، استحکام پارگی و سختی می‌باشد که با توجه به روش آزمون‌های مطرح شده، این نوارها آزمایش شدند و نتایج بررسی گردید.

مواد و آزمایش‌ها 

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 177 ام ماهنامه بسپار که در خرداد ماه منتشر شده است بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.