1-17-5 تعریف

پلیمرها (بسپارها)، از نظر شیمیایی، به مولکول‌های زنجیر بلند، با وزن مولکولی بسیار زیاد در حد صدها هزار گفته می‌شود. در این زنجیرها، یک واحد اصلی، که مونومر (تکپار) نامیده می‌شود، به تعداد زیاد تکرار می‌شود. این زنجیر ممکن است خطی با شاخه باشد. این زنجیرها به دلیل طول زیاد به یکدیگر گره‌های فیزیکی می‌خورند که باعث افزایش خواص مکانیکی آن‌ها نسبت به کوچک مولکول‌ها و مشابه خواص فلزات می‌شود. هم‌چنین ممکن است زنجیرها با تعدادی اتصالات عرضی شیمیایی به یکدیگر پیوند برقرار کنند و خواص مشابه جامدات داشته باشند. از این رو، پلیمرها به صورت خالص و تقویت شده می‌توانند به عنوان مصالح ساختمانی به کار برده شوند. پلیمرها به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند که انواع طبیعی ساختار و وزن مولکولی یکسان دارند، در حالی که در انواع پلیمرهای مصنوعی وزن مولکولی همه زنجیرها یکسان نبوده و توزیع نسبتاً وسیعی از وزنهای مولکولی و در نتیجه اندازه زنجیر متفاوت دارند.

برخی پلیمرها به تنهایی خواص مکانیکی مناسبی ندارند و نمی‌توانند در ساخت مصالح ساختمانی استفاده شوند. پلیمرها را می‌توان توسط مواد دیگر مانند مواد ذره‌ای لیفی تقویت کرد. مجموعه پلیمر و مواد تقویت کننده را کامپوزیت (مواد مرکب یا مواد چند سازه‌ای) می‌نامند.

مهم‌ترین کامپوزیت‌ها، پلیمرهای تقویت شده با الیاف (FRP) هستند که فاز ناپیوسته آن‌ها را الیاف تشکیل می‌دهند و این ناشی از آن است که توانایی دستیابی به استحکام بالا در آن‌ها وجود دارد. پرمصرف‌ترین الیاف تقویت کننده در صنعت کامپوزیت، الیاف شیشه می‌باشد که ناشی از خواص مکانیکی خوب همراه با قیمت نسبتاً پایین آن است. الیاف کربن، آرامید و بُر مدول قابل توجهی دارند و پس از الیاف شیشه مهمترین تقویت کننده‌های لیفی صنعت کامپوزیت هستند. در این میان الیاف کربن از تنوع زیادی برخوردار می‌باشند و به جهت مدول بالا و چگالی کمتر میزان استفاده از آن‌ها رو به رشد است. محصولات FRP عمدتاً به صورت میلگرد یا ورق عرضه می‌شوند و کاربردهای گسترده‌ای برای مصارف بهسازی و تعمیر سازه‌ها دارند. هم‌چنین با توجه به مشخصات منحصر به فرد میلگردهای FRP از قبیل مقاومت به خوردگی آن‌ها نسبت به محیط‌های آسیب‌رسان کلریدی و کربناسیون و خواص مکانیکی مناسب در مقاصد سازه‌ای نیز استفاده می‌گردند.

کامپوزیت‌ها خواص مکانیکی برجسته‌ای داشته و از انعطاف‌پذیری مناسبی در طراحی برخوردارند و روش‌های ساخت آن‌ها نسبتاً آسان است. کامپوزیت‌ها موادی سبک، مقاوم در برابر خوردگی و ضربه، دارای مقاومت خستگی عالی، مستحکم و با دوام‌اند و به روش‌های مختلفی قابل تبدیل به یک محصول یایک قطعه می‌باشند. لوله، نبشی، قوطی، میلگرد معمولی و آجدار، داکت، تیرهای I شکل، مخازن نگهداری مواد خورنده و صفحات نمای ساختمان نمونه کاربردهای کامپوزیتهای پلیمری در صنعت است.

علاوه بر کامپوزیت‌ها شکل دیگری از پلیمرها به نام فوم‌های پلیمری در مصالح ساختمانی استفاده می‌شوند. مثال‌های فوم‌های پلیمری فوم‌های پلی استایرن و پلی یورتان می‌باشند که در فصل 5-13 عایق‌های حرارتی به آن‌ها اشاره شده است.

2-17-5 دسته‌بندی

1-2-17-5 مواد پلیمری کاربردهای بسیار متنوع و متعدد در ساختمان دارند. بنابراین، تعیین تفکیکی این کاربردها ضرورتی ندارد. در جدول 5-17-1، یک دسته‌بندی کلی از کاربردهای پلیمر در ساختمان ارائه شده است.

جدول 5-17-1 دسته‌بندی کاربردی پلیمرها

2-2-17-5 پلیمرها را می‌توان بر مبنای مکانیک تغییرشکل به دسته‌های زیر تقسیم کرد:

1-2-2-17-5 گرمانرم‌ها (ترموپلاستیک‌ها): پلیمرهای غیربلوری یا نیمه بلوری که با افزایش دما از حالت جامد به حالت سیال درآمده و قابلیت جاری شدن پیدا می‌کنند. پلیمرهایی گرمانرم غیربلوری با افزایش دما در دمای انتقال شیشه‌ای از حالت جامد به حالت ویسکوالاستیک در آمده و پس از عبور از نقطه نرمی کاملاً سیال می‌شوند. بلورهای پلیمرهای گرمانرم نیمه بلوری در نقطه ذوب از جامد به حالت سیال در آمده و پس از سرد کردن آن‌ها می‌توان دوباره پلیمر گرمانرم را به دست آورد. در محدوده دمایی زیر نقطه نرمی پلیمرهای گرمانرم این مواد تغییرشکل کمی از خود نشان می‌دهند. مثال‌های این نوع پلیمرها عبارتند از: پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی آمیدها، پلی کربنات، پلی استایرن.

2-2-2-17-5 گرماسخت‌ها (ترموستها): زنجیرهای پلیمر عمدتاً غیربلوری هستند که دارای گروه‌های عاملی هستند که می‌توانند به طور شیمیایی پخته شده و تشکیل یک شبکه سه بعدی را دهند که در این شبکه زنجیرهای پلیمری نسبت به به یکدیگر قابلیت حرکت نداشته و کاملاً سخت می‌شوند. این فرایند سخت شدن را پخت یا شبکه‌ای شدن می‌نامند. پلیمر پخت نشده را رزین نیز می‌نامند. بنابراین، پلیمرهای گرماسخت پس از پخت شدن اجازه هیچ‌گونه تغییرشکل خمیری را ندارند و کمترین تغییرشکل آن‌ها متضمن نیروی بزرگی می‌باشد و تغییرشکل ایجاد شده در آن‌ها کاملاً برگشت‌ناپذیر است. مثال‌های این رزین‌ها، اپوکسی‌های پلی یورتان‌ها و رزین‌های غیراشباع و رزین‌های سیلیکونی می‌باشند.

3-2-2-17-5 الاستومرها، رابرها یا مواد لاستیکی: مواد پلیمری غیربلوری‌اند که زنجیرهای آن‌ها به صورت شیمیایی با یکدیگر واکنش داده و متصل شده‌اند. الاستومرها موادی هستند که تغییرشکل‌های ایجاد شده در اثر اعمال تنش خارجی کاملاً قابل بازگشت بوده و از خود کشسانی نشان می‌دهند. کشسانی الاستومرها نتیجه تغییرات برگشت‌پذیر صورت‌بندی (کنفورماسیون) بخش‌های زنجیر پلیمر می‌باشد. الاستومرها قابلیت بازگرداندن تا 300٪ تغییرشکل را دارند که این رفتار به هیچ وجه توسط مواد فلزی قابل ارائه نمی‌باشد.

4-2-2-17-5 الاستومرهای گرمانرم: این پلیمرها دارای خواص کاربردی الاستومرها و خواص فرآیندی گرمانرم‌ها هستند. الاستومرهای گرمانرم معمولاً به دو دسته فیزیکی و شیمیایی تقسیم می‌شوند. نوع فیزیکی آن‌ها از اختلاط فیزیکی یک پلیمر گرمانرم و یک الاستومر حاصل می‌شود. مثال‌های الاستومرهای فیزیکی عبارت است از: آمیخته پلی اتیلن و اتیلن پروپیلن دین منومر (EPDM) و پلی استایرن و استایرن بوتادین رابر (SBR).

نوع شیمیایی این مواد معمولاً کوپلیمرهای بلوکدار می‌باشند که دارای دو یا سه بخش پلیمری می‌باشند که یک بخش لاستیکی به یک یا دو بخش گرمانرم متصل شده‌اند. این ساختار شیمیایی در دمای محیط همانند لاستیکهای پخت شده رفتار کرده و تغییرشکل‌های مکانیکی را کاملاً بازیابی می‌کنند. با افزایش دما بخش لاستیکی نرم یا ذوب شده و حرکت زنجیرهای آن را تسهیل می‌کند. در دمای بالاتر از نقطه نرمی فاز گرمانرم می‌توان این مواد را شکل‌دهی کرد. مثال‌های این دسته از الاستومرهای گرماگرم خانواده‌های استایرن بوتادین (SB)، استایرن بوتادین استایرن (SBS) و اتیلن ونیل استات (EVA) می‌باشند.

3-17-5 استانداردها

1-3-17-5 ویژگی‌ها

1-1-3-17-5 نظر به تنوع فراوان پلیمرها و نیز کاربردهای آن‌ها در ساختمان‌ها ارائه فهرست کاملی از ویژگی‌های آن‌ها در اینجا ممکن نیست. تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان، بسته به نوع محصول و کاربرد مورد نظر، باید ویژگی‌های استاندارد و الزامات عملکردی آن را با توجه به استانداردهای ملی با استانداردهای معتبر برآورده نمایند. به عنوان مثال، معمولاً برای بیشتر محصولات پلیمری، مقاومت‌های مکانیکی به سبب کنترل کیفی آن‌ها، یا حداقل مقاومت و مدول کششی آن‌ها از ویژگی‌های مهم است. هم‌چنین، اگر محصول تحت بار فشاری است، باید حداقل مقاومت فشاری آن تعیین شده باشد. گاهی، با توجه به نوع محصول (مثلاً اسفنجها و عایق‌های حرارتی پلیمری) به جای مقاومت فشاری، باید حداقل تنش فشاری در 10 درصد تغییرشکل، در نظر گرفته شود.

2-1-3-17-5 خستگی در پلیمرها بسیار بیشتر از مصالح دیگر است، بنابراین چنانچه محصول پلیمری تحت بار باشد، باید پدیده خستگی آن نیز در نظر گرفته شود.

3-1-3-17-5 در صورت لزوم قرار گرفتن پلیمر در معرض رطوبت، ویژگی جذب آب آن باید معلوم باشد، به خصوص در مورد اسفنجها و عایق‌های حرارتی پلیمری که مستعد جذب آب است و خواص آن‌ها با جذب آب تغییر می‌کند. دوام پلیمرها در شرایط کاربرد (مثلاً در شرایط جوی، یا در برابر مواد شوینده یا حتی در شرایط عادی) بسیار مهم است. واکنش پلیمرها در برابر آتش نیز بستگی به کاربرد آن‌ها در ساختمان دارد، که با توجه به الزامات مبحث سوم مقررات ملی ساختمان تعیین می‌شود.

4-1-3-17-5 ویژگی‌های لاتکس برای چسباندن بتن تازه به بتن سخت شده در استاندارد ملی ایران شماره 19224 ارائه شده است.

5-1-3-17-5 مشخصات نوارهای آب بند از جنس پلیمرهای گرمانرم برای استفاده در درزهای اجرایی و انقباضی بتن درجا طبق استاندارد ملی ایران شماره 2-13277 می‌باشد.

6-1-3-17-5 مشخصات عایق‌های پلیمری در فصل 5-13 عایق‌های حرارتی ارائه شده است.

7-1-3-17-5 پروفیل‌های پلی وینیل کلراید سخت (U-PVC) برای استفاده در در و پنجره باید مطابق با استاندارد ملی ایران شماره 12291 باشند. هم‌چنین ضوابط مواد، شیشه، نحوه شیشه گذاری، امنیت، آب‌بندی، و کارآیی عملکردی و استحکامی پنجره‌های از جنس پروفیل پلی وینیل کلراید سخت (U-PVC) در استاندارد ملی ایران شماره 8510 ارائه شده است.

8-1-3-17-5 مشخصات سامانه‌های لوله‌گذاری پلی وینیل کلراید کلردار شده (PVC-C) جهت استفاده در تاسیسات آب گرم و سرد در مجموعه استانداردهای ملی ایران شماره 13251 ارائه شده است.

9-1-3-17-5 ویژگی‌های کف پوش‌های انعطاف‌پذیر همگن بر پایه پلی وینیل کلراید (PVC) در استاندارد ملی ایران شماره 18124 ذکر شده است.

10-1-3-17-5 ویژگی‌های پروفیل‌های اکسترود شده تهیه شده از پلی وینیل کلراید با مقاومت ضربه‌ای بالا (PVC-H)، جهت تولید در و پنجره‌های مورد استفاده در دیوارهای خارجی ساختمان در استاندارد ملی ایران شماره 6840 ارائه گردیده است.

11-1-3-17-5 در استاندارد ملی ایران شماره 14718 ویژگی‌های کاربردی چسب برای نصب انواع سنگها بر روی کف، دیوار و سقف در درون و بیرون ساختمان‌ها بیان شده است.

12-1-3-17-5 ویژگی‌های انواع چسبهای کاشی در استاندارد ملی ایران شماره 12492 ارائه شده است.

13-1-3-17-5 مشخصات ورق‌های FRP برای کاربرد در سازه‌های بتنی در استاندارد ملی ایران شماره 20201 ارائه شده است.

2-3-17-5 آزمایش‌های استاندارد

1-2-3-17-5 تنوع فراوان پلیمرها و کاربردهای آن‌ها در ساختمان مستلزم آن است که تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان، بسته به نوع محصول و کاربرد مورد نظر، آزمایش‌های استاندارد در مورد آن‌ها را انجام دهند. از جمله آزمایش‌های مهم استاندارد که معمولاً باید انجام شود، می‌توان تعیین مقاومت و مدول کششی، مقاومت در برابر نفوذ، مقاومت فشاری باتنش فشاری در 10 درصد تغییرشکل، جذب آب، آزمایش‌های آتش، ضریب هدایت حرارتی و مقاومت حرارتی و آزمایش‌های دوام را نام برد.

2-2-3-17-5 روش‌های آزمون قابل کاربرد برای میله و رشته‌های پلیمری تقویت شده با الیاف به عنوان مسلح کننده‌ها با کابل‌های پیش‌تنیدگی (تاندون‌های پیش‌تنیدگی) در بتن در استاندارد ملی ایران شماره 1-14761 ارائه شده است.

3-2-3-17-5 طبقه‌بندی، الزامات و روش‌های آزمون پروفیل‌های پلی وینیل کلراید سخت (PVC-U) برای ساخت در و پنجره در استاندارد ملی ایران شماره 12291 ارائه شده است.

4-2-3-17-5 ویژگی‌ها و روش‌های آزمون پروفیل‌های پلی وینیل کلراید با مقاومت ضربه‌ای بالا (PVC-H) مورد مصرف در ساخت در و پنجره در استاندارد ملی ایران شماره 6840 ارائه شده است.

5-2-3-17-5 روش‌های آزمون اصلاح کننده‌های پلیمری پودری و لاتکسی برای کاربرد در ملات و بتن دارای سیمان هیدرولیکی طبق استاندارد ملی ایران شماره 12602 می‌باشد.

6-2-3-17-5 روش‌های آزمون نوارهای آببند از جنس پلیمرهای ترموپلاستیک برای استفاده در درزهای اجرایی و انقباضی بتن درجا در استاندارد ملی ایران شماره 2-13277 ارائه شده است.

7-2-3-17-5 روش‌های آزمون پروفیل‌های پلی وینیل کلراید سخت (U-PVC) برای استفاده در در و پنجره در استاندارد ملی ایران شماره 12291 ارائه شده است.

3-3-17-5 استانداردهای مرجع این بخش در پیوست 2 ارائه شده‌اند.

4-17-5 ایمنی، بهداشت و ملاحظات زیست محیطی

با توجه به تنوع انواع مواد پلیمری مصرفی در صنعت ساختمان و خصوصیات متفاوت این مواد با یکدیگر، الزامات ایمنی کار با این مواد به طور کلی به شرح زیر است:

1-4-17-5 هنگام کار با برخی از پلیمرهای مایع در ساختمان که مستلزم استفاده از حلال‌ها برای تنظیم گرانروی است (مانند پوشش‌ها، افزودنی‌ها، رزین‌ها و چسبها)، باید از دستکش مقاوم در برابر مواد شیمیایی استفاده کرد تا از تماس حلال‌ها با پوست جلوگیری کند و اگر کار در محوطه بسته انجام می‌گیرد، باید از ماسک‌های مخصوص تنفسی استفاده شود، زیرا بسیاری از حلال‌ها (خصوصاً حلال‌های آروماتیک) به شدت سمی و سرطان‌زا هستند.

2-4-17-5 استفاده از هر نوع محصول پلیمری محدود به دماهای خاص کاربرد است. برخی از پلیمرها، در هنگام آتش‌سوزی و یا در معرض حرارت بالا، تجزیه می‌شود و گازهای سمی متصاعد و ایجاد مسمومیت می‌کنند. بنابراین، از کاربرد این مواد در معرض حرارت بالا جلوگیری شود. در صورت سوختن این مواد و تولید دود، از استنشاق آن باید خودداری کرد. پیش از انتخاب و کاربرد مصالح پلیمری در ساختمان، باید رفتار آن‌ها در برابر آتش بررسی شود و استفاده از آن‌ها با رعایت کامل ضوابط ایمنی صورت گیرد. مثلاً در برخی فضاهای ساختمان (مانند راههای خروج یا فضاهای تجمعی) استفاده از این مواد محدود گردد، یا نیاز به پوشش‌های محافظت کننده است.

3-4-17-5 برخی از پلاستیک‌ها از پلیمرها و یا اجزای سمی تولید می‌شود، بنابراین، از کاربرد آن‌ها برای نگهداری یا انتقال آب آشامیدنی (حتی سرد) و کشاورزی باید خودداری شود.

4-4-17-5 دما و رطوبت (یا آب داغ) همزمان اثر مخرب‌تری روی پلیمرها دارند. در صورتی که پلیمر دارای مونومر آزاد (مونومرهایی که در فرایند پلیمریزاسیون وارد واکنش نشده و در محیط به صورت آزاد باقی مانده‌اند) باشد، ممکن است مواد آن به آب داغ انتقال پیدا کنند، چون اغلب مونومرها به شدت سمی و سرطان‌زا هستند، از مصرف خوراکی آن آبها باید خودداری شود.

5-4-17-5 هر چند پلیمرها در حالت جامد کم خطرترند، نظر به کاربرد عوامل پخت بسیار سمی در برخی از این مواد (مثلاً ترکیبات کبالت و پراکسید در بتن پلیمرها) باید هنگام کار با آن‌ها از ماسک و دستکش مخصوص استفاده شود.

6-4-17-5 در هنگام کار کردن با پلیمرهای سمی، یا دارای حلال‌های سمی، علاوه بر به کار گرفتن تجهیزات ایمنی لازم، همه عملیات باید در محوطه دارای هواکش قوی صورت گیرد.

5-17-5 سازگاری

تولیدکنندگان محصولات پلیمری موظفند، در مشخصات فنی محصولات خود هر نوع عدم سازگاری محصول با سایر مصالح ساختمانی را که امکان دارد با هم در ساختمان به کار برده شوند، اعلام کنند و راه حل‌های لازم (مانند کاربرد پرایمرهای ویژه، انواع توری یا سایر تمهیدات) را به طور دقیق ارائه دهند. مصرف کننده نیز موظف است به این موارد به دقت توجه کند.

6-17-5 بسته‌بندی، حمل و نگهداری

1-6-17-5 در هنگام بسته‌بندی پلیمرها، باید به مایع یا جامد بودن آن توجه شود. معمولاً پلیمرهای مایع در ظرفهای فلزی با مقاومت زیاد در برابر خوردگی حمل می‌شوند. گاهی برخی از پلیمرها و حلال‌ها در ظرفهای پلاستیکی حمل می‌شوند. این کار در صورتی مجاز است که از عدم انحلال مواد سازنده ظرف در مایع درون آن‌ها اطمینان حاصل شده باشد.

2-6-17-5 معمولاً پلاستیک‌ها و پلیمرهای جامد به صورت تکی و یا در بسته‌های کارتونی با پلاستیکی حاوی چند عدد از آن‌ها حمل می‌شوند. در مورد پلاستیک‌ها باید اطمینان یافت که فشار زیاد به قطعات وارد و یا از شکل اولیه خارج نخواهد شد.

3-6-17-5 ظرف‌های مخصوص بسته‌بندی و حمل پلیمرهای مایع باید کاملاً آب بند باشد و از نفوذ هر ماده خارجی و یا خروج محتوای آن جلوگیری کند. هم‌چنین، این ظروف باید تحمل بارهای اضافی را داشته باشند، تا در صورت وارد آمدن صدمات ناخواسته و اتفاقی، دچار نشت و ریزش مواد درون آن نشود.

4-6-17-5 در صورتی که پلیمر یا ماده پلاستیک به نور و رطوبت با حرارت حساس باشد، در هنگام بسته‌بندی و حمل، باید از ورقه‌های پلاستیکی مات یا ظرفهای مات و یا بسته‌بندی کامل استفاده شود.

5-6-17-5 مواد سمی باید در ظرفهای مناسب آن بسته‌بندی و علائم خطر و عبارت "سمی" و یا "بسیار سمی" روی آن ثبت گردد. آن‌ها را باید کاملاً محکم و مطمئن بسته‌بندی کرد و هنگام حمل باید از وارد آمدن ضربه به بسته یا ظرف جلوگیری شود.

6-6-17-5 شرایط محیطی می‌تواند روی ترکیب، درصد، شیمی و خصوصیات پلاستیک‌ها و حتی شکل‌پذیری آن‌ها اثرگذار باشد، بنابراین در هنگام نگهداری این مواد، باید به عواملی مانند رطوبت محیط، دمای محیط و تابش نور و صدمات مکانیکی توجه کرد. اغلب پلیمرهای مایع یا حلال‌های آن‌ها نسبت به دما بسیار حساس‌اند. حلال‌ها باید در دمایی زیر نقطه اشتعال نگهداری و رزین‌ها باید در دمایی که موجب ژل‌شدگی آن‌ها نشود، حفظ شوند. بنابراین، نگهداری مواد پلیمری و پلاستیکی و حلال‌ها در انبارکاری حساس است و لازم است دقت لازم در این زمینه به عمل آید.

7-6-17-5 با توجه به آتش‌گیری مواد پلیمری، انبار این مواد، یا مواد وابسته، باید حتماً مجهز به وسایل آتش‌نشانی و جعبه کمکهای اولیه باشد.

8-6-17-5 در انبار پلیمرها، ظرف‌ها بر روی ظرفهای دیگر و یا کف کاذب ساخته شده برای این منظور، قرار داده می‌شوند. بنابراین، ظرف‌های حاوی مواد پلیمری مایع و یا قطعات پلیمری، نباید مستقیماً روی زمین نهاده شوند.

9-6-17-5 تعداد ظرفهای حاوی مواد پلیمری مایع که بر روی هم قرار گرفته است نباید چندان زیاد باشد که باعث سقوط آن‌ها و یا نشت کردن طرف‌های زیرین شود.

10-6-17-5 روی برچسب ظرف پلیمرها باید شرایط نگهداری آن‌ها، از جمله نور، دما و رطوبت، درج شده باشد.