بتن به‌عنوان پرمصرف‌ترین ماده‌ی ساختمانی، علی‌رغم مقاومت فشاری بالا و دوام مناسب، در برابر نفوذ آب و عوامل مخرب بیرونی آسیب پذیر است. ساختار متخلخل بتن (وجود منافذ مویین و ریزترک‌ها) باعث نفوذ آب، یون‌های مخرب مانند کلریدها و سولفات‌ها و گازهایی نظیر دی‌اکسید کربن به درون آن می‌شود. ورود آب و مواد مهاجم به درون بتن می‌تواند خرابی‌های مختلفی از جمله زنگ‌زدگی آرماتورها، ترک‌خوردگی ناشی از واکنش‌های شیمیایی یا چرخه‌های یخ‌زدگی و ذوب، کربناته‌شدن سیمان و کاهش قلیائیت محیط به دنبال داشته باشد. این آسیب‌ها در نهایت موجب کاهش عمر مفید سازه‌های بتنی می‌شوند. بنابراین آب‌بندی بتن و جلوگیری از نفوذپذیری آن یکی از ضرورت‌های اساسی در طرح و اجرای بسیاری از پروژه‌های عمرانی به‌شمار می‌رود.
در گذشته برای تأمین آب‌بندی سازه‌های بتنی اغلب از پوشش‌ها و لایه‌های محافظ سطحی مانند قیراندود کردن، رنگ‌های ضدآب یا غشاهای پلیمری استفاده می‌شد. هرچند این روش‌ها تا حدی موثر بودند، اما مشکلاتی نظیر جداشدن لایه‌ی پوششی, عمر محدود و نیاز به تعمیرات دوره‌ای همواره مطرح بود. به‌مرور زمان رویکرد صنعت ساختمان به سمت آب‌بند کردن ذاتی بتن پیش رفت؛ به این معنا که با اصلاح طرح اختلاط و افزودن مواد شیمیایی به بتن، خود بتن به ماده‌ای کم‌نفوذ تبدیل شود. کاهش نسبت آب به سیمان (به کمک فوق‌روان‌کننده‌ها) نخستین گام مهم در این مسیر بود که با کاهش تخلخل، نفوذپذیری را پایین می‌آورد. سپس استفاده از مواد ریزدانه مانند میکروسیلیس رواج یافت که با پر کردن منافذ و مصرف هیدروکسید کلسیم حاصل از هیدراته کردن، ساختار بتن را آب‌بندتر می‌کنند. علاوه بر این‌ها، افزودنی‌های آب‌بندکننده ویژه‌ای توسعه یافت که به صورت شیمیایی درون بتن عمل کرده و عبور آب را سد می‌کنند. از جمله‌ی این افزودنی‌ها می‌توان به مواد ایجادکننده‌ی بلورهای غیرمحلول در منافذ، ترکیبات آب‌گریز (مانند اسیدهای چرب و استئارات‌ها) و پلیمرهای مصنوعی اشاره کرد. در دهه‌های اخیر به‌کارگیری پلیمرهای مختلف در بتن (معروف به بتن‌های پلیمری یا بتن اصلاح‌شده با پلیمر) تحول قابل توجهی در افزایش دوام و آب‌بندی بتن ایجاد کرده است. یکی از مهم‌ترین این پلیمرها، پلیمرهای آکریلیکی هستند که موضوع بحث این مقاله می‌باشند.
افزودنی آکریلیکی بتن نوعی ماده‌ی شیمیایی پلیمری است که به مخلوط بتن افزوده شده و با هدف کاهش نفوذپذیری و افزایش دوام بتن عمل می‌کند. این افزودنی‌ها عمدتاً به صورت امولسیون‌های پلیمری (لاتکس) بر پایه رزین‌های آکریلیک تولید می‌شوند که ظاهری شیری‌رنگ و مایع دارند. افزودنی آکریلیکی پس از افزودن به بتن در طی فرآیند سخت‌شدن، درون ساختار بتن منتشر شده و یک شبکه‌ی پلیمری در خلل و فرج بتن تشکیل می‌دهد. در ادامه‌ی این مقاله، ویژگی‌های فنی چنین پلیمر آکریلیکی و مکانیسم عملکرد آن در آب‌بند کردن بتن شرح داده می‌شود. همچنین تأثیر حضور این پلیمر بر خواص مکانیکی و دوام بتن مورد بررسی قرار گرفته، روش مصرف بهینه‌ی آن تبیین می‌گردد و کاربردهای متداول آن در پروژه‌های عمرانی معرفی می‌شود.
پلیمرهای آکریلیکی مورد استفاده در بتن عموماً از مونومرهای مشتق‌شده از اسید آکریلیک (مانند متیل‌متاکریلات، اتیل‌آکریلات و…) تشکیل شده‌اند. این مونومرها از طریق پلیمریزاسیون امولسیونی به ذرات پلیمری ریز (با اندازه‌ی حدود چند صد نانومتر) تبدیل می‌شوند که در آب معلق هستند و یک لاتکس پایدار را تشکیل می‌دهند. لاتکس آکریلیکی معمولاً به صورت درصدی از وزن سیمان به مخلوط بتن اضافه می‌شود (برای مثال ۵ تا ۱۵ درصد وزنی سیمان، بسته به نوع کاربرد). ذرات پلیمری آکریلیک در محیط قلیایی بتن پایدار بوده و طی اختلاط به‌خوبی میان ذرات سیمان و سنگدانه‌ها پراکنده می‌شوند.
با گذشت زمان و پیشرفت هیدراته کردن سیمان، آب آزاد موجود در بتن کاهش می‌یابد و همزمان پلیمرهای لاتکس شروع به نزدیک‌شدن به یکدیگر می‌کنند. سرانجام ذرات پلیمر به‌هم می‌پیوندند و یک فیلم پلیمری پیوسته و انعطاف‌پذیر را در منافذ مویین و فضاهای خالی خمیر بتنی تشکیل می‌دهند. این فرایند که به «تشکیل فیلم» معروف است، کلید اصلی عملکرد آب‌بندی افزودنی آکریلیکی به‌شمار می‌رود. فیلم پلیمری ایجادشده در داخل بتن، منافذ و مجاری عبور آب را مسدود می‌کند و یک لایه‌ی آب‌گریز درون شبکه‌ی سیمان ایجاد می‌نماید. بدین ترتیب حرکت آب و سایر سیالات مهاجم در داخل بتن به‌شدت محدود می‌شود.
علاوه بر مسدودسازی فیزیکی منافذ، حضور پلیمر آکریلیکی تأثیرات شیمیایی و رئولوژیکی نیز بر بتن دارد. ذرات پلیمر می‌توانند تا حدی روی سطح ذرات سیمان را بپوشانند و سرعت هیدراته کردن اولیه را کمی کاهش دهند (اثر دیرگیر جزئی)، که این امر به عمل‌آوری بهتر بتن کمک می‌کند. در واقع پلیمر با حفظ رطوبت داخلی بتن به عنوان یک عامل عمل‌آور داخلی (عمل‌آوری غشایی) عمل کرده و از تبخیر سریع آب جلوگیری می‌کند. نتیجه‌ی این فرایند، هیدراته کردن کامل‌تر بتن و رشد بهتر محصولات سیمانی در سنین بالا است که خود موجب تراکم بیشتر ساختار بتن و کاهش بیشتر نفوذپذیری می‌شود. همچنین فیلم پلیمری تشکیل‌شده دارای خاصیت الاستیسیته است و می‌تواند ریزترک‌های ناشی از انقباض بتن را پل بزند یا بهم بچسباند؛ بنابراین حتی اگر ترک‌های مویی در بتن ایجاد شود، شبکه‌ی پلیمری مانع بازشدن مسیر عبور آب شده و آب‌بندی تا حد زیادی حفظ می‌گردد.
حضور پلیمر آکریلیکی در مخلوط بتن تغییراتی در خواص مکانیکی بتن سخت‌شده ایجاد می‌کند. یکی از اثرات بارز، افزایش چسبندگی و انسجام داخلی بتن است. فیلم پلیمری همانند یک چسب میان ذرات سیمان و سنگدانه عمل کرده و پیوستگی ماتریس سیمانی را بیشتر می‌کند. نتیجه آن ارتقای مقاومت کششی و خمشی بتن است؛ به‌طوری‌که بتن‌های حاوی افزودنی آکریلیکی معمولاً مقاومت خمشی و مقاومت کششی قابل توجهی بالاتر از بتن معمولی نشان می‌دهند. از سوی دیگر، تأثیر پلیمر بر مقاومت فشاری بتن به میزان و نحوه‌ی مصرف آن بستگی دارد. اگر از افزودنی آکریلیکی به‌جای بخشی از آب اختلاط استفاده شود (و نسبت آب به سیمان بهینه حفظ گردد)، می‌توان بدون کاهش قابل ملاحظه در مقاومت فشاری به بهبود خواص دیگر دست یافت. در مقادیر بهینه‌ی پلیمر (مثلاً حدود ۵٪ وزنی سیمان)، مقاومت فشاری بتن ممکن است تغییر چندانی نکند یا حتی به دلیل هیدراته کردن بهتر در سنین طولانی‌تر اندکی افزایش یابد. اما در صورت مصرف بیش از حد پلیمر (بالاتر از مقدار بهینه)، به‌دلیل کاهش سهم سیمان در مخلوط و ماهیت نرم‌تر فاز پلیمری نسبت به فاز سیمانی، مقاومت فشاری ممکن است مقداری کاهش یابد. به طور کلی با رعایت حد مناسب افزودنی، می‌توان به بهبود همزمان مقاومت کششی-خمشی و پایداری ترک در بتن دست یافت بی‌آنکه مقاومت فشاری به شکل چشمگیری افت کند.
از منظر مدول الاستیسیته، افزودن پلیمر آکریلیکی معمولاً سبب کاهش مدول الاستیسیته بتن می‌شود و بتن را تا حدی انعطاف‌پذیرتر می‌کند. این امر می‌تواند مفید باشد زیرا بتن را از حالت ترد و شکننده صرف خارج کرده و انرژی شکست و شکل‌پذیری آن را افزایش می‌دهد. بتن اصلاح‌شده با پلیمر تمایل کمتری به گسترش ترک‌های ناگهانی دارد و رفتار نرم‌تری تحت بار از خود نشان می‌دهد. همچنین چسبندگی بتن به میلگردهای فولادی و به لایه‌های بتنی قدیمی‌تر با حضور پلیمر بهبود می‌یابد که در تعمیر سازه‌های بتنی یک مزیت بزرگ محسوب می‌شود.
گذشته از خواص مکانیکی, تأثیر افزودنی آکریلیکی بر دوام بتن بسیار حائز اهمیت است. همان‌طور که ذکر شد، این افزودنی به شکل چشمگیری نفوذپذیری آب را کاهش می‌دهد. کاهش نفوذ آب به درون بتن سبب مقاومت بالاتر در برابر فرآیندهای مخرب خواهد شد. برای مثال، در اقلیم‌های سرد که چرخه‌های یخ‌زدن و ذوب مکرر رخ می‌دهد، بتن آب‌بند شده با پلیمر عملکرد بسیار بهتری از خود نشان می‌دهد. چون وقتی آب کمتری وارد منافذ بتن شود، در هنگام یخ‌زدن فشار کمتری ناشی از انبساط ایجاد شده و تخریب ناشی از یخ‌زدگی (پوسته‌شدن و ترک‌خوردگی) کاهش می‌یابد. همین‌طور در محیط‌های حاوی یون کلرید (مانند جاده‌های یخ‌زدا یا سازه‌های دریایی)، پلیمر آکریلیکی با جلوگیری از نفوذ یون کلرید به داخل بتن، از رسیدن این یون‌ها به آرماتورها ممانعت کرده و خطر خوردگی میلگردها را شدیداً کاهش می‌دهد. مقاومت در برابر نفوذ یون‌های مهاجم دیگر نظیر سولفات‌ها و نیترات‌ها نیز با این روش افزایش می‌یابد و در نتیجه بتن در برابر واکنش‌های مخربی چون سولفاته‌شدن پایاتر می‌گردد.
یکی دیگر از جنبه‌های دوام بتن، مقاومت شیمیایی آن در برابر محیط‌های اسیدی و خورنده است. پلیمرهای آکریلیکی به‌خودی‌خود مقاومت شیمیایی مناسبی دارند و چون نفوذپذیری بتن را کم می‌کنند، تا حدی اثر مخرب اسیدها و مواد شیمیایی را به تأخیر می‌اندازند. هرچند باید توجه داشت که در محیط‌های بسیار اسیدی (مثلاً اسید با pH بسیار پایین) اصولاً خمیر سیمان دچار تخریب می‌شود و حضور پلیمر تنها کمی این فرآیند را کند می‌کند. با این وجود در محیط‌های با خورندگی متوسط، بتن اصلاح‌شده با آکریلیک عملکرد بهتری نسبت به بتن معمولی نشان می‌دهد. همچنین مطالعات نشان داده‌اند که کاهش نفوذپذیری ناشی از پلیمر می‌تواند سرعت کربناته‌شدن بتن را نیز کاهش دهد، چرا که نفوذ دی‌اکسیدکربن را کندتر می‌کند. در مجموع، افزودنی آکریلیکی با چند مکانیزم همزمان (محدود کردن نفوذ آب و مواد مضر، افزایش انسجام و انعطاف‌پذیری بتن، و بهبود عمل‌آوری) باعث ارتقای قابل ملاحظه‌ی دوام درازمدت بتن می‌شود.
برای کسب بهترین عملکرد از افزودنی‌های آکریلیکی، رعایت چند نکته در مصرف آن‌ها ضروری است. نخست آنکه مقدار مصرف پلیمر باید بر اساس اهداف طرح اختلاط بهینه شود. معمولاً میزان پلیمر بر حسب درصدی از وزن سیمان تعیین می‌گردد. تحقیقات مختلف نشان داده‌اند که مقادیر نسبتاً کم (حدود ۵ تا ۱۰ درصد وزن سیمان) می‌تواند بیشترین بهبود را در خواص بتن ایجاد کند، در حالی که مصرف بیش از حد (مثلاً بیش از ۱۵ درصد) دیگر به افزایش عملکرد منجر نشده و حتی ممکن است مقاومت فشاری و اقتصادی بودن طرح را کاهش دهد. بنابراین توصیه می‌شود قبل از اجرای گسترده، در آزمایشگاه نسبت بهینه‌ی پلیمر برای مصالح و شرایط پروژه مشخص گردد.
دوم، نحوه‌ی اختلاط افزودنی آکریلیکی با بتن اهمیت دارد. این افزودنی معمولاً به صورت مایع لاتکس عرضه می‌شود؛ می‌توان آن را مستقیماً با آب اختلاط بتن مخلوط کرد و سپس به سیمان و سنگدانه اضافه نمود. برخی محصولات آکریلیکی نیز به شکل پودرهای قابل انتشار در آب (RDP) موجودند که باید ابتدا در آب حل و پخش شوند. در هر صورت، اختلاط باید به گونه‌ای باشد که پلیمر کاملاً در مخلوط بتن یکنواخت توزیع شود. بهتر است آب اختلاط بتن به اندازه‌ی معینی کاهش یابد تا حضور پلیمر سبب روانی بیش از حد یا افزایش نسبت آب به سیمان نگردد (زیرا نسبت آب به سیمان بالا خود عامل افزایش نفوذپذیری است). اغلب تولیدکنندگان دستورالعمل دقیقی برای نسبت جایگزینی آب با لاتکس پلیمر ارائه می‌کنند که باید مطابق آن عمل شود.
سومین نکته، شرایط عمل‌آوری بتن حاوی پلیمر است. برای آنکه فیلم پلیمری به خوبی درون بتن تشکیل شود و خواص مطلوب به‌دست آید، لازم است بتن در سنین اولیه خشک نشود. توصیه می‌گردد پس از بتن‌ریزی، سطح بتن‌های حاوی افزودنی آکریلیکی حداقل به مدت ۲۴ ساعت با پوشش پلاستیکی یا مواد کیورینگ مناسب پوشانده شود تا از تبخیر آب جلوگیری گردد. این کار فرصت می‌دهد تا ذرات پلیمر به طور کامل به هم جوش بخورند و شبکه‌ی پلیمری پیوسته شکل گیرد. پس از آن نیز عمل‌آوری مرطوب مطابق معمول (مثلاً آب‌پاشی یا حفظ رطوبت به مدت ۷ روز) می‌تواند به تکمیل هیدراته کردن سیمان و بهبود خواص نهایی کمک کند. در صورت رعایت نکردن عمل‌آوری مناسب، ممکن است پلیمر پیش از تشکیل فیلم به طور کامل، خشک و شکننده شده و نقش آب‌بندی خود را به خوبی ایفا نکند.
همچنین باید توجه داشت که دمای محیط کار و بتن‌ریزی در عملکرد افزودنی آکریلیکی موثر است. پلیمرهای آکریلیکی معمولاً یک حداقل دمای تشکیل فیلم (MFT) دارند (مثلاً حدود ۵ تا ۱۰ درجه سانتی‌گراد) که زیر آن، تشکیل فیلم پیوسته دشوار می‌شود. بنابراین در هوای بسیار سرد، استفاده از این افزودنی نیازمند تمهیدات گرمابخشی یا پوشش محافظ حرارتی است تا بتن یخ نزند و پلیمر بتواند به درستی عمل کند. از سوی دیگر در دماهای بسیار بالا نیز باید از خشک‌شدن سریع بتن ممانعت کرد. رعایت این ملاحظات اجرایی تضمین می‌کند که افزودنی آکریلیکی بتواند حداکثر کارایی خود را در آب‌بندی و بهبود بتن داشته باشد.
افزودنی‌های آب‌بندکننده آکریلیکی به دلیل اثرات مثبتی که بر خواص بتن دارند، در گستره‌ی وسیعی از پروژه‌های عمرانی به‌کار می‌روند. هر پروژه‌ای که در آن کاهش نفوذپذیری بتن و افزایش دوام در برابر آب و مواد شیمیایی مطرح باشد، بالقوه می‌تواند از این افزودنی بهره ببرد. در زیر به چند حوزه‌ی کاربرد مهم اشاره می‌شود:
افزودنی آکریلیکی آب‌بند کننده بتن به عنوان یکی از دستاوردهای نوین در فناوری بتن، نقش چشمگیری در ارتقای کیفیت و دوام سازه‌های بتنی ایفا می‌کند. این ماده با تشکیل شبکه‌های پلیمری درون ماتریس سیمان، منافذ عبور آب را مسدود ساخته و بتن را ذاتاً آب‌بند می‌نماید. نتیجه‌ی استفاده صحیح از پلیمر آکریلیکی، کاهش قابل توجه نفوذپذیری و در پی آن افزایش مقاومت بتن در برابر عوامل مخرب بیرونی نظیر رطوبت، یخ‌بندان، یون‌های خورنده و تغییرات آب‌وهوایی است. علاوه بر جنبه‌های دوام، حضور این پلیمر خواص مکانیکی بتن را نیز بهبود می‌بخشد و با افزایش چسبندگی، مقاومت کششی-خمشی و شکل‌پذیری بتن، شرایط بهره‌برداری مطمئن‌تری را برای سازه فراهم می‌آورد. دستیابی به این مزایا منوط به انتخاب صحیح مقدار افزودنی و رعایت نکات اجرایی (اختلاط و عمل‌آوری) است. با توجه به کارایی و نتایج مثبت گزارش‌شده، امروزه افزودنی‌های آکریلیکی در طیف گسترده‌ای از پروژه‌های عمرانی مورد استفاده قرار می‌گیرند و بخشی جدایی‌ناپذیر از رویکرد ساخت بتن‌های توانمند و پایا به‌شمار می‌روند.
