چسب بتن

مقدمه

یکی از چالش‌های رایج در فعالیت‌های بتنی، بتن‌ریزی بر روی سطوح بتنی قدیمی و سخت‌شده است. بتن تازه به صورت طبیعی تمایل چندانی به چسبیدن محکم به بتن قدیمی ندارد، زیرا خمیر بتنی هیدراته‌شده فاقد مواد چسبنده ذاتی برای ایجاد پیوند شیمیایی با بتن سخت‌شده است. این ضعف چسبندگی طبیعی بتن می‌تواند منجر به جداشدگی لایه جدید، ایجاد درز در مرز دو بتن، نفوذ آب و مواد خورنده از این ناحیه و کاهش عملکرد یکپارچه سازه شود. برای رفع این مشکل و تضمین اتصال مناسب، از چسب بتن به عنوان ماده واسط و بهبوددهنده‌ی پیوند استفاده می‌شود. چسب بتن نوعی ماده پلیمری یا رزینی است که بین دو لایه‌ی بتن قرار گرفته و باعث افزایش قابل توجه چسبندگی میان بتن جدید و قدیم می‌گردد. به کمک این چسب، لایه تازه به شکل یکپارچه به بستر قدیمی می‌چسبد و رفتار سازه‌ای هماهنگ‌تری حاصل می‌شود. علاوه بر بهبود پیوند، استفاده از چسب بتن می‌تواند خواص دیگری نظیر دوام، آب‌بندی و حتی مقاومت شیمیایی اتصال را تقویت کند. در ادامه، انواع چسب‌های بتن، ویژگی‌ها و مکانیزم عملکرد هر کدام، تأثیر آنها بر خواص بتن، روش مصرف صحیح و موارد کاربرد این محصولات در پروژه‌های عمرانی مورد بحث قرار می‌گیرد.

انواع چسب بتن و مکانیزم عملکرد

چسب‌های بتن به طور کلی در چند دسته اصلی قرار می‌گیرند که هر یک پایه شیمیایی و مکانیزم عملکرد متفاوتی دارند. مهم‌ترین انواع چسب بتن عبارت‌اند از: پایه آکریلیک، اپوکسی، پودری و لاتکس پلیمری. هر یک از این مواد نحوه‌ی تعامل خاصی با سطح بتن و ملات سیمانی داشته و مزایا و محدودیت‌های خود را دارا است. در ادامه، به تشریح هر یک از این انواع چسب بتن و چگونگی عملکرد آنها پرداخته می‌شود:

چسب بتن پایه آکریلیک

چسب‌های پایه آکریلیک معمولاً به صورت محلول یا امولسیون پلیمری شیری‌رنگ عرضه می‌شوند. این چسب‌ها متشکل از پلیمرهای خانواده اکریلیک (مانند استرهای اسید اکریلیک و متاکریلیک) هستند که در آب پخش شده‌اند. مکانیزم عملکرد چسب آکریلیک بدین صورت است که پس از اختلاط با ملات سیمان یا اعمال بر سطح بتن قدیمی، ذرات پلیمر آکریلیک در منافذ و خلل و فرج سطح نفوذ کرده و پس از خشک‌شدن لایه، یک فیلم پلیمری چسبنده ایجاد می‌کنند. این لایه پلیمری مانند یک پل اتصال‌دهنده عمل کرده و بتن جدید را به سطح قدیمی پیوند می‌دهد. چسب‌های آکریلیک انعطاف‌پذیری متوسط و مقاومت مناسبی در برابر رطوبت دارند و با سیستم سیمانی نیز سازگاری خوبی نشان می‌دهند. به‌کارگیری چسب آکریلیک باعث بهبود چسبندگی ملات جدید به بتن قدیم و نیز کاهش نفوذپذیری آب در فصل مشترک می‌شود. این چسب‌ها معمولاً برای مصارف عمومی ترمیمی و لایه‌های نازک پوششی مناسب‌اند و اجرای آنها آسان است. لازم به ذکر است که چسب‌های پایه آکریلیک برای محیط‌های خیلی مرطوب یا شرایط شیمیایی شدید به اندازه چسب‌های اپوکسی مقاوم نیستند، اما در بسیاری از کاربردهای تعمیراتی و غیرسازه‌ای عملکرد مطلوبی ارائه می‌کنند.

چسب بتن اپوکسی

چسب‌های اپوکسی دسته‌ای از چسب‌های بسیار قوی و دو جزئی (رزین و سخت‌کننده) هستند که بر پایه رزین‌های اپوکسی ساخته می‌شوند. این چسب‌ها برخلاف انواع پلیمری تک‌جزئی (لاتکس)، پس از اختلاط دو جزء طی یک واکنش شیمیایی سخت می‌شوند و لایه‌ای جامد، محکم و بسیار چسبنده ایجاد می‌کنند. مکانیزم عملکرد چسب اپوکسی بدین صورت است که رزین اپوکسی مایع پس از مخلوط شدن با هاردنر، روی سطح بتن قدیمی اعمال می‌گردد و قبل از خشک‌شدن کامل، بتن جدید بر روی آن ریخته می‌شود. رزین اپوکسی به دلیل قابلیت نفوذ به منافذ ریز سطح بتن و نیز واکنش شیمیایی با برخی از گروه‌های سطحی، یک پیوند مکانیکی و فیزیکی بسیار قوی با بستر بتنی ایجاد می‌کند. پس از سخت‌شدن رزین، اتصال حاصل اغلب چنان مستحکم است که مقاومت چسبندگی مرزی از مقاومت کششی خود بتن بیشتر می‌شود و گسست ترجیحاً در داخل بتن اتفاق می‌افتد تا در سطح تماس. چسب‌های اپوکسی علاوه بر ایجاد پیوند فوق‌العاده قوی، یک لایه‌ی نسبتاً نفوذناپذیر و مقاوم در برابر مواد شیمیایی نیز شکل می‌دهند که مانع عبور آب و عوامل خورنده به فصل مشترک بتن قدیم و جدید می‌شود. از این رو، استفاده از چسب اپوکسی باعث افزایش دوام و مقاومت شیمیایی اتصال می‌گردد. با این حال، اپوکسی‌ها معایبی نیز دارند: این چسب‌ها نسبت به شرایط محیطی حساس هستند و معمولاً باید بر روی سطح کاملاً خشک و تمیز اجرا شوند؛ زمان کارپذیری محدودی دارند (باید بتن جدید قبل از خشک شدن کامل اپوکسی ریخته شود)؛ و پس از سخت‌شدن رفتاری ترد (شکننده) و با مدول الاستیسیته بالا از خود نشان می‌دهند که در صورت وجود تغییرشکل‌های زیاد یا بارهای دینامیکی، ممکن است منجر به ترک خوردن رزین یا تمرکز تنش در بتن گردد. همچنین هزینه‌ی چسب‌های اپوکسی معمولاً بیشتر از انواع دیگر است، بنابراین از آنها عمدتاً در مواردی استفاده می‌شود که نیاز به بیشترین میزان چسبندگی و پایداری شیمیایی وجود دارد.

چسب بتن لاتکس پلیمری

اصطلاح چسب بتن لاتکس به امولسیون‌های پلیمری گفته می‌شود که به عنوان عامل پیوند‌دهنده بتن به کار می‌روند. این چسب‌ها بر پایه پلیمرهای لاستیکی مصنوعی مانند استایرن-بوتادین رابر (SBR) یا پلی‌وینیل‌استات (PVA) تهیه می‌شوند. چسب‌های لاتکس به صورت مایع شیری بوده و شباهت زیادی به چسب‌های آکریلیک از نظر شکل ظاهری و نحوه مصرف دارند. در واقع چسب آکریلیک را می‌توان یک زیرمجموعه از چسب‌های لاتکس پلیمری دانست، با این تفاوت که پایه پلیمری آن اکریلیک است، در حالی که لاتکس‌های SBR یا PVA خواص شیمیایی متفاوتی دارند. مکانیزم عملکرد چسب لاتکس نیز تشکیل یک لایه فیلم پلیمری چسبنده پس از تبخیر آب و سخت‌شدن امولسیون است. این فیلم پلیمری باعث ایجاد چسبندگی خوب بین دو سطح و نیز بهبود خواصی چون آب‌بندی و مقاومت در برابر سیکل‌های ذوب و یخ می‌شود. برای مثال، چسب‌های SBR نسبت به حضور یون‌های چندظرفیتی سیمان (کلسیم، آلومینیوم) پایدار بوده و در محیط قلیایی سیمان تشکیل لایه‌ای یکپارچه می‌دهند. نتیجه این است که ملات یا دوغاب حاوی لاتکس SBR پس از سخت‌شدن، در برابر نفوذ آب بسیار مقاوم بوده و در محیط‌های مرطوب چسبندگی خود را حفظ می‌کند. از چسب‌های لاتکس غیرقابل‌امولسیون‌مجدد (Non-reemulsifiable) می‌توان در فضاهای خارجی و در تماس با آب بهره برد، چرا که پس از خشک شدن دیگر در آب حل نمی‌شوند. در مقابل، انواع امولسیون‌مجددشونده (مانند برخی چسب‌های PVA ارزان‌قیمت یا رنگ‌های لاتکس معمولی) در صورت مجاورت مجدد با رطوبت نرم شده و پیوند خود را از دست می‌دهند؛ لذا استفاده از آنها در شرایط مرطوب یا غوطه‌ور توصیه نمی‌گردد. به طور کلی، چسب‌های لاتکس پلیمری (شامل SBR و آکریلیک) برای ترمیم‌های بتن، چسباندن لایه‌های نازک مانند اندودهای سیمانی، نصب کاشی بر سطح بتنی و مواردی که مقداری انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر ترک‌خوردن نیاز است، بسیار مناسب هستند. این چسب‌ها کاربری آسانی داشته و معمولاً با ملات سیمان ترکیب می‌شوند یا به صورت اندود پرایمر پیش از بتن‌ریزی اعمال می‌گردند.

چسب بتن پودری (پایه سیمانی)

چسب بتن پودری نوعی ماده اتصال‌دهنده بر پایه سیمان است که به صورت خشک (پودر) عرضه شده و پیش از مصرف با آب مخلوط می‌شود. ترکیب این چسب‌ها معمولاً شامل سیمان پرتلند، مواد پلیمری پودر شده (مانند پلیمرهای باز-پخش‌شونده در آب) و افزودنی‌های شیمیایی بهبود‌دهنده کارایی و چسبندگی است. در واقع چسب پودری بتن را می‌توان یک ملات آماده پلیمری دانست که پس از افزودن آب قابل اجرا بر روی سطوح بتنی خواهد بود. مکانیزم عملکرد چسب پودری دوگانه است: از یک سو سیمان موجود در ترکیب با بتن قدیمی واکنش داده و کریستال‌های سیمانی جدید در خلل و فرج سطح قدیمی رشد می‌کنند و پیوند مکانیکی برقرار می‌شود؛ از سوی دیگر پلیمرهای موجود (مثلاً پودر لاتکس خشک‌شده) در آب حل شده و همانند چسب‌های مایع، فیلم پلیمری چسبناک ایجاد می‌کنند که به چسبندگی و آب‌بندی کمک می‌نماید. بدین ترتیب چسب پودری پس از سخت‌شدن، به صورت لایه‌ای نازک بین دو بتن عمل کرده و آنها را یکپارچه می‌کند. از ویژگی‌های چسب‌های پودری، مقاومت خوب در برابر نفوذ آب و رطوبت است؛ به طوری که این محصولات برای آب‌بندی سطوح (مانند استخرها یا سرویس‌های بهداشتی) و نیز به عنوان چسب کاشی کاربرد گسترده‌ای دارند. استحکام فشاری و چسبندگی چسب‌های بتن پودری مناسب بوده و اجرای آنها نسبتاً آسان است (تنها با افزودن آب و همزدن). البته باید دقت شود که ملات آماده‌شده در مدت معینی مصرف گردد، زیرا پس از شروع گیرش سیمان، کارآیی چسب به سرعت افت می‌کند. چسب پودری بتن عموماً در کارهای تعمیراتی کوچک، چسباندن قطعات پیش‌ساخته سبک، نصب کاشی و سرامیک روی بتن، و پوشش‌دهی سطوح برای آب‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگرچه مقاومت چسبندگی آن ممکن است به پای چسب اپوکسی نرسد، اما مزیت آن تطابق جنس و رنگ با بتن پایه و هزینه پایین‌تر است.

تأثیر چسب بتن بر خواص بتن

استفاده از چسب‌های بتن تأثیرات چشمگیری بر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی اتصال میان دو لایه بتن دارد. مهم‌ترین اثرات مثبت کاربرد چسب بتن را می‌توان در چهار محور زیر دسته‌بندی کرد:

چسبندگی (پیوند بین دو بتن): اصلی‌ترین کارکرد چسب بتن، افزایش مقاومت چسبندگی و پیوستگی بین بتن جدید و قدیمی است. این چسب‌ها با ایجاد پیوندهای مکانیکی و شیمیایی اضافی در سطح تماس، مقاومت برشی و کششی فصل مشترک را چندین برابر حالت بدون چسب افزایش می‌دهند. در نتیجه، خطر جداشدگی یا لایه‌لایه‌شدن کاهش یافته و دو قسمت بتن به صورت یک عضو یکپارچه رفتار می‌کنند.

دوام و پایایی: به‌کارگیری چسب بتن موجب بهبود دوام اتصال و عمر مفید تعمیرات می‌شود. چسب‌هایی مانند اپوکسی و لاتکس با پر کردن منافذ و میکروترک‌های سطحی، از نفوذ آب، یون‌های مخرب (مانند کلریدها) و CO₂ به درون فصل مشترک جلوگیری کرده و فرآیندهای مخربی چون خوردگی میلگرد یا واکنش‌های شیمیایی زیان‌بار را کندتر می‌کنند. همچنین بسیاری از چسب‌های پلیمری مقاومت بتن تعمیرشده را در برابر چرخه‌های یخ‌زدن و ذوب‌شدن، سایش سطحی و خستگی افزایش می‌دهند که این عوامل همه باعث ارتقاء دوام می‌گردد.

آب‌بندی و کاهش نفوذپذیری: چسب‌های بتن به ویژه انواع لاتکس (SBR، آکریلیک) و اپوکسی، خاصیت آب‌بندی قابل توجهی در سطح تماس ایجاد می‌کنند. لایه‌ی ایجادشده توسط این چسب‌ها عموماً نفوذپذیری بسیار کمتری نسبت به بتن معمولی دارد و مانند یک غشای آب‌بند عمل می‌کند. در نتیجه، اتصال بین دو بتن در برابر نشت آب و رطوبت مقاوم می‌شود. این ویژگی در سازه‌های آبی (مخازن، استخرها) و یا در ترمیم ترک‌ها و درزهایی که آب از آنها عبور می‌کند بسیار حائز اهمیت است.

مقاومت شیمیایی: برخی انواع چسب بتن مقاومت شیمیایی بالایی را به سیستم اضافه می‌کنند. به طور خاص، چسب‌های اپوکسی پس از سخت‌شدن در برابر بسیاری از مواد شیمیایی خورنده مانند اسیدهای رقیق، محلول‌های نمکی، روغن‌ها و مواد نفتی مقاومت خوبی دارند. از این رو در محیط‌های صنعتی که سطح بتن در معرض مواد شیمیایی قرار دارد، استفاده از یک لایه اپوکسی به عنوان چسب و پوشش محافظ می‌تواند از تخریب شیمیایی بتن جلوگیری کند. چسب‌های پلیمری لاتکس نیز تا حدی مقاومت بتن را در برابر محلول‌های سولفاتی و کربناتی افزایش می‌دهند، هرچند در برابر مواد حلال قوی یا اسیدهای غلیظ به پای سیستم‌های اپوکسی نمی‌رسند.

روش مصرف صحیح چسب بتن

برای دستیابی به حداکثر کارایی چسب‌های بتن و ایجاد پیوندی مطمئن، رعایت روش مصرف صحیح و دستورالعمل‌های فنی ضروری است. در زیر به نکات کلی و روش اجرای هر یک از انواع چسب بتن اشاره می‌شود:

آماده‌سازی سطح بتن قدیمی: پیش از اعمال هر نوع چسب بتن، باید سطح بتن قدیمی کاملاً آماده‌سازی شود. این آماده‌سازی شامل تمیزکاری (زدودن گرد و غبار، چربی، رنگ و بقایای سست)، زدودن لایه ضعیف سطحی (شیرآبه‌ی سیمان یا قسمت‌های تخریب‌شده)، و ایجاد زبری مناسب بر روی سطح با روش‌هایی مانند سندبلاست، فرزکاری یا اسیدشویی کنترل‌شده است. یک سطح زبر و تمیز به چسب اجازه می‌دهد که به خوبی به بتن بچسبد و در خلل آن نفوذ کند.

چسب‌های پلیمری (لاتکس و آکریلیک): این چسب‌ها معمولاً به دو شیوه مصرف می‌شوند: یا به عنوان افزودنی در ملات یا دوغاب سیمان (جایگزین بخشی از آب مخلوط) و یا به صورت خالص به عنوان پرایمر. در روش نخست، مقدار معینی از لاتکس آکریلیک یا SBR را با آب و سیمان مخلوط کرده و دوغابی روان درست می‌کنند. این دوغاب را با برس یا جارو به صورت یک لایه نازک روی سطح مرطوب (اشباع‌شده و سطحاً خشک) بتن قدیم می‌کشند. بلافاصله تا زمانی که این لایه هنوز تازگی و چسبندگی دارد، ملات یا بتن جدید روی آن اعمال می‌شود. در روش دوم، برخی محصولات لاتکس را بدون اختلاط با سیمان، مستقیماً بر سطح اجرا می‌کنند؛ اما تحقیقات نشان داده که وجود مقداری سیمان در مخلوط (دوغاب سیمانی-لاتکسی) باعث ایجاد پیوند قوی‌تر می‌شود. نکته مهم در مورد چسب‌های پلیمری تک‌جزئی این است که نباید اجازه داد لایه‌ی پرایمر آنها قبل از بتن‌ریزی کاملاً خشک و سخت شود، زیرا در این صورت فیلم پلیمری تشکیل‌شده ممکن است خود به یک سطح لغزان تبدیل گردد. بنابراین باید بتن تازه را هنگامی که لایه چسب هنوز کمی مرطوب یا چسبناک است اجرا کرد.

چسب‌های اپوکسی: اجرای صحیح چسب اپوکسی نیازمند دقت و رعایت زمان‌بندی است. ابتدا دو جزء رزین و سخت‌کننده طبق نسبت توصیه‌شده توسط سازنده کاملاً با هم مخلوط می‌شوند تا خمیری یکنواخت حاصل شود. معمولاً سطح بتن قدیمی باید خشک و عاری از رطوبت باشد، چرا که وجود آب می‌تواند از چسبیدن رزین اپوکسی جلوگیری کند یا در فرآیند پخت آن اختلال ایجاد نماید. رزین مخلوط‌شده سپس به وسیله قلم‌مو یا کاردک به طور یکنواخت روی سطح آماده‌شده کشیده می‌شود، به طوری که تمام نقاط سطح با یک لایه اپوکسی (با ضخامت کافی، معمولاً چند میلی‌متر) پوشانده شود. در مرحله بعد، بسیار حائز اهمیت است که بتن جدید قبل از ژل‌شدن یا خشک‌شدن کامل اپوکسی ریخته شود. اگر فاصله زمانی بین اعمال چسب اپوکسی و بتن‌ریزی بیش از حد شود و چسب سخت گردد، عملاً اتصال شیمیایی بین دو لایه برقرار نخواهد شد و امکان جدا شدن لایه جدید وجود دارد. بنابراین زمان کارپذیری (Pot life) اپوکسی که ممکن است از چند دقیقه تا چند ساعت بسته به نوع رزین و دمای محیط باشد، باید مد نظر قرار گیرد. هنگام کار با اپوکسی، استفاده از دستکش و تهویه مناسب به دلیل حساسیت‌زا بودن برخی رزین‌ها و بخارات آنها نیز توصیه می‌شود.

چسب‌های پودری (ملات آماده): در مورد چسب بتن پودری، روش مصرف شامل اختلاط پودر با مقدار آب مشخص (طبق دستورالعمل محصول) و ساخت ملات خمیری است. بهتر است از همزن برقی برای یکنواخت‌شدن مخلوط استفاده گردد. پس از آماده‌شدن ملات چسب, آن را برای چند دقیقه به حال خود رها می‌کنند تا مواد شیمیایی داخل آن فعال شده و قوام اولیه پیدا کند. سپس با ماله یا کاردک شیار‌دار، لایه‌ای از این ملات چسب را روی سطح بتن قدیمی که قبلاً مرطوب شده (سطح کمی نمناک باشد ولی آب آزاد روی آن نباشد) می‌کشند. بلافاصله قطعات مورد نظر (مثلاً کاشی، سرامیک) روی این لایه قرار داده شده و یا در صورت استفاده به عنوان لایه واسط برای بتن‌ریزی، ملات یا بتن جدید بر روی آن ریخته می‌شود. توجه شود که ملات چسب پودری باید در حجم‌های کم تهیه شود تا پیش از گیرش اولیه مصرف گردد؛ مثلاً هر بار به میزانی مخلوط شود که طی حداکثر یک ساعت استفاده گردد. افزودن آب اضافه به ملات نیمه‌سخت‌شده برای روان کردن مجدد آن مجاز نیست، زیرا خواص چسبندگی آن به شدت افت می‌کند.

نتیجه‌گیری

چسب بتن به عنوان یک راهکار مؤثر برای رفع مشکل عدم چسبندگی ذاتی بتن تازه به بتن قدیمی، جایگاه ویژه‌ای در فناوری تعمیر و اجرای سازه‌های بتنی پیدا کرده است. با استفاده صحیح از چسب‌های بتن، می‌توان اتصال دو لایه بتن را به حدی تقویت کرد که رفتار آنها تحت بارگذاری مانند یک جسم واحد و یکپارچه باشد. این امر در حفظ یکپارچگی سازه و جلوگیری از بروز خرابی‌هایی نظیر جداشدگی لایه‌های ترمیمی، نفوذ آب از درزها و خوردگی میلگردها نقشی اساسی دارد. انواع مختلف چسب بتن (اپوکسی، آکریلیک، لاتکس، پودری) هر یک مزایا و محدودیت‌های خود را دارند و انتخاب نوع مناسب باید بر اساس نیازهای پروژه صورت گیرد. به طور کلی:

در مواردی که بیشترین مقاومت پیوند و پایداری در محیط‌های شیمیایی مدنظر است (مثلاً اتصال سازه‌ای یا مناطق در معرض مواد خورنده)، چسب اپوکسی گزینه مطلوب‌تری است.

برای تعمیرات عمومی، روکش‌های نازک و مناطقی که رطوبت حضور دارد یا اندکی انعطاف در اتصال لازم است، چسب‌های پلیمری لاتکس(آکریلیک یا SBR) عملکرد بسیار خوبی ارائه می‌دهند.

در کاربردهای آب‌بندی و نصب روکاری‌ها مانند کاشی و سرامیک، چسب‌های پودری سیمانی به دلیل سهولت مصرف و سازگاری با ملات پایه، انتخابی کاربردی هستند.

در نهایت، هرچند چسب بتن می‌تواند تا حد زیادی نقایص اتصال بتن قدیم و جدید را جبران کند، اما نباید نقش کیفیت اجرای کار را فراموش کرد. حتی قوی‌ترین چسب‌ها نیز روی سطح ناصاف، آلوده یا ضعیف عملکرد مطلوبی نخواهند داشت. لذا آماده‌سازی صحیح سطح، عمل‌آوری مناسب بتن جدید و پیروی از دستورالعمل‌های فنی چسب شرط بهره‌گیری کامل از مزایای چسب‌های بتن است. با رعایت این موارد، چسب بتن به عنوان یک ماده کمکی، امکان اجرای موفق‌تر تعمیرات و اتصالات در سازه‌های بتنی را فراهم ساخته و عمر مفید و عملکرد سازه را ارتقاء می‌بخشد.