رزین ها و نقش آنها در بهبود خواص سنگ های ساختمانی

از مواد شیمیایی مختلف و به ویژه رزین‌های اپوکسی برای تقویت و محافظت از سنگ‌های فرسوده در فرآیندی به نام تحکیم استفاده می‌شود. در این فرایند پلیمر مورد استفاده وارد سنگ شکننده و اغلب بسیار متخلخل می‌شود. بنابراین لازم است ترکیب آن به گونه‌ای طراحی ‌شود که ویسکوزیته آن در محدوده‌ای پایین قرار گرفته و امکان نفوذ عمیق آن در سنگ فراهم شود. ماده تقویت‌کننده لازم است به اندازه‌ای عمیق نفوذ کند که به ساختار تازه و غیر فرسوده سنگ رسیده و به صورت یک لایه نازک روی سطوح داخلی و بین ذرات سنگ باقی بماند. در حالت ایده‌آل، محصول ایجاد شده استحکام مکانیکی بیشتری دارد و در برابر حمله آب یا مواد شیمیایی محافظت می‌شود، این در حالی است که همچنان امکان عبور آزادانه آب از سنگ وجود دارد. 

در مورد قرار دادن پلیمرها در سنگ به منظور تحکیم، اختلاف نظر وجود دارد. آیا یک ماده آلی می‌تواند سنگ پایه معدنی را قوی‌تر کند؟ سنگ های ساختمانی از نظر ساختار شیمیایی به دو گروه تقسیم می‌شوند: سنگهای پایه آهکی و ماسه‌سنگ ها؛ امکان زوال ناشی از عوامل جوی و محیط زیست برای سنگ آهک بسیار زیاد است. یکی از دغدغه‌های مهم برای نگهداری و افزایش استحکام ساختمان ها و بناهای تاریخی، یافتن مواد تقویت‌کننده مؤثر است.

طیف گسترده‌ای از مواد شیمیایی برای تحکیم ماسه‌سنگ پیشنهاد می‌شود اما این مواد معمولاً برای استفاده در سنگ‌های آهکی بسیار مناسب نیستند. مواد پایه معدنی به دلیل نفوذ عمیق در ساختار سنگ به‌ طور گسترده برای انواع ماسه‌سنگ استفاده می‌شوند و استحکام مکانیکی و دوام آن را بهبود می بخشند. این مواد نسبتاً ایمن و آسان هستند. اما هنگامی که این مواد با سنگ آهک استفاده می‌شود، تأثیر کمتری از خود به جای می‌گذارند.

پلیمرهای مختلفی به منظور افزایش استحکام آثار سنگی استفاده شده‌اند. موادی مانند استرهای سیلیکونی، آکریلات‌ها، رزین‌های پلی‌استر، فلوئوروپلیمرها و ... بدین منظور بسیار مورد توجه قرارگرفته‌اند. رزین‌های اپوکسی در اواخر دهه 1940 تولید شدند و اندکی پس از آن به منظور حفاظت از مصالح سنگی مورد استفاده قرار گرفتند. شواهد موجود و گزارش های به ثبت‌رسیده حاکی از آن است که مسأله دوام، چسبندگی و استحکام‌بخشی رزین‌های اپوکسی و مناسب بودن استفاده از این پلیمر آلی در سنگ پاسخ داده شده است. استحکام مکانیکی عالی، مقاومت خوب در برابر تنش‌های مکانیکی و همچنین امکان شبکه‌ای شدن از جمله مزایای این ماده بشمار می‌رود. مقاومت این مواد در برابر عوامل شیمیایی (به ویژه مواد قلیایی) و آب خوب بوده و چسبندگی مناسبی با اکثر مواد ایجاد می‌کنند.

در دمای اتاق سخت می‌شوند و به هنگام سخت شدن هیچ محصول جانبی آزاد نمی‌کنند. درصورتی که به طور صحیح خشک شوند خواص مکانیکی بسیار خوبی نشان می‌دهند. این ویژگی‌ها امکان استفاده از رزین‌های اپوکسی به عنوان محافظ سنگ‌های مختلف را فراهم می‌کند. البته وجود معایبی مانند ویسکوزیته بالا، شکنندگی، ترک‌خوردگی آسان در اثر ضربه وارده و تنش پس از پخت و همچنین تمایل به تخریب توسط اشعه‌ ماوراء‌ بنفش می‌تواند کاربرد آنها را محدود کند که این مشکلات می‌تواند با تغییر ساختار شیمیایی و یا طراحی ترکیب مناسب برای دستیابی به خواص مورد نظر تا حد امکان مرتفع گردد.  

سنگ های طبیعی به دلیل وجود ترک و حفره ترد و شکننده هستند. بنابراین لازم است جهت ارتقاء مقاومت سنگ و کیفیت ظاهری آن، حفره ها و درزهای موجود در سنگ از رزین پرشده و تقویت شوند. مقدار ضریب انبساط طولی و حجمی رزین های مورد استفاده باید نزدیک به سنگ باشد، سطح آن پس از کاربرد همانند سنگ پرداخت شده و از داخل حفرات سنگ خارج نگردد، از استحکام بالایی برخوردار باشد و به مرور زمان زردشدگی کمتری برای آن اتفاق بیفتد. 

دستیابی به دانش‌فنی و همچنین تولید سایر رزین ها و محصولات پلیمری مورد استفاده در صنعت سنگ به‌ صورت حرفه‌ای توسط گروه توسعه و فرآورش مواد پلیمری جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان دنبال می‌شود. اطلاعات محصولات تولیدی و طرح های پژوهشی انجام شده توسط این گروه در تارنمای محصولات پژوهشی این واحد به آدرس jdplus.ir قابل مشاهده است. 

نویسنده: دکتر مهناز شاهزمانی - عضو هیأت علمی جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان