مروری بر کاربرد پلی استایرن انبساطی (EPS) در ساختمان
پلی استایرن انبساطی (EPS) یکی از مصالح ساختمانی است که می تواند طراحی و یکپارچگی ساختاری سازه را افزایش دهد. اولین بار این ماده در دهه 1950 بعنوان مواد عایق معمولی مورد استفاده قرار گرفت و از آن زمان تاکنون، به پیشرفت روزافزونی رسیده است. در حال حاضر، EPS به دلیل خواصی همچون مقاومت، بهبود بهره وری انرژی، دوام و کیفیت محیطی در بسیاری از سازه های ساختمانی استفاده می شود. این مقاله به بررسی کاربرد EPS بعنوان سنگدانه در بتن سبک، کاشی های تزئینی و قالب گیری، پنل و پر کردن خاکریزها می پردازد. همچنین به بیان خواص مکانیکی و شیمیایی من جمله احتراق، جذب آب و رطوبت، و سمیّت آن برای جانداران و محیط زیست می پردازد.
در سال های اخیر، استفاده از پلی استایرن انبساطی (EPS) در صنعت ساختمان بسیار مورد توجه قرار گرفته است. به دلیل خواصی همچون داشتن فوم سبک و در عین حال سفت و سخت، عایق حرارتی خوب، مقاومت خوب و ضربه پذیری بالا بعنوان یک مادۀ عایق تثبیت شده کاربردهای گسترده دارد. علاوه براین، از خواصی مانند تحمل بار زیاد، مانع کامل آب و بخار، هوادهی در محیط های کنترل شده، عمر طولانی، تعمیر و نگهداری کم، تولید سریع و اقتصادی نیز برخوردار است. فوم موجود در EPS یک پلاستیک سلولی سبک است که از ذرات کروی شکل کوچکی تشکیل شده است که تقریبآ 98 درصد هوا را در خود جای داده است. این ساختار میکروسلولی بسته با خواص عایق و جذب شوک عالی همراه است. همچنین EPS حاوی دانه های پلی استایرن کوچکی است که با فرایند پلیمریزاسیون از استایرن استخراج می شوند. کیفیت فوم آن هم تحت تأثیر توزیع اندازه دانه ها قرار می گیرد. پس از پلیمریزاسیون، EPS با مواد دمشی مانند پنتان و هگزان تزریق می شود. تبدیل پلی استایرن به EPS در سه مرحله انجام می شود:
1- پیش انبساط
2- پایدارسازی یا بلوغ
3- انبساط و قالب گیری نهایی.
در مرحله اول، ماده خام در پیش منبسط کننده با بخار در دمای بین 100-80 درجه سلسیوس گرم می شود تا ساختار سلولی نسبتآ یکنواختی با سلول های بستۀ کوچک ایجاد شود که هوا را در داخل خود نگه می دارند. با توجه به یافته های درودیانی و امیدیان، در طی این فرایند گاز داخلی این دانه ها از لحاظ حجمی منبسط می شوند که ساختار سلولی قابل نفوذ هوا را ایجاد می کند. این فرایند در خاک های هوادهی در مرحله پایدارسازی انجام می شود. زمان پیری را می توان براساس دمای هوا، اندازه و تراکم دانه ها ارزیابی کرد. در این مرحله، دانه ها به کشش مکانیکی بیشتر و ظرفیت انبساط بهبود یافته دست می یابند. از طریق فرایند انبساط، دانه های از پیش منبسط شدۀ تثبیت شده قالب گیری می شوند و برای اتصال دانه ها به هم، مجددآ در معرض بخار قرار می گیرند. در شکل زیر سه مرحله اصلی EPS نشان داده شده است.
شکل 1:
علاوه براین، فوم استایرن جامد نیز می تواند تولید شود. در فرایند اکستروژن، دی اکسید کربن یا نیتروژن در طی پلیمریزاسیون سوسپانسیون بعنوان عامل دمشی استفاده می شود. یافته های بدست آمده نشان می دهد که EPS تولید شده از نشاسته و سلولز از خواص زیست سازگاری برخوردار است. EPS در دمای حدود 100 درجه سلسیوس شروع به ذوب شدن می کند. در طول فلش اور، EPS سریعآ در دمای حدود 490 درجه سلسیوس دچار احتراق می شود. در صنعت ساختمان، استفاده از گرید ضد آتش برای کاهش اشتعال پذیری و سرایت آتش به سطح EPS بسیار ضروری است. از آنجا که EPS در برابر حریق عملکرد محدودی دارد، تنها در صورتی می توان از آن در صنعت ساختمان استفاده کرد که با دیگر مواد ضد احتراق به کار رود.
کاربرد EPS در صنعت ساختمان
EPS بعنوان سنگدانه در بتن سبک (LWC) با اختلاط سنگدانه های سبک برای مثال ورمیکولیت، پوکه، خاک رس یا توسط عوامل حباب هوا ساز در مخلوط بتن تولید می شود. در صورت استفاده از EPS بعنوان سنگدانه، LWC مقاوم تر و سبک تر از بتن ورمیکولیت تولید شده است. در شکل زیر، مقایسه بصری بین EPS و LWC های ورمیکولیت نشان داده شده است.
شکل 2:
اغلب بیش از یک نوع سنگدانه برای تولید LWC با خواص مکانیکی و فیزیکی خوب استفاده می شود. برای مثال، دمیرل سنگدانه های EPS و پوکه معدنی را به مخلوط اضافه کرد تا یک بلوک عایق با چگالی و رسانای حرارتی کمتر بسازد. مواد زائد مانند خاکستر لجن کاغذی نیز بعنوان سنگدانه به همراه EPS به مواد اضافه می شوند تا ملات مقاومی با وزن سبک و مطابق با استانداردهای اتحادیه اروپا تولید شود. مقاومت فشاری بتن EPS با کمیّت EPS تعیین می شود. با توجه به یافته های مطالعات قبلی، مقاومت فشاری EPS همزمان با افزایش چگالی افزایش می یابد. لیو و چن نیز یافته های مشابهی را با انجام آزمایش اولتراسونیک گزارش کردند که به موجب آن، اندازه ذرات EPS خواص مکانیکی آن همچون استحکام خمشی را تحت تأثیر قرار می دهند. علاوه براین، صیادی و همکارانش اثرات ذرات EPS را بر مقاومت آن در برابر حریق، هدایت حرارتی و مقاومت فشاری بتن فوم دار را مورد بررسی قرار داده اند. یافته های حاصل از این مقاله بیان می کند که براساس آزمایشات بتن فوم دار و EPS با LWC در چگالی و حجم های مختلف، افزایش حجم EPS منجر به کاهش قابل ملاحظۀ هدایت حرارتی، مقاومت در برابر حریق و مقاومت فشاری بتن می شود.
EPS یک ماده عایق به خوبی تثبیت شده است که کاربردهای مختلفی همچون تولید بتن سبک (LWC)، قالب گیری تزئینی، پر کردن خاکریز و در ساختن پنل های ساختمانی دارد. EPS یک فوم سبک و در عین حال سفت و سخت است که از خواصی مانند عایق حرارتی خوب، مقاومت ضربه ای خوب، تحمل بار زیاد، مانع مطلیق آب و بخار، هوادهی در محیط های کنترل شده، عمر طولانی، تعمیر و نگهداری کم، تولید سریع و اقتصادی برخوردار است. این مقاله، به بررسی مزایای EPS بعنوان عایقی که تمام الزامات عایق را در طراحی ساختمان من جمله ایمنی در برابر حریق را فراهم می کند، می پردازد.
