اعجاز فن آوري نانو در ضد آب كردن مصالح ساختماني

[Mohamad]

اعجاز فن آوري نانو در ضد آب كردن مصالح ساختماني (عمر طولاني، صرفه اقتصادي و سازگاري با محيط زيست)

خلاصه :


ضد آب كردن مصالح ساختماني در طول هزاره اخير هميشه مشكلي فراگير بوده است. بعلت نبود آشنايي با سطح نانويي مصالح ساختماني، اين مشكل كاملاً مورد بررسي قرار نگرفته است. پيشرفتهاي اخير در علم و فن آوري، عملاً امكان استفاده از آخرين فن آوري نانو در توليد محصولات ارگانو سيليكون (Organo-Silicon) و سازگار با محيط زيست براي ضد آب كردن انواع مختلف مصالح ساختماني را فراهم ساخته است. فن آوري نانو تضمين كرده است كه عمر اين نوع خدمات بيش از بيست تا سي سال با هزينه اي بسيار مقرون به صرفه معادل 6000 تا 15000 ريال براي هر متر مربع مي باشد

معرفي:
وجود رسوخ در مصالح ساختماني، نشت آب بعلت خلل و فرج داخلي و تركهاي ريز، مسئله اي شناخته شده است. ضد آب سازي نوعي عمل كردن است كه انتظار مي رود مصالح را در مقابل آب نفوذ ناپذير كند. فن آوري ها و پيشرفت هاي زيادي در توليد محصولات ضد آب سازي در طول 50 سال گذشته بويژه در استفاده از شيمي پليمري پايه و بسياري محصولات ديگر صورت گرفته است.


ضد آب سازي:




يكي از اهداف ضد آب سازي حفظ و نگهداري زيبايي در مقابل موارد زير است:

پوسته شدن رنگ

تاول هاي رنگ

قارچ

كپك و زنگ گياهي

شوره

مسئله مهم ديگري كه در ضد آب سازي به آن پرداخته مي شود جلوگيري از تضعيف مقاومت مصالح ساختماني بتني، بويژه در اثر واكنش هاي آلكالي سيليكا ( ASR )، باران اسيدي، آسيب سولفات و غيره مي باشد. ضد آب سازي همچنين مانع نفوذ كلريد ،عامل خوردگي ميله هاي فلزي بتن مسلح، مي باشد.


مشكلات مرتبط با آب :


بيشتر مصالح ساختماني تخلخل بسياري دارند و در سطح داراي گروه هاي هيدروكسيل هستند. اين گروه هاي هيدروكسيل بخاطر شباهت با ساختار آب و ويژگي آب دوستي، جاذب آب هستند. بنابراين بيشتر مصالح ساختماني به راحتي خيس مي شوند و در منافذشان آب جذب مي كنند. اندازه مولكول آب 0.18 نانومتر است ( نانومتر معادل متر يعني 00018،0 ميكرون مي باشد ). اندازه منافذ در بيشتر مصالح ساختماني بين 5 تا 200 نانومتر است. اندازه بيشتر آلاينده ها چون اسيد ها، كلريد ها و سولفات ها بين 1 تا 2 نانومتر مي باشد. حتي در بتن و سنگ فشرده اندازه منافذ بسيار بزرگتر از آب است و با توجه به خاصيت آب دوستي مصالح ساختماني امكان ورود آسان آب را فراهم مي كند. از زمانيكه مردم در سراسر دنيا به زيبايي اهميت دادند و با توجه به افزايش قيمت كارگران، صنعت ساختمان ضد آب سازي را راهي براي حفظ و نگهداري ظاهر ساختمان هاي نوساز در نظر گرفته است. محصولات بسياري در بازار وجود دارد و نيازهاي ضروري كه مصالح ضد آب سازي بايد رعايت كنند بدين شرح است :





مقاومتي كه مي تواند در برابر جذب آب ايجاد كند

مانع ايجاد كردن در برابر نمك هاي محلول در آب، بويژه نمك هاي كلريد

نفوذ عمل ضد آب سازي به عمقي سنجش پذير

لكه زدايي مناطق سطح عمل شده

دوام طولاني مدت در محيطي آلكالين

خطر محيط زيستي و سلامتي پايين
»
مقاومت در برابر اشعه فرابنفش (20 سال به بالا)

[Mohamad]

دو نوع از محصولات ضد آب سازي وجود دارد :

»

پوشش دهنده ها
»
نفوذ كننده ها

پوشش دهنده ها :


مسائل اقتصادي و راحتي استفاده باعث كابرد گسترده ضدآب كننده هاي پوششی شده است. در سطح دنيا محصولاتي چون رنگ هاي آكلريكي و پليمرهاي سيليكوني معمولاً براي ضد آب كردن استفاده مي شوند. اندازه ذرات اين پوشش دهنده ها بيش از 100 نانومتر است كه اين مسئله باعث مي شود نتوانند به داخل منافذ مصالح ساختماني نفوذ كنند، بلكه لايه اي ايجاد كنند كه سطح را بپوشانند و مانع جذب آب شود. اين لايه هاي پليمري عموماً آب گريز هستند ولي بايد آن ها را به شكل متوالي استفاده كرد، نبايد آسيب ببينند و بايد در مقابل اشعه فرابنفش هم مقاوم باشند. اطمينان پيدا كردن از روكشي مداوم روي سطح سخت در حين استفاده آسان نيست و اين مسئله باعث ايجاد نقاط ضعيف در پوشش مي شود. احتمال ترك خوردگي تمام انواع لايه هاي پليمري معمولي در برابر اشعه فرابنفش وجود دارد كه اين خود باعث ترك خوردگي پوشش در طول 5-2 سال مي شود و با از دست دادن خاصيت دافعي آب، ضد آب سازي بي نتيجه مي ماند.


نفوذ كننده ها :


بيشتر نفوذ كننده ها پايه حلالی هستند و موادی مونومري محلول با اندازه كوچكتر از 6 نانومتر مي باشند. اين مواد به منافذ و شبكه هاي آن ها نفوذ مي كنند. دو نوع نفوذ كننده وجود دارد: 1) واکنشی 2) غير واکنشی. نفوذ كننده هاي غير واكنشي روغن ها و ديگر مواد آب گريز با چسبندگي پايين هستند كه منافذ سوبسترا را پر مي كنند و خاصيت آب گريزي ايجاد مي كنند. اين نوع مصالح در طبيعت تجزيه پذيرند و در يك سال آب گريزي خود را از دست مي دهند. همچنين اين محصولات فراهم كننده غذاي قارچ و كپك هستند. نفوذ كننده هاي واكنشي با سوبسترا واكنش شيميايي مي دهند و براي سطح عمل شده آب گريزي در سطح مولكولي ايجاد و 5-3 ميليمتر در داخل سوبسترا نفوذ مي كنند. بنابراين محافظتي كه اين نوع محصولات ضد آب سازي ايجاد مي كنند بسيار طولاني مدت مي باشد. علاوه بر اين عوامل جوي (اشعه فرابنفش) و فرساينده هاي طبيعي تقريباً هيچ تأثيري روي آن ها ندارند و در نتيجه تاثير بر ويژگي ضد آبي بسيار محدود است. جدول 1 ويژگي هاي محصولات ضد آب سازي موجود در بازار را به شكل خلاصه نشان مي دهد.




داده ها به وضوح نشان مي دهند كه محصولات ضد آب سازي با پايه سيلان براي كاركرد طولاني مدت مناسب اند. سيلان ها و سيلان/سيليكون ها بعنوان دسته اي جديد از محصولات ضد آب سازي شناخته شده اند. اين محصولات كه 30سال است در اروپا و آمريكا مصرف مي شوند، تنها در چند سال اخير در هندوستان در دسترس بوده اند
كاركرد طولاني مدت تركيبات ضد آب سازي تركيبات سيلان پايه حلالی ثابت شده است و به شكل بسيار گسترده در اروپا و آمريكا بكار مي روند. انواع آلكيل سيلان ها كه براي ضد آب كردن استفاده مي شوند به اين نام ها شناخته مي شوند:



الف )

Isobutyltrialkoxysilane
ب)
n-octyltrialkoxysilane

سيلان ها موادي منومري هستند. محصولات استفاده شده براي ضد آب كردن به آلكيل آلكوكسي سيلان معروف اند. آلكيل آلكوكسي سيلان ها دو گروه دارند: الف) گروه آلكيل ( R’ ) و ب) گروه آلكوكسي ( OR ) كه با بيشتر مصالح ساختماني واكنش
پذيرند



بيشتر مصالح ساختماني گروه هيدروكسيل ( OH ) دارند. اين گروه هاي OH مي توانند با گروه هاي آلكوكسي سيلان واكنش دهند و با سوبسترا پيوند هاي سيلوكسان دائمی تشكيل دهند. گروه آلكيل در سطح، آب گريزي ( دفع آب ) ايجاد مي كند. بنابراين اين نوع محصولات با اصلاح ويژگي هاي سطح از آب دوست به آب گريز ميل به دفع آب ايجاد مي كنند.




با وجود عملكرد برتر سيلان، استفاده از آن در سطح دنيا بعلت قيمت بالا، بسيار محدود است. همچنين آتش زا و سمي بودن حلال محدوديت هايي در استفاده آسان از اين محصول ايجاد مي كند.


اخيراً شركت صنايع زايدكس در هندوستان محصولي ضد آب كننده به نام زايكوسيل توليد كرده است كه تمامي سه ويژگي مطلوب را دارد: بر پايه فن آوري نانو استوار است. در سوبستراي غير آلي، آب گريزي در سطح مولكولي ايجاد مي كند، به اين علت كه در محلول آب استفاده شده است با محيط زيست سازگار است. همچنين مقدار VOC در هر متر مربع در مقايسه با سيلان هاي پايه حلالي 20% کمتر است. اين محصول بر اساس شيمي ارگانو سيليكون ساخته شده است و بنابراين با سطح سوبستراي غير آلي واكنش مي دهد و عمري طولاني معادل 20 تا 30 سال ايجاد مي كند


فن آوري نانو بر پايه آب و سازگار با محيط زيست- زايكوسيل :


زايكوسيل محصولي ارگانو سيليكون است كه اندازه ذره اي معادل 6-4 نانومتر در آب تشكيل مي دهد و به عمق 5-3 ميليمتري منافذ مصالح ساختماني نفوذ مي كند. محصول بخشي از مصالح ساختماني مي شود و آن را به شدت دافع آب مي كند.


اين محصول 4 ويژگي بارز دارد :



»

عمر طولاني 20 تا 30 ساله كه نتايج آزمايشات عوامل جوي بر اساس روش هاي ASTM هم اين را ثابت كرده اند.
»
به نسبت 1:10 در آب و حتي بيشتر در آب لوله كشي حل مي شود و مقدار بسيار كمي مواد زيستي به جو وارد مي كند، بنابراين با محيط زيست سازگار است.
»
محصول را مي توان بوسيله برس، افشانه و غلتك استفاده كرد، بنابراين كار با آن راحت است.
»
محصول مي تواند با هزينه اي معادل 6000 تا 15000 ريال براي هر متر مربع، سطح را ضد آب كند.
»
محصول قابل اشتعال نيست.

آزمايش سطح عمل شده با زايكوسيل





آزمايش رايلم :


لوله رايلم به سطح سوبسترا متصل و آب تا نشان 5 ميلي ليتر پر شد. كاهش سطح آب در مدت بيست دقيقه مورد بررسي قرار گرفت. فشار هيدروليك توليد شده بر سطح معادل باد و باراني باسرعت 140 كيلومتر بر ساعت بود.


سطح آب در طول 24 ساعت در سطح عمل شده بلوك سيماني افت نداشت. آب در بلوك سيماني عمل نشده بعد از 20 دقيقه تا نشانگر 5/2 ميليمتر پايين آمد. آزمايش رايلم براي سنجش سرعت جذب آب هم بكار مي رود. سرعت هاي جذب آب محاسبه و با نمونه هاي عمل نشده مقايسه شدند.


نمونه هاي عمل شده با زايكوسيل ( آجر، بتن، ورقه سيماني،آستر سيماني، سنگ Dholpur و غيره) سرعت جذب آب را به بيش از 99% كاهش دادند.


عوامل جوي تسريع شده
چرخه عوامل جوي: قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش بر اساس استاندارد ASTM G-154 (21 ساعت) و به دنبال آن بارش شديد باران ( 1 ساعت ) و خشك شدن در دماي 110 درجه سانتيگراد ( 2 ساعت ).


نمونه هاي عمل شده با زايكوسيل شامل بلوكه بتني، آجر، آستر سيماني، ماسه سنگ و ورقه سيماني را از 80 چرخه گذراندند


تمامي نمونه ها بيش از % 98 آب گريزي خود را پس از 80 چرخه حفظ كردند.


آزمايش جذب آب


اين آزمايش بر اساس روش ASTM 6489 انجام شد. وزن نمونه هاي عمل شده با زايكوسيل تا نزديك 0.01 گرم اندازه گرفته شد و سپس سطوح نمونه هاي عمل شده در ظرفی حاوی چند اينچ آب لوله كشي به مدت 24 ساعت قرار گرفتند. سپس نمونه ها از آب خارج و با حوله خشک شدند و وزن آنها دوباره اندازه گرفته شد. وزن اوليه و نهايي براي محاسبه ميزان جذب آب در 24 ساعت اندازه گرفته شده و اين مقادير با نمونه هاي عمل نشده مقايسه شدند.


نمونه عمل شده با زايكوسيل بيش از % 90 كاهش جذب آب نشان داد.