نانو تکنولوژي در ضد آب سازی مصالح ساختمان
ضد آب کردن مصالح ساختماني در طول هزاره اخير هميشه مشکلي فراگير بوده است. بعلت نبود آشنايي با سطح نانويي مصالح ساختماني، اين مشکل کاملاً مورد بررسي قرار نگرفته است. پيشرفتهاي اخير در علم و فن آوري، عملاً امکان استفاده از آخرين فن آوري نانو در توليد محصولات ارگانو سيليکون (Organo-Silicon) و سازگار با محيط زيست براي ضد آب کردن انواع مختلف مصالح ساختماني را فراهم ساخته است. فن آوري نانو تضمين کرده است که عمر اين نوع خدمات بيش از بيست تا سي سال با هزينه بسيار مقرون به صرفه مي باشد.
معرفي:
وجود رسوخ در مصالح ساختماني، نشت آب بعلت خلل و فرج داخلي و ترکهاي ريز، مسئله اي شناخته شده است. ضد آب سازي نوعي عمل کردن است که انتظار مي رود مصالح را در مقابل آب نفوذ ناپذير کند. 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:
يکي از اهداف ضد آب سازي حفظ و نگهداري زيبايي در مقابل موارد زير است:
پوسته شدن رنگ - تاول هاي رنگ - قارچ - کپک - شوره
مسئله مهم ديگري که در ضد آب سازي به آن پرداخته مي شود جلوگيري از تضعيف مقاومت مصالح ساختماني بتني، بويژه در اثر واکنش سيليکات هاي قليايي ( ASR )، باران اسيدي، حمله سولفاتي و غيره مي باشد. ضد آب سازي همچنين مانع نفوذ کلر، عامل تسريع کننده خوردگي ميله هاي فلزي بتن مسلح، مي باشد.
مشکلات مرتبط با آب
بيشتر مصالح ساختماني تخلخل بسياري دارند و در سطح داراي گروه هاي هيدروکسيل هستند. اين گروه هاي هيدروکسيل 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 کنند. اندازه مولکول آب 18/0 نانومتر است ( نانومتر معادل9-10 متر يعني 00018/0 ميکرون مي باشد ). اندازه منافذ در بيشتر مصالح ساختماني بين 5 تا 200 نانومتر است. اندازه بيشتر آلاينده ها چون اسيد ها، کلريد 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 امکان ورود آسان آب را فراهم مي کند. از زمانيکه مردم در سراسر دنيا به زيبايي اهميت دادند و با توجه به افزايش هزينه نيروي انساني، 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 موارد ضروري که هنگام تصميم گيري در باره مواد ضد آب سازي بايد رعايت کرد بدين شرح است:
• مقاومتي که مي تواند در برابر جذب آب ايجاد کند
• مانع ايجاد کردن در برابر نمک هاي محلول در آب، بويژه نمک هاي کلر
• نفوذ عمل ضد آب سازي به عمقي قابل قبول
• لکه نشدن مناطق سطح عمل شده
• دوام طولاني مدت در محيطي قليايي
• خطر محيط زيستي و سلامتي پايين
• مقاومت در برابر اشعه فرابنفش (بيش از 20 سال)
- دو نوع از محصولات ضد آب سازي وجود دارد:
1. پوشش دهنده ها
2. نفوذ کننده ها
پوشش دهنده ها:
مسائل اقتصادي و راحتي استفاده باعث کاربرد گسترده ضد آب کننده هاي پوششي شده است. در سطح دنيا محصولاتي چون رنگ هاي آکريليکي و پليمرهاي سيليکوني معمولاً براي ضد آب کردن استفاده مي شوند. اندازه ذرات اين پوشش دهنده ها بيش از 100 نانومتر است که اين مسئله باعث مي شود نتوانند به داخل منافذ مصالح ساختماني نفوذ کنند، بلکه لايه اي ايجاد کنند که سطح را بپوشانند و مانع جذب آب شود. اين لايه هاي پليمري عموماً آب گريز هستند ولي بايد آن ها را به شکل متناوب استفاده کرد، نبايد آسيب ببينند و بايد در مقابل اشعه فرابنفش هم مقاوم باشند. تحقيقات نشان داده اطمينان پيدا کردن از روکشي مداوم روي سطح سخت در حين استفاده آسان نيست و اين مسئله باعث ايجاد نقاط ضعيف در پوشش مي شود. احتمال ترک خوردگي تمام انواع لايه هاي پليمري معمولي در برابر اشعه فرابنفش وجود دارد که اين خود باعث ترک خوردگي پوشش در طول 5-2 سال مي شود و با از دست دادن خاصيت آب گريزي، ضد آب سازي بي نتيجه مي ماند.
نفوذ کننده ها
بيشتر نفوذ کننده ها پايه حلالي هستند و موادي مونومري محلول با اندازه کوچکتر از 6 نانومتر مي باشند. اين مواد به منافذ و شبکه هاي آن ها نفوذ مي کنند. دو نوع نفوذ کننده وجود دارد: 1) واکنشي 2) غير واکنشي. نفوذ کننده هاي غير واکنشي روغن ها و ديگر مواد آب گريز با چسبندگي پايين هستند که منافذ لايه هاي زيرين را پر مي کنند و خاصيت آب گريزي ايجاد مي کنند. اين نوع مصالح در طبيعت تجزيه پذيرند و در يک سال آب گريزي خود را از دست مي دهند. همچنين اين محصولات فراهم کننده غذاي قارچ و کپک هستند.
نفوذ کننده هاي واکنشي با لايه هاي زيرين واکنش شيميايي مي دهند و براي سطح عمل شده آب گريزي در سطح مولکولي ايجاد و 5-3 ميليمتر در داخل لايه هاي زيرين نفوذ مي کنند. بنابراين محافظتي که اين نوع محصولات ضد آب سازي ايجاد مي کنند بسيار طولاني مدت مي باشد. علاوه بر اين هوازدگي (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 شکل خلاصه نشان مي دهد.
مشاهده لینک ها و تصاویر پس از ورود یا عضویت
کارکرد طولاني مدت ترکيبات ضد آب سازي ترکيبات سيلان پايه حلالي ثابت شده است و به شکل بسيار گسترده در اروپا و آمريکا بکار مي روند. انواع آلکيل سيلان ها که براي ضد آب کردن استفاده مي شوند به اين نام ها شناخته مي شوند:
الف. Isobutyltrialkoxysilane ب. n-octyltrialkoxysilane
سيلان ها موادي منومري هستند. محصولاتي که براي ضد آب سازي استفاده مي شوند به آلکيل آلکوکسي سيلان معروف اند. آلکيل آلکوکسي سيلان ها دو گروه دارند: الف) گروه آلکيل ( R ) و ب) گروه آلکوکسي ( OR ) که با بيشتر مصالح ساختماني واکنش پذيرند.
مشاهده لینک ها و تصاویر پس از ورود یا عضویت
بيشتر مصالح ساختماني گروه هيدروکسيل ( OH ) دارند. اين گروه هاي OH مي توانند با گروه هاي آلکوکسي سيلان واکنش دهند و با لايه هاي زيرين پيوند هاي سيلوکزان دائمي تشکيل دهند. گروه آلکيل در سطح، آب گريزي ( دفع آب ) ايجاد مي کند. بنابراين اين نوع محصولات با اصلاح ويژگي هاي سطح از آب دوست به آب گريز ميل به دفع آب ايجاد مي کنند.
مشاهده لینک ها و تصاویر پس از ورود یا عضویت
با وجود عملکرد 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 کند.
اخيراً شرکت صنايع زايدکس در هندوستان محصولي ضد آب کننده به نام زايکوسيل توليد کرده است که تمامي سه ويژگي مطلوب را دارد: بر پايه فن آوري نانو استوار است. در لايه هاي زيرين غير آلي، آب گريزي در سطح مولکولي ايجاد مي کند، به اين علت که در محلول آب استفاده شده است با محيط زيست سازگار است. همچنين مقدار ماده فرار منتشره در محيط (VOC )در هر متر مربع سطح اعمال شده در مقايسه با سيلان هاي پايه حلالي 20% کمتر است. اين محصول بر اساس شيمي ارگانو سيلان ساخته شده است و بنابراين با سطح لايه هاي زيرين غير آلي واکنش مي دهد و عمري طولاني معادل 20 تا 30 سال ايجاد مي کند.
فن آوري نانو بر پايه آب و سازگار با محيط زيست - زايکوسيل:
زايکوسيل محصولي ارگانو سيليکون است که اندازه ذره اي معادل 6-4 نانومتر در آب تشکيل مي دهد و به عمق 5-3 ميليمتري منافذ مصالح ساختماني نفوذ مي کند. محصول بخشي از مصالح ساختماني مي شود و آن را به شدت دافع آب مي کند.
اين محصول 4 ويژگي بارز دارد:
• عمر طولاني 20 تا 30 ساله که نتايج آزمايشات هوازدگي بر اساس روش هاي ASTM هم اين را ثابت کرده اند.
• به نسبت 1:10 يا حتي بيشتر در آب لوله کشي حل مي شود و مقدار بسيار کمي مواد زيستي به جو وارد مي کند، بنابراين با محيط زيست سازگار است.
• محصول را مي توان بوسيله برس، افشانه و غلتک استفاده کرد، بنابراين کار با آن راحت است.
• محصول مي تواند با هزينه اي بسيار کمتر از هزينه مواد و محصولات موجود سطح را ضد آب کند.
• محصول قابل اشتعال نيست.
آزمايش سطح عمل شده با زايکوسيل
آزمايش رايلم:
لوله رايلم به سطح لايه هاي زيرين متصل و تا علامت 5 ميلي ليتر آب پر شد. کاهش سطح آب در مدت بيست دقيقه مورد بررسي قرار گرفت. فشار هيدروليک توليد شده بر سطح معادل باد و باراني باسرعت 140 کيلومتر بر ساعت بود.
مشاهده لینک ها و تصاویر پس از ورود یا عضویت
سطح آب در طول 24 ساعت در سطح بلوک سيماني عمل شده با زايکوسيل افت نداشت. آب در بلوک سيماني عمل نشده بعد از 20 دقيقه تا نشانگر 5/2 ميليمتر پايين آمد. آزمايش رايلم براي سنجش سرعت جذب آب هم انجام شد. سرعت هاي جذب آب محاسبه و با نمونه هاي عمل نشده مقايسه شدند.
نمونه هاي عمل شده با زايکوسيل ( آجر، بتن، ورقه سيماني،آستر سيماني، سنگ و غيره) سرعت جذب آب را بيش از 99% کاهش دادند.
هوازدگي تسريع شده
چرخه هوازدگي: قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش بر اساس استاندارد ASTM G-154 (21 ساعت) و به دنبال آن بارش شديد باران ( 1 ساعت ) و خشک شدن در دماي 110 درجه سانتيگراد ( 2 ساعت ).
نمونه هاي عمل شده با زايکوسيل شامل بلوک 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 کردند.
آزمايش جذب آب
اين آزمايش بر اساس روش ASTM 6489 انجام شد. وزن نمونه هاي عمل شده با زايکوسيل تا نزديک 01/0 گرم اندازه گرفته شد و سپس سطوح نمونه هاي عمل شده در ظرفي حاوي چند اينچ آب لوله کشي 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 زايکوسيل بيش از 90% کاهش جذب آب را نشان داد.
