فناوری ضد آب کردن کریستالی و زايکوسيل(Zycosil) در محیط های دریایی

 

فناوری ضد آب کردن  کریستالی و زايکوسيل(Zycosil) در محیط های دریایی

مهدی رحیمی اصل ، امیر حسن علیزاده ، محمود آسیابی  

1- باشگاه پژوهشگران جوان گروه عمران،اهر،ايران، عضو هئیت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهر (مولف رابط)

2- عضو هئیت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهر

3-  مهندسي عمران، دانشگاه آزاد اسلامی اهر

 

چكيده

 امروزه عناصر تشکیل دهنده بتن از اجزاء اصلی آن یعنی سیمان، سنگدانه ها و آب، بسیار فراتر رفته و بنا به کاربردهایی که برای بتن در شرایط مختلف تعریف می گردد، مواد افزودنی، در طیف وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند.

سوالات تحقيق:

شناخت دقیق تر از ویژگی ها و خواص مربوط به سنگدانه ها، سبب گردیده تا علاوه بر تولید مصالح سنگی بوسیله دستگاههای پیشرفته، بتوان برای انواع بتن مورد سفارش، سنگدانه های مناسب تولید نمود. بدیهی است که شناخت کامل این مواد و تأثیر آنها بر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و همچنین رفتار بتن در شرایط گوناگون، امری لازم و ضروری است.

روش تحقیق:

ابداع بتن های گوناگون برای کسب مقاومت های بالا و همچنین پایائی و عمر مفید موثر برای سازه های با اهمیت (همچون سدها و راکتورها و مخازن نگهدارنده مواد شیمیایی و انواع سازه های بلندمرتبه مسکونی، تجاری و یا پارکینگ های بزرگ) باعث شده تا در برخی از عناصر تشکیل دهنده بتن، همچون مواد افزودنی سیمان، آزمایشات و تحقیقات وسیعی انجام دادیم و تلاشهای در ساخت و تولید گونه های مختلف و مناسب آن برای شرایط محیطی متفاوت انجام دادیم.

نتیجه گیری:

در این تحقیق با توجه با توجه بررسی ها وآزمایشات متعدد بر روی نمونه های بتنی با درصد اختلات های مختلف به این نتایج رسیدیم که مواد شیمیایی کریستالی مقاومت بتن را بهبود بخشیده، هزینه های نگهداری را پایین آورده و دوره استفاده از بنا را افزایش می دهند. این تاثیرات مخرب را می توان با استفاده از فناوری ضد آب کردن کریستالی دور کرده و پایایی و دوام ساختار بتنی را بهبود بخشیده و با این وسیله هزینه های نگهداری دردراز مدت را کاهش داد.

كلمات كليدي: سازه های ساحلی، مواد شیمیایی ضد آب کریستالی، زايکوسيل، رزین اپوکسی، واکنش

 

1. مقدمه

بتن نمونه مناسبی برای توصیف یک ماده نفوذ پذیر و متخلخل است و آب به عنوان ويرانگر بزرگ (حلال و واسطه واکنش) مهمترين عامل نابودي مصالح ساختماني به شمار مي رود. منافذ و سوراخهای داخلی بتن را تخلخل آن می نامند که به صورت درصدی از مجموع حجم کل ماده نشان داده می شود و نفوذ پذیری توانایی عبور آب در فشار بین منافذ ماده و مدت زمان نشت از منافذ می باشد. این خاصیت ها به کمک یکدیگر اجازه تشکیل مسیری برای انتقال آب به درون ماده را همراه با ایجاد شکافی که هنگام انقباض بوجود می آید، می دهد.

براي اينكه بتن را واترپروف كنيم بايد از مواد مضاف ديگري كه منافذ بتن را به صورت يكنواخت ، ميكرونيزه و مسدود مي كنند استفاده نمود. اين مواد بايد در واكنشهاي هيدراسيوني و در زمان ژل شدن  و فرم گيري سيمان ، عامل توليد سيليكات و كريستاله شدن آن در جدار منافذ باشند.

نفوذپذیری با یک مقدار مشخص مثل ضریب نفوذپذیری توضیح داده می شود و عموما به ضریب"دارسی" باز می گردد. نفوذپذیری آب در یک ترکیب بتنی شاخص خوبی برای سنجش کیفیت کارایی بتن است. ضریب " دارسی" کم نشان دهنده غیر قابل نفوذ بودن و کیفیتی بالا برای مصالح می باشد با اینکه  بتن ماده ایبا نفوذپذیری نسبتا کم می باشد، اما برای دست یابی به بتن با کارایی های خاص نیاز به ضدآب کردن برای جلوگیری از نشت میان شکاف ها دارد.

 

شکل 1- بزرگ نمایی از یک ریز شکافت

 

بتن با وجود دانسیته (تراکم) معلوم یک ماده نفوذ پذیر و متخلخل است که می تواند با جذب آب و برخورد با مواد شیمیایی مضر نظیر دی اکسید کربن، مونواکسید کربن، کلراید ها و سولفات ها و دیگر ترکیبات آنها به سرعت آسیب می بیند.

 

2.1.       اگر بخواهيم نفوذ پذيري بتن را كاهش دهيم بايد عوامل زير را تغيير بدهيم:

• 1- عيار سيمان را افزايش دهيم كه اين امر باعث افزايش مقاومت فشاري نيز مي گردد.
• 2- مقدارآب اخطلاط را كاهش دهيم كه اين امر نيز باعث افزايش مقاومت فشاري مي گردد. 
• 3-درجه توپري را افزايش داده كه اين امر نيز باعث افزايش مقاومت فشاري ميگردد. 

 

2. فناوری و عملکرد ضد آب کردن کریستالی

تکنولوژي نانوي بکار رفته در توليد اين ماده با ارزش از مکانيزم برگ گل نيلوفر آبي الهام گرفته شده است و اين يعني ايجاد سطوحي با خاصيت:

• - خود آب گريز و قابليت تنفس بتن ( جلو گيري از نفوذ آب به داخل بتن)
• - جلوگيري از يون كلر و ساير مواد شيمياي خورنده به داخل بتن
• - جلوگيري از حملات سولفاتي و قليايي شدن
• - مقاوم سازي سازه در برابر نمك هاي يخ زدا
• - ممانعت از ايجاد جلبك بر روي سطح بتن

 

این ضد آب بودن بر پایه دو واکنش ساده شیمیایی و فیزیکی اتفاق می افتد. بتن ماده ای شیمیایی است و زمانیکه ذرات سیمان هیدراته می شوند، واکنش بین آب و سیمان باعث می شود ( بتن ) شروع به سختی کند، توده ای صلب گردد. همچنین واکنشی شیمیایی با مواد پنهان داخل بتن اتفاق می افتد.

ضدآب کردن کریستالی، مجموعه ای از مواد شیمیایی دیگر را در ( بتن )جمع می کند. زمانیکه مواد شیمیایی اجزاء سیمان هیدراته شده و مواد شیمیایی کریستالی در حضور رطوبت قرار می گیرند، واکنشی شیمیایی اتفاق می افتد، محصول نهایی این واکنش ساختار کریستالی غیر قابل حلی می باشد.

این ساختار کریستالی فقط در مکان های مرطوب می تواند اتفاق می افتد و بدین ترتیب در منافذ، شیارهای موئین و ترک های ناشی از جمع شدگی بتن شکل خواهد گرفت. هرجایی نشت آب صورت پذیرد ضد آب کریستالی با پر کردن منافذ و سوراخها و شکافها ایجاد خواهد گردید.

زمانیکه ضد آب کریستالی در سطح بتنی تازه بکار گرفته می شود، فرایندی به نام انتشار شیمیایی رخ می دهد. زمانیکه بتن قبل از اجرای ضد آب کردن کریستالی با آب اشباع می شود، یک محلول با دانسیته شیمیایی کم می باشد و زمانیکه ضد آب کریستالی در بتن بکار گرفته می شود، محلولی با دانسیته شیمیایی بالا روی سطح آن ایجاد می شود که فرایند انتشار شیمیایی را راه اندازی می کند، ضد آب کریستالی با جابجا شدن میان (محلول با دانسیته پائین) به تعادل می رسد.

مواد شیمیایی ضد آب کریستالی میان بتن پخش شده و در دسترس اجزای سیمان هیدراته قرار میگیرد و اجازه می دهد واکنشی شیمیایی اتفاق افتاده، یک ساختار کریستالی شکل گیرد و همانند ماده شیمیایی ادامه می یابد تا میان آب پخش گردد. این رشد کریستالی، بعد از تهاجم مواد شیمیایی تشکیل خواهد شد. واکنش تا جایی که ترکیب شیمیایی کریستالی آب را تمام کرده و یا آن را از بتن خالی کند، ادامه می یابد. انتشار شیمیایی، ترکیب بوجود آمده را در حدود 12 اینچ به داخل بتن انتقال می دهد. چنانچه آب فقط 2 اینچ در عمق بتن جذب شده باشد، در این صورت ماده شیمیایی کریستالی فقط 2 اینچ پیشرفت خواهد کرد و متوقف می شود. در صورت ورود مجدد آب به بتن از نقطه های دیگر در آینده، با واکنش شیمیایی مواد، قابلیت پیشروی شد آب شدن تا 10 اینچ دیگر وجود دارد.

ماده کریستالی، مواد پرکننده بجای کاهش تخلخل بتن همانند تقلیل دهنده های آب و روان کننده ها و فوق روان کننده ها با مسدود کردن سوراخها در بتن یک بخش بی عیب و پایدار از سازه، بکار برد.

این ماده دمای بین 25- درجه فارنهایت (32- درجه سانتی گراد) و 265 درجه فارنهایت (130 درجه سانتی گراد ) را در یک حالت ثابت تحمل می کند. رطوبت، نور ماوراء بنفش و میزان اکسیژن هیچگونه اثری بر روی توانایی عملکرد محصول ندارد.

 

1.2      ضد آب کریستالی محافظت در مقابل عوامل و پدیده های زیر را ایجاد می کند:

• کربناته شدن فرایندی است که گازهای خارجی پدیده خوردگی را در لایه های بتن ایجاد میکنند. آزمایش کربناتی نشان می دهد که افزایش شکل کریستالی جریان گازهای داخل بتن را کاهش می دهد.
• کربناتاسیون حالت قلیایی خمیر سیمان هیدراته شده را خنثی نموده و محافظت آرماتورها در مقابل خوردگی از بین می رودو مانعی برای تاثیرات CO، CO2،NO2 ،SO2 گازهای خورنده و نیز کربناته شدن می باشد.

 

شکل2 - نمونه ای از تخریب بتن به علت زنگ زدن فولاد مسلح کننده

 

شکل3 -تصاویر گرفته شده بامیکوسکوبالکترونی‌حفره های‌پر شده بافرم کریستالی افزاینده رادر مراحل اولیه  

 

شکل4- تصاویر میکوسکوب الکترونی منافظ بتن، قبل از اجرای ضد آب کردن کریستالی

 

همچنین محافظت کردن از بتن در مقابل واکنش توده های قلیایی (AAR) با رد کردن آب به فرایند آنها امکان پذیر است .

آزمایش انتشار گسترده یون کلراید نشان می دهد که ساختار بتنی که با ضد آب کریستالی محافظت گردیده است، از انتشار کلراید ها جلوگیری می کند. این ساختار از فولادهای تقویتی بتن حفاظت کرده و از خرابی های ناشی از اکسیداسیون و انبساط آرماتورها پیش گیری می کند. بسیاری از روش های سنتی حفاظت بتن نظیر اندودها و دیگر پوشش ها، ممکن است در دراز مدت مستعد خرابی از آب و ترکیبات شیمیایی گردند در صورتیکه فناوری کریستالی منافذ و شیارهای ناشی از فرایند خودگیری و عمل آوری بتن را بسته و بتن را مقاوم می نماید.

پیشنهاد می‌کنیم محصول روان کننده بتن را هم بررسی کنید.

2.2.     ماده ضدآب کننده بتن و مصالح ساختماني با نام تجاري زايکوسيل(Zycosil)

زايکوسيل نسل جديدي از تکنولوژي نانو كه نخستين فن آوري مقرون به صرفه و سازگار با محيط زيست است که در دو حالت پودر و مايع عرضه ميگردد نوع مايع ان افزودني مناسبي براي اب بندي و نفوذ ناپذير ساختن انواع ملات بنايي و دوغاب كاري است و نوع پودري ان به دليل اندازه بسيار ريز (4 تا 6 نانومتر) مواد سازنده اش و قدرت نفوذ بالا (3تا 5 ميليمتر) و حالت اب گيري كه دارد به عنوان بهترين فيلتر ضد اب براي پرنمودن ريز فضاهاي خالي سازه ي بتني به كار ميرود. و با بالاترين استانداردهاي VOC (BS1881 PART122 - DIN EN 12390-8 - ASTM C1202 - ASTM C1543) مطابقت دارد. زايکوسيل در آب حل مي شود و محلولي شفاف تشکيل مي دهد. اين محلول مي تواند براي سطوح تازه ساز و قديمي ساز بتني و بناها (مصالح ساختماني) به وسيله اسپري، قلم مو و يا غلتک استفاده شود. زايکوسيل با سطح بتن و مصالح واکنش شيميايي داده و پس از خشک شدن بخشي از آن مصالح مي شود و آن را به شدت دافع آب مي کند و تا زمانيکه مصالح ساختماني وجود دارند از آنها در برابر آب محافظت مي کند.

مصالح ساختماني محافظت نشده مي توانند صدمات ظاهري و ساختاري جبران ناپذيري را در اثر جذب آب متحمل شوند که از این جمله می توان، شوره زدگي، رشد قارچ و کپک، سياه شدن نما، پوسته شدن رنگ، طبله کردن را نام برد. مسئله مهم ديگر جلوگيري از تضعيف مقاومت بتن مسلح در اثر واکنش هاي آلي سيليکا-قليايي (ASR)، باران هاي اسيدي، کربنات شدگي و جلوگيري از نفوذ کلريد، عامل خوردگي ميله هاي فلادي در بتن مسلح مي باشد كه زايکوسيل در مقابل آب محافظتي طولاني مدت (بيش از20 سال) ايجاد مي کند.

زايکوسيل با نسبتهاي 1 به 10 و 1 به 20 در آب حل مي شود، هر ليتراز اين محلول آماده مي تواند در سطوح افقي 3 تا 4 متر مربع و در سطوح عمودي6 تا 8 مترمربع را پوشش دهد، ميزان قطعي مصرف بستگي به خلل و فرج سطح دارد.

در بتن هاي ساخته شده با مصالح سنگي و شكسته حدود 2-1 در صد وزني سيمان واتر پروف پودري و براي نفوذ ناپذير ساختن ملات هاي بنايي يا بتن هايي كه با مصالح كاملا طبيعي و فاقد كسري فيلر سنگدانه ساخته مي شود حدود 2- 5/1 در صد وزني سيمان واترپروف مايع مي شود.

 

3. نتيجه ­گيري

فناوری کریستالی دوام و کارایی ساختار بتن را بهبود بخشیده، هزینه های نگهداری آن را پائین آورده و با محافظت کردن بتن در مقابل تاثیرات مواد شیمیایی مهاجم، طول عمر آن را افزایش می دهد. این کیفیت کارایی بالا از راه کار با فناوری کریستالی منتج می گردد. زمانیکه فناوری کریستالی در بتن استفاده می گردد، ضد آب کردن و دوام بتن را با پر کردن و مسدود ساختن منافذ، شیارهای موئین، شکافهای بسیار ریز و دیگر سوراخها بوسیله یک فرم کریستالی بسیار مقاوم حل نشدنی، اصلاح می کند.

4. مراجع

1-M.Rahimi, j.keyvani, "Concrete Technology for Structures in Persian Gulf Shores and Islands",  2^st International Conference on Seismic Retrofitting , iran-2009

2-ACI Manual of concrete practice, "mix design for high strength concrete" -2004

3-Concrete Design and construction-charles H.Thomtom-Berkley university -1995

4-Building Engineering-Fredricks.Merritt-Berkley university-2002

5-Concrete construction Hand book-Joseph J.waddell.Third edition-Mc Graw

6- تعمیر و حفاظت سازه های بتنی- نوئل پی، واگانام، ترجمه علی اکبر رمضانیانپور، رضا پاشایی نشر تهران، چاپ اول 1381

7- آئین نامه بتن ایران (آبا)، نشریه شماره 120، ناشر معاونت امور پشتیبانی سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، چاپ چهارم، 1382، تهیه کننده: معاونت امور فنی، دفتر امور فنی و تدوین معیارها.

8- دسنامه اجرای بتن- تألیف وادل- دوبروولسکی- ترجمه: علی اکبر رمضانیانپور، شاپور طاحونی، منصور پیدایش، انتشارات علم و ادب چاپ اول 1380

9- ریزساختار، خواص و اجزای بتن (تکنولوژی بتن پیشرفته). ترجمه: علی اکبر رمضانیانپور، پرویز قدوسی، اسماعیل گنجیان، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر (1383).

10- دوام بتن و نقش سیمانهای پوزولانی، تألیف: علی اکبر رمضانیانپور، منصور پیدایش، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن (1386)

 

ABSTRACT

Today the comprising elements of concrete are beyond its main components i.e. cement, aggregate and water and according to the applications in various conditions, water and additives are widely used in them.  

RESEARCH INQUERIES

In addition to producing rock materials by advanced plants, identifying the properties of aggregates more exactly has caused to produce proper aggregates for different ordered concretes. It is evident that identifying these materials completely and their effects on physical and chemical properties and also on concrete behavior in different conditions are necessary.

RESEARCH METHOD

Inventing various concretes to obtain high strengths, high endurance and high effective useful life for important concretes (such as dams, reactors and reservoirs holding chemicals and different residential high order structures or large parking places) has brought about considerable changes in some elements comprising concrete such as cement and has caused great attempts in building and producing various concretes suitable for different environments.

CONCLUSION

The test results indicate that the Crystal chemical materials improve concrete strength, reduce maintenance costs and increase the building's life time. Using the technology crystal water proofing, these destructive effects can be removed and the concrete endurance and strength are improved and as a result, maintenance costs can be reduced over time.

Key Words

seashore structures, crystal water proof chemicals, zycosil, epoxy resin, alkaline reaction