دوام مصالح ساختمانی سیمانی

مصالح ساختماني سيماني دچار واکنش هاي شيميايي مخربي مي شوند. در برخي از اين واکنش ها آب واکنش دهنده است، ولي در بيشتر واکنش ها آب نقش حلال و واسطه واکنش را ايفا مي کند.

اين مصالح را مي توان در مقابل نفوذ آب با استفاده از تکنولوژي هاي مختلف ضد آب سازي محافظت کرد. انتخاب روش مقاوم سازي که محافظتي طولاني مدت ايجاد مي کند از اهميت خاصي برخوردار است. استفاده از لايه هاي پوششي و يا فن آوري محافظتي (کوتينگ) بسيار متداول است.

با اين وجود به علت عوامل جوي و قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش، محصولات پوششي عمر کوتاهي دارند (5-3 سال) و نيازمند تعميرات دوره اي مي باشند. تنها فن آوري بر پايه ارگانو سيلان (Organosilane) براي محافظت طولاني مدت مناسب است.

 

معرفي

بيشتر مصالح ساختماني ساختار سيماني دارند. از جمله مي توان به بتن مسلح، ملات، آستر سيماني، بلوکه هاي سيماني ساختمان، ورقه هاي سيماني سقف، لوله هاي سيماني و ... اشاره کرد. دوام اين مصالح بستگي به عوامل جوي و شرايط محيطي دارد.

تجربه ميداني نشان داده است که عامل اصلي تخريب، ماهيت شيميايي دارد. مصالح سيماني بعلت عوامل جوي و محيطي دچار واکنش هاي شيميايي مي شوند. اين واکنش ها را مي توان به شکل زير خلاصه کرد:

 

واکنش سيليکات هاي قليايي (ASR)

مصالح ساختماني سيماني معمولي در طبيعت بسيار قليايي هستند( با PH بيشتر از 13 ). علت اين مسئله وجود Ca (OH)2 است.

مؤلفه اصلي ساختار سيمان، پيوند سيليکاتي (Si-O-Si) است. پيوند سيليکاتي مي تواند در محيط قليايي قوي با آب واکنش شيميايي دهد. در نتيجه، پيوند Si-O-Si به دو گروه سيلانول ( Si-OH ) تبديل مي شود.

سيليکاي داراي پيوند Si-OH به سيليکاژل معروف است.

سيليکاژل چهار برابر پيوند Si-O-Si معمولي حجم داشته و فشار اضافي ايجاد مي کند. در نتيجه، سيمان دچار ترک مي شود. سيليکاژل اضافي بيشتر از مصالح اصلي آب جذب کرده و واکنش هاي ASR را تسريع مي کند.

 

سیلیکات                                                 سیلیکاژل

 

ترک خوردگی بر اثر ASR

 

کربنات شدگي

کربنات شدگي فرآيند طبيعي تخريب مصالح ساختماني است. هوا داراي دي اکسيد کربن است. هنگاميکه آب دي اکسيد کربن را در خود حل مي کند، بعلت تشکيل اسيد کربنيک ( H2CO3 ) اسيدي مي شود.

اسيد کربنيک مي تواند با Ca(OH)2 مصالح سيماني واکنش دهد و CaCO3 ايجاد کند. اين واکنش PH مصالح را پايين مي آورد.

وقتي PH به 8 نزديک مي شود، تقريباً تمامي Ca(OH)2 با CaCO3 جايگزين مي شود. Ca(OH)2 ماده کريستالي و مستحکمي است که با CaCO3 غير کريستالي جايگزين مي شود.

عمر هر سازه سيماني با سرعت واکنش کربنات شدگي مشخص مي شود.

  

اسید کربنیک

 

کربنات کلسیم هیدروکسید کلسیم

 

فرسايش سيمان (کربنات شدگي)

 

باران اسيدي

باران اسيدي بيشتر به علت عوامل محيطي به وجود مي آيد. استفاده از سوخت هاي فسيلي (سوخت هاي با منشأ نفت طبيعي)، در اتومبيل و نيروگاههاي برق مي تواند اکسيد سولفور و اکسيد نيتروژن ايجاد کند. اين اکسيد ها

هنگام ترکيب شدن با آب (در هنگام بارندگي)، اسيد سولفوريک و اسيد نيتريک ايجاد مي کنند که اسيدهايي بسيار قوي مي باشند. اين اسيدها مي توانند با همه مصالح از جمله تمام مصالح سيماني، ماسه سنگ، آجر و ... واکنش دهند.

در مصالح بتني، واکنش با Ca(OH)2 مي تواندCa(NO3)2 و CaSO4 تشکيل دهد. اين ها نمک هستند و بسيار ضعيف تر، پس از آن ساختار کريستالي Ca(OH)2 تشکيل مي شود. باران اسيدي در هندوستان تأثيرات بسياري دارد.

در هندوستان فصل باراني يکبار در سال است (که تا 4-3 ماه ادامه دارد) و بقيه سال کاملاً بي بارش است. اين مواد آلاينده در جو جمع مي شوند، بنابراين اولين رگبار باران بيشترين ميزان اسيد و بيشترين تاثير مخرب را بر ساختمان دارد.

 

اکسیدهای سولفور

 

اسیدهای سولفوری قوی

 

اکسید های نیتروژن

 

اسید های نیتروژنی

 

سولفات کلسیم

 

نیترات کلسیم

 

  

فرسايش مصالح ساختماني بر اثر باران اسيدي

 

خوردگي فولاد در بتن مسلح

خوردگي فولاد در بتن مسلح مشکلات سازه اي متعددي ايجاد مي کند. خوردگي فولاد فرآيندي الکتروشيميايي است. در اين واکنش Fe (فولاد) الکترون از دست مي دهد و اکسيژن (O2) اين الکترونها را مي گيرد. آهن اکسيد مي شود و اکسيژن کاهش مي يابد. اين واکنش ها نيازمند واسطه ناقل الکترون هستند. اگر بتن خيس باشد، آب واسطه انتقال الکترون را فراهم مي کند. بنابراين براي آغاز خوردگي به آب نياز است. عامل مهم ديگر حضور کلريد مي باشد. کلريد هميشه در بتن وجود دارد. کلريد اضافي بويژه در مناطق ساحلي با آب باران وارد مي شود. ميله هاي فولادي بتن لايه اي از اکسيد آهن دارند که به لايه غير فعال معروف است. اين لايه فولاد را در مقابل خوردگي بيشتر محافظت مي کند. چنانچه اين لايه مرطوب شود، اکسيد به اکسيد آهن هيدراته تبديل مي شود که از نظر شيميايي فعال تر است. نفوذ آب به بتن همچنين باعث انتقال کلريد به ميله فولادي مي شود. اين کلريدها با اکسيد آهن هيدراته واکنش مي دهند و فولاد را در معرض خوردگي بيشتر قرار مي دهند. کلريد در فرايند کلي وارد نمي شود بنابراين کلريد نقش کاتاليزور را دارد. کلريد هاي آزاد به پيشبرد خوردگي ادامه مي دهند تا جايي که سازه فولادي کاملاً زنگ بزند.

 

فرآیند کاتدی

 

فرآیند آندی

فرآيند خوردگي الکتروشيميايي

 

خوردگي در فولاد اندود شده با اپوکسي

خوردگي در بتن مسلح

 

نتيجه گيري

دوام سازه هاي بتوني به ميزان واکنش هاي مخربي که در طول چرخه زندگي سازه اتفاق مي افتد بستگي دارد. تمام اين واکنش ها به آب بعنوان واکنش دهنده و يا واسطه واکنش نيازمندند. اگر نفوذ آب کاهش پيدا کند، اين واکنش ها کاهش مي يابند و دوام سازه افزايش مي يابد. بنابراين محافظت از مصالح سيماني در برابر آب حائز اهميت است.

 

راه حل

فن آوري که در برابر آب و نمک محافظت طولاني مدت ايجاد مي کند، شيمي ارگانو سيلان (Organosilane) مي باشد. ترکيب هاي ارگانو سيلان تنها مواد واکنش دهنده و نفوذ کننده اي هستند که عمري طولاني براي سازه ها فراهم مي کنند. مولکول هاي سيلان با سطح، گروه هاي OH، واکنش مي دهند و ويژگي هاي سطح را از هيدروفيليک (آب دوست) به هيدروفوبيک (آب گريز) تغيير مي دهند. بيش از 40سال از کشف اين فن آوري گذشته است. با اين وجود از آنجايي که اين فن آوري پايه حلالي بوده و نسبتاًً گران قيمت است، از آن به شکل گسترده استفاده نشده است.

ضد آب سازي محصولات با ارگانو سيلان آلکيل آلکوکسي سيلان

 

زايکوسيل که توسط شرکت زايدکس، واقع در وادودارا در گجرات هند، ساخته مي شود محصولي بر پايه ارگانو سيلان و محلول در آب است. علاوه بر اين به علت اندازه بسيار ريز ذرات آن (6-3 نانومتري) به منافذ لايه هاي زيرين نفوذ مي کند. ماندگاري عملکرد محصول به علت واکنش با لايه هاي زيرين و عمق نفوذ مي باشد.

 

محصول زايکوسيل (ZYCOSIL)

زايکوسيل نسل جديدي از تکنولوژي نانو براي ضد آب کردن است، که در برابر اشعه فرابنفش و گرما مقاوم بوده و بخاطر اندازه بسيار ريز و قدرت نفوذي که دارد در برابر فرسايش باد پايدار است. در ساخت زايکوسيل مسائل زيست محيطي لحاظ شده اند. اين محصول اولين فن آوري نانو بر پايه آب است، بدين معني که با بالاترين استانداردهاي VOC مطابقت دارد. زايکوسيل در آب حل مي شود و محلولي شفاف مانند آب تشکيل مي دهد که مي تواند براي سطوح تازه و قديمي بتني و بناها بوسيله اسپري، قلم مو و يا غلتک استفاده شود. زايکوسيل با سطح بتن و بنا واکنش شيميايي داده و پس از خشک شدن در جهت ايجاد ويژگي هاي محافظت کامل در برابر آب ورودي عمل مي کند. پوشش هاي متداول بر پايه شيمي فيلم هاي پوششي، تمايل به محبوس کردن رطوبت در داخل لايه هاي زيرين دارند که اين امر باعث پوسته شدن لايه رنگ در داخل ساختمان مي شود. پيوند شيميايي زايکوسيل امکان تنفس سازه را فراهم مي کند و در نتيجه رنگ، پوسته نمي شود و مقاومت ساختمان براي مدتي طولاني حفظ مي شود. زايکوسيل به علت واکنش پذيري با مواد معدني مصالح ساختماني در دوره هاي باراني متعدد شسته نمي شود. اين ماده ساختار ويژه اي دارد که در برابر تخريب اشعه فرابنفش مقاوم است و در غلظت کم نيز آن قدر نفوذ مي کند که محافظتي مؤثر و مقرون به صرفه ايجاد نمايد.

 

نتايج آزمايش ها

( 1 ) هوا زدگي تسريع شده

نمونه ها با زايکوسيل عمل شدند (1 بخش زايکوسيل و 10 بخش آب).

آزمايش اثر عوامل جوي با استفاده از محفظه فرابنفش صورت گرفت.

چرخه اثر عوامل جوي : قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش بر اساس استاندارد ASTM G-154 (به مدت 21 ساعت)، و در پي آن بارش باران (1 ساعت) و خشک شدن در دماي 110 درجه سانتيگراد (2 ساعت).

نمونه ها شامل بلوک هاي بتني، آجر، آستر سيماني، سنگ ماسه و ورقه سيماني تحت تأثير بيش از 90 چرخه قرار گرفتند.

تمامي نمونه ها بيش از 98% آب گريزي اوليه را پس از گذراندن 90 دوره حفظ کردند که اين معادل بيش از 20 سال کارکرد مي باشد.

( 2 ) سرعت جذب آب

نمونه ها با زايکوسيل عمل شدند (1 بخش آب با 10 بخش آب).

اين آزمايش ها با استفاده از روش آزمون II.4 RILEM انجام شد. لوله رايلم روي سطح لايه هاي زيرين ثابت و سپس آب تا 5 ميليمتر پر شده و سپس سرعت جذب آب اندازه گرفته شد. فشار هيدروليکي توليد شده بر سطح لايه هاي زيرين معادل بوراني با سرعت 140 Km/H مي باشد.

( 3 ) آزمايش غوطه وري در آب

آزمايش غوطه وري در آب به مدت 24 و 48 ساعت (ASTM D6489) براي بتن (M-35) 90% کاهش در جذب آب را نشان داد.

نتايج اين آزمايشات توسط آزمايشگاه آزاد (SETSCO) واقع در سنگاپور نيز مورد تأييد قرار گرفته است.

تاریخ ثبت: 1395/04/11 - 12:25