پوشش نفوذگر کریستال‌شونده

بتن

ساختار بتن متشکل از سنگدانه، سیمان و آب است. زمانیکه ذرات سیمان در واکنش با آب اختلاط هیدراته می‌شوند تشکیل سیلیکات کلسیم می‌دهند. این ترکیب سپس سخت شده و به شکل توده صخره‌ای در می‌آید. بتن یک ماده پایه آبی است جهت کارایی بهتر بتن، سهولت بتن ریزی و تحکیم آن، به میزان آبی بیشتر از آب لازم جهت هیدراسیون نیاز است. این آب اضافی در توده بتن باقی‌مانده و به مرور تبخیر می‌شود. در اثر این تبخیر، مجراها و منافذ مویین در بتن باقی می‌ماند که مهم‌ترین علت متخلخل و نفوذپذیر بودن بتن محسوب می‌شود. منافذ، سوراخ‌ها، لوله‌های مویین و تخلخل‌ها در بتن سخت نیز باقی‌مانده و مسیر ورود و نفوذ آب و مواد شیمیایی خورنده به بتن را بازمی‌گذارند. هر چه این منافذ متصل تر باشند بتن نفوذ پذیر تر است. آب اضافی همچنین منجر به افزایش میزان ترک‌های جمع شدگی می‌گردد. این ترک‌ها خود مسیر عبور آب و مواد شیمیایی هستند. ترک‌های عمیقتر سریعتر به خوردگی آرماتورها منتهی می‌شوند.
به منظور کاهش میزان آب در مخلوط بتن می‌توان از روان‌کننده‌ها استفاده نمود، هر چند منافذ مویینه، تخلخل‌ها و سوراخ‌ها در بتن کماکان باقی می‌مانند و راه ورود مواد شیمیایی خورنده بتن را بازمی‌گذارند.
وجود این منافذ در بتن منجر به خوردگی آرماتورهای تقویت‌کننده بتن، تخریب بتن و نتیجتاً به خطر افتادن کمال و یکپارچگی سازه می‌گردد. به منظور کاهش میزان آب در مخلوط بتن می‌توان از روان‌کننده‌ها استفاده نمود، هر چند منافذ مویینه، تخلخل‌ها و سوراخ‌ها در بتن کماکان باقی می‌مانند ولیکن ابعاد آن‌ها کاهش می‌یابد اما راه ورود آب، املاح و مواد شیمیایی خورنده به بتن به دلیل مسدود نشدن منافذ همچنان وجود دارد و استفاده از مواد فوق روان‌کننده به تنهایی به هیچ وجه بتن را آب‌بند نخواهد کرد. جز مهم در بتن‌های مسلح، فولاد است. ارماتورهای تقویت‌کننده به منظور مقابله با تنش‌های کششی ناشی از بارهای اعمال شده به سازه در مقاطع بتنی استفاده می‌شوند. در اینگونه سازه‌ها مقاومت فشاری بالای بتن در تکامل با مقاومت کششی خوب فولاد قرار گرفته و امکان افزایش ظرفیت باربری سازه را به وجود می‌آورد.

طبیعت متخلخل و نفوذپذیر بتن

بتن یک ماده متخلخل و نفوذپذیر است. تخلخل به میزان سوراخ‌ها و منافذ باقی‌مانده در بتن بر می‌گردد و به عنوان درصدی از حجم کل تعریف می‌شود. نفوذپذیری به میزان ارتباط منافذ مرتبط است. این موارد راه را برای حرکت آب در داخل بتن باز می‌کنند. همچنین ترک‌های حاصل از جمع شدگی نیز مسیر مناسبی برای حرکت آب به داخل بتن هستند. نفوذپذیری مبحثی مفصل تر از تخلخل است. نفوذپذیری یعنی امکان جریان آب مایع تحت فشار در ماده متخلخل. نفوذپذیری با کمیتی بنام ضریب نفوذپذیری تعریف می‌شود. میزان نفوذپذیری ترکیب بتن شاخص خوبی برای تعیین کیفیت و دوام بتن است. هر چه ضریب نفوذپذیری کمتر باشد، بتن نفوذناپذیر تر بوده و نتیجتاً کیفیت آن بالاتر است. گرچه ممکن است بتنی از نفوذپذیری کم و نتیجتاً دوام نسبی برخوردار باشد، اما کماکان به عامل آب‌بندکننده جهت ممانعت از تراوش و نشتی از میان ترک‌ها نیازمند است.
با وجود دانسیته ظاهری، بتن ماده‌ای متخلخل و نفوذپذیر است که در اثر نشتی، به سرعت در معرض آب و مواد شیمیایی خورنده چون دی‌اکسید کربن، کلرایدها، سولفات‌ها و... تخریب می‌شود.

تخریب بتن

عموماً عمرمفید سازه بتنی به سرعت خوردگی میلگردهای تقویت‌کننده و سرعت تخریب مستقیم بتن وابسته است. خوردگی آرماتورها معمولاً در اثر نفوذ یون کلراید و دی‌اکسید کربن اتفاق می‌افتد. آسیب‌های مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی منجر به تخریب مستقیم بتن می‌گردد.
عوامل اصلی آسیب بتن عبارتند از وجود آب اضافی در ترکیب بتن، طرح اختلاط نامناسب، استفاده از سیمان یا سنگدانه‌های آلوده و بی کیفیت، استفاده از آب آلوده، ویبراسیون نامناسب، کیورینگ ناکافی، طراحی نامناسب درزهای انبساط و اجرایی، پوشش بتنی ناکافی بر روی آرماتورها، کرمو شدگی، سیکل‌های یخ و ذوب، بارگذاری بیش از ظرفیت، قرارگیری در معرض اسید، حملات سولفاتی، واکنش‌های قلیایی سنگدانه‌ها و...
این عوامل منجر به آسیبهایی چون ترک خوردگی، سایش و فرسایش، تخریب سولفاتی، کاویتاسیون، خوردگی آرماتورها، کربناسیون، جداشدگی لایه‌ها، شوره زدگی، نشتی و... در بتن می‌شوند.
دستاورد محققان دانشگاه تهران
عرضه نانو عایق ضد اشعه و رطوبت برای سازه ها/ دفع ۹۰ درصدی اشعه خورشید
پژوهشگران پارک فناوری دانشگاه تهران نانو عایق با عمر مفید ۲۰ سال را تولید کردند که سازه را در برابر رطوبت مقاوم و قادر است ۹۰ درصد اشعه خورشید را دفع کند.
نورمحمد رشیدی نیا- مجری طرح در گفتگو با خبرنگار مهر با بیان اینکه این عایق‌ها از نوع عایق‌های نانو پلیمری هستند، گفت: عایق نانو پلیمری تولید شده علاوه بر آنکه جلوی نفوذ آب را می‌گیرد، سطح را آب گریز می‌کند که این امر موجب افزایش عمر سازه می‌شود.
وی با بیان اینکه در بازار مشابه این عایق‌ها وجود دارد، اظهار داشت: این عایق‌ها دارای ضعف‌هایی هستند که در عایق نانو پلیمری تولید شده این ضعف‌ها برطرف شده‌است.
رشیدی نیا با اشاره به مزایای عایق‌های تولید شده، یادآور شد: عایق‌های نانو پلیمر در برابر سرما و گرمای شدید مقاوم هستند به این معنا که این عایق‌ها در سرمای منهای ۵۰ درجه سانتیگراد انعطاف خود را دارند و قادر به تحمل گرمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد هستند.
مجری طرح نانو ذرات استفاده شده در این عایق را نانو ذرات سیلیکون دانست و یادآور شد: این نانو ذرات به پلیمر این عایق اضافه شده‌است.
وی با اشاره به مزایای استفاده از این عایق خاطر نشان کرد: عایق تولید شده ضمن آنکه ضد رطوبت است، عایق حرارت نیز هست و حداقل ۵۰ درصد از هدر رفت گرما جلوگیری می‌کند.
رشیدنیا ضد اشعه را از دیگر مزایای این عایق نام برد و اضافه کرد: عایق‌های تولید شده قادر به برگرداندن ۹۰ درصد اشعه خورشید است.
این محقق عمر مفید عایق نانو پلیمر را ۲۰ سال ذکر کرد و افزود: این عایق کاملا بی رنگ است که با ترکیب مواد رنگی می‌توان آن را به رنگ‌های مختلفی تولید کرد.

عملکرد مواد نفوذگر کریستال شونده

مواد نفوذگر کریستال شونده بر پایه مواد سیمانی و مواد شیمیایی واکنش پذیر است. این مواد با ایجاد واکنش شیمیایی، بتن را از عمق آب‌بندی می‌نماید. تأثیر آب‌بندی ناشی از دو واکنش ساده است، واکنش شیمیایی و واکنش فیزیکی. بتن طبیعت شیمیایی دارد. زمانیکه ذرات سیمان هیدراته می‌شوندواکنش بین سیمان و آب منجر به سخت شدن بتن و تشکیل توده صلب می‌شود همچنین این واکنش محصولات فرعی تولید می‌نماید که به صورت آهک آزاد ۳٫۵ درصد وزنی بتن را شامل می‌شوند، در منافذ موجود هستندو در حالت سکون در بتن می‌مانند.
آب‌بندی کریستالی دسته دیگری از مواد شیمیایی را به بتن می‌افزاید. زمانیکه مواد نفوذگر کریستال شونده در تماس با بتن قرار می‌گیرند، عوامل فعال آن‌ها شروع به نفوذ در منافذ مویین بتن نموده و فرایند انتشار اتفاق می‌افتد. تئوری پشت انتشار، مهاجرت محلول با دانسیته بالاتر به سمت محلول با دانسیته پایین‌تر تا زمان تعدیل است؛ بنابراین زمانی که بتن پیش از اعمال سیستم آب‌بندی با آب اشباع است یک محلول با دانسیته شیمیایی پایین نیز اعمال می‌شود. زمانیکه آب‌بندی کریستالی بر بتن اعمال می‌شود، محلول با دانسیته بالا در سطح تشکیل می‌شود و فرایند انتشار شیمیایی را راه‌اندازی می‌کند. مواد شیمیایی آب‌بندی کریستالی باید به سمت آب مهاجرت نمایند تا محلول تعدیل شود.
مواد شیمایی آب‌بندی کریستالی در بتن پخش می‌شوند و در دسترس محصول جانبی هیدراسیون بتن قرار گرفته و به واکنش شیمیایی اجازه وقوع می‌دهند. وقتی این دو گروه مواد شیمیایی محصول جانبی هیدراسیون سیمان و مواد کریستالی در حضور رطوبت در کنار هم قرار می‌گیرند، واکنش شیمیایی اتفاق می‌افتد. در اثر این واکنش میلیون‌ها کریستال نامحلول تشکیل شده و لوله‌های مویین، ترک‌ها و منافذ را مسدود می‌کنند. تشکیل این ساختار کریستالی تنها با حضور رطوبت اتفاق می‌افتد و لذا در منافذ، مجرای موئینه و ترک‌های حاصل از جمع شدگی تشکیل می‌شود. با ورود آب، آب‌بندی کریستالی شکل می‌گیرد و سوراخ‌ها، ترک‌ها و منافذ را آب‌بند می‌کند. مواد نفوذگر کریستال شونده به صورت یکپارچه با بتن درآمده و بتن را جزیی از سیستم آب‌بندی می‌کنند. ساختار کریستالی تشکیل شده و با ادامه انتقال مواد شیمیایی به آب این رشته کریستالی بلندتر می‌شود. واکنش تا اتمام مواد کریستالی یا آب ادامه می‌یابد.
مواد کریستال شونده به صور مختلف قابل مصرف هستند. فرم مایع آن به عنوان افزودنی آب‌بندکننده بتن استفاده شده و به مخلوط بتن در حین پروسه بچینگ یا به تراک مجهز در سایت افزوده می‌شود. فرم پودری آن به صورت پاشش خشک بر سطوح بتنی افقی تازه یا به صورت مخلوط با آب به عنوان پوشش بر سطوح بتنی قدیمی و جدید اعم از افقی یا عمودی قابل مصرف است. به دلیل مقاومت بالای این سیستم‌ها در برابر فشار هیدرواستاتیک مثبت و منفی، سیستم آب‌بندی نفوذگر کریستال شونده مطمئن‌ترین سیستم در آب‌بندی و محافظت مخازن آب، تصفیه خانه‌های فاضلاب، تونلها، منهولها، چاله شیرها، سازه‌های زیرزمینی، دیوارهای حائل و... می‌باشند.
تکنولوژی کریستال شونده دوام و کارایی سازه‌های بتنی را افزایش داده، هزینه‌های تعمیرات را کاهش می‌دهد و از بتن در برابر تأثیر عوامل شیمیایی خورنده محافظت می‌نماید.
خواص آب‌بندی حاصل از مواد نفوذگر کریستال شونده دائمی است. به دلیل اینکه تشکیل کریستال‌ها در داخل بتن صورت می‌گیرد و در سطح وجود ندارد، امکان سوراخ شدن و تخریب آن مانند غشاها و سیستم‌های آب‌بندی سطحی منتفی است؛ لذا حتی در صورت برداشته شدن لایه، سیستم آب‌بندی مختل نمی‌شود. آب‌بندی کریستالی کاملاً با بتن سازگار بوده، چسبندگی عالی به بتن ایجاد می‌نماید، مقاومت بتن را در برابر سیکل‌های ذوب و یخ افزایش می‌دهد و به جهت کاهش انتشار یون کلراید، میلگردهای فولادی را در برابر خوردگی محافظت می‌نماید.
علی رغم اینکه سیستم‌های نفوذگر کریستال شونده نفوذ آب را از طریق منافذ مویین مسدود می‌کنند، به بتن اجازه تنفس داده و به کیورینگ و کسب مقاومت بتن کمک می‌کنند. از مهم‌ترین مزایای سیستم آب‌بندی کریستالی خاصیت خود ترمیم شوندگی آن است. این سیستم قادر است ترک‌های مویین استاتیک حاصل از جمع شدگی را تا عرض ۰٫۴ میلی‌متر با تشکیل نانو کریستال ترمیم نماید و مانع عبور آب از این ترک‌ها گردد.