مقدمه

یکی از مهم‌ترین عوامل کاهش دوام نمای ساختمان، نفوذ آب به مصالح متخلخل مانند بتن، ملات سیمانی، سنگ و آجر است. ورود آب به این مصالح، علاوه بر ایجاد شوره، موجب رشد قارچ و جلبک، ترک‌های ناشی از یخ‌زدگی، کاهش مقاومت مصالح و در نهایت افزایش هزینه‌های نگهداری ساختمان می‌شود. به همین دلیل استفاده از آبگریزهای نفوذی به عنوان یکی از مؤثرترین روش‌های محافظت از نما شناخته می‌شود.

در حال حاضر دو فناوری بیشترین کاربرد را در صنعت ساختمان دارند؛ آبگریزهای پایه حلال نفتی بر پایه سیلان-سیلوکسان و آبگریزهای پایه آب بر پایه دی‌متیل سیلیکانات. اگرچه هر دو محصول با هدف کاهش جذب آب تولید می‌شوند، اما از نظر ساختار شیمیایی، نحوه عملکرد، میزان نفوذ، دوام و کاربرد تفاوت‌های قابل توجهی با یکدیگر دارند.

آبگریز سیلان-سیلوکسان چگونه عمل می‌کند؟

سیلان و سیلوکسان از خانواده ترکیبات ارگانوسیلیکونی هستند که برای محافظت از مصالح معدنی توسعه یافته‌اند. مهم‌ترین ویژگی سیلان، اندازه بسیار کوچک مولکول آن است که امکان نفوذ عمیق در منافذ بتن، سنگ و آجر را فراهم می‌کند.

پس از اعمال روی سطح، مولکول‌های سیلان در حضور مقدار کمی رطوبت هیدرولیز شده و به گروه‌های سیلانول (Si-OH) تبدیل می‌شوند. این گروه‌ها سپس با گروه‌های هیدروکسیل موجود بر سطح فازهای سیلیسی خمیر سیمان سخت‌شده و سنگدانه‌های سیلیسی واکنش داده و شبکه‌ای از پیوندهای پایدار Si-O-Si تشکیل می‌دهند.

این واکنش باعث می‌شود ماده آبگریز به بخشی از ساختار داخلی مصالح تبدیل شود، نه اینکه صرفاً لایه‌ای روی سطح ایجاد کند. در نتیجه آب مایع قادر به ورود به منافذ نخواهد بود، اما بخار آب همچنان می‌تواند از داخل مصالح خارج شود و قابلیت تنفس دیوار حفظ خواهد شد.

به دلیل تشکیل این پیوندهای کووالانسی پایدار، آبگریزهای سیلان-سیلوکسان معمولاً دوام بسیار بالایی دارند و در برابر اشعه فرابنفش، باران اسیدی، تغییرات دمایی و چرخه‌های یخ‌زدگی مقاومت قابل توجهی از خود نشان می‌دهند.

آبگریز پایه آب بر پایه دی‌متیل سیلیکانات چگونه عمل می‌کند؟

دی‌متیل سیلیکانات که معمولاً به صورت متیل سیلیکونات پتاسیم یا سدیم عرضه می‌شود، یک محلول قلیایی بر پایه آب است. این ترکیبات پس از اجرا، در اثر واکنش با رطوبت و دی‌اکسیدکربن موجود در هوا به تدریج به شبکه‌ای از پلی‌سیلوکسان تبدیل شده و خاصیت آبگریزی ایجاد می‌کنند.

مزیت اصلی این فناوری، قیمت مناسب، اجرای آسان، نداشتن حلال‌های آلی و ایمنی بیشتر هنگام اجرا است. با این حال، مکانیزم عملکرد آن با سیلان تفاوت اساسی دارد و همین تفاوت، دلیل اصلی اختلاف دوام این دو فناوری محسوب می‌شود.

تفاوت اصلی در واکنش‌های شیمیایی

تفاوت آبگریزهای سیلان-سیلوکسان و دی‌متیل سیلیکانات تنها در نوع حلال نیست، بلکه در نوع واکنش شیمیایی با مصالح معدنی است.

در آبگریزهای سیلان، مولکول فعال پس از نفوذ در داخل مصالح با ساختار معدنی بتن یا سنگ پیوند شیمیایی برقرار می‌کند. این پیوندهای Si-O-Si از پایداری بسیار بالایی برخوردار هستند و در برابر آب، اشعه خورشید و تغییرات دمایی مقاومت زیادی دارند.

در مقابل، دی‌متیل سیلیکانات برای ایجاد شبکه آبگریز باید ابتدا در اثر تماس با رطوبت و دی‌اکسیدکربن هوا به پلی‌سیلوکسان تبدیل شود. این فرآیند عمدتاً در لایه‌های نزدیک به سطح انجام می‌شود و میزان اتصال آن به بستر معدنی به اندازه فناوری سیلان نیست.

به همین دلیل آبگریزهای سیلان-سیلوکسان معمولاً نفوذ بیشتر، چسبندگی شیمیایی قوی‌تر و دوام طولانی‌تری دارند.

چرا دی‌متیل سیلیکانات روی بتن و ملات سیمانی دوام کمتری دارد؟

بتن و ملات سیمانی محیطی بسیار قلیایی دارند و pH آن‌ها معمولاً بین 12.5 تا 13.5 است. از سوی دیگر، محلول‌های متیل سیلیکونات نیز ذاتاً قلیایی هستند.

در چنین شرایطی، فرآیند تبدیل سیلیکونات به شبکه پایدار پلی‌سیلوکسان به خوبی انجام نمی‌شود، زیرا این واکنش برای تکمیل شدن نیازمند حضور دی‌اکسیدکربن هوا و کاهش تدریجی قلیائیت است.

در نتیجه، بخشی از ماده فعال ممکن است پیش از تشکیل ساختار پایدار، در اثر بارندگی یا شستشو از سطح خارج شود و در نهایت دوام پوشش کاهش یابد.

به همین دلیل، در دستورالعمل‌های حفاظت از بتن مانند ACI 515 و استاندارد EN 1504-2، برای حفاظت طولانی‌مدت بتن بیشتر از فناوری سیلان و سیلوکسان استفاده می‌شود.

تفاوت میزان نفوذ

یکی از مهم‌ترین مزیت‌های سیلان، نفوذ بسیار عمیق آن در مصالح متخلخل است. مولکول‌های کوچک سیلان می‌توانند چندین میلی‌متر در منافذ بتن، سنگ و آجر نفوذ کنند و آبگریزی را در عمق مصالح ایجاد نمایند.

در مقابل، دی‌متیل سیلیکانات عمدتاً در لایه‌های نزدیک به سطح باقی می‌ماند.

[05/04/1405 12:14 ب.ظ] مهندس چیتگر استرامیکس: بنابراین در صورت سایش سطح یا شستشوی مکرر، اثر آبگریزی آن سریع‌تر کاهش پیدا می‌کند.

نقش آبگریزها در جلوگیری از خوردگی میلگرد

یکی از مهم‌ترین مزایای آبگریزهای نفوذی، کاهش نفوذ یون‌های مخرب به داخل بتن است.

در مناطق ساحلی یا مناطقی که در زمستان از نمک‌های یخ‌زدا استفاده می‌شود، یون کلرید همراه آب وارد منافذ بتن می‌شود. هنگامی که غلظت یون کلرید در اطراف میلگرد از حد بحرانی عبور کند، لایه محافظ طبیعی فولاد تخریب شده و فرآیند خوردگی آغاز می‌شود.

خوردگی میلگرد علاوه بر کاهش سطح مقطع فولاد، به دلیل افزایش حجم محصولات زنگ‌زدگی، باعث ایجاد تنش‌های داخلی، ترک‌خوردگی، پوسته شدن بتن و کاهش عمر مفید سازه می‌شود.

آبگریزهای سیلان-سیلوکسان با کاهش شدید جذب آب و محدود کردن انتقال یون کلرید، سرعت خوردگی میلگرد را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهند. این محصولات منافذ بتن را مسدود نمی‌کنند، بلکه انرژی سطحی دیواره منافذ را کاهش می‌دهند؛ در نتیجه آب و یون‌های محلول به سختی وارد بتن می‌شوند، در حالی که بخار آب همچنان امکان خروج از داخل بتن را خواهد داشت.

به همین دلیل از این فناوری در پل‌ها، اسکله‌ها، پارکینگ‌های طبقاتی، تونل‌ها، سازه‌های دریایی و نماهای بتنی به طور گسترده استفاده می‌شود.

هر فناوری برای چه بسترهایی مناسب‌تر است؟

آبگریزهای سیلان-سیلوکسان بهترین عملکرد را روی بتن، بتن اکسپوز، تراورتن، سنگ‌های آهکی، ماسه‌سنگ، آجر، ملات سیمانی و سایر مصالح معدنی متخلخل دارند. هرچه تخلخل مصالح بیشتر باشد، نفوذ سیلان بیشتر و دوام آبگریزی نیز بالاتر خواهد بود.

در مقابل، آبگریزهای دی‌متیل سیلیکانات بیشتر برای پروژه‌های اقتصادی، دیوارهای آجری، اندودهای سیمانی و سطوحی که انتظار دوام بسیار طولانی از پوشش وجود ندارد، مناسب هستند.

مزایا و محدودیت‌های هر فناوری

مهم‌ترین مزیت آبگریزهای سیلان-سیلوکسان، نفوذ عمیق، تشکیل پیوند شیمیایی پایدار، دوام طولانی، مقاومت بالا در برابر اشعه فرابنفش، باران اسیدی و چرخه‌های یخ‌زدگی است. علاوه بر این، این محصولات ظاهر مصالح را تغییر نمی‌دهند و مانع تنفس دیوار نیز نمی‌شوند. تنها محدودیت آن‌ها، قیمت بالاتر و لزوم رعایت نکات ایمنی هنگام اجرای محصولات پایه حلال است.

در مقابل، آبگریزهای پایه آب بر پایه دی‌متیل سیلیکانات تقریباً بدون بو، غیرقابل اشتعال، اقتصادی و سازگارتر با محیط زیست هستند و اجرای آسانی دارند. با این حال، عمق نفوذ کمتر، دوام پایین‌تر روی بتن و حساسیت بیشتر به شستشو از مهم‌ترین محدودیت‌های این فناوری محسوب می‌شود.

نتیجه‌گیری

اگر هدف تنها کاهش موقت جذب آب و اجرای یک راهکار اقتصادی باشد، آبگریزهای پایه آب بر پایه دی‌متیل سیلیکانات می‌توانند در برخی پروژه‌های معمولی عملکرد قابل قبولی داشته باشند.

اما اگر هدف، محافظت بلندمدت از بتن، سنگ و سایر مصالح معدنی، جلوگیری از نفوذ آب و یون‌های مخرب، کاهش احتمال خوردگی میلگرد، جلوگیری از ایجاد شوره و افزایش عمر مفید ساختمان باشد، آبگریزهای پایه حلال نفتی بر پایه سیلان-سیلوکسان از نظر فنی انتخاب برتری محسوب می‌شوند.

تفاوت اصلی این دو فناوری در نوع حلال نیست، بلکه در مکانیزم واکنش شیمیایی، عمق نفوذ، نحوه اتصال به بستر معدنی و پایداری آن‌ها در محیط قلیایی بتن است. به همین دلیل، آبگریزهای سیلان-سیلوکسان سال‌هاست که در پروژه‌های حرفه‌ای حفاظت از بتن و نما به عنوان یکی از مؤثرترین و بادوام‌ترین فناوری‌های آبگریز نفوذی شناخته می‌شوند.

پرسش‌های متداول

آیا آبگریز نما مانع تنفس دیوار می‌شود؟

خیر. آبگریزهای نفوذی سیلان-سیلوکسان منافذ مصالح را مسدود نمی‌کنند، بلکه انرژی سطحی آن‌ها را کاهش می‌دهند. در نتیجه آب مایع وارد مصالح نمی‌شود، اما بخار آب همچنان امکان خروج از داخل دیوار را دارد.

آیا آبگریز پایه آب همیشه کیفیت پایین‌تری نسبت به آبگریز پایه حلال دارد؟

خیر. بسیاری از آبگریزهای پایه آب که بر پایه امولسیون سیلان یا سیلوکسان تولید می‌شوند، عملکرد بسیار مطلوبی دارند. مقایسه این مقاله صرفاً بین آبگریزهای پایه حلال بر پایه سیلان-سیلوکسان و آبگریزهای پایه آب بر پایه دی‌متیل سیلیکانات است.

آیا آبگریز نما ظاهر سنگ یا بتن را تغییر می‌دهد؟

در محصولات باکیفیت، خیر. آبگریزهای نفوذی معمولاً بی‌رنگ هستند و پس از خشک شدن، ظاهر طبیعی مصالح را حفظ می‌کنند.

آیا آبگریز نما از ایجاد شوره جلوگیری می‌کند؟

بله. از آنجا که مهم‌ترین عامل ایجاد شوره، انتقال آب در داخل مصالح است، کاهش جذب آب می‌تواند احتمال تشکیل شوره را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

بهترین آبگریز برای بتن و نمای سنگی چیست؟

برای پروژه هایی که دوام، نفوذ عمیق و حفاظت بلندمدت اهمیت دارد، آبگریزهای بر پایه سیلان-سیلوکسان انتخاب مناسب‌تری نسبت به محصولات بر پایه دی‌متیل سیلیکانات هستند.