إضافات عازلة للماء ومتكاملة للخرسانة والجص

إن صناعة الخلطات في الهند متطورة، مع تاريخ الاستخدام في المشاريع الرئيسية لأكثر من ثلاثة عقود، شهد استخدام المزيج ارتفاعًا هائلاً، إذ أن الاتجاه واضح تمامًا، ومن المؤكد أنه في عمليات صب الخرسانة المستقبلية، يجب أن تصبح المواد المضافة جزءًا لا يتجزأ من مزيج الخرسانة. إن الموقف السابق المتمثل في اللجوء إلى استخدام المواد المضافة فقط بعد مواجهة المشاكل يتغير بسرعة، والآن، في معظم المشاريع الكبيرة، يتم تضمين المواد المضافة بالفعل في المواصفات.

نظرًا لأن مشاريع البنية التحتية أكثر تحديدًا وتعتمد على الحاجة، فسيتعين تصميم خرسانة محددة لتناسب المتطلبات الفردية، ستكون المتانة هي الاعتبار الرئيسي حيث لا يمكن استبدال هذه الهياكل أو إصلاحها بسهولة، اعتمادًا على الاختيار المناسب لفئات التعرض، يجب تطوير المواصفات المتخصصة لتصميمات الخلطات الخرسانية، في هذا الصدد، تكتسب إضافات العزل المتكاملة زخمًا كحل للمساعدة في التخفيف من مشاكل المتانة.

الخرسانة لها صلة بالمياه وبالتالي فهي مادة قابلة للبلل، حيث يدخل الماء إلى الخرسانة من خلال الشعيرات الصغيرة المستمرة إما تحت ضغط هيدروستاتيكي أو بفعل شعري، تعد مسامية الخرسانة أحد العوامل الرئيسية التي تساهم في دخول الماء إلى الخرسانة، يحتاج العزل المائي الجيد إلى قاعدة خرسانية جيدة، وبالتالي، من الضروري أن يتم إنتاج الخرسانة بنسبة أسمنت منخفضة الماء وأقل نفاذية، حيث إن هذا هو المكان الذي يظهر فيه استخدام مواد العزل المتكاملة.

عملية تدفق المياه في الخرسانة والاعتبار في تصميم أنظمة العزل المائي:

يعتمد دخول الماء إلى الخرسانة على درجة تشبع الخرسانة وآليات الدخول، كما يعتمد معدل دخول الماء على البنية الدقيقة لعجينة الخرسانة، فإذا تعرضت الخرسانة غير المشبعة للماء، فسوف يتم امتصاصها في الخرسانة حتى في حالة عدم وجود ضغط بسبب شفط الشعر.
تعتبر خصائص النفاذية للخرسانة القريبة من السطح مهمة جدًا أثناء تحديد دخول الماء إلى الخرسانة، حيث يمكن أن ينتقل السائل أو الغاز أو الأيونات في الخرسانة عن طريق الانتشار بسبب تدرج التركيز، في معظم الظروف، يتحكم العمل الشعري بدلاً من النفاذية بمرور الماء، ويجب أن يكون هذا أحد الاعتبارات الرئيسية في تصميم أنظمة العزل المائي.

عمل الإضافات المتكاملة العازلة للماء في التكثيف الخرساني:

الهدف من العزل المائي المتكامل هو تكثيف الخرسانة لمنع دخول الماء أو تحويل الشعيرات الصغيرة القابلة للبلل إلى أنواع غير قابلة للبلل والتي من شأنها في النهاية تقليل تغلغل الماء في النظام، حيث توفر نظرية الشعيرات الدموية ومفهوم الارتفاع الشعري والاكتئاب الشعري أساسًا لعمل مواد مانعة لتسرب المياه، كما تتميز الأسطح القابلة للبلل بزوايا اتصال منخفضة والأسطح التي يصعب رطبها بأن لها زوايا تلامس أعلى.
زوايا التلامس العالية لها تأثير مزدوج على الخرسانة، أولاً، يكون الضغط المطلوب لدخول الخرسانة موجبًا، حيث يكون العمل الشعري صفريًا وسيتطلب ضغط ماء مرتفع (حوالي 14 مترًا من الماء) لاختراق سطح الخرسانة، حيث تعرض الأسطح الكارهة للماء زوايا تلامس عالية للماء، كما تستخدم إضافات العزل المتكاملة هذه النظرية للتأثير على تقليل النفاذية في الخرسانة.

باختصار، تنتمي مواد العزل المائي إلى فئة من المواد الإضافية التي تعمل على تحسين متانة الخرسانة من خلال التحكم في حركة الماء والرطوبة وتقليل النفاذية وبالتالي دخول الكلوريد، تمت الإشارة إلى هذه الفئة من المواد الإضافية في IS: 2645.
تشير EN-934 إليها على أنها خليط مقاوم للماء ويشير ACI 212.3R إلى نفس مضافات تقليل النفاذية، تنقسم هذه المضافات عمومًا إلى فئتين (ACI Comm.212)، أي تقليل النفاذية للمضافات للخرسانة المعرضة لظروف غير هيدروستاتيكية (PRAN) والخرسانة المعرضة للظروف الهيدروستاتيكية (PRAH).

أنواع قواعد الإضافات المقاومة للماء المتكاملة بناءً على تطبيق الملاط أو الجص الخرساني الأساسي:

يمكن أن تعتمد هذه المواد المضافة على كيمياء مختلفة اعتمادًا على تطبيق الخرسانة الأساسية أو الملاط أو الجص، المضافات المقاومة للرطوبة أو PRAN طاردة للماء، هذه أكثر ملاءمة للاستخدام في الحالات التي لا تتعرض فيها الخرسانة الأساسية لرؤوس هيدروستاتيكية عالية، حيث يمكن استخدام هذه على سبيل المثال في الجدران الخارجية فوق الأرض في المباني والجص والخرسانة المعمارية والكتل الخرسانية وما إلى ذلك.

قد تكون مضافات العزل المتكاملة أو PRAH كارهة للماء (ليس بالضرورة)، حيث أنها أكثر ملاءمة للاستخدام في الخرسانة أو الملاط الخاضع لرؤوس الضغط الهيدروستاتيكي، يمكن استخدامها على سبيل المثال في صهاريج تخزين المياهوالمناطق الرطبة والطوابق السفلية و STPs وخرسانة الأنفاق والهياكل تحت الأرض وغيرها من الهياكل المماثلة.الجدول 1 أدناه. 

الجدول 1: تصنيف المواد والآليات والتطبيقات الخاصة بإضافات العزل المتكاملة:

طريقة العمل للإضافات المتكاملة العازلة للماء:

تعمل إضافات العزل المتكاملة بشكل عام على أساس واحدة أو مجموعة من الآليات الثلاث المذكورة أدناه.

1. الحد من الشعيرات الدموية عن طريق تقليل نسبة الماء.
   
2. الشعيرات الدموية الكارهة للماء.
   
3. سد المسام الفيزيائية أو الكيميائية.
   

1. الحد من الشعيرات الصغيرة: يتم تحقيق ذلك باستخدام مخفضات المياه التقليدية أو عوامل احتجاز الهواء أو باستخدام البوزولانات التفاعلية والسيليكات، قد تعمل هذه المواد المضافة على تحسين قابلية التشغيل (زيادة الركود) بنفس نسبة الوزن أو توفير انخفاض في الوزن في نفس مستويات قابلية التشغيل، حيث تساعد هذه الخاصية الخرسانة على تحقيق ضغط ممتاز وترطيب أكثر كثافة (تكوين جل CSH) وبالتالي تقليل المسام الشعرية، تعني المسام الشعرية الأقل نقلًا أقل للمياه عبر مصفوفة الأسمنت.

2. الشعيرات الدموية الكارهة للماء: يتم تحقيق ذلك باستخدام إضافات مثل الصابون والبيتومين والخضار والزيوت والدهون والزيوت المعدنية (التكنولوجيا القديمة) أو الأحماض الدهنية طويلة السلسلة ومستحلبات الشمع الناعم والسيليكون والسيلان والسيلوكسانات وما إلى ذلك (التكنولوجيا الجديدة). 

تتفاعل هذه المواد مع مكونات الأسمنت وتشكل منتجات ثانوية غير قابلة للذوبان كارهة للماء تبطن المسام، تعمل هذه البطانة على تحويل القوى الشعرية الممتصة للماء إلى قوى شعيرية طاردة للماء بسبب التأثير الكارثي للماء للمكون، يتم دفع الماء خارج المسام الشعرية وتبقى الخرسانة جافة، على سبيل المثال: تتفاعل الستيرات مع هيدروكسيد الكالسيوم في الخرسانة لتكوين ستيرات الكالسيوم غير القابلة للذوبان والتي تشكل طبقة كارهة للماء على جدران المسام في الخرسانة، هذه المضافات فعالة في تقليل الامتصاص الشعري في ظل الظروف غير الهيدروستاتيكية فقط.

3. انسداد المسام (ماديًا أو كيميائيًا): يمكن تحقيق انسداد المسام الفيزيائي باستخدام حشوات المسحوق الخاملة مثل التلك والبنتونيت وما إلى ذلك أو باستخدام شمع مقسم بدقة أو بيتومين أو مستحلبات أكريليك / SBR، وعند تطبيق الضغط الهيدروستاتيكي، يتم دفع هذه المواد المقسمة بدقة أو كريات المستحلب إلى الشعيرات الدموية، حتى تتكدس معًا، وتشكل سدادة فيزيائية، مما يمنع المزيد من اختراق الماء.

يتم تحقيق انسداد المسام الكيميائي باستخدام سيليكات هيدروليكية متطورة دقيقة متناهية الصغر أو جزيئات نانو بوزولانية لتمكين الترطيب الثانوي لتحقيق تعبئة أكثر كثافة لجيل CSH في مصفوفة الأسمنت على نطاق نانو، تستخدم المواد المذكورة أعلاه الجير الحر المتاح [Ca (OH) ₂ ]، في وجود الماء، لإعادة بلورة وتشكيل مراحل CSH وCASH جديدة أكثر استقرارًا، شبيهة بالرقائق، يشار أيضًا إلى هذه المواد عند استخدامها كمضافات على أنها مضافات بلورية.

تستمر عملية التمعدن البلورية هذه بمرور الوقت في وجود الماء لتقليل المسامية الكلية ولعلاج الشقوق الدقيقة وتقليل حجم مسام الخرسانة، هذه العملية تجعل الخرسانة مانعة لتسرب الماء.

إن المواد المضافة المقاومة للماء لها تأثير إيجابي على متانة الخرسانة من خلال تخفيف دخول الماء وبالتالي الكلوريدات، وما إلى ذلك، حيث يتم أيضًا تقليل امتصاص السطح وعندما تتعرض الخرسانة لبيئات قاسية يكون لهذا المزيج تأثير مفيد في زيادة عمر الهيكل الخرساني، ومع ذلك، يجب أن نتذكر أن الخلط الصحيح ضروري لأداء خليط العزل المائي، كما يجب تجنب الجرعة الزائدة من الخليط وعند استخدامها مع مواد مضافة أخرى يجب إجراء فحص التوافق.