ซิลิโคนกันน้ำสำหรับงานก่อสร้าง
ทำไมต้องใช้สารกันน้ำในงานก่อสร้าง ?
ตามที่เข้าใจกันทั่วไปงานก่อสร้างเป็นงานที่ต้องการความละเอียดในการออกแบบเป็นอย่างมาก เนื่องจากหากมีข้อผิดพลาดส่วนใดส่วนหนึ่งนั่นหมายถึงอาจส่งผลต่อชีวิตและทำให้เกิดความเสียหายได้ อย่างไรก็ตามส่วนใหญ่เราจะให้ความสำคัญกับการออกแบบโครงสร้างจนละเลยเรื่องการป้องกันการกัดกร่อนหรือสึกหรอจากสภาพอากาศ เช่น ความร้อน ความเย็น ความชื้นหรือฝน เป็นต้น หรือแม้กระทั่งสารเคมีหรือมลภาวะนั้น โดยปัญหาจากน้ำฝนหรือความชื้นนั้นจะก่อให้เกิดการกัดกร่อนกับโครงสร้างหรืออาคารค่อนข้างรวดเร็ว
ข้อดีของการใช้ซิลิโคนในงานก่อสร้าง
ซิลิโคนเกิดจากพันธะของ Si-O-Si ที่มีความแข็งแรง จึงทำให้สารชนิดนี้ทนทานต่อความร้อน อีกทั้งมีคุณสมบัติไม่ติดไฟ โดยมีจุดโดดเด่นที่สำคัญ คือ กันน้ำได้และสามารถเข้ากันได้ดีกับวัสดุทำให้ใช้ได้ทั้งงาน Surface tratment และ Coating หรือแม้กระทั่งใส่ลงไปในตัวของคอนกรีตและปูน (Admixture) ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพป้องกันไม่ให้น้ำเข้ามากัดกร่อนตัวโครงสร้างหรือวัสดุต่าง ๆ ได้ดียิ่งขึ้น
ประเภทของซิลิโคนในงานก่อสร้าง
ซิลิโคนมีการประยุกต์การใช้งานที่แตกต่างกันมีการใช้งานดังนี้
1. Surface treatment เป็นการใช้ซิลิโคนในการทาในวัสดุที่มี
ความร่วนเป็นรูพรุน (Porosity) เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำผ่านเข้าไปภายในโครงสร้าง จะใช้กับซีเมนต์ (Cement) หิน (Stone) อิฐ (Brick) เป็นต้น
2. Admixture เป็นสารผสมเพิ่มประเภทหนึ่งในคอนกรีตแบบผสมเปียก (Wet mix) และแบบผสมแห้ง (Dry mix) ซึ่งซิลิโคนจะไปแทรกอยู่ภายในโครงสร้างป้องกันไม่ให้น้ำซึมผ่านเข้ามาภายในโครงสร้างได้ดีเช่นกัน
ทั่วไปแล้วโครงสร้างของคอนกรีต ซีเมนต์ ปูน อิฐและหินนั้นจะมีโครงสร้างเป็นรูพรุนค่อนข้างมากซึ่งรูพรุนเหล่านี้จะดูดซับน้ำไว้ในโครงสร้างเหล่านี้ส่งผลให้เกิดความเสียหายได้ วิธีป้องกันไม่ให้น้ำเหล่านี้เข้าไปในโครงสร้างคือใช้ไซเลน (Silane, R-Si-(OCH3)3)
และไซลอกเลน (Siloxane, Si-O-Si) ซึ่งโมเลกุลขนาดเล็กเหล่านี้จะเกิดเป็นหมู่ Si-O-Si เกิดขึ้นผ่านกระบวนการ ดังนี้
1. Hydrolysis ของไซเลนกับน้ำเกิดเป็นหมู่ Si-OH
2. Condensation ระหว่าง Si-OH ด้วยกันเองหรือจากพื้นผิวที่มีหมู่ Si-OH หรือจากโมเลกุลของไซเลนด้วยกันเองก็ได้และเกิดเป็น Si-O-Si โดยหมู่อัลคิล (R-Si-O) ที่เหลืออยู่ภายในโครงสร้างจะหันออกไปด้านนอกเพื่อกันน้ำไม่ให้เข้ามาภายในโครงสร้าง ดังรูปที่ 1
รูปที่ 1 การเกิดไซลอกเซนหลังการเคลือบด้วยซิลิโคน
ซิลิโคนกันน้ำเพื่อทาพื้นผิว (Surface treatment)
Surface treatment มีทั้งเนื้อแบบอีมัลชัน (Emulsion) และสารละลาย (Solution) ซึ่งการเคลือบจะเป็นการป้องกันไม่ให้น้ำซึมเข้าสู่ผิว โดยลดพลังงานพื้นผิวสัมผัสกับของเหลวจะน้อยลง (Low surface energy) ทำให้ของเหลวมีแรงยึดติดระหว่างโมเลกุลมากกว่า (High surface tension) ส่งผลให้มีมุมสัมผัสมากกว่า (High contact angle) จึงเกาะกันเป็นกลุ่มและทำให้น้ำไม่ซึมได้ดีกว่า ดังรูปที่ 2 นอกเหนือจากคุณสมบัติการกันน้ำแล้ว ซิลิโคนยังสามารถป้องกันความร้อนและการกัดกร่อนต่อพื้นผิวได้ในระดับนึงอีกด้วย
รูปที่ 2 การลดลงของพลังงานพื้นผิวหลังเคลือบด้วยซิลิโคน
ระบบอีมัลชั่น (Emulsion) ถูกออกแบบมาเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในงานเคลือบได้ลื่นและขึ้น นอกจากนี้การใช้ไซเลน (Silane) และไซลอกเซน (Siloxane) จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการซึมเข้าไปภายในรูพรุนได้ง่ายขึ้นทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันน้ำดีขึ้นและทนต่อแรงดันน้ำได้ นอกจากนี้ยังมีความปลอดภัยกับผู้ใช้งานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย จึงเหมาะสมกับการใช้งานในซีเมนต์ คอนกรีต อิฐ หิน ดินเหนียว วัสดุที่ทำมาจากซีเมนต์และซิลิเกต แผ่นฉนวนกันคามร้อน เป็นต้น โดยระบบอีมัลชั่นที่ผสมไซเลน/ไซลอกเซน สามารถแบ่งตามคุณสมบัติและการใช้งานได้ ดังนี้
ระบบน้ำมัน (Oil) เป็นซิลิโคนที่มีความบริสุทธิ์สูงเนื่องจากเป็นสารที่ได้ออกมาจากการสังเคราะห์ซิลิโคนโดยตรงและไม่มีการเจือจางด้วยน้ำหรือสารละลายจึงทำให้เป็นสารที่มีความหนืดค่อนข้างมาก (High vicosity) เมื่อทำการ Coating ลงไปบนพื้นผิวจึงมีความคงทนต่อสภาพอากาศที่รุนแรงได้มากกว่าระบบอีมัลชั่นและทนความร้อนได้ค่อนข้างสูง เหมาะสมกับการใช้งานในซีเมนต์ คอนกรีต วัสดุที่ทำมาจากซีเมนต์รวมถึงผลิตภัณฑ์ที่เป็นแบบเส้นใยซีเมนต์ สามารถแบ่งตามคุณสมบัติและการใช้งานของสารได้ ดังนี้
ซิลิโคนกันน้ำสำหรับสารผสมเพิ่ม (Admixture)
ในส่วนของ Admixture คือ ส่วนประกอบอื่น ๆ ที่เป็นสารเคมีใช้ผสมเพิ่มลงไป นอกเหนือจากซีเมนต์ วัสดุมวลรวมและน้ำ ซึ่งสารผสมเพิ่มจะมีทั้งหมดหลากหลายประเภท [2] ได้แก่
1. สารเร่งการก่อตัว (Accelerators) ทำให้คอนกรีตมีแข็งตัวเร็วขึ้นกว่าปกติ จะใช้ในงานที่ต้องการให้คอนกรีตรับแรงได้เร็วขึ้นก่าปกติ เช่น การทำเสาเข็ม และเสาคอนกรีตอัดแรง เป็นต้น สารที่ใช้ ได้แก่ แคลเซียมคลอไรด์ โซเดียมซิลิเกต เป็นต้น
2. สารหน่วงการก่อตัว (Retarders) ทำให้คอนกรีตชะลอการแข็งตัวหรือแข็งตัวช้ากว่าปกติ จะใช้ในคอนกรีตที่มีการผสมแล้วและต้องใช้เวลาในการขนย้าย เพื่อป้องกันไม่ให้คอนกรีตจับตัวก่อน สารที่ใช้ ได้แก่ แคลเซียม ยิปซัม เป็นต้น
3. สารลดปริมาณน้ำ (Water reducing admixtures) เป็นสารที่เติมไปจุดประสงค์เพื่อทำให้ใช้น้ำในการผสมน้อยลงแต่ให้ประสิทธิภาพและเนื้อสัมผัสคล้ายเดิม สารที่ใช้ ได้แก่ เกลือลิกโนซัลโพนิค สารประกอบของกรดไฮดรอกซี่ เช่น คาร์บอซีลิค สารประกอบโพลีเมอร์บางชนิด เช่น โพลิเมอร์ไฮดรอกซีเลต
4. สารกันน้ำ (Waterproofing) เป็นสารที่ใช้ป้องกันน้ำไม่ให้เข้าไปภายในโครงสร้าง โดยจะทำหน้าที่เข้าไปแทรกระหว่างรูของคอนกรีต ได้แก่ อีมัลชั่นของสารผสมไซเลนและไซลอกเซน (Silane/siloxane composite emulsion) และแบบผงผสมไซเลนและไซลอกเช่น (Silane/siloxane powder)
5. สารกระจายกักฟองอากาศ (Air-entrianing admixtures) ฟองอากาศในคอนกรีตจะช่วยทำให้สามารถถ่ายเทได้มากขึ้น สารกระจายกักฟองอากาศที่เติมลงไปจะช่วยลดการแยกตัว การสูญเสียน้ำ ไม่รั่วซึม รวมทั้งเพิ่มความต้านทานซัลเฟตด้วย ปัจจุบันยังมีคอนกรีตกระจายกักฟองอากาศ ซึ่งผลิตขึ้นโดยใช้ซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ชนิดกระจายกักฟองอากาศ (Air Enrraining Cement) ซึ่งให้คุณสมบัติเช่นเดียวกันกับการเติมสารดังได้กล่าวมาแล้ว
ซึ่งการใช้สารป้องกันน้ำสามารถทำได้ทั้งหมด 2 แบบ คือ แบบผสมลงไปในในซีเมนต์ที่ผสมแบบเปียก (Wet mix) โดยระบบของสารที่ใช้จะเป็นสารละลายหรืออีมัลชั่นเป็นหลัก โดยจะผสมสารและน้ำใส่ลงไปก่อนเริ่มกระบวนการผลิตซีเมนต์หรือเติมหลังจากผสมซีเมนต์เสร็จแล้วก็ได้ และอีกแบบ คือ การผสมลงแบบแห้ง (Dry-mix) สารที่ใช้จะเป็นผง (Powder) โดยจะต้องใส่ลงไปก่อนผสมน้ำลงมา
ระบบอีมัลชั่น (Emulsion) ถูกออกแบบมาเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในงาน Admixture โดยใส่ในคอนกรีตที่ผ่านกระบวนการผสมแบบเปียกแล้ว หรือสามารถละลายผามน้ำใส่ลงไปในปูนที่แห้งได้เลย นอกจากนี้การใช้ไซเลน (Silane) และไซลอกเซน (Siloxane) ที่เข้าไปแทรกภายในรูพรุนทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันน้ำดีขึ้นและทนต่อแรงดันน้ำได้ นอกจากนี้ยังมีความปลอดภัยกับผู้ใช้งานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย จึงเหมาะสมกับการใช้งานในซีเมนต์ คอนกรีต โดยระบบอีมัลชั่นที่ผสมไซเลน/ไซลอกเซน สามารถแบ่งตามคุณสมบัติและการใช้งานได้ ดังนี้
ผง (Powder) ถูกออกแบบมาเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในงาน Admixture โดยใส่ในคอนกรีตที่ผ่านกระบวนการผสมแบบเปียกแล้ว หรือสามารถละลายผสมน้ำใส่ลงไปในปูนที่แห้งได้เลย นอกจากนี้การใช้ไซเลน (Silane) และไซลอกเซน (Siloxane) ที่เข้าไปแทรกภายในรูพรุนทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันน้ำดีขึ้นและทนต่อแรงดันน้ำได้ นอกจากนี้ยังมีความปลอดภัยกับผู้ใช้งานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย จึงเหมาะสมกับการใช้งานในซีเมนต์ คอนกรีต โดยระบบผงที่ผสมไซเลน/ไซลอกเซน สามารถแบ่งตามคุณสมบัติและการใช้งานได้ ดังนี้
อ้างอิง
[1] https://www.adhesivesmag.com/articles/83327-us-sealant-standards-in-building-construction. Accessed date 1 April 2024.
[2] https://bann-engineer.blogspot.com/2011/10/admixtures.html. Accessed date 2 April 2024.
