شناخت ویژگی‌های بتن
برای درک بهتر از عملکرد سخت کننده بتن باید ابتدا توجهی به ترکیبات بتن و ویژگی‌های آن داشته باشیم. بتن با وجود سختی زیاد بر اثر عوامل مختلفی چون گذر زمان، حمله ترکیبات شیمیایی با نفوذ به بتن، رطوبت و نفوذ آب، سایش و ضربات دینامیکی و بسیاری از عوامل دیگر تخریب و از بین می‌رود. بنابراین لازم است تا نسبت به پیشگیری از تخریب بتن اقداماتی را انجام داد تا علاوه بر ازدیاد طول عمر بتن از بتن در برابر عوامل گوناگون محافظت کند.
از این رو موادی تهیه و تولید شده است که بتن را در برابر عوامل محیطی محافظت کرده و مقاومت و سختی سطح آن‌را افزایش می‌دهد. از این مواد تحت عنوان هاردنر یا سخت کننده بتن یاد می‌شود.
در فرآیند واکنش آب و سیمان پرتلند دو محصول مهم تولید می‌شود. اولین محصول که حدودا 75 درصد خمیر سیمان سخت شده را تشکیل می‌دهد، سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H) است. این محصول مهمترین عامل تولید مقاومت و ایجاد دوام در بتن محسوب می‌شود و در ابعاد نانومتری دارای ساختار بسیار پیچیده ای است. بسیاری از ویژگی‌های ارزشمند مهندسی بتن مرهون توده سیلیکات کلسیم هیدراته است. علاوه بر آن محصول دیگری به نام آهک هیدراته (هیدروکسید کلسیم) حدود 20 تا 25 درصد تولید می‌شود. اگرچه این هیدرات به دلیل قلیایی بودن محیط بتن را خصوصا برای حفاظت آرماتورها مهیا می‌نمایند ولی این محصول دارای ارزش مقاومتی خاصی نمی‌باشد و در محیط‌های خورنده نظیر سولفات‌ها و اسیدها مقاومت ناچیزی دارد. حال برای اینکه آهک هیدراته نیز با تبدیل به سیلیکات کلسیم هیدراته در مقاومت بتن شرکت کند لازم است تا موادی به آن بیافزاییم تا با انجام واکنش شیمیایی این تغییر را صورت دهند.
نقش سیلیکات‌ها در سخت کننده‌های بتن
سیلیکات‌ها می‌توانند هم در فرم مایع و هم در حالت جامد (پودر یا گرانول) باشد. بهترین خصوصیات شناخته‌شده از این ماده در صنعت ساخت عبارتند از مقاومت در برابر آب، مقاومت در برابر حملات شیمیایی، استحکام و سختی و ایجاد مواد مقاوم در برابر آتش است. هنگامی که بر لایه سیمانی یا گچی بکار رود، سیلیکات به واسطه اتصال با سایر سیلیکات یا با فلزات قلیایی موجود، یک ساختار میکرو کریستالی تشکیل می‌دهد. سیلیکات یک بخش جدایی‌ناپذیر از زیرلایه است که در آن‌ها استفاده می‌شود: به همین دلیل است که آن‌ها با دیگر رنگ‌های سطحی متفاوت هستند که در عوض یک پوسته را روی بتن و یا گچ شکل می‌دهند. سیلیکات‌ها، قلیایی هستند و به دلیل این خاصیت، مانع از رشد باکتری‌ها و کاهش کربناسیون مواد سیمانی میشوند (که نباید با کربناسیون خود سیلیکات اشتباه گرفته شود). آن‌ها خواص ضد خوردگی عالی دارند. سیلیکات‌هایی که معمولاً در بخش ساخت‌وساز استفاده میشوند و بهترین سیلیکات برای بتن محسوب میشوند عبارتند از:
1- سدیم سیلیکات
2- پتاسیم سیلیکات
3- لیتیوم سیلیکات
سخت کننده بتن مایع سطح بتن بر پایه لیتیوم سیلیکات دارای قدرت نفوذ بالایی هستند. در هنگام اعمال این سخت کننده‌های بتن مایع بر روی سطوح و کف‌های بتنی بعد از نفوذ لیتیوم سیلیکات به داخل بافت بتن شروع به انجام واکنش با کلسیم هیدروکسید موجود در بتن می‌کند و در نتیجه کلیسم سیلیکات و لیتیم هیدروکسید تولید می شود. که مکانیسم واکنش آن در زیر نوشته شده است.
مکانیسم واکنش آلکالی سیلیکات‌ها با کلسیم هیدورکسید آزاد در بتن
در ادامه نیز لیتیوم هیدروکسید با جذب دی اکسید کربن محیط به لیتیم کربنات تبدیل می‌شود که این ماده نیز به صورت نا محلول می‌باشد. نامحلول بودن لیتیوم کربنات مانع از انحلال آن در آب و ایجاد شوره بر روی سطح می‌شود.
مکانیسم واکنش جذب دی اکسید کربن توسط هیدروکسیدهای قلیایی
سخت کننده‌های سطح بتن بر پایه لیتیوم سیلیکات که بصورت مایع هستند. به دلیل داشتن ویژگی‌های زیر نسبت به قلیایی‌های دیگر دارای خواص منحصر به فردی میباشند.
نحوه عملکرد سخت کننده بتن لیتیوم سیلیکات
هاردنر ویا همان سخت کننده لیتویم سیلیکات آب پایه پس از نفوذ در بتن با هیدروکسید کلسیم واکنش نشان داده و تشکیل کریستال‌های سیلیکات کلسیم می‌دهد که بلوری حجیم و نامحلول در آب است.
کریستال‌های بدست آمده ضمن انسداد خلل و فرج بتن و کلیه مجاری انتقال آب و رطوبت می‌توانند مقاومت بتن را در برابر فشار و سایش افزایش دهد. سخت کننده لیتیوم سیلیکات با جذب ترکیبات آهکی و نمک‌های فعال کلسیم شوره را مهار کرده و امکان باز تولید شوره را از بین می‌برد. بدین ترتیب سطح بتن با پر شدن حفره‌های جذب در عمل ضد اب و ضد غبار شده و تا حدی خاصیت آبگریزی و غبار گریزی پیدا می‌کند.
مصالح بتنی در مقابل نفوذ رطوبت، ترکیبات شیمیایی مختلف، شرایط محیطی و هوازدگی بسیار آسیب پذیرند. به ویژه در محیط‌های مرطوب و یا بر اثر وجود ترکیبات شیمیایی مختلف مانند اکسیدهای گوگرد، کربن دی اکسید، انواع نمک‌ها، تشکیل اسیدهای خورنده ای مانند اسید سولفوریک، اسید کرببنیک، اسید نیتریک و غیره می‌دهند که به بتن آسیب زده و ضمن حل کردن و از بین بردن خمیر هیتدراته شده، توده از خود بجا می‌گذارد که خود باعث آسیب‌های شیمیایی بعدی خواهد بود.
در محیط‌های صنعتی مختلف همچون کارخانه‌ها، پتروشیمی‌ها و غیره خوردگی‌های شیمیایی مشابه در انواع سطح‌های بتنی مشاهده می‌شود. اغلب این فرایندهای مخرب را می‌توان با محصول سخت کننده بتن شرکت افزیر مهار کرد.
همانطور که می‌دانید بتن از سه جزء اصلی سیمان، سنگدانه و آب تشکیل شده است. چهار فاز اصلی سیمان در مجاورت آب هیدراته شده و باعث سخت شدن و گیرایش بتن میشوند.
در اثر هیدراته شدن فازهای کلسیم سیلیکات موجود در سیمان مقدار زیادی کلسیم هیدروکسید (آهک) تولید می‌شود که تقریبا بین 20 تا 25 درصد محصول هیدراته شدن را تشکیل می‌دهد. وجود آهک همواره باعث ایجاد مشکلاتی در بتن می‌شود که می‌توان به ایجاد پدیده کربوناسیون و یا ایجاد شوره کربناتی اشاره کرد.
یکی از کاربردهای اصلی سخت کننده بتن لیتیوم سیلیکات افزیر ایجاد خاصیت ضد سایشی (Densifier)، ضد گرد و غبار و ایجاد درخشندگی و براقیت سطوح بتنی است. هاردنرهای لیتیوم سیلیکات با نفوذ در ساختار بتن و پر کردن منافذ و حفره‌های داخل بتن و واکنش با ترکیبات آهکی ضمن نفوذناپذیر کردن بتن، بافت بتن را متراکم تر کرده و مقاومت سایشی سطح را بالا می‌برد. همچنین با افزایش کریستال‌های کلسیم سیلیکات بر روی سطح درخشندگی و افزایش خاصیت براق کنندگی سطح بتن می‌شود. سخت کننده و براق کننده سطوح بتنی شرکت افزیر با عملکردی عالی سطوح بتنی را براق و درخشنده می‌کند.
مقایسه سخت کننده یتن لیتیوم سیلیکات با سدیم سیلیکات
استفاده از سدیم سیلیکات (آب شیشه) به عنوان یک پوشش جهت ارتقای کیفیت سطح بتن به سال‌ها قبل تر برمی‌گردد. از این ماده جهت افزایش نفوذ ناپذیری بتن استفاده می‌شود. اما امروزه به دلیل معایبی که این ماده دارد استفاده از آن دیگر منسوخ شده است. سدیم سیلیکات با وجود قیمت بسیار پایین و مناسبی که دارد اما به دلایل زیر استفاده از آن جهت پوشش سطوح بتنی توصیه نمی‌شود:
1- میزان قلیاییت بالا
2- تشدید واکنش قلیایی-سیلیسی یا سرطان بتن توسط یون سدیم
3- عدم قدرت نفوذ مناسب
4- امکان ایجاد شوره به دلیل تولید سدیم کربنات
5- براق کنندگی نامناسب
به همین دلایل استفاده از سخت کننده لیتیوم سیلیکات جهت حفاظت سطحی بتن و افزایش نفوذناپذیری، افزایش مقاومت سایشی و براق کنندگی استفاده می‌شود. سخت کننده لیتیوم سیلیکات به دلایل زیر نسبت به سدیم سیلیکات برتری دارد.
1- میزان قلیایی بودن پایین
2- عدم شرکت در واکنش قلیایی-سیلیسی و جلوگیری از سرطان بتن
3- قدرت نفوذ بالا به دلیل اندازه کوچک یون لیتیوم و ایجاد تراکم بسیار بالا
4- عدم ایجاد شوره به دلیل نامحلول بودن لیتیوم کربنات در آب
5- براق کنندگی بسیار مناسب
