Cách làm cho vữa có tính chống thấm nước tự nhiên: Liều lượng và cơ chế hoạt động của bột silicone chống thấm nước

Phương pháp chống thấm toàn diện này có nghĩa là ngay cả khi bề mặt bị trầy xước, mài mòn hoặc bị phong hóa, khả năng chống thấm nước vẫn được duy trì do thành phần hoạt tính được phân bố đều khắp mặt cắt ngang. Liều lượng điển hình dao động từ 0,1% để chống ẩm nhẹ cho vữa trát nội thất đến 1,0% cho các ứng dụng chống thấm ngoại thất khắc nghiệt như tường chắn hầm, lớp phủ mặt cầu và các công trình biển. Dạng bột giúp loại bỏ sự bất ổn về thời hạn sử dụng và các nguy cơ khi xử lý liên quan đến silan/siloxan lỏng, đồng thời mang lại hiệu suất kỵ nước tương đương hoặc vượt trội với tổng chi phí ứng dụng thấp hơn.

Những điểm chính cần lưu ý

• Phạm vi liều lượng: 0,1%–1,0% tính theo trọng lượng chất kết dính xi măng, trong đó hầu hết các ứng dụng chống thấm bên ngoài được tối ưu hóa ở mức 0,3%–0,5%

• Tính chất vốn có so với xử lý bề mặt: Khác với các chất phủ tạo màng, bột silicone kỵ nước thấm sâu vào toàn bộ ma trận vữa — dù bề mặt có bị trầy xước, sứt mẻ hay mài mòn thì khả năng chống thấm nước vẫn được duy trì nguyên vẹn

• Mật độ khối: 300–600 g/L, giúp dễ dàng xử lý, định lượng và phân tán trong các thiết bị trộn hỗn hợp khô tiêu chuẩn

• Khả năng tương thích rộng rãi: Thích hợp cho các loại vữa gốc xi măng, vữa trát tường, vữa trám khe, keo dán gạch, bột trét và các hệ thống bùn chống thấm

• Vẫn giữ được khả năng thoáng khí: Có khả năng chống thấm nước lỏng đồng thời vẫn duy trì tính thấm hơi nước, từ đó ngăn chặn tình trạng ẩm ướt bị giữ lại bên trong – nguyên nhân gây ra hiện tượng bong tróc do đóng băng – tan băng và sự xuống cấp bên trong

Tại sao câu trả lời này lại quan trọng

Các phương pháp chống thấm bề mặt — chất phun silane/siloxane, lớp phủ acrylic, màng bitum — đều có cùng một nhược điểm nghiêm trọng: chúng chỉ tồn tại trên bề mặt. Trong xây dựng, bề mặt thường bị hư hại. Các khe vữa bị mài mòn. Lớp thạch cao bị trầy xước. Lớp phủ bị phong hóa, nứt nẻ và bong tróc. Khi điều này xảy ra, nước sẽ tìm được đường xâm nhập vào bên trong, và lớp “chống thấm” sẽ thất bại chính xác tại điểm mà nó cần thiết nhất.

Giải pháp chống thấm toàn diện bằng bột silicone kỵ nước giải quyết vấn đề này ngay từ gốc rễ. Bằng cách phân tán chất kỵ nước khắp toàn bộ thể tích vật liệu trong quá trình trộn, mọi lỗ rỗng mao dẫn — từ bề mặt tiếp xúc đến lõi — đều trở nên kỵ nước. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng phải chịu mài mòn cơ học (sàn công nghiệp), hình thành vết nứt (vữa sửa chữa kết cấu) hoặc áp lực thủy tĩnh liên tục (tầng hầm nằm dưới mực nước ngầm).

Lý lẽ về mặt kinh tế cũng không kém phần thuyết phục. Chỉ cần thêm một lần bột trong quá trình trộn là có thể thay thế các công đoạn xử lý bề mặt sau khi đóng rắn, loại bỏ các chu kỳ sơn lại cứ sau 5–10 năm, đồng thời giảm thiểu rủi ro phải xử lý lại do sự cố chống thấm. Đối với các nhà phát triển công thức và nhà sản xuất hỗn hợp sẵn, bột kỵ nước silicone không phải là một chi phí — mà là một công cụ tạo sự khác biệt về giá trị, biến vữa thông thường thành một sản phẩm cao cấp, được thiết kế để đạt hiệu suất tối ưu.

Phân tích chuyên sâu về kỹ thuật

Hóa học về tính kỵ nước của silicone

Bột silicone kỵ nước chứa một hợp chất hoạt tính hữu cơ-silic — có cấu trúc tương tự như các chuỗi chính polydimethylsiloxane (PDMS) với các nhóm chức alkoxy hoặc silanol. Khi được đưa vào hỗn hợp xi măng, các nhóm chức năng này sẽ trải qua các phản ứng thủy phân và ngưng tụ trong dung dịch lỗ rỗng có tính kiềm cao (pH 12–13) được tạo ra bởi quá trình thủy hóa xi măng:

1. Phản ứng thủy phân: Các nhóm alkoxy (–OR) bị thủy phân thành các nhóm silanol (–Si–OH) khi có mặt nước và kiềm.

1. Sự ngưng tụ: Các nhóm silanol phản ứng ngưng tụ với các nhóm hydroxyl có trên các pha xi măng đã ngậm nước (gel C–S–H, bề mặt portlandite), tạo thành các liên kết cộng hóa trị ổn định –Si–O–Si– và –Si–O–Ca–.

1. Buổi giới thiệu: Các nhóm metyl (–CH₃) không phân cực của chuỗi chính siloxan hướng ra ngoài so với bề mặt lỗ rỗng, tạo thành một giao diện kỵ nước có năng lượng thấp.

Cơ chế hoạt động bên trong ma trận xi măng

Yếu tố phân biệt quan trọng nhất chính là phân bố không gian của quá trình xử lý kỵ nước. Khác với các chất bịt kín bề mặt chỉ thấm sâu vào bê tông đã đông cứng từ 2–5 mm nhờ hiện tượng hút mao dẫn, bột này phân tán thành các vi hạt trong quá trình trộn. Khi quá trình thủy hóa diễn ra, mỗi hạt trở thành điểm khởi đầu cho quá trình biến đổi kỵ nước của gel xi măng xung quanh.

Kết quả là một mạng lưới ba chiều gồm các bề mặt chống thấm nước bao phủ hệ thống lỗ rỗng mao dẫn liên kết với nhau. Góc tiếp xúc của nước trên thành lỗ rỗng đã qua xử lý thường vượt quá 110°, có nghĩa là áp suất mao dẫn thực tế đẩy lùi nước thay vì hút nước vào. Phương trình Young-Laplace mô tả hiện tượng này:

ΔP = 2γ cosθ / r

Trong đó ΔP là áp suất mao dẫn, γ là sức căng bề mặt của nước, θ là góc tiếp xúc và r là bán kính lỗ rỗng. Đối với xi măng chưa qua xử lý (θ ≈ 30°), cosθ là số dương và nước được hút vào các lỗ rỗng. Đối với các lỗ rỗng đã qua xử lý bằng silicone (θ > 90°), cosθ trở thành số âm, và áp suất mao dẫn chủ động cản trở sự xâm nhập của nước.

Độ sâu xử lý lỗ rỗng mao dẫn

Trong một hỗn hợp được pha chế đúng cách, hiệu ứng kỵ nước lan tỏa từ bề mặt ngoài xuyên suốt toàn bộ độ dày. Phân tích SEM-EDS trên các mẫu vữa bị nứt xác nhận sự phong phú về silic được phân bố đồng đều trên toàn bộ mặt cắt ngang, chứ không chỉ tập trung ở bề mặt. Đây chính là ưu điểm cơ bản khiến tính kỵ nước tích hợp trở nên vượt trội về độ bền lâu dài.

So sánh với các hợp chất silan/siloxan dạng lỏng

Các phương pháp xử lý bằng silan lỏng (các hợp chất alkyltrialkoxysilan như isobutyltrimethoxysilan hoặc octyltriethoxysilan) là những phương pháp xử lý bề mặt hiệu quả nhưng lại có những hạn chế đáng kể trong thực tế:

Tối ưu hóa liều lượng dựa trên độ xốp của ống mao dẫn

Liều lượng cần thiết có mối tương quan trực tiếp với tỷ lệ nước/xi măng và độ xốp mao dẫn kết quả. Vữa có tỷ lệ nước/xi măng thấp (w/c 0,55) hoặc các hỗn hợp chứa cốt liệu nhẹ có độ xốp cao hơn đòi hỏi liều lượng nằm ở mức cao nhất của khoảng 0,5%–1,0%.

Thông số kỹ thuật sản phẩm

Tất cả các giá trị trên là giá trị điển hình và dựa trên các thông số kỹ thuật sản xuất hiện hành. Vui lòng liên hệ với Michem để nhận chứng chỉ phân tích cho lô hàng cụ thể của quý khách.

Hướng dẫn ứng dụng thực tiễn

Công cụ tính liều lượng

Liều lượng luôn được tính theo tỷ lệ phần trăm của tổng khối lượng chất kết dính xi măng, chứ không phải tổng trọng lượng hỗn hợp. Con số này bao gồm xi măng cùng với các vật liệu xi măng bổ sung (tro bay, xỉ, bụi silic).

Công thức:

Khối lượng bột (kg) = Chất kết dính xi măng (kg) × Liều lượng (%)

Ví dụ minh họa:

Ví dụ về thiết kế hỗn hợp: Lớp trát chống thấm nước cho mặt ngoài

Các đặc tính mục tiêu:

• Độ thấm nước theo phương pháp mao dẫn trong 24 giờ (EN 1015-18): < 0,20 kg/(m²·phút⁰,⁵)

• Độ thấm hơi nước (EN 1015-19): μ < 15

• Cường độ nén (28 ngày): Loại CS III–CS IV

Quy trình trộn

1. Trộn sẵn bột silicone kỵ nước Michem với một phần cốt liệu mịn hoặc chất độn để đảm bảo sự phân bố đồng đều.

1. Cho tất cả các thành phần khô (xi măng, cốt liệu, phụ gia, bột trộn sẵn) vào máy trộn và trộn đều trong 2–3 phút.

1. Cho nước vào từ từ trong khi khuấy đều. Bột kỵ nước không ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước cần thiết; hãy điều chỉnh cho đến khi đạt được độ sệt mong muốn.

1. Sau khi thêm nước, tiếp tục khuấy thêm 3–5 phút để đảm bảo hỗn hợp được phân tán hoàn toàn.

1. Áp dụng các quy trình thực hành tốt tiêu chuẩn dành cho loại vữa này. Không cần áp dụng chế độ bảo dưỡng đặc biệt — nên thực hiện bảo dưỡng ẩm theo tiêu chuẩn.

Các thử nghiệm kiểm soát chất lượng

• Thử nghiệm ống Karsten (tại hiện trường, 24 giờ): Mức độ hấp thụ nước được cho là không đáng kể so với nhóm đối chứng chưa qua xử lý

• Thử nghiệm rơi: Các giọt nước nên tụ thành hạt trên bề mặt đã đông cứng với góc tiếp xúc lớn

• Hấp thụ qua mao mạch (EN 1015-18 / ASTM C1585): Định lượng mức độ giảm so với mẫu đối chứng chưa qua xử lý

• Cường độ nén: Xác minh mức thay đổi ≤ 10% so với nhóm đối chứng không được điều trị (thường nằm trong khoảng 5%)