مکانیسم کلسیم فرمات | زودگیر بتن بدون کلر (تحلیل فنی)

برای دهه‌ها، مهندسان در هوای سرد یا در خطوط تولید بتن پیش‌ساخته، برای تسریع گیرش بتن به کلسیم کلرید (CaCl₂) متکی بودند. این ترکیب، که ارزان و بسیار مؤثر بود، دارای یک عیب جبران‌ناپذیر بود: یون کلرید ، لایه محافظ غيرفعال (passive) روی آرماتورهای فولادی را تخریب می‌کرد و زمینه بروز خوردگی تهاجمی فراهم می ساخت؛ در نهایت باعث کاهش دوام سازه مي شد. نیاز مبرم به یک جایگزین ایمن، منجر به توسعه کلسیم فرمات (Ca(HCOO)₂)  شد؛ یک زودگیر بتن بدون يون کلرید که نه‌تنها ایمن است، بلکه مکانیسم عملکردی بسیار پیچیده و هوشمندانه‌ای دارد.

 

ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی کلسیم فرمات

کلسیم فرمات (CF)، نمک کلسیمِ اسید فرمیک، یک پودر کریستالی سفید و غیر جاذب رطوبت (Non-hygroscopic) است. این ویژگی فیزیکی کلیدی، آن را برخلاف کلسیم کلرید (که به شدت جاذب رطوبت و کلوخه‌شونده است)، برای استفاده در ملات‌های خشک مخلوط (Dry-Mix Mortars) مانند چسب کاشی و ملات‌های تعمیری ایده‌آل می‌سازد.

 

مکانیسم عملکردی دوگانه کلسیم فرمات

عملکرد کلسیم فرمات تنها به‌عنوان یک کاتالیزور ساده نیست، بلکه شامل یک برهم‌کنش شیمیایی دوگانه و همزمان با دو فاز اصلی سیمان می‌شود:

 

۱. تسریع فاز سیلیکاتی (C₃S): افزایش مقاومت اولیه

مقاومت بتن عمدتاً ناشی از هیدراتاسیون کلسیم سیلیکات (C₃S) و تشکیل  سيليکات کلسیم هیدارته C-S-H است. کلسیم فرمات این فرآیند را از دو طریق تسریع می‌کند:

• اثر یون مشترک (Common Ion Effect):

با انحلال کلسیم فرمات (CF) در فاز آبی بتن، غلظت یون‌های کلسیم (Ca⁺²) به‌سرعت افزایش می‌یابد. بر اساس اصل لوشاتلیه، حضور این «یون مشترک» تعادل انحلال فاز آلیت سیمان (C₃S) را تحت تأثیر قرار داده و در عمل، سرعت مصرف و انحلال C₃S را افزایش می‌دهد. این تسریع در انحلال، منجر به تشکیل زودتر هيدرات سيليکات (C-S-H) و هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)₂) می‌شود و غلظت این محصولات را در مراحل اولیه هیدراتاسیون به حد فوق‌اشباع می‌رساند. فوق‌اشباع شدن محلول نسبت به C-S-H — که عامل اصلی سخت‌شدن بتن محسوب می‌شود — باعث تسریع در شروع فرآیند سخت‌شدن (گیرش اولیه و افزایش سریع مقاومت) می‌گردد.

• نقش یون فرمات :

یون فرمات قادر است به لایه نازک هیدراته‌شده‌ای که در مراحل اولیه هیدراتاسیون بر سطح دانه‌های سیمان تشکیل می‌شود، نفوذ کند. این لایه در حالت عادی به‌عنوان یک سد موقت، انحلال بیشتر فازهای سیمانی (به‌ویژه C₃S) را در دوره القایی (Induction Period) کند می‌کند. حضور یون فرمات با اختلال در ساختار این لایه، پایداری آن را کاهش داده و به‌طور مؤثر دوره القا را کوتاه می‌کند. در نتیجه، انحلال سریع‌تر فازهای سیمانی تسهیل شده و شروع هیدراتاسیون و تشکیل محصولات آن (مانند C-S-H و Ca(OH)₂) زودتر اتفاق می‌افتد.

• نتیجه: تسریع هسته‌زایی (nucleation) و رشد کریستال‌های هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)₂) و ژل سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H)، که مستقیماً منجر به افزایش سریع مقاومت اولیه بتن می‌شود.

 

۲. برهمکنش فاز آلومیناتی (C₃A): تسریع گیرش آنی

کلسیم فرمات (CF) به‌صورت فعال در واکنش‌های شیمیایی مربوط به فاز آلومینات سیمان (C₃A) دخالت می‌کند. این مشارکت منجر به تشکیل فازهای کریستالی جدیدی می‌شود. این فازهای جدید، ضمن پر کردن فضاهای خالی در خمیر سیمان، باعث کاهش تخلخل کلی ماتریس سیمانی و توسعه سریع‌تر یک ریزساختار متراکم در ساعات و روزهای اولیه می‌شوند. در نتیجه، بتن زودتر سفت شده و مقاومت اولیه آن افزایش می‌یابد.

 

مزایای کاربردی کلسیم فرمات

این مکانیسم دوگانه، منجر به مزایای مهندسی مشخصی می‌شود:

۱. بتن ریزی در هوای سرد: CF با تسریع هیدراتاسیون (که گرمازاست) و خاصیت ضدیخ ملایم (کاهش نقطه انجماد آب)، به بتن کمک می‌کند تا دمای داخلی خود را حفظ کرده و سریع‌تر به مقاومت بحرانی در برابر یخ‌زدگی برسد.

۲. صنعت بتن پیش ساخته: با افزایش چشمگیر مقاومت اولیه، کلسیم فرمات اجازه قالب‌برداری (از قالب درآوردن) بسیار سریع‌تر (Demolding) را می‌دهد، که مستقیماً بهره‌وری کارخانه را افزایش می‌دهد.

۳. جبران کندگیری: CF کندشدن ناشی از افزودنی‌های پوزولانی (مانند خاکستر بادی) و همچنین کندشدن ناشی از غلظت‌دهنده‌های سلولزی را به خوبی جبران کند.

 

چالش‌های فنی: دوز بالا و ناسازگاری با PCE

استفاده از کلسیم فرمات نیازمند دانش فنی دقیق است:

• خطر افزودن بیش از حد (Overdosing):

مصرف بیش از حد (معمولاً بالای 2%) منجر به تسریع کنترل‌نشده C₃A، گیرش آنی (Flash Set)، ایجاد ساختار ضعیف و در نهایت کاهش مقاومت نهایی می‌شود.

• ناسازگاری با PCE:

این مهم‌ترین چالش در بتن مدرن است. استفاده همزمان CF با فوق روان‌کننده‌های پلی‌کربوکسیلاتی (PCE) اغلب منجر به افت شدید اسلامپ (Rapid Slump Loss) يا به عبارتي ديگر یعنی افت سریع روانی بتن می‌شود که در عمل می‌تواند اجرا را دشوار یا حتی غیرممکن کند.

• مکانیسم ناسازگاری:

یون‌های Ca²⁺ آزاد شده از CF، با گروه‌های کربوکسیلاتی PCE در محلول کمپلکس (Chelate) تشکیل می‌دهند. همزمان، هیدرات‌های جدید (اترینگایت) مولکول‌های PCE را روی سطح خود “به دام می‌اندازند” (Intercalation). این دو فرآیند، PCE را از سیستم حذف کرده و باعث کلوخه شدن مجدد سیمان و افت کارایی می‌شود.

 

راه‌حل چالش‌ها: کلسیم فرمات گرید CALIMA از ماران تجارت

بسیاری از چالش‌های فنی، از جمله ناسازگاری با PCE و نتایج متناقض، ناشی از کیفیت پایین، خلوص ناپایدار و دانه‌بندی نامناسب کلسیم فرمات موجود در بازار است.

شرکت ماران تجارت با درک عمیق این چالش‌های فرمولاسیون، اقدام به تولید سفارشی کلسیم فرمات در چین، تحت زیر برند تخصصی CALIMA نموده است. کلسیم فرمات CALIMA به طور خاص برای پاسخگویی به نیازهای بازار ایران و سازگاری بهتر در فرمولاسیون‌های پیچیده طراحی شده است.

ما با ارائه محصولی با خلوص تضمین‌شده و دانه‌بندی یکنواخت، ریسک‌های فنی را به حداقل رسانده و به فرمولاتورها اطمینان می‌دهیم که به عملکردی پایدار دست یابند. برای دریافت مشاوره فنی در خصوص سازگاری کلسیم فرمات در فرمولاسیون شما و دریافت نمونه یا قیمت کلسیم فرمات CALIMA، با تیم فنی ماران تجارت تماس بگیرید.

021-26378329

021-26378327

برای کسب ازلاعات بیشتر بخوانید: کاربردهای غیر ساختمانی کلسیم فرمات (گریدها و صنایع)

پرسش و پاسخ‌های مکمل (FAQ)

۱. دوز مصرف بهینه کلسیم فرمات چقدر است؟

دوز مصرف بهینه به شدت به نوع سیمان، دما و سایر افزودنی‌ها وابسته است، اما معمولاً در محدوده 0.3% تا 1.5% وزن مواد سیمانی متغیر است. مصرف بالای 2% توصیه نمی‌شود.

۲. چرا کلسیم فرمات گران‌تر از کلسیم کلرید است؟

کلسیم کلرید اغلب یک محصول جانبی صنعتی و ارزان است. اما کلسیم فرمات نیازمند یک فرآیند تولید مشخص (واکنش اسید فرمیک با آهک) است که قیمت تمام‌شده آن را بالاتر می‌برد. این هزینه، بهای ایمنی در برابر خوردگی است.

۳. آیا کلسیم فرمات مقاومت نهایی بتن را کاهش می‌دهد؟

در دوزهای بهینه (تا 1.5%)، کلسیم فرمات به دلیل ایجاد ریزساختار متراکم‌تر، می‌تواند مقاومت نهایی را اندکی بهبود بخشد یا حداقل کاهش ندهد. اما در صورت ” مصرف بیش از حد “، قطعاً مقاومت نهایی را به دلیل ایجاد ساختار معیوب کاهش خواهد داد.