墻體泛堿的成因與治理

靳寶龍,范建軍

(東方雨虹民用建材有限責任公司,北京 100176)

1 引言

工程和民用建筑中經過使用一段時間后,墻體表面會出現泛白、起霜、粉化,涂料與膩子層會產生鼓包、起皮、脫落,并析出鹽霜似的晶體,此種現象稱為墻體泛堿,也叫返硝[1,2]。

墻體泛堿是一種壁癌與頑疾,不僅造成墻面裝飾層的起鼓、開裂,即使基層為水泥砂漿抹灰的毛坯房的墻面也脫離不了自身粉化、剝落的風險,嚴重影響到了墻面的美觀性。如果墻體泛堿長時間得不到處理,甚至還會加速建筑結構的破壞而危及人身安全[3-6]。

本文對墻體泛堿的治理做出系統性的研究,通過分析其泛堿問題的成因和發生的條件,來提出針對性的防治措施和快速維修的處理方法。

2 墻體泛堿的研究概況

建筑墻體通常由鋼筋混凝土、輕體砌塊與建筑砂漿等水泥基材料構成,而且這類材料都可能出現泛堿問題。墻體基材遇水氣浸濕后再干燥,經歷多次干濕循環后,墻體內溶解度較小的可溶性鹽堿,就被析出于墻體表面,日積月累后產生泛堿現象。

利用X射線熒光光譜儀等微觀分析方法,可對墻體泛堿物質的化學成分進行定性和定量的分析。結果表明,泛堿物質并不是我們生活中常說的單一純堿Na2CO3,而是一類與其外觀相似并可溶性的鹽或堿,其主要化學組成為Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4、NaOH、Na2CO3與Na2SO4的一種或多種,并且這些泛堿物質會對墻面會產生一些腐蝕破壞作用[7]。

根據泛堿發生時間差異,可將泛堿分為一次泛堿與二次泛堿。一次泛堿是由于水泥基材料水化硬化過程中,多余的水分向墻體表面遷移造成的,并多數發生在施工數天或數周后；而二次泛堿則發生在施工數月或數年后,外部水分侵入到基體材料內部,使材料中的可溶性鹽溶解并在表面析出造成的,并且二次泛堿形成的白斑更加不均勻、不規則[8-10]。

3 墻體泛堿的成因

3.1 內部因素

(1)硅酸鹽水泥水化過程中,除了形成一系列的水化硅酸鈣凝膠的同時,還會有大量的Ca(OH)2產生,并且Ca(OH)2大多以晶體形態存在于水泥石中。Ca(OH)2溶解后隨自由水逐漸沿著內部毛細孔向外遷移,到達墻面后,Ca(OH)2還會與空氣中的CO2反應生成不溶于水的白色沉淀CaCO3,并停附著在墻體表面。以后水泥發展的趨勢為摻有活性礦物摻合料的低堿水泥,礦粉與粉煤灰等會參與水泥水化體系,發生二次水化反應消耗掉大部分Ca(OH)2,形成更穩定的水化硅酸鈣凝膠結構。

(2)混凝土構件、特種砂漿、輕體砌塊、水泥發泡板材在生產制備的配方里一般會摻有Na2SO4、Ca(HCOO)2等早強成分,另外在混凝土冬施中還會摻有防凍劑CaCl2、NaNO2等成分,這些無機鹽類外加劑都會成為潛在的泛堿物質。

(3)存在泛堿物質向墻體表面遷移所需的載體。水既是墻體硬化的必要組分,又是使其破壞的介質,因此,水被認為是多種物理退化過程的起因。眾所周知,墻體基材里面存在著大大小小的毛細管孔隙,這就成為可溶性泛堿物質向外遷移的內部通道。

3.2 外部因素

(1)墻體泛堿多發生在氣候溫和,環境中的相對濕度較高的地方,墻面存在一定流速的氣流,造成墻體表面形成往復性的干濕循環、冷熱交替系統,因此在我國南方地區發生墻體泛堿概率要遠大于北方,而西南地區最為嚴重。對墻體泛堿出現的部位進行統計發現,泛堿大多發生在易受潮的墻體,且問題部位大多是冷熱氣流交匯的地方。

(2)泛堿現象在一年四季中雖然都有潛在可能性,但在溫度較高的夏季或秋季,由于墻體水分蒸發速率較快,使大部分的可溶性成分未能及時遷移至墻面就因缺乏傳輸介質而停滯在墻體內部,因此,泛堿發生的可能性較低；而對于春冬季節,由于環境溫度較低,早晚溫差大,在墻體的背陰面極易產生長期的泛堿物質傳輸過程,因而極易發生泛堿現象。

(3)酸雨比較集中的地方建筑外墻發生泛堿的幾率也很大,當雨水滲入墻體基材內部,與基材中的堿性物質相結合并隨著水分遷移到表面結晶。由于雨水循環作用,會將沉積在表面的可溶性的結晶物沖走,而墻體內部由于可溶性物質的溶出加劇,析出墻體表面而形成白色粉末。

4 墻體泛堿的物理模型

圖1 墻體泛堿的物理模型

圖1為墻體泛堿的物理模型,整個過程就是Ca(OH)2在外界水分作用下沿著墻體中的毛細孔道向墻體表面不斷遷移。Ca(OH)2的含量決定著泛堿物質的量,毛細孔的孔徑大小影響著傳輸速率。由圖1中可以看出混凝土墻體與砂漿層中的Ca(OH)2會溶解到水中,并電離出Ca2+與OH-離子,在水為載體的情況下,隨著水分蒸發與毛細作用,Ca2+與OH-離子便向外遷移并在墻體表面及近表面處結晶析出,會在墻體表面及近表面處形成結晶膨脹應力,同時增大了墻體孔隙率,使得泛堿現象加劇；當墻體中的水分充足時,Ca(OH)2以水為載體向墻體表面滲透并向空氣擴散溶出,此外析出的Ca(OH)2部分還可與空氣中CO2反應生成CaCO3,當水分蒸發后這些物質會呈白色沉積體析出在墻面,產生泛堿現象。

5 墻體泛堿的治理方法

針對泛堿現象的成因,可采取相應的防治措施來切斷泛堿的途徑。預防泛堿重點是要在施工前,應嚴格控制水泥等原材料的堿含量為基本,通過提高墻體材料的密實度和抗滲性能來減少泛堿離子遷移出的孔隙,同時,對易泛堿的背陰面、樓梯口、洞口、廚衛等部位的潮濕處,應避免在陰雨、低溫環境下施工。

對與既有建筑的泛堿問題,需要對泛堿的墻體進行及時修復。傳統的方法是用加水稀釋的草酸或白醋對墻體泛堿部分進行洗刷,然后再用清水沖洗干凈。這種方法可能工藝簡單、成本較低、短時間內效果明顯,但卻不能做持久保證,有時還會對某些墻面材料造成腐蝕破壞,使其喪失原有的顏色和質感。

根據上文中總結的墻體泛堿成因,相應的可以從切斷泛堿的途徑和減少水的侵入來進行治理。

首先,對于輕度泛堿的墻體,也就是只看到墻面泛白起霜,未造成墻面材料起皮粉化現象。此時,可采用市面上的水基環保型除堿劑來將墻面堿印清洗干凈,通常這類清洗劑是由非離子型的表面活性劑及溶劑等制成的無色半透明液,并且它對除去墻面上的深色霉菌也效果明顯,但在用之前一定要進行小面積試用方可大面施工。待墻面完全干燥后,再用透明滲漏修復液對墻體表面封閉處理即可,該類修復液可以對墻面形成持久穩定的保護層。其主要功能是使墻體表層形成具有憎水性質的封閉層,降低材料的表面滲透性,使外界水分難以侵入墻體內部。一方面減少泛堿物質遷移所需的傳輸介質,另一方面也使墻體材料內部攜帶泛堿物質的水分難以穿透憎水層向墻面遷移。

對于泛堿問題嚴重的墻體,已經出現了墻面粉化剝落,涂料與膩子層鼓包、起皮、脫落等問題。應及時鏟除墻體表面問題部位的涂料層、膩子層和抹灰砂漿層等,并使用鋼絲刷去打磨墻體基層,因為此時基層中的孔縫已經被泛堿物質的膨脹破壞應力增多與擴展,再做表面修復已經解決不了實際問題。基層處理后,用水基環保型除堿劑噴涂或輥涂,干燥后再用抗滲效果良好的防水砂漿做墻面打底找平,如果工期較短可用大面底涂型的無機堵漏材料來替換,目的是切除泛堿過程的路徑,緊固基層,防止水分繼續入侵,防止泛堿再發生,最后再用相同材料的墻面裝飾層進行修復即可。

6 結語

本文首先解釋了墻體泛堿現象,簡述了墻體泛堿的研究概況,緊接著通過分析泛堿成因和發生的條件,來提出提出了墻體泛堿的物理模型與防治措施,最后針對性給出實用有效的修復治理方法,從而來對墻體泛堿的治理課題做出系統性的研究。