墙体泛碱的成因与治理

靳宝龙,范建军

(东方雨虹民用建材有限责任公司,北京 100176)

1 引言

工程和民用建筑中经过使用一段时间后,墙体表面会出现泛白、起霜、粉化,涂料与腻子层会产生鼓包、起皮、脱落,并析出盐霜似的晶体,此种现象称为墙体泛碱,也叫返硝[1,2]。

墙体泛碱是一种壁癌与顽疾,不仅造成墙面装饰层的起鼓、开裂,即使基层为水泥砂浆抹灰的毛坯房的墙面也脱离不了自身粉化、剥落的风险,严重影响到了墙面的美观性。如果墙体泛碱长时间得不到处理,甚至还会加速建筑结构的破坏而危及人身安全[3-6]。

本文对墙体泛碱的治理做出系统性的研究,通过分析其泛碱问题的成因和发生的条件,来提出针对性的防治措施和快速维修的处理方法。

2 墙体泛碱的研究概况

建筑墙体通常由钢筋混凝土、轻体砌块与建筑砂浆等水泥基材料构成,而且这类材料都可能出现泛碱问题。墙体基材遇水气浸湿后再干燥,经历多次干湿循环后,墙体内溶解度较小的可溶性盐碱,就被析出于墙体表面,日积月累后产生泛碱现象。

利用X射线荧光光谱仪等微观分析方法,可对墙体泛碱物质的化学成分进行定性和定量的分析。结果表明,泛碱物质并不是我们生活中常说的单一纯碱Na2CO3,而是一类与其外观相似并可溶性的盐或碱,其主要化学组成为Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4、NaOH、Na2CO3与Na2SO4的一种或多种,并且这些泛碱物质会对墙面会产生一些腐蚀破坏作用[7]。

根据泛碱发生时间差异,可将泛碱分为一次泛碱与二次泛碱。一次泛碱是由于水泥基材料水化硬化过程中,多余的水分向墙体表面迁移造成的,并多数发生在施工数天或数周后；而二次泛碱则发生在施工数月或数年后,外部水分侵入到基体材料内部,使材料中的可溶性盐溶解并在表面析出造成的,并且二次泛碱形成的白斑更加不均匀、不规则[8-10]。

3 墙体泛碱的成因

3.1 内部因素

(1)硅酸盐水泥水化过程中,除了形成一系列的水化硅酸钙凝胶的同时,还会有大量的Ca(OH)2产生,并且Ca(OH)2大多以晶体形态存在于水泥石中。Ca(OH)2溶解后随自由水逐渐沿着内部毛细孔向外迁移,到达墙面后,Ca(OH)2还会与空气中的CO2反应生成不溶于水的白色沉淀CaCO3,并停附着在墙体表面。以后水泥发展的趋势为掺有活性矿物掺合料的低碱水泥,矿粉与粉煤灰等会参与水泥水化体系,发生二次水化反应消耗掉大部分Ca(OH)2,形成更稳定的水化硅酸钙凝胶结构。

(2)混凝土构件、特种砂浆、轻体砌块、水泥发泡板材在生产制备的配方里一般会掺有Na2SO4、Ca(HCOO)2等早强成分,另外在混凝土冬施中还会掺有防冻剂CaCl2、NaNO2等成分,这些无机盐类外加剂都会成为潜在的泛碱物质。

(3)存在泛碱物质向墙体表面迁移所需的载体。水既是墙体硬化的必要组分,又是使其破坏的介质,因此,水被认为是多种物理退化过程的起因。众所周知,墙体基材里面存在着大大小小的毛细管孔隙,这就成为可溶性泛碱物质向外迁移的内部通道。

3.2 外部因素

(1)墙体泛碱多发生在气候温和,环境中的相对湿度较高的地方,墙面存在一定流速的气流,造成墙体表面形成往复性的干湿循环、冷热交替系统,因此在我国南方地区发生墙体泛碱概率要远大于北方,而西南地区最为严重。对墙体泛碱出现的部位进行统计发现,泛碱大多发生在易受潮的墙体,且问题部位大多是冷热气流交汇的地方。

(2)泛碱现象在一年四季中虽然都有潜在可能性,但在温度较高的夏季或秋季,由于墙体水分蒸发速率较快,使大部分的可溶性成分未能及时迁移至墙面就因缺乏传输介质而停滞在墙体内部,因此,泛碱发生的可能性较低；而对于春冬季节,由于环境温度较低,早晚温差大,在墙体的背阴面极易产生长期的泛碱物质传输过程,因而极易发生泛碱现象。

(3)酸雨比较集中的地方建筑外墙发生泛碱的几率也很大,当雨水渗入墙体基材内部,与基材中的碱性物质相结合并随着水分迁移到表面结晶。由于雨水循环作用,会将沉积在表面的可溶性的结晶物冲走,而墙体内部由于可溶性物质的溶出加剧,析出墙体表面而形成白色粉末。

4 墙体泛碱的物理模型

图1 墙体泛碱的物理模型

图1为墙体泛碱的物理模型,整个过程就是Ca(OH)2在外界水分作用下沿着墙体中的毛细孔道向墙体表面不断迁移。Ca(OH)2的含量决定着泛碱物质的量,毛细孔的孔径大小影响着传输速率。由图1中可以看出混凝土墙体与砂浆层中的Ca(OH)2会溶解到水中,并电离出Ca2+与OH-离子,在水为载体的情况下,随着水分蒸发与毛细作用,Ca2+与OH-离子便向外迁移并在墙体表面及近表面处结晶析出,会在墙体表面及近表面处形成结晶膨胀应力,同时增大了墙体孔隙率,使得泛碱现象加剧；当墙体中的水分充足时,Ca(OH)2以水为载体向墙体表面渗透并向空气扩散溶出,此外析出的Ca(OH)2部分还可与空气中CO2反应生成CaCO3,当水分蒸发后这些物质会呈白色沉积体析出在墙面,产生泛碱现象。

5 墙体泛碱的治理方法

针对泛碱现象的成因,可采取相应的防治措施来切断泛碱的途径。预防泛碱重点是要在施工前,应严格控制水泥等原材料的碱含量为基本,通过提高墙体材料的密实度和抗渗性能来减少泛碱离子迁移出的孔隙,同时,对易泛碱的背阴面、楼梯口、洞口、厨卫等部位的潮湿处,应避免在阴雨、低温环境下施工。

对与既有建筑的泛碱问题,需要对泛碱的墙体进行及时修复。传统的方法是用加水稀释的草酸或白醋对墙体泛碱部分进行洗刷,然后再用清水冲洗干净。这种方法可能工艺简单、成本较低、短时间内效果明显,但却不能做持久保证,有时还会对某些墙面材料造成腐蚀破坏,使其丧失原有的颜色和质感。

根据上文中总结的墙体泛碱成因,相应的可以从切断泛碱的途径和减少水的侵入来进行治理。

首先,对于轻度泛碱的墙体,也就是只看到墙面泛白起霜,未造成墙面材料起皮粉化现象。此时,可采用市面上的水基环保型除碱剂来将墙面碱印清洗干净,通常这类清洗剂是由非离子型的表面活性剂及溶剂等制成的无色半透明液,并且它对除去墙面上的深色霉菌也效果明显,但在用之前一定要进行小面积试用方可大面施工。待墙面完全干燥后,再用透明渗漏修复液对墙体表面封闭处理即可,该类修复液可以对墙面形成持久稳定的保护层。其主要功能是使墙体表层形成具有憎水性质的封闭层,降低材料的表面渗透性,使外界水分难以侵入墙体内部。一方面减少泛碱物质迁移所需的传输介质,另一方面也使墙体材料内部携带泛碱物质的水分难以穿透憎水层向墙面迁移。

对于泛碱问题严重的墙体,已经出现了墙面粉化剥落,涂料与腻子层鼓包、起皮、脱落等问题。应及时铲除墙体表面问题部位的涂料层、腻子层和抹灰砂浆层等,并使用钢丝刷去打磨墙体基层,因为此时基层中的孔缝已经被泛碱物质的膨胀破坏应力增多与扩展,再做表面修复已经解决不了实际问题。基层处理后,用水基环保型除碱剂喷涂或辊涂,干燥后再用抗渗效果良好的防水砂浆做墙面打底找平,如果工期较短可用大面底涂型的无机堵漏材料来替换,目的是切除泛碱过程的路径,紧固基层,防止水分继续入侵,防止泛碱再发生,最后再用相同材料的墙面装饰层进行修复即可。

6 结语

本文首先解释了墙体泛碱现象,简述了墙体泛碱的研究概况,紧接着通过分析泛碱成因和发生的条件,来提出提出了墙体泛碱的物理模型与防治措施,最后针对性给出实用有效的修复治理方法,从而来对墙体泛碱的治理课题做出系统性的研究。