泛堿現象成因及處理對策研究綜述

繆貴福

摘 ? 要：泛堿現象常出現在建筑施工、園林綠化、道路橋梁、石材等領域中，也是各個領域中一項質量通病，一旦發生泛堿現象便很難處理。因此，本文從泛堿現象成因機理出發，分別深挖對水泥基材料和石材出現泛堿現象的預防及處理措施。

關鍵詞：泛堿現象 ?成因機理 ?預防措施 ?防治措施

中圖分類號：TU521 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）05（a）-0013-03

Abstract： The phenomenon of pan-alkali often occurs in the fields of building construction， landscaping， roads and bridges， stone， etc. It is also a common quality problem in various fields. It is difficult to deal with the phenomenon of pan-alkali. Hence， this paper deeply discuss the prevention and treatment of alkali phenomenon of cement-base material and stone material respectively.

Key Words： Pan-alkali phenomenon; Genetic mechanism; Preventive measures; Control measures

近20年，水泥基材料和石材的泛堿問題一直制約它們在墻體建筑、園林景觀以及橋梁建筑等多個領域的發展。泛堿俗稱“泛白”、“鹽霜”、“泛霜”、“析白”以及“起霜”等，指水泥基材料和石材長期暴露在各種惡劣自然環境下，經過干濕交替循環的不斷侵蝕，在其表面生成不均勻的白色絨狀或絮狀的物質的現象。這些表面白霜實則是鹽類的結晶體，這些結晶體會不斷沉淀堆積建筑材料表面，也會存在建筑材料的微孔隙結構中，對建筑材料內部造成一定的結晶膨脹壓力一直材料漲裂。建筑材料一旦發生泛堿現象，不僅使得墻體建筑物飾面鼓包、脫皮還會使得園林景觀結構中裝飾性石材出現“水印”和“霜白”，板縫及石材根部發霉異味，從而影響建筑材料的美觀性能和使用壽命。所以泛堿現象不可忽視，并且遵循要“預防為主，處理為輔”的原則。

1 ?泛堿的類型

1.1 毛細現象（自然泛堿）

隨著水分的不斷蒸發，形成鹽類結晶，或是與空氣中的二氧化碳發生反應，在建筑物、地面、路面、橋面、石材等表面結晶，嚴重影響建筑物、地面、路面、橋面等表面的裝飾效果，其表現形式有粉狀、絲狀、顆粒狀等。

1.2 處理方式不合理會導致再一次泛堿（反應型泛堿）

存在于基材或粘貼材料中的堿性物質與空氣中的水汽反應生成鹽類物質，對其進行清洗處理可以采用酸性液體。也可能會產生新的不溶于水的物質，導致墻面結構發生破壞，形成許多孔隙，產生二次泛堿現象，通常表現為蜂窩狀或流掛現象，較初次泛堿現象要更嚴重，而且更難以清洗。

1.3 結晶型泛堿

空氣存在的二氧化碳、二氧化硫氣體與氫氧化鈣反應，形成新的碳酸鈣和硫酸鈣，流掛現象的出現是由于水分滲入、蒸發、結晶、析出往復循環。如果流掛物呈現出白色半透明塊狀結晶，并且表面結構非常致密，硬物刮去都沒有痕跡，這就是結晶型泛堿，很難用清洗產品直接去除。

2 ?泛堿現象成因機理

2.1 水泥基材料泛堿機理

水泥基材料的“泛堿”實則是一種物理化學相互交叉的復雜動態過程。該過程的產物相主要是碳酸鈣晶體CaCO3，還可能存在少量CaSO4、Mg（OH）2和Na2SO4等可溶性鹽類結晶體[1-2]。這些微溶的堿土金屬離子（Ca2+、Mg2+）和可溶的堿金屬離子（Na+、K+）主要來源于原材料成分、水泥水化產物和摻入的外加劑。

泛堿的主要過程包括一次泛堿和二次泛堿。具體描述如下，離子遷移：水泥的主要成分是硅酸鈣Ca（SiO3），水泥水化初期會生成C3S、C2S、大量的蓬松絮狀的C-S-H凝膠和Ca（OH）2堿溶液。隨著水化反應的繼續進行，高濃度的Ca（OH）2堿溶液會通過混凝土的微裂縫和毛細孔等傳輸通道逃逸到混凝土外表面。蒸發結晶：隨著水分的不斷蒸發，堿溶液過飽和析出白色鹽類固體（Ca（OH）2、CaSO4和Mg（OH）2等）。白華生成：Ca（OH）2在空氣中不穩定，能夠和空氣中的CO2快速化學反應，在混凝土表面生成均勻較致密的CaCO3白色晶體，即鹽霜[1，3-4]。具體化學反應式為

Ca（OH）2+CO2= CaCO3+H2O

這些鹽霜會堵塞大部分的孔隙使得一次泛堿過程趨于穩定，離子遷移-蒸發結晶-白華生成概括了泛堿現象的一次泛堿過程，隨后是二次泛堿，當混凝土遭受雨雪不斷侵蝕時，水分會溶解表面部分鹽霜打通原封閉的孔隙，化學反應式為

CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2

或是順著水化后期干縮開裂的微裂縫再次滲入混凝土內部。在滲透壓的作用下，水分大多以自由水形式定向擴散，稀釋高濃度的混合堿溶液并能溶解部分殘存的Ca2+。一旦混凝土表面溫度濕度降下來，這些堿溶液會重復進行一次泛堿過程。然而，二次泛堿只是出現在混凝土的局部較粗糙或是易吸水的表面，且泛堿程度與水泥品種、配合比、吸水率、孔隙率、氣候環境因素等密切相關[5]。二次泛堿過程類似一次泛堿機理。

2.2 石材泛堿機理

石材顏色紋理華麗，光澤度良好、硬度大、抗磨抗腐蝕性強等特性，所以主要應用于建筑裝修、園林景觀工程、甚至是橋梁建設。但是，石材內部的眾多毛細管紋路導致毛細吸虹現象的發生，砂漿等粘結材料溶解的堿鹽類物質便會通過水介質從石材的一側傳輸到表面，待水分充分蒸發，CaCO3、Na2SO4和CaSO4等鹽類物質結晶[6-9]。所以，石材泛堿機理與水泥基材料泛堿機理類似，值得關注的是，它們各自的堿鹽類物質來源不同。石材內部結構及化學性質較穩定，石材泛堿的堿鹽類物質主要來源于裝修時嵌縫的砂漿或是其他含鹽類粘結材料，而石材的作用是為堿鹽類溶液提供了一個運輸渠道。具體步驟：析出堿溶液-滲到石材表面-泛堿現象。可參考水泥基材料泛堿機理。這里不再贅述。

3 ?泛堿現象預防及處理措施

3.1 水泥基材料泛堿預防措施

水泥基材料廣泛應用于墻體建筑、橋梁建筑和道路建設中，所以其泛堿現象影響頗受重視。筆者從兩方面討論如何積極有效地預防泛堿現象的發生。

（1）材料因素分析。

水泥堿成分含量較高且游離的氧化鈣較多，可通過加入適量礦物質納米級超細粉添加劑（粉煤灰、礦渣和硅灰等）、有機外加劑（硬脂酸鹽、丙烯酸鹽等）等以及具有吸附性的集料[10-12];施工用水盡可能的選用符合施工要求的雜質離子較少的自來水;骨料應符合級配優良、可溶性堿成分少、吸水率低等條件;不應使用堿金屬及堿土金屬的氧化物含量高的外加劑。納米填充料的填充作用和晶核作用細化孔徑，改善材料內部結構并固化了部分Ca（OH）2，且級配優良骨料降低孔隙率，目的是隔斷以水為載體的堿溶液的滲入-滲出通道。純凈的自來水和優選的外加劑（減水劑）一方面可以減少用水量，改善堿溶液微循環，另一方面避免了引入的鹽類離子促進Ca2+、Na+和K+的溶解并加快鹽類析出[13]。

（2）施工工藝。

熊東亮[5]認為在滿足施工澆筑的前提下，合理地減少拌合的用水量是預防鹽霜析出的有效途徑之一。因為水灰比越大，會加快運輸載體的運輸效率，尤其會加重一次泛堿損傷程度。除此之外，規范化澆搗步驟、改善養護環境如室內養護保證恒溫恒濕環境，室外養護用塑料棚密封保濕、隔絕CO2等途徑。

對于水泥基材料進表面施工處理如憎水化、封閉化處理或是做抹灰層、防潮層處理也是預防泛堿的方法。例如：張衛紅[10]通過使用抗滲抗堿活性劑表面噴涂和內摻的方式來解決混凝土路面磚泛堿問題。

3.2 水泥基材料泛堿處理措施

如果以上預防措施仍不能阻止泛堿現象，以下有實用的泛堿處理辦法：

（1）酸蝕法。

酸蝕清理是利用濃度10%鹽酸稀釋液溶蝕混凝土表面的鹽霜，然后用壓力水槍沖洗浮塵、微小顆粒及殘留的弱酸層，必要時可再用濃度4%氨水稀溶液沖洗，確保混凝土面層不被酸侵蝕[2，14]。

（2）噴砂法。

噴砂清理是利用壓縮機壓縮空氣使得磨料粒子以高速度沖擊水泥基材表面，物理地去除鹽霜的過程。這些有堅硬鋒利棱角的磨料粒子粒徑的選擇根據混凝土表面的泛堿程度決定，處理些棘手的表面需要較大粒徑的磨砂粒子[14]。另外，可選擇濕噴砂法避免沖擊混凝土產生的揚塵問題。

3.3 石材的泛堿預防措施

石材的鋪裝及使用如果出現泛堿現象，就會嚴重影響裝修和園建景觀工程的視覺景觀效果，控制泛堿現象的關鍵是重在預防[15]。預防主要從以下兩方面進行。

（1）切斷可溶性鹽類的來源。

石材施工嵌縫的砂漿可通過使用減水劑、減少水灰比等方法減緩可溶性鹽類溶解析出。室內石材磚鋪可采用有機粘接劑或用低堿材料勾縫[16]。

（2）切斷水介質通道。

對于裝飾性石材，往往需要人工使用防堿專用涂料處理石材表面，目的是堵住石材內部的孔隙，有效地切斷水介質通道。或是直接對室內立面墻的石材用有機硅防水涂料或其他無色護面涂料進行防護處理[17-18]，不僅可以阻止堿性物質進入孔隙，防止水的侵蝕滲入，還不影響石材的美觀裝飾作用[16]。

3.4 石材的泛堿處理措施

石材的泛堿現象一旦出現，會連續反復的發生，所以要徹底清除。在泛堿現象發生后，筆者認為可以通過切斷水源、利用泛堿清除劑或是毛刷鏟刀人工清除其表面的白華，然后對其表面進行防水處理，將石材縫隙進行有效密封[16，18-20]。

曹新云[21]認為在施工過程中，采取防止泛堿現象發生的措施有運用防堿涂料、使用水泥沙漿抹灰處理、在墻體設置防潮層、改善水的質量。

4 ?結語

本文以“泛堿現象”為主題，從水泥基材料和石材兩大建筑材料的泛堿起因機理出發，提出了對水泥基材料和石材泛堿現象的預防和處理措施，并明確“預防為主，處理為輔”的原則。嚴格把控材料質量關口，提出合理科學的施工工序以及工程事后維護工作都是防止泛堿的有效途徑。這對建筑施工、園林綠化、道路橋梁等各個領域預治泛堿提供了一個前瞻性指導。

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