建(构)筑物表面泛碱现象初探

-1-变电站主建（构）筑物表面泛碱现象初探米星平（金华送变电工程有限公司，浙江金华市321016）【摘要】笔者根据送变电工程长期的施工经验，对混凝土及砌体结构外表面产生泛碱的原因和机理、泛碱主建（构）筑物外观质量的影响进行了分析，结合送变电工程土建施工的实际情况，针对110千伏及以上电压等级变电站主建（构）筑物外观泛碱问题提出了相应的防治措施。【关键词】送变电工程建（构）筑物泛碱外观质量防治措施0.引言混凝土的外观质量是混凝土质量的直观体现，越来越受到业主、监理、施工承包商等各个方面的重视。国家电网公司对各电压等级变电站的主要电气设备基础，均要求采用清水混凝土技术进行浇筑。如《国网公司输变电工程质量通病防止工作要求及技术措施》第30条中就明文规定主变、高抗、电容器、断路器等主设备基础“外露部分采用清水混凝土工艺，表面不得进行二次粉刷或贴面砖”。在送变电工程进行大量的混凝土浇筑施工过程中，在混凝土外表面经常会产生一种白色松软如絮毛物质的不明物体，我们称之为泛碱。据不完全统计，混凝土泛碱在混凝土工程施工中出现的比例高达30%以上，虽然泛碱一般不会对混凝土结构造成质量事故，但是它的存在对混凝土的外观质量影响较大，严重影响变电站混凝土结构的美观和质量等级的评定和验收。1.泛碱现象泛碱是建筑物表面的一种常见的病害，根据其不同成因和表现方式，有泛碱、泛白、析白、起霜、墙身和装饰面侵蚀等多种称谓，是砖石体、水泥、砂浆、混凝土、砌体、瓷砖、涂料等建筑材料的内可溶性盐碱随温度、湿度等外部环境的变化，在吸收水分、水分迁移、水分蒸发过程中随着物理、化学变化的发生而使原建筑材料破坏的一种病害现象，侵蚀破坏的程度也有很大的差异，常见的有返潮、起泡、粉化、起鼓、空鼓、开裂、剥落、发霉、结晶等现象。1.1混凝土泛碱现象混凝土中的主要成份是硅酸钙（弱酸强碱性盐），遇水后发生水化反应，形成游离钙、硅酸和氢氧根。混凝土的疏松多孔结构决定了混凝土有一定的含水率。当混凝土中的水足够多时，在毛细水压作用下，混凝土中的盐份被水带出淤积于混凝土表面，同时混凝土中的氢氧化钙、钠、钾等物质也会以水为载体溶出。到达混凝土表面后，随着水份蒸发，这些物质残留在混凝土表面，形成白色粉末状晶体，或者与空气中二氧化碳反应在混凝土表面结晶形成白色硬块。通过对泛碱产生的白色松软物质进行化学剖析，大部分产生的泛碱都是不溶于水的碳酸钙（CaCO3），偶尔也会发现极少量的其他种类的泛碱。这些盐类一般会随着雨雪等外界水分的作用下顺水而去，但是在部分拐角等角落里不易去除，对外观质量产生很大的影响。-2-混凝土顶板勾缝及支座处泛碱情况1.2砌体泛碱现象粘土砖、混凝土砌块、混凝土实心砖、砂浆等内部存在着大量孔隙，具有渗透性。自于湿度等外界介质进入其内部，可能会与其内部的硅酸盐发生作用，产生泛碱。泛碱析出的结晶在一定程度上可以提高基材表面的密实性，但由于雨水循环作用，会将沉积在表面的结晶物冲走，而基材内部由于可溶性物质的溶出，增大了孔隙串，降低了基材抗渗性，从而会使盐、碱的析出作用加剧。1.3装饰花岗板泛碱现象1.3.1花岗岩板材饰面返碱吐霜是因渗漏有机存在而发生的。花岗岩板材面返碱吐霜基本产生于外墙贴面、室外楼梯平面与立面，特别是当外墙无挑沿、挑廊等遮雨设施时更易发生，而室内很少见有返碱现象。1.3.2湿贴天然石墙面在安装期间，石材板块会出现似水印一样的斑块，随着镶贴砂浆的硬化和干燥，水印会稍微缩小，孤立、分散地出现在板块中，有些水印甚至有些消失。但是，随着时间推移，特别是户外反复遭遇雨水或潮湿天气，水从板缝或石材表面等部位侵入，天然石的水斑逐渐变大，并在板缝连成片，板块局部加深、光泽暗淡、板缝并发析出白色的结晶体，长年不褪，严重影响外观。显而易见，花岗岩板材贴面的返碱吐霜是由于存在渗漏的情况下，溶于水的碱溶液从花岗岩的板缝中溢流出来，从板材的细微毛孔中渗透出来，渗透出来的碱溶液与大气中二氧化碳接触又反应生成不溶于水的碳酸盐，整个过程与山洞中钟乳石的形成机理一样，且质地坚硬附着力强，很难清理干净。混凝土实（空）心砖砌体泛碱情况花岗岩（面砖）饰面泛碱情况1.4装饰粉刷泛碱现象办公场所及户内110千伏变电站内墙装饰粉刷泛碱现象1.4.1墙面水泥或白灰基层固化不良，含有过高的水分，墙面有碱性物存在;施涂后将基层封闭，水汽不能渗出，形成不平衡状态，导致底层中的碱性物质、盐类析出，使涂膜丧失附着力而脱落。1.4.2在墙体施工过程中，标准粘土砖需要保持约15%的水份，砌筑施工时砂浆才不致于干得快，墙体中的水份保持在饱和半饱和状态，这时砖块中含有的大量硝碱和水泥石灰浆中碱盐随着水份蒸发，慢慢渗透迁移到界面。墙体距地面一米以上，通风良好，水份被空气迅速带走，墙体干燥快，硝碱被封固在墙体内，-3-不再向界面迁移，墙体距地面一米以下因空气流通不畅，墙体内湿度保持时间长，墙体中的硝碱随着水份蒸发渗透，大量迁移到墙面，发生泛碱现象。1.4.3屋面梁与女儿墙交接处、框架与填充墙交接处及构造柱与墙体交接处，因混凝土材料与砌体（标准粘土砖、混凝土实心砖、加气混凝土砌块）材料的弹性模量不一致，如C25混凝土弹性模量为28kN/mm2而由M10砂浆和MU10粘土砖组成的砌体弹性模量为8.5kN/mm2，由于二种建筑材料的温度线膨胀系数不同(砖砌体的温度线膨胀系数与混凝土的温度线膨胀系数二者相差将近一倍)，在相同的温度下，使砖砌体和混凝土的变形值不同，而在其连接部位就产生裂缝，在毛细水压作用下，内外墙体混凝土中的盐份被水带出淤积于墙体表面，同时混凝土和砌体砂浆中的氢氧化钙、钠、钾等物质也会以水为载体溶出，到达墙体表面后，随着水份蒸发，这些物质残留在墙体表面形成鼓泡，起皮，粉化，泛碱。1.4.4屋面板渗漏造成泛碱现象。屋面板渗漏有由于结构裂缝、结构体不密实、防水材料失效等原因所造成。从变电站建筑工程实际情况来看，基本是由于屋面防水层与保温层关系没有处理到位而产生的渗漏的情况占多数。由于渗水而导致屋顶面粉刷层出现鼓泡，起皮，粉化，泛碱。1.4.5在空心砖外墙贴砖而忽略底层抹灰或外墙铝合金窗与墙接口处出现渗水，导致墙面粉刷层出现鼓泡，起皮，粉化，泛碱。1.4.6内墙面粉刷一般都采用普通的821腻子，821腻子使用的粘接剂是羧甲基纤维素CMC或羧甲基予湖化淀粉胶，这两种羧基胶粘剂都会和灰钙、水泥碱性物质及墙体中渗出的硝碱起凝胶反应。821腻子所用的填充料为滑石粉和重钙，属中性，无强度不耐水。墙体为水泥或石灰砂浆界面，属碱性。因室内墙体未完全干透就进行装饰，当夏季室温升高时，残留在墙体内的水份被蒸发潮湿气体遇到漆膜时被封闭在漆膜下，无法释放出来。在潮湿环境下821腻子和墙体界面碱性物质就会发生凝胶化学反应。予湖化淀粉胶在潮湿环境下又极易霉变，出现鼓泡，起皮，粉化，泛碱就不可避免。1.5建筑物泛碱物质化学组成及来源建筑物泛碱物质化学组成及来源详见表-1。建筑材料泛碱物质的化学组成及来源表-1化学组成来源氢氧化钙Ca(OH)2从混凝土和砂浆中析出。结晶硫酸钙CaSO4.2H2O碱性硫酸盐与石灰类物质反应；二氧化硫SO2与空气中的湿气反应形成H2SO3氯化钙结晶水CaCl2.nH2O在混凝土或砂浆中作为抗冻剂使用。碳酸钙CaCO3Ca(OH)2与空气中的CO2反应氯化钾KCl，化钠NaCl来自除冰盐硝酸钙结晶水Ca(NO3)2.nH2O含N的有机物分解并进一步与Ca2+反应2.泛碱成因-4-2.1泛碱机理可溶性盐或碱是泛碱的内因，温湿差、压力差、干湿循环和冷热交替是泛碱的外因，水是介质，毛细管（孔）是泛碱的管道。2.1.1水泥中胶结材料内因条件2.1.1.1配制混凝土的水泥含碱量很高，硅酸盐水泥熟料中，Ca0含量占62％-67％，在水泥水化硬化过程中，硅酸三钙（3CaO.SiO2），硅酸二钙（2CaO.SiO2）水化生成C—S—H凝胶的同时，析出大量氢氧化钙Ca(OH)2，这是一种极易溶解的物质。随着混凝土干燥，混凝土中的水分逐渐沿着内部的毛细孔向外迁移，以补偿表面蒸发掉的水分，将溶于其中的氢氧化钙Ca(OH)2带出，与空气中的CO2和水分发生化学反应，生成不溶于水的白色沉淀碳酸钙CaCO3，留在混凝土表面。2.1.1.2硅酸盐水泥以硅酸钙为主要成分，在烧成的水泥熟料中，能置换出一部分铝酸三钙(3CaO.Al2O3)和硅酸二钙（2CaO.SiO2）。在调制成砂浆或混凝土时，水泥水化，其中所含的氧化钠（Na2O）和氧化钾（K2O）分离出来，成为强碱性的氢氧化钠（NaOH）和氢氧化钾（KOH），并与水泥中所含的（CaSO4）等硫酸盐反应，生成硫化钠（Na2SO4）和硫酸钾（K2SO4），它们是水溶性盐类，随着水分迁移到表面，水分蒸发后留下白色硫酸钠（Na2SO4）或硫酸钾（K2SO4）晶体。2.1.1.3混凝土工程使用硫化钠（Na2SO4）或者以此为主要组分的复合产品作为早强剂，增加了形成白霜的可溶性盐类，且硫酸钠在低温下溶解度较低，明显地增大混凝土表面析出白霜的可能性。2.1.2温湿差、压力差的外因条件混凝土结构内部存在着大量毛细孔，具有一定的渗透性，形成了内部和外界联系的通道。由于温度差、湿度差的存在，外界介质进入其内部，可能会与其内部组成发生作用，然后由于蒸发又会带出来一部分物质，加剧了白霜的产生。但由于雨水循环作用，会将沉积在表面的结晶物冲走，而基材内部由于可溶性物质的溶出，增大了孔隙率，降低了基材抗渗性，从而会使盐、碱的析出作用加剧。2.1.3混凝土施工搅拌用水的影响2.1.3.1在混凝土初凝的时候，混凝土内游离水析出到结构表面越多，混凝土出现泛碱的严重程度就越大，同时也说明了水灰比大的混凝土泛碱的几率越大。2.1.3.2水的质量问题，以钢筋混凝土为例，当混凝土施工搅拌用水中的氯化物＞1200mg/l、硫化物＞2700mg/l时，混凝土泛碱的几率增大。2.1.4自然气候及水文条件的影响2.1.4.1地下水的影响有广泛、持续等特点，且地下水的自由水面距地面近，土壤的机械组成、孔隙率适宜毛细水的上升，加上墙身的防潮层的失效，由于毛细水表面张力作用，毛细水沿着土壤和砖体中的空隙上升，使墙身内的砖和砂浆具有较高的含水率，甚至接近饱和，随着水分的蒸发，墙身上部的毛细水中的盐分的浓度逐渐高于下部的浓度，形成了渗透压力差，这样有更利于毛细水的上升，-5-加上温度、湿度等其他因素的影响，毛细水这时上升的高度要高于在同样孔隙率的其它纯净介质中上升的高度，毛细水在上升的过程中，冲刷砖体和砂浆中的可溶盐，在长时间内，盐分不断在上部聚集，由溶液盐浓度形成的压力差逐渐增大，给水分的上升提供了更加便利的条件，这样就形成了一个恶性循环，盐分逐渐结晶析出。2.1.4.2其他水是包括了雨水、渗漏水、空气中的水分等直接来源非地下水的一切影响混凝土、砌体结构的水的总称。它不一定具有可靠的补给来源，如果通风等环境条件好就不会聚集，不对建筑物造成危害。若这些偶然聚集起来的水没有及时的蒸发，聚集在墙身内，混凝土、砌体结构体内的盐分溶于水中，潮湿的混凝土、砌体结构不断的从周围吸收水气，溶蚀于混凝土、砌体结构内，最终也会导致结晶积累现象。2.1.4.3与光照的强弱有关。光照充沛的混凝土、砌体结构温度相对较高，水分多在结构内蒸发消失，由毛细水表面张力引起的负压不存在，不能形成毛细现象，混凝土、砌体结构干燥，泛碱现象发生的客观环境就不存在。2.1.4.4与通风强弱有关。通风好，水汽不易在混凝土、砌体结构表面集结，泛碱病害相应减轻。2.1.5季节性的影响经过观察温度、湿度和风对泛碱都有着显著的影响。一般来说泛碱是季节性问题，大部分情况下在冬季出现，因为在冬季水分的蒸发速度变慢，可以使混凝土中的盐分充分溶入孔隙水中，并迁移到砂浆的表面。另外低温、高湿的气候条件常见于冬春交替季节，这种气候条件也很容易引起泛碱的发生。2.1.6泛碱机理小结泛碱现象终归是水造成的，其原因是复杂的，相互交织在一起的。2.2混凝土产生泛碱的主要因素2.2.1水灰比过大水灰比过大，使混凝土内游离水增多，混凝土泛碱的