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混凝土表面泛堿(霜)的原因與處理措施
混凝土泛堿時(shí)一種常見的現(xiàn)象,引發(fā)這種現(xiàn)象的原因很多,多于混凝土自身的密實(shí)性,混凝土用水量、外界氣候的溫濕度等因素有關(guān)。雖然形成的原因多種多樣,但分析其主要原因,然后對(duì)癥下藥,還是可以預(yù)防這一現(xiàn)象的。
(一)泛堿(霜)原因
一般來說,混凝土泛堿是混凝土中可溶性堿(如氫氧化鈣、鈉、鉀等物質(zhì))隨著水分遷移到混凝土表面,在水分蒸發(fā)后留下“白霜”或白色絨毛狀的物質(zhì)。一般情況下,背光面和背風(fēng)面出現(xiàn)泛堿的可能性要比迎風(fēng)面和朝陽面小得多或者根本就不出現(xiàn)泛堿。這是因?yàn)槌柮婧陀L(fēng)面有利于水份的蒸發(fā),混凝土干燥過程中,內(nèi)部的多余水份向混凝土表面移動(dòng)時(shí),必然首先大量地向熱量大、蒸發(fā)快的表面移動(dòng),因而被帶到這些表面的氫氧化鈣就比其它表面上的氫氧化鈣多,泛堿也就比其它表面嚴(yán)重。
(1)泛堿條件
混凝土中可溶性堿或鹽是返堿的內(nèi)因條件,一般來源于水泥、外加劑以及水泥水化產(chǎn)物,其成分一般為Ca(OH)2、Na2SO4、K2SO4、NaOH和KOH等。溫濕度變化或壓力變化以及干濕循環(huán)和冷熱交替時(shí)返堿的外因,水是載體。
(2)泛堿過程
混凝土中水泥水化反應(yīng)生成大量膠凝物質(zhì)的同時(shí),也生成大量的Ca(OH)2。在混凝土硬化的初期階段,Ca(OH)2溶解于水中,沿著混凝土內(nèi)部的微小孔隙向混凝土的表面移動(dòng),移動(dòng)到表面后,Ca(OH)2與空氣中的CO2反應(yīng)生成不溶于水的白色CaCO3留在混凝土的表面。其化學(xué)反應(yīng)式為:
Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O
混凝土硬化后,在雨雪作用下,外部的水分也會(huì)滲到混凝土的內(nèi)部,會(huì)造成部分Ca(OH)2溶解帶到帶到混凝土的表面。這種泛堿的產(chǎn)生與混凝土的密實(shí)度、吸水率、表面孔隙度有關(guān),表面粗糙、內(nèi)部疏松易吸水的地方,容易產(chǎn)生這種泛堿。
混凝土硬化后初期的泛堿稱為一次泛堿,多發(fā)生在蒸發(fā)快的迎風(fēng)面和朝陽面。隨著時(shí)間的推移,在雨、雪長(zhǎng)期作用下,外界水分滲透到混凝土的內(nèi)部,部分內(nèi)部的氫氧化鈣溶解在水中蒸發(fā)時(shí)帶到混凝土表面,稱為二次泛堿。二次泛堿不像一次泛堿那樣分布均勻,只出現(xiàn)在局部。二次泛堿的產(chǎn)生與水泥品種、用量、混凝土的密實(shí)度、吸水率、表面孔隙度有關(guān)。越是表面粗糙易受雨淋、內(nèi)部疏松吸水較深的地方,越容易產(chǎn)生二次泛堿。
(二)泛堿的破壞作用
(1)影響外觀感質(zhì)量
混凝土結(jié)構(gòu)表面返堿對(duì)裝飾混凝土的色彩變化,圖案受損且難以修補(bǔ)。尤其是清水河彩色混凝土,表面效果受到影響,達(dá)不到設(shè)計(jì)效果。
(2)影響力學(xué)性和耐久性
混凝土返堿后,在自然環(huán)境干燥失水或碳化的作用下,容易引起混凝土開裂,表面疏松掉皮。在滲透侵蝕作用下,混凝土內(nèi)部毛細(xì)管與外界大氣連通,可溶性物質(zhì)即鹽堿類不斷遷移至混凝土表面,造成混凝土溶出性的腐蝕。同時(shí)使混凝土空隙中溶液的堿性減弱,pH值減小,打破了混凝土原有的穩(wěn)定平衡狀態(tài),水化產(chǎn)物穩(wěn)定存在的環(huán)境受到破壞,導(dǎo)致膠凝性組份化學(xué)分解。其泛堿使混凝土制品表層變成沒有強(qiáng)度或強(qiáng)度極低的二氧化硅和氧化鋁凝膠,水泥漿體強(qiáng)度損失。
混凝土可溶性鹽堿在毛細(xì)管中析出,就會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶壓力,其壓力產(chǎn)生的應(yīng)力足以促使混凝土開裂,結(jié)構(gòu)遭到破壞。如果泛堿物質(zhì)為Na2SO4或Ca(OH)2,則體積將縮小造成空隙增多,密度下降進(jìn)而抗?jié)B透性能劣化?;炷林泻笃趪?yán)重返堿,將破壞混凝土表層的組織結(jié)構(gòu),使空隙率大、結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度降低,導(dǎo)致抗?jié)B、抗凍、抗碳化降低,破壞了混凝土制品的耐久性。
(三)泛堿的防治
混凝土返堿既影響外觀又破壞力學(xué)性能和耐久性,必須采取有效方法防治。按照返堿必備的條件,只要缺少其中任一條件或破壞其中之一時(shí),鹽堿一般不會(huì)形成,即可達(dá)到防治。
(1)控制混凝土泌水
混凝土泌水越多,帶到表面的堿性物質(zhì)就越多,出現(xiàn)泛堿的機(jī)率就越大。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
第一,控制用水量。用水量越大,拌合物內(nèi)的游離水量也越多,混凝土泌水的可能性也就越大,遷移到混凝土表面的水分越多,產(chǎn)生鹽堿的嚴(yán)重性就越大?;炷林兴衷蕉啵稍锖罅粝碌拿?xì)孔越大,密實(shí)度越差,堿性物質(zhì)容易被帶到混凝土表面。因此,在滿足混凝土施工的前提下,盡量減少混凝土的用水量是預(yù)防泛堿的必要措施。
第二,外加劑摻量過大也會(huì)造成混凝土拌合物泌水,在此情況下應(yīng)減少外加劑摻量。
第三,砂率過小或級(jí)配不良的拌合物容易出現(xiàn)泌水。
第四,在外加劑中加入適量的保水、保塑及引氣組份,對(duì)提高混凝土的和易性、減少泌水有利。
(2)控制可溶性物質(zhì)
混凝土工程施工前應(yīng)該對(duì)原材料進(jìn)行成份分析,控制可溶性物質(zhì)K+、Na+的含量:水泥是混凝土的主要組成部份,水泥本身的堿金屬氧化物含量越高,在一定條件下可供析出的堿量越多。在選用水泥時(shí),應(yīng)盡量選用含鈉、鉀低的低堿水泥。集料中可溶性鹽含量的高低也是影響混凝土表面泛堿的一個(gè)重要因素,選擇少含或不含可溶性的粗細(xì)骨料;選用SO42-含量低的純凈水或飲用水作拌合用水。低濃的萘系混凝土外加劑,Na2SO4含量相對(duì)較高,增加了混凝土中的可溶性物質(zhì),因而增大了混凝土表面泛堿的可能性。
(3)采用化學(xué)抑制
Ca(OH)2是形成鹽堿的可溶性物質(zhì),通過摻入外加劑或活性材料,如硬脂酸鹽、丙烯酸鹽等有機(jī)外加劑以及自然界的硅藻土、?;V渣、超細(xì)粉煤灰、硅灰和具有吸附性的集料,可以使Ca(OH)2與其它組合成穩(wěn)定成份,或被集料吸附,不再遷移至混凝土外表面,進(jìn)而達(dá)到預(yù)防泛堿的目的。
(4)加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)
混凝土終凝后應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù),提高混凝土周圍的空氣濕度,使空氣中的CO2從混凝土的微孔中進(jìn)入內(nèi)部,并與處在溶解狀態(tài)的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng),生成CaCO3,停留在混凝土內(nèi)部,從而達(dá)到預(yù)防泛堿的目的。若不及時(shí)養(yǎng)護(hù),混凝土硬化干燥時(shí),水分由內(nèi)向外發(fā)生遷移,將可溶性物質(zhì)攜帶到混凝土表面,隨著表面水分蒸發(fā),白色的可溶性物質(zhì)留在表面,產(chǎn)生泛堿現(xiàn)象。大體積的室外混凝土構(gòu)筑物需要預(yù)防泛堿的部位,在上面苫上草袋、苫布養(yǎng)護(hù),并保證足夠的濕度和養(yǎng)護(hù)時(shí)間,也能收到較好效果。在澆筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度未完全達(dá)到干燥前,不應(yīng)過早停止養(yǎng)護(hù)和覆蓋,一般施工后保溫保濕養(yǎng)護(hù)不少于14 天。
(5)提高致密性
使用高效減水劑和礦物摻合料,降低水膠比,提高混凝土的密實(shí)性,減少混凝土內(nèi)孔隙和阻斷毛細(xì)孔直徑,切斷可溶性物質(zhì)的遷出通道,阻止鹽堿的形成。
(6)防水處理
在混凝土拌合物中添加防水性外加劑,達(dá)到硬化后防水的目的。也可以在混凝土硬化后在其表面噴涂防水物質(zhì),堵塞毛細(xì)口,形成一層憎水薄膜,使可溶性物質(zhì)不能析出。
(四)泛堿的治理
對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的返堿,只要影響外色彩,就應(yīng)進(jìn)行處理,方法是:對(duì)可溶于水的鹽堿類,直接用干凈水沖洗干凈;對(duì)于不易溶于水的鹽霜,如CaCO3等,可用鋼刷或砂紙擦磨掉,也可用1:10(鹽酸:水)的稀鹽酸清洗,即清洗前用水濕潤(rùn)表面,再用鹽酸清洗約10~20 秒后及時(shí)用大量清水清洗表面就去除了泛堿。在清洗前先用水全面涂濕待清洗的表面,對(duì)處于水平或水平面之間夾角不大的表面要先用水填滿表面的蜂窩麻面,以防鹽酸浸入混凝土內(nèi)部以可溶性鹽的形式形成白華或腐蝕內(nèi)部鋼筋。即使不進(jìn)行人工清除,隨著時(shí)間的推移,返堿也會(huì)自行消滅,這個(gè)過程一般需要兩、三年的時(shí)間,時(shí)間的長(zhǎng)短與混凝土所處的環(huán)境有關(guān)。