瓷砖石材粘结剂和填缝剂泛碱的原因及防治措施

瓷砖石材粘结剂和填缝剂泛碱的原因及防治措施

苏新禄, 熊勃凌, 方海红, 杨春红
（上海雷帝LATICRETE 建筑材料有限公司，上海200042）

0 前言
泛碱会对外墙色彩及其它装饰效果带来严重的污染，大大影响建筑外饰面的美观。随着建筑业的发展，高层甚至超高层的建筑越来越多，外墙饰面的清洗越来越困难，同时建筑外饰面装饰的美观要求越来越高，无论是外墙贴瓷砖石材，或者使用彩色饰面砂浆等都是如此，这就需要相关材料工作者及施工人员特别重视泛碱，从各个环节采取措施，避免泛碱问题发生。泛碱是混凝土、水泥砂浆、砌块等工作者重点关注的问题之一，本文将主要针对瓷砖、石材安装用粘结剂及填缝剂出现泛碱的原因和如何防治等问题进行较系统的论述。

1 泛碱的形成过程
由于瓷砖石材粘结剂及填缝剂本身含有可溶性碱、盐等，当雨水渗入材料中，这些可溶成分会溶解于水中，渗入瓷砖石材毛细孔和填缝不实处，形成水道渗出表面，再与空气中的CO2、酸雨等接触，生成不溶解的白色物即泛碱。根据形成时间的长短不同，可以将泛碱分为快性泛碱和慢性泛碱（也有称为一次泛碱和二次泛碱）。快性泛碱在施工后几天或几周就发生，主要因为材料硬化慢或者材料中含有较多的多余水分，使得材料中的可溶性碱或盐分随着材料中的水分向外面迁移；慢性泛碱为施工后几个月或几年等较长时间后发生，主要发生在早期未泛碱，但长期处在潮湿或者干湿循环的使用环境的材料。慢性泛碱与快性泛碱的机理类似，但过程发生所需要的时间更长。瓷砖石材粘结剂及填缝剂中可溶性碱、盐等主要可能来源于水泥、砂子及外加剂等原材料。

2 泛碱主要机理
水泥中的主要成份是硅酸钙（CaSiO3），在遇水过程中，C3S、C2S 水化生成C—S—H 凝胶同时，会生成大量Ca（OH）2，由于Ca（OH）2 会溶解于水形成游离Ca2+。在水大量存在的情况下，水便成为流动载体，将大量的Ca2+通过瓷砖、石材或填缝剂本身内部的毛细孔和缝隙渗透到砂浆或石材（瓷砖）表面，到达表面的Ca2+与空气中的CO2 反应生成CaCO3 并沉积在表面形成泛碱。与此同时，有些硅酸盐水泥中的碱性氧化物如果含量过高，对应的水泥基砂浆产品加水拌和后，会形成大量游离Na+、K+，它们会和水泥中的CaSO4 等硫酸盐反应形成Na2SO4、K2SO4 等水溶性盐类。这些可溶性盐也会以水为载体迁移到材料表面，并随着水的蒸发而析晶为白霜状物质。
如上所述的游离Ca2+、Na+、K+等随水迁移到材料表面的动力来源于毛细现象。根据有关实验表明，毛细现象可将含盐的水提升10 cm以上。其计算公式为：
H=2fcosθ/（ρ·r）
式中：f———水的表面张力，N；
ρ———水的密度，kg/m3；
r———毛细管的半径，m；
θ———水与砂浆或石材（瓷砖）表面形成的润湿角。

3 泛碱产生的原因及预防措施
由泛碱形成的过程及机理可以看出，形成泛碱一般需要以下3 个方面的条件：（1） 材料中含有或者材料加水搅拌后会生成大量可溶性Ca2+、Na+、K+；（2） 材料内部具有这些离子由内向外渗透的通道，即材料内部的毛孔及空隙；（3）有水存在于材料中作为载体。下面将围绕这3 个条件，分别阐述泛碱形成的原因及相应的防治办法。

3.1 材料中存在大量游离Ca2+的原因及防治办法
材料中含有过多Ca2+、Na+、K+的可能原因为：
（1）水泥的原材料、燃料或者生产过程中使用的助磨剂等含有过量的碱性氧化物等；
（2）使用了含有可溶性盐的水或砂，如海砂或海水等；
（3）使用的水软化剂或砂浆促凝剂中氯盐含量高；
（4）材料中含有较多游离石灰。
针对这些原因，相应的预防泛碱措施如下：
（1）对于材料用户来说，应该选用大型专业厂家的粘结剂产品；对材料生产厂家来说，应对所用水泥进行严格质量检查，使用碱性较低的水泥。也可以加入硬脂酸盐、丙烯酸盐等有机外加剂，以及硅藻土、粒化矿渣、超细粉煤灰、硅灰和具有吸附性的集料，Ca（OH）2 能与它形成稳定成分，或者被集料吸附[1]。
（2）使用干净且烘干的河砂或者高强石英砂作为粘结剂及填缝剂的骨料；
（3）尽量避免使用氯盐含量高的促凝外加剂等；
（4）如果需要使用石灰时，尽量使用水化石灰。

3.2 材料中存在扩散通道的原因及防治办法
材料中含有离子由内向外扩散的通道，即材料中存在毛细孔或空隙的可能原因为：
（1）材料致密度差，内部有很多小的孔洞；
（2）材料中缺乏足够的聚合物封闭粘结剂和填缝剂材料水化后的结构体内部微小孔洞。要解决材料致密度差的问题、消除或减少材料内部的毛孔和空隙，可以从如下几个方面着手：
（1）在瓷砖、石材粘结剂及填缝剂材料中加入合适的聚合物对材料改性，聚合物在水泥水化物表面成膜，从而封闭水泥基材料内部的微小孔洞，阻塞离子扩散通道；
（2）采用正确的施工方法，及控制材料的加水量，这样可以使施工后的材料更加致密。

3.3 材料中存在过量水的原因及防治办法
施工后一定时间内，材料中存在过量水也是引起泛碱的重要原因之一。引起过量水存在的主要可能原因有：
（1）材料本身的干固时间、水化反应时间太长；
（2）在施工前对材料进行搅拌时，加入过量的水；
（3）基面含有过多的水，或者填缝施工后的清洗过程中有过多的水残留在材料中；
（4）施工时，环境温度偏低，以及空气非常潮湿，使得材料
在施工后较长时间内难以硬化；
（5）施工后未进行很好的保护，材料遇到雨水。
为了避免过多的水残留在材料中，可以从以下几个方面来解决：
（1）慎重选材，对粘合剂和勾缝剂的干固时间、水化反应时间都必须经过相应的测试，这样能最大程度保证不出现泛碱现象；
（2）按照材料生产厂家提供的参数，严格控制材料用水量；
（3）施工作业前，不可对基面进行大量淋水，同时注意清洗环节，不能让过量的水残留在材料中；
（4）施工前要充分考虑工地的环境状况，如雨雾天气和阴冷天气（5 ℃以下）禁止施工。
（5）施工后需要合理地保护及养护措施，如在材料硬化合适后（约24～48 h），可使用硅胶或其它表面保护剂。同时在养护期内避免雨水浸湿。
对于泛碱这一问题，应本着“提前预防为主，事后处理为辅”的原则，从瓷砖石材粘结剂及填缝剂所用原材料、施工及养护等方面重点预防泛碱的发生。对于粘结剂、勾缝剂，一旦出现泛碱现象就较难清除。对于已经出现泛碱的材料及工程，首先要查找产生泛碱的主要原因，然后再进行清理工作。对于一些析晶的可溶盐，可以用水冲洗。对于白色的CaCO3，可以采用稀的酸溶液进行清洗，也有厂家生产泛碱清洗剂，但由于泛出的白色物质和水泥水化物的某些物性具有相似性，因此很难在不损坏水泥基材料自身的情况下很好去除泛碱。

4 泛碱的实验室测试方法
对于泛碱性的测量，以前一直没有标准的方法进行，一些材料工作者和生产厂家也只能按照自己的方法来对比材料泛碱性的差异。值得欣慰的是，JC/T 1024—2007 《墙体饰面砂浆》中列出了下抗泛碱性测试方法，即按照规定方法制样并养护24 h，然后将试样进行21 次淋水→烘干（50 ℃）→淋水的循环处理，最后检查试样表面是否泛碱及有无粉化现象等。文献[2]中介绍了3 个测试泛碱的方法：（1）将砂浆表面润湿（如喷水），然后干燥，来模拟室外雨水、飞溅水或雾的冷凝水的影响。试验过程可以在水箱或室外通过多次干湿循环重复进行。（2）将砂浆样品的下半部分浸入到水中或放置在吸了水的海绵上使毛细水透过多孔的砂浆，当孔隙水到达砂浆表面时会蒸发并产生溶解组分的沉淀。（3）将砂浆样品置于“双室气候箱”内。样品两侧不同的气候条件（温度和湿度）会引起冷凝、毛细水流动和蒸发。本测试是将镘抹好的新鲜砂浆置于试验设备上来检验其短期泛碱行为。从出现泛碱问题的报告中可以了解到施工期间和施工后的低温和高湿度是形成初次泛碱的临界气候条件。

5 结语
泛碱现象是施工后的瓷砖石材粘结剂及填缝剂等材料极易出现的问题，对许多混凝土、砌块、砂浆等材料也是如此，泛碱会严重影响外墙饰面的装饰美观效果等。材料工作者和施工人员都应该清楚认识泛碱的过程、泛碱的机理、泛碱的原因以及防治办法，从材料、施工、养护等不同环节采取合理措施避免泛碱的发生，确保材料的使用性能、特别是外墙饰面的装饰性。