西安加气砌块泛霜机理及处理措施

发布时间：2018/3/3

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生产蒸压加气混凝土砌块的常用原材料有水泥、石灰、粉煤灰、矿渣、砂和石粉等，按原材料组成不同可分为水泥-矿渣-砂体系、水泥-石灰-砂体系、水泥-石灰-粉煤灰体系和水泥-石灰-石粉体系。福建省花岗岩石材资源丰富，石材产销量连续多年稳居全国第一，伴随而生的石材加工、生产企业众多，但石材加工过程中会产生大量石粉，随意排放丢弃造成周边地区粉尘污染和河流污染严重，成为环保重灾区，石粉的综合利用已成为福建省环保领域亟待解决的问题。由于花岗岩主要成分为SiO2，因此花岗岩石粉作为硅质材料已被广泛用于福建省蒸压加气混凝土生产中。然而，石粉蒸压加气混凝土砌块出釜后，经水浸淋自然干燥后表面会发生泛霜现象(如图1所示)，产生一层白色粉状物质，不仅降低了砌块外观质量，而且影响砌体工程砌筑和墙体工程抹灰，引起抹灰层空鼓、开裂、脱落等严重质量事故。

同时，墙体抹灰完成后数月内，由于砌块内部泛霜物质向外渗透，水泥砂浆抹灰层表面也会产生“二次泛霜”现象(如图2所示)，对饰面层的装修也带来不利影响。

墙体抹灰层泛霜现象

硅酸盐体系材料出现泛霜现象的主要物质有CaC03、Na2C03、K2C03、MgCl2、CaS04、Na2S04等。研究表明：矿物掺合料如粉煤灰、硅灰对碱物理稀释、吸附，火山灰反应生成的大量低Ca／Si比C-S-H凝胶能够“固化”体系中大量的碱；粉煤灰中含有大量Al2O3，在水化过程中有一部分铝固溶到C-S-H凝胶中形成C-A-S-H，C-A-S-H吸附Na+能力比C-S-H强，这些凝胶带负电荷能吸附大量Na+，可以抑制硫酸钠的析出但当A13+浓度过高时C-S-H会转变为长石，降低凝胶对碱的吸附降；Nehdi M等人认为粉煤灰能够细化体系孔结构，从而抑制硫酸盐引起的泛霜；EN Kan一研究发现采用铝酸盐水泥也可极大地降低泛霜现象产生。本文即研究水泥-石灰-石粉体系蒸压加气混凝土砌块泛霜机理，并提出相应解决措施。

2 试验方法

2.1 样品制备

(1)将蒸压加气混凝土砌块表面泛霜物质刮削后收集，在105℃±5℃的烘箱内烘干至恒重。

(2)将水泥砂浆抹灰层表面泛霜物质刮削后收集，在105℃±5℃的烘箱内烘干至恒重。

(3)将花岗岩石粉在105℃±5℃的烘箱内烘干至恒重。

2.2 试验方法

(1) 将砌块表面泛霜物质溶于蒸馏水中，按表1所示内容进行初步分析：

(2) 对泛霜物质和花岗岩石粉进行XRD分析，确定主要成分。仪器：德国BRUKER公司生产的D8-ADVANCE型多功能C射线衍射仪，采用CuKd做X射线源，电流50mV，管压50kV，扫描角度为5°~75°，连续扫描速度为5°/min。

(3)已泛霜的抹灰墙体处理：

①硅烷憎水法：先用硬毛刷清除墙体表面泛霜物质和浮灰，之后将有机硅烷憎水剂均匀喷涂于墙面，待上一层干燥后再重复2～3次。

②水玻璃+氯化钙法：先用硬毛刷清除墙体表面泛霜物质和浮灰，之后将水玻璃溶液均匀涂刷在墙体表面，待干燥后再涂刷一层质量分数为25％的氯化钙水溶液，重复2～3次。

③聚合物水泥基防水涂料法：用硬毛刷清除墙体表面泛霜物质和浮灰；将聚丙烯酸酯水溶液与干料混合搅拌均匀，待用；将防水涂料按某一方向均匀涂刷于墙面；待上一涂层干燥2h～4h后，再均匀涂刷一道防水涂料，两次涂刷方向应相互垂直；待涂层干固后即可进行饰面工程装修。

3 结果与分析

3.1泛霜机理

现有应用和文献资料表明，硅酸盐体系材料出现泛霜现象的物质主要有CaC03、Na2C03、K2C03、MgCl2、CaS04、Na2S04等，因此设计表1分析试验，结果如表2所示。

表明泛霜物质为可溶性物质，非碳酸盐泛霜，非卤盐泛霜，加入BaCl，出现沉淀，表明泛霜可能为硫酸盐泛霜，焰色反应的火焰颜色为黄色表明泛霜物质含有Na+，因此初步推断泛霜物质为Na2S04。

根据上述结果，为进一步确定泛霜物质成分，对蒸压加气混凝土砌块表面泛霜物质、蒸压加气混凝土砌块墙体水泥砂浆抹灰层表面泛霜物质、花岗岩石粉进行XRD分析，其图谱分别如图3、图4、图5所示。

可知泛霜物质为Na2S04，由泛霜产生的特点可以判定蒸压加气混凝土砌块泛霜现象是由于砌块浸水后硫酸钠溶于水中并渗出至表面结晶产生的。

对蒸压加气混凝土砌块墙体水泥砂浆抹灰层泛霜物质进行XRD分析(图4)，结果显示二次泛霜物质主要为Na2S04，并含有少量CaC03。石灰消化和水泥水化反应生成的Ca(OH)2，在干燥过程中随水汽蒸发，渗出抹灰层表面与空气中CO2反应生成CaC03，是抹灰层CaC03泛霜发生的原因。而蒸压加气混凝土砌块内部Na2S04向外渗透至抹灰层表面结晶，则仍是“二次泛霜”的主因，进一步印证了图3所示的结论。

花岗岩石粉蒸压加气混凝土原材料主要包括水泥、石灰、脱硫石膏和石粉，其占比分别约为10％～12％、10％～15％、4％～5％、65％～75％。水泥在浇注过程中调节稠度，保证料浆适当的粘度和可塑性，加速坯体硬化和促进蒸压过程中的水热合成反应等，水泥碱含量和硫酸钙含量很低，且占比较低，因此可以排除水泥是引起泛霜现象的原因。石灰的主要作用是提供有效氧化钙和提高体系碱度，使之在水热条件下与Si02、Al2O3作用，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，从而使制品获得强度，石灰不是泛霜现象产生的原因。脱硫石膏延缓石灰的消化速率和水泥的水化反应，延长料浆稠化时间，使升温平缓，可提高坯体和制品强度，减少收缩值，其主要成分是CaS04，可判定脱硫石膏为泛霜物质提供了主要SO42-，是蒸压加气混凝土砌块产生泛霜现象的主要原因之一。

脱硫石膏为泛霜形成提供了SO42-，而水泥、石灰、脱硫石膏的碱含量很小且占比较低，因此推断花岗岩石粉为泛霜物提供了Na+。石粉为加气混凝土提供了硅质材料，未反应颗粒填充于砌块中起到骨架作用。对石粉进行XRD分析，其图谱如图5所示，可知主要成分为石英、云母和钠长石，因此花岗岩石粉中的碱元素(Na)含量较高。花岗岩石粉在蒸压釜中与其他材料发生剧烈反应生成托勃莫来石和水化石榴石，为砌块提供了强度，同时其中的碱元素被释放出来溶于水中形成Na+，与水泥、脱硫石膏中的SO42-反应生成可溶性硫酸盐成为泛霜的主要原因。

3.2 砌块泛霜现象抑制

为探究Na2S04阴离子、阳离子对泛霜现象的影响，设计中试试验如表3所示。

结果显示，A l砌块经雨淋或浸湿后仍出现泛霜现象，表明脱硫石膏是引起泛霜现象的主要因素，但非主导因素，因为硅酸盐水泥熟料在粉磨过程中，为调节凝结时间会添加一定量石膏，因此水 泥中石膏也会引起泛霜现象。

我国火力电厂粉煤灰的主要成分为SiO2、Al2O3，、FeO、Fe2O3等，其碱含量(R2O)控制值极低，因此粉煤灰替代花岗岩石粉后制备的水泥-石灰-粉煤灰砌块(A2)未出现泛霜现象。不难得出结论：阳离子Na+是泛霜形成的主导因素，石粉中含有大量钠长石，随蒸养和化学反应进行石粉中可溶性碱性物质释放溶于水中，为Na+提供了主要来源，因此花岗岩石粉是该体系蒸压加气混凝土泛霜的主导原材料，也进一步印证了A3试验结果。

要从根本上解决或改善蒸压加气混凝土砌块泛霜现象，应降低花岗岩石粉用量或不采用该类型石粉，可采用粉煤灰、矿渣或其他低碱含量原材料代替。

3.3泛霜墙体处理

(1) 硅烷憎水法：用有机硅憎水剂处理加气混凝土墙体表面的基本原理是憎水剂在表面形成一层防水层，阻止外部水分向内渗入和内部水分向外迁移，从而达到阻止泛霜的目的。结果表明，一段时间后墙体表面形成一层薄膜，但并不能阻止墙体出现“二次泛霜”现象，并且长期以后，墙体出现“长毛”现象，实际应用效果不理想。因此，该方法并不能较好地解决该类型泛霜现象。

(2) 水玻璃+氯化钙法：结果表明，一段时间后砌块或墙体表面形成一层薄膜，泛霜现象有一定改善，但长期试验后发现薄膜不坚固、易损坏，发生薄膜起皮现象，耐久性能较差，薄膜起皮后依旧发生泛霜现象，因此该方法并不实用。

上述方法的原理是两种溶液反应生成一种不溶性膜，以阻止砌块内部硫酸盐随水分迁移至表面析晶泛霜，其反应方程如式(1)所示。蒸压加气混凝土砌块或搓麻面的抹灰层墙体表面粗糙，反应生成的不溶性沉淀胶凝不能较好地粘附于表面，且不易形成致密结构，因而抑制泛霜效果较差，且生成的薄膜对砌块或墙体后续装饰装修工程有一定不利影响。

Na20·nSi02+CaCl2 → 2NaCl+CaO·nSi02(不溶的沉淀胶凝)      (1)

(3)聚合物水泥基防水涂料法：结果表明，采用聚丙烯酸酯水泥基防水涂料处理墙面后。未出现二次泛霜现象，效果良好。

聚丙烯酸酯水泥基防水层的根本原理是在墙体表面形成一层不透水的防护层，阻断砌块内部硫酸盐随水分向表面迁移析晶。聚丙烯酸酸水泥基防水层致密，且粘结力牢固，能够有效阻断水分迁移，长期应用表明该类材料耐久|生优异。解立波等人对加气混凝土砌块泛霜原因及处理进行了研究，提出了发生泛霜且未抹灰的墙面处理方法、发生泛霜且已抹灰的内墙墙面处理、发生泛霜且已抹灰的外墙墙面处理方法。上述三种方法的基本原理即是对泛霜墙面涂刷一道防水材料(或涂层)，本试验对泛霜墙体涂刷一道聚合物防水涂层的方法具有实用性。