二次返鹼——混凝土的骨質疏鬆症

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返鹼是指在混凝土表面出現的白色(也有其他的顏色)沉積物或濾出物。

返鹼有兩種類型:一次返鹼(Primary Efflorescence)和二次返鹼(SecondaryEfflorescence)。一次返鹼指混凝土硬化過程中,泌水逐漸蒸發後在混凝土表面形成的返鹼。二次返鹼指硬化混凝土中的可溶性鹽被濾出形成的返鹼。

二次返鹼——混凝土的骨質疏鬆症

一次返鹼:

硅酸鹽水泥水化過程中, C3S 和 C2S 在水化生成 C-S-H 凝膠的同時,也生成了大量的 Ca(OH)2。Ca(OH)2 除有一部分用以維持孔隙液的鹼度外,其它大多以晶體形態存在於水泥石中。

Ca(OH)2是一種極易溶解的物質,在硅酸鹽水泥凝結硬化的早期,其中的自由水會逐漸沿著內部孔隙向外遷移,以補償表面蒸發掉的水分。在這一過程中,會將溶於其中的部分Ca(OH)2 帶到混凝土表面。當到達表面後,Ca(OH)2與空氣中的CO2 和水發生化學反應生成不溶於水的白色沉澱物 CaCO3,附著在混凝土表面,這就是一次返鹼的發生機理。

二次返鹼——混凝土的骨質疏鬆症

避免一次返鹼最有效的辦法是降低混凝土的水灰比,提高密實度。水灰比越大,混凝土的孔隙率越大,強度越低,越容易出現收縮開裂。毛細孔多餘的自由水能夠更輕易地通過內部孔隙,將Ca(OH)2 濾出形成返鹼。

二次返鹼——混凝土的骨質疏鬆症

添加活性粉煤灰替代部分水泥可以防止一次返鹼。活性粉煤灰可以與水泥水化反應生產的Ca(OH)2 發生反應,生產水化硅酸鈣。Ca(OH)2是返鹼的元兇,活性粉煤灰可以消耗一部分Ca(OH)2 。另外,活性粉煤灰生產的水化硅酸鈣可以使混凝土強度更高,密實度更高,降低孔隙率,從而進一步降低一次返鹼的幾率。

精心養護對防止返鹼也是非常重要的。新澆築的混凝土的孔隙結構使開放並彼此聯通,隨著養護的進行,孔隙逐步被填充封閉,密實度越來越高。因此,精心養護能夠抑制混凝土內自由水的遷移,避免Ca(OH)2 被濾出表面形成返鹼。

如果養護不及時不徹底,混凝土表面會出現塑性開裂,內部的孔隙相互聯通,有利於自由水遷移。因此,缺乏養護的混凝土表面經常會出現返鹼現象。

避免返鹼現象發生的根本手段是提高混凝土的密實度,密實度越高,返鹼現象發生的幾率就越小。因此,任何有利於提高混凝土密實度的手段,都有利於減輕或消除返鹼問題。


二次返鹼

二次返鹼——混凝土的骨質疏鬆症

二次返鹼是由於外界有害因素影響混凝土而產生的,如氯化物等。鋼筋混凝土橋和停車場地面是比較容易發生二次返鹼現象的地方,冬季使用化冰鹽,這些地方容易有鹽溶液積存,這些鹽溶液滲入混凝土,可以分解混凝土中的水泥石。有時結構裂縫處可以見到類似鐘乳石一樣的沉積物析出,這些就是水泥石被氯鹽分解後的產物。這種現象對結構危害極大,可以導致水泥石越來越疏鬆,危機結構的安全。因此,二次返鹼又被形象地稱為是混凝土的“骨質疏鬆症”。

二次返鹼——混凝土的骨質疏鬆症

二次返鹼——混凝土的骨質疏鬆症

二次返鹼的主要成因是混凝土內部的水分遷移,將可溶性鹽類帶到混凝土表面,水分蒸發後,這些鹽類沉積在混凝土表面,形成返鹼。

混凝土中的鹽類多種多樣,有些來自水泥本身,有些來自使用的外加劑,還有些來自砂石骨料。混凝土硬化後與環境接觸,外界的化學物質也會滲入混凝土。這些鹽類就是返鹼的“種子”,有些溶解在水中,隨著水的遷移析出並沉積在混凝土表面。有些則與環境中的二氧化碳反應,生成礦物晶體沉積在混凝土表面。

二次返鹼——混凝土的骨質疏鬆症

雖然所有混凝土中都會含有一定量的鹽成分,但並不是所有的混凝土都會出現二次返鹼。二次返鹼的產生必須同時具備以下的條件:

1,混凝土中存在可溶性鹽。

2,混凝土中有足夠的水分溶解這些鹽。

3,水的遷移或靜態水壓力能夠使這些鹽類物質從混凝土表面析出。

上面的條件缺一不可,缺少其中任何一項,都不會發生二次返鹼現象。

既然混凝土中有可溶性鹽和水存在,同時水可以在混凝土中遷移是產生返鹼的根本原因,那麼解決返鹼的問題關鍵就是如何控制水分進出混凝土。

控制水分是減少甚至消除返鹼現象的關鍵,乾燥的混凝土結構很少出現返鹼。因此找到水源,然後控制水分進出混凝土的通道成為解決返鹼問題的關鍵。

例如混凝土地坪直接與土壤接觸,土壤中的水就是一種重要的水源,如果混凝土的密實度不夠,能夠從土壤中吸收足夠的水分,這些水在混凝土中遷移,其自身可能就帶有可溶性鹽,也可能溶解混凝土中的可溶性鹽。當水遷移到混凝土表面時,這些溶解在水中的鹽就會留在混凝土表面,形成二次返鹼。如果在地坪下放置一層防潮膜,將混凝土與土壤隔開,斷絕水源,就可以大大減少地坪出現返鹼的幾率。

如果沒有鋪設防潮膜隔斷水源,在地坪表面塗刷不透氣的密封劑或塗料,如環氧或聚氨酯地坪塗料,將混凝土表面覆蓋,使水分不能正常散發,混凝土中就會產生蒸汽壓和靜水壓,最終將引起地坪塗層起泡甚至破裂。如果使用的地坪塗料是可透氣的材料,如丙烯酸類塗料,雖然不會在混凝土內產生蒸汽壓而使塗層起泡破裂,但水中溶解的鹽會慢慢地在塗層下面積聚,產生難看的斑塊,嚴重的可以導致塗層破裂。

二次返鹼——混凝土的骨質疏鬆症

二次返鹼——混凝土的骨質疏鬆症

因此,如果不首先控制水源,單靠在地坪表面塗刷塗料是不能解決返鹼問題的。

即使混凝土地坪不直接與土壤接觸也可能會出現二次返鹼,如多層建築中二層以上的地面。這些地面的水源來自於日常清潔、意外灑水等,如果地坪的密實度不好,水被混凝土吸收,也會出現二次返鹼。但在這種環境下,如果在地坪表面塗刷塗料,不管是聚氨酯、環氧還是丙烯酸類塗料,都會隔斷水源,既保護混凝土,也保護了塗層本身。

因此,防止混凝土結構二次返鹼的第一要務是控制水源,第二要務是提高混凝土的密實度。

另外一個與二次返鹼有關的因素是混凝土結構所處環境的潮溼度。當氣候較乾燥、環境潮溼度較低時,混凝土中自由水在向表面擴散的過程中,由於環境乾燥蒸發速度較快,使得自由水還沒有到達混凝土表面時就被蒸發了,把鹽分留在了混凝土結構表面的下面,這時表面上就看不到二次返鹼現象。相反,如果溼度較高,自由水會在表面滲出並蒸發,就會看到二次返鹼現象。由此可見,二次返鹼現象還與季節有關,潮溼季節容易發生,乾燥季節則較少發生或基本不發生。

對於既有結構,可以通過使用密實劑(也稱硬化劑)來提高密實度發防止產生二次返鹼。在混凝土表面塗刷密實劑,密實劑可以滲入混凝土表層的毛細孔中,和遊離鈣發生反應生成水化硅酸鈣堵塞內部孔隙,從而達到提高密實度的目的。如果施工得當,使用密實劑可以給混凝土帶來三重好處。第一,提高密實度,降低孔隙率。第二,消耗混凝土中的遊離鈣。第三,密實劑中的硅凝膠可以黏住可溶性鹽,增加其被濾出的難度。

目前常用的密實劑有三種,硅酸鈉、硅酸鉀和硅酸鋰。其中硅酸鋰最有效,因為與其它兩種比較起來,鋰離子最小,在硅酸鹽分子中硅所佔比例最大,而硬化效果主要來自於硅成分,因此硅酸鹽中硅的比例越大,說明硅的濃度越高。硬化效果越好。另外,當硅酸鹽與遊離鈣發生反應時,鈉離子和鉀離子都被釋放出來成為自由離子,可以變成另外形式的可溶性鹽從混凝土中濾出。而鋰離子不會成為自由離子,不會形成新的可溶性鹽。

需要說明的是,並不是所有的密實劑都可以抑制二次返鹼,有些甚至會加劇二次返鹼,因此選擇正確的硬化劑非常重要。

最後,高濃度的二氧化碳可以加速二次返鹼現象的發生。如果混凝土位於鍋爐附近,出現二次返鹼現象的幾率更大。


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