在混凝土、砂漿和磚砌體等表面,往往看到不均勻的白色晶化物質,一般稱為泛白或凝霜。這是由水泥生產中的相關成分,隨著水的滲透、蒸發而形成的可溶性或難溶性鹽類。在建筑物表面留下成片的難看色斑,影響混凝土、砂漿或磚砌體的外觀。如在其表面裝飾,也因凝霜作用發生回粘、起泡、脹裂剝落等現象。因此,防止或消除凝霜非常必要。
通常把凝霜分為一次凝霜和二次凝霜。溶解于拌和水里的有關成分,隨著水泥硬化體的干燥而析出,形成成片的深淺不一的白色附著物。這在樓板面層、混凝土澆筑面等處,因混凝土表面泛出的浮漿而形成的一次凝霜。而雨水、地下水、養護水等外部水,浸入一度干燥的硬化體內部,在干時表面析出混凝土中可溶成分,或者含有可溶成分的水沿著硬化流動,這些水在硬化體表面被蒸發,由此使凝霜成分在表面殘存而形成二次凝霜。
前一種凝霜,一般在施工后幾天,在混凝土表面較為均勻的產生,于水泥顏色,通常還不會成為特殊問題。然而,對染色混凝土染色時,則會削弱染色效果,并成為染色不均勻的問題。而后一種凝霜,則會顯著地有損于建筑物的美觀,成為特殊問題。
在工程現場常常有接觸凝霜實例的機會,例如在隧道內部的滲水地點,可見到外觀似鐘乳石狀的固著物;存放的水泥二次制品在養護時,因結露水而產生的不均勻色斑:在窗框下出現的水密物,以及在瓷磚接縫處和混凝土預制塊的結合部位,凝霜時有發生。
在某些工程實例中,發生凝霜的部位往往與出現裂紋的部位相一致,有時會看到瓷磚壁面成片的脹裂而剝落。
凝霜在混凝土、磚砌體等表面,為被溶解的有效成分,因水的蒸發而形成可溶性或難溶性鹽類的附著物。為判明凝霜的產生機理,首先要知道它是由什么化學成分所組成的。
凝霜的成分,因產生的時期、產生后經歷的天數、產生的地點、環境條件、添加物以及水泥、集料和水等材料而有所差異。根據某些,其化學成分如表1所示。
表1凝霜的化學成分不熔從表1可見,凝霜的主要成分由硫酸鈉和碳酸鈣所組成。通過對凝霜進行X射線衍射分析,凝霜是由CaC3、104和燦304組成;全部由CaCO成或大部分為CaC3,并含有若干吣2304和他(:03;以及較多的Na2S04,并含有若干CaC3.因生成條件不同而組成有差異。
有人對產生凝霜的水泥硬化體外殼結構,用掃描電子顯微鏡(SEM)進行詳細研究,作為凝霜的成分有:由水沿著混凝土或砂漿接縫處緩緩滲出時形成的CaC03;天然堿(NaHC3,Na2C032H20)也不罕見;更有由石膏和水合硫酸鎂(MgS04、7H20)所組成的。
同時研究了各種建筑材料在接觸硫酸鹽時產生垢凝霜和膨脹現象。將試驗樣品浸泡在硫酸和鈉、鈣、鎂的硫酸鹽溶液中,對樣品表面的析出物進行電子顯微鏡觀察和x-射線衍射分析,部分試驗結果如表2所示。該研究結果表明:大氣中的Si2是各種建筑材料產生凝霜和膨脹現象的重要原因。
表2在硫酸和硫酸鹽溶液中的浸泡試驗結果建材種類天數析出部位生成物質(X-射線衍射)石棉水泥板(蒸汽養護)硅酸鹽水泥注:A-液相和氣相的界面;B-氣相中的溶液蒸發線。
如前所述,凝霜的成分是多種多樣的,因其生成條件不同而導致成分各不相同。凝霜的成因大致可分為兩種,即存在于水泥硬化體中的1可溶成分在表面析出者;以及溶解于外部侵滲水中的成分,原封不動的滲入水泥硬化體中,并同硬化體中的成分反應,作為反應生成物而在表面析出者。
前者,如水泥中的游離石灰與水反應,生成Ca(OH)2,或水泥中的主要組成礦物硅酸鈣的水化反應而生成的Ca(OH)2.其它如Na2S04、K2S04等堿鹽或者作為水泥調節劑的石膏等。
這里堿性可溶性成分Ca(OH)2、NaH、KOH在水泥硬化體表面與空氣中的C02反應,程的關系式如下:后者,大氣中的酸性成分,例如溶于雨水的so2、co2.當受到這些酸性水的浸透時,將按下式那樣進行反應,生成石膏、碳酸鈣等。
霜的產生機理,有人認為養護空氣的相對濕度是其產生的重要原因;故減少在濕空氣中的養護,增加在干燥空氣中的養護是必要的。同時,水灰比、養護溫度、風和熱輻射等均會對其產生明顯的影響。
對于還未完全凝固的水泥漿體或砂漿,干燥速度如果暴露在比較快的外部條件時,可以看到凝霜的產生;在溫度比較低而濕度比較高的、有風的氣象條件時,則易于出現凝霜。同時硬化的漿體或砂漿在與水接觸時,在水分干燥速度很快的環境下則易于生成,而在干燥速度較慢時,可維持其狀態在很長時期內發生。
凝霜的產生以水泥硬化體表面水分的蒸發為起因。在引起表面干燥的條件下,可能多的水被蒸發,這是大量產生的主要原因。作為凝霜產生的條件為:低溫;陰天;多濕;適當的風速;水泥制品齡期短;水灰比高;水灰比低等。
有關凝霜的產生:①與水泥品種無關;②與水泥中的堿含量有關;③水泥細度之差幾乎看不出影響;④水泥中的游離石灰含量不會產生太大的影響;⑤選擇不含可溶性鹽類等雜質以及吸水率較低的集料,⑥盡可能使水灰比小些,以謀求混凝土的密實化;⑦因混合劑有促進凝霜產生的作用,故必須注意選擇。
在凝霜中,對水為可溶性的堿金屬鹽類,通過充分的水洗,應該可以除去而沒有特殊問題。但除去硬化體表面附著較硬的碳酸鈣類物質,則不是那么簡單容易。
對這類凝霜的處理,一般可用鋼絲刷和砂紙刮掉,如有困難,可把硬化體表面用水充分潤濕后,用3%左右的草酸和鹽酸溶解后,再進一步用水沖洗。這時水泥硬化體的毛細管組織中,必須注意有被多余的酸液較深滲入的可能。伺時可以預料要用較多勞力;還有酸液的副作用,這實際上徹底清除往往較困難。
由于水泥本身含有可湃性成分,在什么樣條件下不產生凝霜;的防止方法是不存在的。但從根本上考慮,防止凝霜的方法就是制造不易產生凝霜的環境,也就是能否阻滯水的活動或者控制在小限度內。為此
①制造水灰比較小,組織密實的混凝土
②使混凝土盡早硬化,發揮出足夠的強度
③給予混凝土以防水性、拒水性
④給予混凝土以保水性
⑤防止外部水的侵人滲透等。這些就是防止凝霜的有效對策
為實現上述對策,可選用各種添加劑。作為凝霜的防止劑有多種,如:
①高效減水劑和填充劑
②各種硬化促進劑
③防水劑和拒水劑
④保水劑
⑤表面硬化劑和表面涂層形成劑等,可根據需要,對這些添加劑進行單獨或適當搭配后使用,可以起到防止凝霜產生的效果。