变电站主建(构)筑物表面泛碱现象初探
米星平
(金华送变电工程有限公司,浙江金华市321016)
【摘 要】笔者根据送变电工程长期的施工经验,对混凝土及砌体结构外表面产生泛碱的原因和机理、泛碱主建(构)筑物外观质量的影响进行了分析,结合送变电工程土建施工的实际情况,针对110千伏及以上电压等级变电站主建(构)筑物外观泛碱问题提出了相应的防治措施。
【关键词】送变电工程 建(构)筑物 泛碱 外观质量 防治措施
0.引言
混凝土的外观质量是混凝土质量的直观体现,越来越受到业主、监理、施工承包商等各个方面的重视。国家电网公司对各电压等级变电站的主要电气设备基础,均要求采用清水混凝土技术进行浇筑。如《国网公司输变电工程质量通病防止工作要求及技术措施》第30条中就明文规定主变、高抗、电容器、断路器等主设备基础“外露部分采用清水混凝土工艺,表面不得进行二次粉刷或贴面砖”。在送变电工程进行大量的混凝土浇筑施工过程中,在混凝土外表面经常会产生一种白色松软如絮毛物质的不明物体,我们称之为泛碱。据不完全统计,混凝土泛碱在混凝土工程施工中出现的比例高达30%以上,虽然泛碱一般不会对混凝土结构造成质量事故,但是它的存在对混凝土的外观质量影响较大,严重影响变电站混凝土结构的美观和质量等级的评定和验收。
1. 泛碱现象
泛碱是建筑物表面的一种常见的病害,根据其不同成因和表现方式,有泛碱、泛白、析白、起霜、墙身和装饰面侵蚀等多种称谓,是砖石体、水泥、砂浆、混凝土、砌体、瓷砖、涂料等建筑材料的内可溶性盐碱随温度、湿度等外部环境的变化,在吸收水分、水分迁移、水分蒸发过程中随着物理、化学变化的发生而使原建筑材料破坏的一种病害现象,侵蚀破坏的程度也有很大的差异,常见的有返潮、起泡、粉化、起鼓、空鼓、开裂、剥落、发霉、结晶等现象。
1.1混凝土泛碱现象
混凝土中的主要成份是硅酸钙(弱酸强碱性盐),遇水后发生水化反应,形成游离钙、硅酸和氢氧根。混凝土的疏松多孔结构决定了混凝土有一定的含水率。当混凝土中的水足够多时,在毛细水压作用下,混凝土中的盐份被水带出淤积于混凝土表面,同时混凝土中的氢氧化钙、钠、钾等物质也会以水为载体溶出。到达混凝土表面后,随着水份蒸发,这些物质残留在混凝土表面,形成白色粉末状晶体,或者与空气中二氧化碳反应在混凝土表面结晶形成白色硬块。通过对泛碱产生的白色松软物质进行化学剖析,大部分产生的泛碱都是不溶于水的碳酸钙(CaCO3),偶尔也会发现极少量的其他种类的泛碱。这些盐类一般会随着雨雪等外界水分的作用下顺水而去,但是在部分拐角等角落里不易去除,对外观质量产生很大的影响。
1.2砌体泛碱现象
粘土砖、混凝土砌块、混凝土实心砖、砂浆等内部存在着大量孔隙,具有渗透性。自于湿度等外界介质进入其内部,可能会与其内部的硅酸盐发生作用,产生泛碱。泛碱析出的结晶在一定程度上可以提高基材表面的密实性,但由于雨水循环作用,会将沉积在表面的结晶物冲走,而基材内部由于可溶性物质的溶出,增大了孔隙串,降低了基材抗渗性,从而会使盐、碱的析出作用加剧。
1.3装饰花岗板泛碱现象
混凝土实(空)心砖砌体泛碱情况
1.4装饰粉刷泛碱现象
办公场所及户内110千伏变电站内墙装饰粉刷泛碱现象
1.5建筑物泛碱物质化学组成及来源
建筑物泛碱物质化学组成及来源详见表-1。
建筑材料泛碱物质的化学组成及来源 表-1
化学组成 |
来 源 |
氢氧化钙Ca(OH)2 |
从混凝土和砂浆中析出。 |
结晶硫酸钙CaSO4 . 2H2O |
碱性硫酸盐与石灰类物质反应; |
二氧化硫SO2 |
与空气中的湿气反应形成H2SO3 |
氯化钙结晶水CaCl2.nH2O |
在混凝土或砂浆中作为抗冻剂使用。 |
碳酸钙CaCO3 |
Ca(OH)2与空气中的CO2反应 |
氯化钾KCl,化钠NaCl |
来自除冰盐 |
硝酸钙结晶水Ca(NO3)2. nH2O |
含N的有机物分解并进一步与Ca2+反应 |
2. 泛碱成因
2.1泛碱机理
可溶性盐或碱是泛碱的内因,温湿差、压力差、干湿循环和冷热交替是泛碱的外因,水是介质,毛细管(孔)是泛碱的管道。
混凝土结构内部存在着大量毛细孔,具有一定的渗透性,形成了内部和外界联系的通道。由于温度差、湿度差的存在,外界介质进入其内部,可能会与其内部组成发生作用,然后由于蒸发又会带出来一部分物质,加剧了白霜的产生。但由于雨水循环作用,会将沉积在表面的结晶物冲走,而基材内部由于可溶性物质的溶出,增大了孔隙率,降低了基材抗渗性,从而会使盐、碱的析出作用加剧。
经过观察温度、湿度和风对泛碱都有着显著的影响。一般来说泛碱是季节性问题,大部分情况下在冬季出现,因为在冬季水分的蒸发速度变慢,可以使混凝土中的盐分充分溶入孔隙水中,并迁移到砂浆的表面。另外低温、高湿的气候条件常见于冬春交替季节,这种气候条件也很容易引起泛碱的发生。
泛碱现象终归是水造成的,其原因是复杂的,相互交织在一起的。
2.2混凝土产生泛碱的主要因素
水灰比过大,使混凝土内游离水增多,混凝土泛碱的可能性增大。
混凝土泛碱与水泥本身的品质有关,铝酸三钙(3CaO.Al2O3)含量低的水泥水化速度慢,容易产生泛碱。水泥中的含碱量≥0.6%时,也易产生泛碱。
外加剂掺入过多也会增加泛碱的程度,特别是混凝土工程使用氯化钙(CaCl2)、硫化钠(Na2SO4)或者以硫化钠为主要组分的复合产品作为早强剂,增加了形成泛碱的可溶性盐类,且硫酸钠在低温下溶解度较低,明显地增大混凝土表面析出泛碱的可能性。
在混凝土的配合比和集料配方面,砂率过小、级配不良的混凝土容易出现泛碱。
混凝土原材料内部可溶性盐和碱含量过高,在一定条件下析出的碱量越多。
2.3砌体及装饰面产生泛碱的主要因素
内外墙装饰面基底使用的腻子通常由可再分散乳胶粉、HPMC及硅酸盐白水泥、灰钙粉、滑石粉重钙类填料合成。但建筑市场上出现了由灰钙粉(CaO)、熟石膏 (CaSO41/2H2O)、石英砂(SiO2)、碳酸钙(CaCO3)等以复配的方法制造出来的“白水泥”, 由此合成的装饰面基底的腻子起主要粘接剂作用的是白水泥中的石膏粉和灰钙粉,这种腻子抗裂性差碱性强,用在内外墙涂饰工程上出现“爆灰”、泛碱等质量问题的概率很大。其原因在于白水泥中起粘合作用的主要物质之一熟石膏粉在遇水后硬化生硫酸钙,涂上涂料之后短时间反映不出质量问题,但用过一段时间之后底层与面层之间容易发生脱落。白水泥的固化主要是靠空气中的水分与白水泥中的石膏粉与灰钙石结合而成,当遇到湿度小、干燥多风的季节时腻子吸收不到足够的水分未完全固化前就干燥了,很容易造成腻子的粘接力差、易掉粉、强度差,影响了腻子和涂层之间的粘接强度。
3. 泛碱的危害
3.1建(构)筑主体结构泛碱的危害
3.2装饰工程泛碱的危害
4. 泛碱的治理与防控
4.1混凝土泛碱的防控
水泥三氧化硫的含量不得超过3.5%,碱的含量不得超过0.6%。
一般情况下在初凝的时候,析出到结构表面的水分越多,出现泛碱的严重程度就越大,说明了水灰比与混凝土出现泛碱成正比,严格控制混凝土拌合用水是防控混凝土泛碱关键。
混凝土中碱的来源不仅是从水泥,而且从混合材、外加剂、水,甚至有时从粗细骨料中来,有证据表明当混凝土全部原材料总碱量控制在(Na2O当量)≤3kg/m3,混凝土泛碱的概率明显降低,控制混凝土原材料总碱量是防控混凝土泛碱的有效方法。
浇筑混凝土时,一定要对砂、石进行严格检验,加工砂、石灰石碎石尽量少用于混凝土制备。
混凝土级配应合理、粗细骨料适当、砂率适中、振捣及时、混凝土结构密实、养护到位也是防止再次发生泛碱质量缺陷的关键所在。
对成品混凝土进行认真养护也是防控混凝土泛碱的有效方法。混凝土泛碱是由于携带氢氧化钙的水分子通过混凝土的空隙到达结构表面生成碳酸钙的,我们是可以考虑让氢氧化钙没有到达混凝土表面之前就能发生反应,水化蒸发的只是水分,氢氧化钙不能带出表面。我们可以增加养护时间,使混凝土的干燥时间延长,增加空气中的二氧化碳与氢氧化钙在混凝土内部反应的几率和时间,使生成的碳酸钙留在混凝土内部。另外可以在混凝土中添加配置的混合凝胶材料,使氢氧化钙在未析出之前就发生反应,以此来减少氢氧化钙的生成。
4.2砌体泛碱的防控
砂浆和硅酸盐混凝土砌块等水泥基复合材料都是亲水性材料,用有机硅憎水剂处理砂浆表面后,水无法渗入基材内部,可阻止泛碱现象发生。
4.3装饰工程泛碱的防控
4.4泛碱的治理
水是建(构)筑物泛碱的原动力。建(构)筑物泛碱的治理应紧紧围绕着治理建筑物渗漏水的环节,展开对泛碱病害进行防、堵、疏为重点的治理。
避免使用高碱水泥、严格按配合比进行混凝土制备、严格控制水灰比、严格控制混凝土外加剂(防冻剂、早强剂、缓凝剂、减水剂等)、严格控制砂率、保持足够的养护时间。
选择含碱率低的建筑材料、完善砌体防潮层设计、砌体严格按规范施工、避免砌体出现渗漏。
防止装饰泛碱的主要技术措施
⑴添加的高分子聚合物形成的不溶性薄膜切断了水分迁移的通道。
⑵高分子聚合物“锁水”性能可使水分缓慢释放,不产生多余水分向表面迁移。
⑶添加了能与氢氧化钙反应的助剂,抑制了碳酸钙的形成。
⑷添加的憎水助剂阻止了水的渗透。
⑸使用级配合理的砂子形成了密实的砂浆硬化体,减少了水分迁移的通道。
采用必要的技术手段排出混凝土、砌体结构内的水分,避免盐分在混凝土、砌体结构内结晶对墙身造成损害。
⑴将室内泛碱粉化部位铲掉,采用消黄粉或硫酸铝用水溶解后涂于泛碱墙体上,将室内门窗打开通风待墙体完全干燥后再批耐水腻子修补,然后选用优质涂料重新涂刷面层。
⑵外墙由碳酸钙沉淀形成的白霜,无法用水立即洗掉,小面积可用细砂纸磨去,大面积泛碱可采用喷砂法,用喷砂机向泛碱表面喷射干燥细砂。清水墙或彩色混凝土(或砂浆)表面均可采用这种方法。
⑴当泛碱表面面积不大、泛碱不严重的情况下,可以直接人工刮去,利用一些有一定厚度和刚度的钢片人工刮去混凝土表面的泛碱,露出内部混凝土即可。
⑵当混凝土面层泛碱表面面积较大的情况下,可选用酸洗法,采用1:10(盐酸:水)的稀盐酸进行清洗。在清洗之前必须用水湿润泛碱部位的表面,以利于稀盐酸能够充分的与泛碱进行反应,也可以防止盐酸通过混凝土孔隙进入内部对内部钢筋进行腐蚀。
大理石、瓷砖、文化砖、天然石材、彩色砂浆泛碱发生后可先用10%的草酸溶液对泛碱部分进行洗刷,然后再用清水冲洗干净,待充分干燥后,再用超强渗透、迅速固化的纳米级固化剂喷涂,可使泛碱现象不再发生。
5、小结
引起变电站建(构)筑物表面泛碱的原因复杂,要注意的细节也非常多,地域、温度、湿度、天气、季节等都有可能成为泛碱的因素,而且很多环节联系得很密切,各种因素相互联系、相互影响、相互作用,泛碱的样式也千奇百怪,对变电站建(构)筑物的外观质量产生了不同程度的影响。总之,泛碱是一种常见的变电站建(构)筑物外观质量通病,只要我们认真对待,采取切实可行的预防措施和行之有效的处理方式,一定能很好的预防和解决变电站建(构)筑物泛碱的问题,树立送变电施工企业的良好形象。
6、参考文献
6.1普通混凝土砂、石质量及检验方法标准JGJ52-2006,北京,中国建筑工程出版社,2006年
6.2建筑施工手册(第四版),北京,中国建筑工业出版社,2006年
6.3土木工程网,既有建筑物泛碱问题成因分析及治理意见
6.4李照斌,浅析建筑墙体泛碱处理,大陆桥视野,2010年第11期,第140页。
【作者简介】
米星平,男,(1957年10月—),大专,工程师/高级技师。1974年8月参加工作,1976年至1987年从事110千伏及以上送电线路安装施工,1987年至1990年脱产学习(工民建专业),1990年至2002年金华电业局基建处土建专职,2002年至今金华送变电工程有限公司工程部变电土建专职。