返堿引起的內(nèi)墻磚膨脹開裂問題案例分析

引言返堿是指墻體受潮后，伴隨著水分的蒸發(fā)，墻體內(nèi)部材料中氫氧化鈣、鉀、鈉離子等堿性物質(zhì)在墻體表面結(jié)晶、粉化的現(xiàn)象[1]，一般多發(fā)生于地面以上500mm范圍內(nèi)的砌體結(jié)構(gòu)或二次結(jié)構(gòu)填充砌體的根部[2]。返堿一般與墻體材料含堿高、砌體材料容易吸水以及墻體防水措施不到位有關(guān)[3-4]。返堿不但污染墻面，影響墻面外觀，還會給墻體結(jié)構(gòu)安全帶來隱患。但是，返堿的主要成分是什么，墻體返堿的主要原因與機理是什么，哪些成分參與了返堿，其危害有哪些，目前均不清楚，為此，本文針對兩例因返堿引起的內(nèi)墻磚開裂案例，分析了返堿產(chǎn)生白色粉末的主要成分，返堿的原因、機理，提出了對返堿的預(yù)防與處理措施。1、實際案例

因返堿引起的內(nèi)墻磚膨脹開裂現(xiàn)象較為常見，特別是夏季是返堿的高發(fā)期，為此選取兩處典型案例，介紹其工程特點。案例一：某教學(xué)樓三樓會議室的柱1m以下位置、窗下填充墻均發(fā)生了明顯的內(nèi)墻磚膨脹開裂現(xiàn)象，墻體已經(jīng)明顯變形，另外，可以明顯發(fā)現(xiàn)內(nèi)墻磚與墻體之間有較多的白色粉末，如圖1所示，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研可知，此三樓會議室位于頂樓，經(jīng)常發(fā)生滲漏雨水現(xiàn)象。圖1某會議室內(nèi)墻磚膨脹開裂圖案例二：某公共衛(wèi)生間內(nèi)墻磚釉面發(fā)生明顯脫落現(xiàn)象，如圖2所示。內(nèi)墻磚釉面脫落部位多發(fā)生于窗下內(nèi)墻以及分布有水管的內(nèi)墻表面，位置在地面以上1.8m內(nèi)，另外，內(nèi)墻磚釉面脫落處均可見有白色粉末。圖2某公共衛(wèi)生間內(nèi)墻磚釉面剝落圖2、工程返堿的機理與原因分析

2.1工程返堿粉末成分及形貌分析

圖3為圖1（b）中柱底部的白色粉末放大圖，由圖3可見放大后白色粉末的顏色輕微泛黃，根據(jù)經(jīng)驗可知其為工程返堿，由于堿在結(jié)晶、傳輸?shù)綁w表面的過程中容易受到墻體本身材料及雜質(zhì)的影響，白色的返堿有時也會呈現(xiàn)其他顏色。取該白色粉末粉磨至0.08mm，利用XRF、XRD、SEM-EDS分析其化學(xué)組成與礦物組成，結(jié)果分別見表1及圖4~圖6。圖3柱底部白色粉末表1白色粉末的化學(xué)組成%由表1可知，白色粉末的主要成分為SO3、Na2O、K2O、CaO，同時含有少量的SiO2、Al2O3、MgO、Cl、P2O5、TiO2等，由此可以推斷，白色粉末的主要礦物成分可能是Na2SO4、K2SO4類物質(zhì)。SiO2的存在，與白色粉末中存在少量細(xì)顆粒砂有關(guān)。由圖4可知，白色粉末中主要礦物組成為：Na2SO4、K3Na(SO4)2、Na(AlSi3O8)、Na2CO3·3NaHCO3、KHCO3、CaCO3、SiO2，其中鈉長石與石英是砂的主要成分[5]，在白色粉末中為雜質(zhì)，這與圖3、表1的結(jié)果一致。圖4返堿處白色粉末XRD圖譜由圖5可知，將白色粉末放大5000倍、10000倍、20000倍后發(fā)現(xiàn)，白色粉末主要呈現(xiàn)類橢圓球體、圓餅狀、球體等，各種形貌之間區(qū)別較小。選取圖5（b）的典型性顆粒進(jìn)行能譜測試，結(jié)果見圖6、表2。由結(jié)果可知，圖5（b）中顆粒1為鉀芒硝，顆粒2~顆粒5主要為無水芒硝硫酸鈉，另外，從能譜數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)各個顆粒里面還有較多的碳元素，結(jié)合圖4，可知顆粒1~顆粒5中還夾雜有鉀納的碳酸鹽、碳酸氫鹽等物質(zhì)，白色粉末的形貌較為復(fù)雜。圖5返堿處白色粉末的SEM圖譜圖6顆粒1~5的EDS能譜圖表2

顆粒1~5的元素組成（at.）%2.2工程返堿的機理及原因由圖4和表1可知，白色粉末中較多的SO3、Na2O、K2O主要以Na2SO4、K3Na(SO4)2、Na2CO3·3NaHCO3、KHCO3形式存在。其中，無水芒硝Na2SO4，白色，吸水會變成白色芒硝Na2SO4·10H2O并膨脹；鉀芒硝K3Na(SO4)2，白色，是一種相稱復(fù)鹽，主要來源于K2SO4和Na2SO4，K2SO4吸濕小，不易結(jié)塊，而其中的Na2SO4同樣遇水結(jié)晶膨脹；碳酸氫鈉石Na2CO3·3NaHCO3主要來源于Na2CO3，Na2CO3易吸濕變成Na2CO3·10H2O、Na2CO3·7H2O、Na2CO3·H2O而膨脹，而Na2CO3在潮濕條件下遇到空氣中CO2變成NaHCO3也會發(fā)生體積膨脹；重碳酸鉀石KHCO3主要來源于K2CO3，K2CO3同樣易吸濕結(jié)塊變成K2CO3·2H2O、2K2CO3·3H2O、KHCO3而膨脹。因此，Na2SO4、Na2CO3、K2CO3等吸水、結(jié)晶膨脹是造成內(nèi)墻磚膨脹、開裂的主要原因。白色粉末中的方解石CaCO3主要來源于水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2，混凝土或者砂漿孔溶液中的Ca(OH)2會在干燥條件下隨著水分蒸發(fā)被帶至混凝土表面，其顏色為白色，這個過程也是返堿，但此過程會造成混凝土收縮[6]。另外，由于空氣中CO2的存在，Ca(OH)2在潮濕條件下與CO2反應(yīng)生成CaCO3，因此，返堿的白色粉末中檢測到有CaCO3存在。Ca(OH)2轉(zhuǎn)變成CaCO3的這個過程為混凝土的碳化過程，碳化同樣會導(dǎo)致混凝土的收縮[7]。從上述分析可知，返堿產(chǎn)生的原因一方面是墻體材料中存在Na2SO4、Na2CO3、K2CO3、Ca(OH)2等形式的堿，其中Na2SO4是主要原因；另一方面是墻體等未做好防水、有水滲漏[8]。標(biāo)準(zhǔn)中常見建筑材料的堿含量限值見表3，堿含量超標(biāo)是導(dǎo)致墻體返堿的主要原因。由表3可知，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中只有水泥、磷渣粉、混凝土、拌合水對堿含量限值有具體的要求，而砂、石中僅限定了硫化物及硫酸鹽的含量，燒結(jié)磚中限定了每塊磚不允許嚴(yán)重泛霜，而對于外加劑、其他礦物摻合料、混凝土磚、砌塊、砌筑砂漿等均無明確的要求。因此，上述材料的生產(chǎn)以及相關(guān)施工過程是堿含量超標(biāo)的高發(fā)地，例如，為了提高砌筑抹灰砂漿的保水性，施工人員往往超劑量添加堿含量高的“砂漿王”。表3

標(biāo)準(zhǔn)中常見建筑材料的堿含量限值水泥混凝土中的堿分為可溶性堿和不可溶堿，可溶性堿常以硫酸鹽、碳酸鹽的形式存在，在水泥遇水后這部分堿可以迅速溶于水中，溶于水的可溶堿一部分可被水化產(chǎn)物吸附，一部分可以與礦物摻合料反應(yīng)，剩余存在于孔溶液中的堿為可利用堿，這部分堿是混凝土返堿的主要成分，同時也是引發(fā)混凝土堿骨料反應(yīng)的堿[9]。然而堿在混凝土中并非全是有害的，堿在混凝土中還可以起到穩(wěn)定水化產(chǎn)物，激發(fā)礦物摻合料，提高混凝土抗凍性、耐磨性與抗碳化性能的作用，因此堿在混凝土中的作用也具有兩面性。另外，混凝土的主要水化產(chǎn)物之一—氫氧化鈣也微溶于水，混凝土失水后，氫氧化鈣或者其碳化產(chǎn)物—碳酸鈣也會被帶至混凝土表面，因此氫氧化鈣與碳酸鈣也是混凝土返堿的成分之一，但是這部分返堿不會引起混凝土膨脹。減少氫氧化鈣含量有助于降低因此引起的返堿問題，但是氫氧化鈣較少時容易導(dǎo)致混凝土的中性化，不利于阻止鋼筋銹蝕。燒結(jié)磚中的可溶性堿（硫酸鈉等）隨水分蒸發(fā)也會在磚表面發(fā)生鹽析現(xiàn)象，同樣可以造成墻體返堿。另外，當(dāng)燒結(jié)磚的原料中含有石灰石時，在焙燒過程石灰石會分解成生石灰（過燒石灰）滯留在燒結(jié)磚內(nèi)，當(dāng)燒結(jié)磚遇水后，生石灰轉(zhuǎn)化成消石灰（氫氧化鈣），一方面會體積膨脹造成磚體開裂，另一方面氫氧化鈣被水帶到墻體表面形成返堿。因此，燒結(jié)磚中可溶性堿、過燒石灰含量較高也會造成磚體的膨脹開裂。墻體材料一般由砌塊、磚等砌筑而成，砌塊與磚的特點是空隙大，孔隙率高，在水存在的條件下，可以將外界、墻體內(nèi)部的堿帶至墻體表面，也是墻體產(chǎn)生返堿的主要原因之一。另外，結(jié)合工程案例可知，工程返堿發(fā)生的部位一般在墻體1.8m以下。同時，用水越頻繁，返堿發(fā)生的部位越高，但是1.8m以上墻體發(fā)生返堿的現(xiàn)象較少，這是由于墻體越高，堿和水在蒸發(fā)的過程傳輸?shù)穆窂皆介L，返堿越難發(fā)生。另外，夏季工程返堿現(xiàn)象較其他季節(jié)嚴(yán)重，這與夏季雨水較多、溫度較高、蒸發(fā)作用更強有關(guān)，同時，溫度升高會導(dǎo)致墻體中堿的結(jié)晶壓力更大，也更容易產(chǎn)生膨脹造成墻體開裂。3、返堿的預(yù)防與治理

由返堿的成因可知，堿、連通孔、水是造成墻體返堿的主要原因，因此，預(yù)防墻體返堿需要從以下方面考慮：（1）降低建筑材料中的可溶性堿含量，并通過提高礦物摻合料的用量，降低混凝土、砂漿中的氫氧化鈣含量。（2）提高墻體密實度，通過降低水灰比，優(yōu)化砂漿、混凝土配合比、添加膨脹劑等措施提高砂漿、混凝土的密實度，提高其抗水滲透和抗開裂能力。（3）做好結(jié)構(gòu)防水。通過防水措施，填補砂漿、混凝土的孔隙，杜絕墻體內(nèi)外的水交換。返堿一般以預(yù)防為主，治理相對較難，由于返堿的主要成分溶于水且呈堿性，可以首先采用沖水法、噴砂法、酸洗法等清除掉墻體表面的返堿，然后涂刷防水劑，再進(jìn)行墻面修復(fù)。結(jié)論

本文列舉了兩起因返堿引起的內(nèi)墻磚膨脹開裂問題案例，分析了返堿的主要成分，返堿的原因、機理并提出了對返堿的預(yù)防與處理措施，主要結(jié)論如下：

（1）返堿產(chǎn)生白色粉末的主要化學(xué)組成為SO3、Na2O、K2O、CaO等，主要礦物組成為Na2SO4、K3Na(SO4)2、Na2CO3·3NaHCO3、KHCO3、CaCO3等。（2）建筑材料中Na2SO4、Na2CO3、K2CO3等吸水、結(jié)晶膨脹是造成內(nèi)墻磚膨脹開裂的主要原因。（3）建筑材料中Na2SO4、Na2CO3、K2CO3、K2SO4、Ca(OH)2（或