多孔混凝土制品中的水溶性組分隨水蒸發(fā)沉淀在材料表面，形成白色鹽狀物質(zhì)，這種泛堿現(xiàn)象常出現(xiàn)于混凝土制品表層，俗稱“析白”“泛白”“泛霜”。泛堿現(xiàn)象在混凝土工程施工中出現(xiàn)的比例高達(dá) 30%以上，對(duì)混凝土及其制品的外觀、結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量等級(jí)的評(píng)定與驗(yàn)收產(chǎn)生不利影響。由于制品中堿性物質(zhì)釋放緩慢，受天氣影響容易在制品表面及內(nèi)部循環(huán)，造成泛堿現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)，目前還沒(méi)有徹底的解決方法。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于混凝土制品的泛堿問(wèn)題已有較廣泛研究，但鮮有對(duì)鋼渣混凝土制品表面泛堿問(wèn)題的研究。鋼渣作為煉鋼的副產(chǎn)品，由于冶煉過(guò)程中加入了石灰、輕燒白云石、石灰石等材料，加之爐襯侵蝕，導(dǎo)致其包含的堿性物質(zhì)含量較高，在使用鋼渣作為混凝土拌合骨料時(shí)，鋼渣與水泥中的堿性物質(zhì)同時(shí)釋放，易造成鋼渣混凝土制品出現(xiàn)泛堿現(xiàn)象。

本文基于國(guó)內(nèi)外治理混凝土制品泛堿的研究，闡述混凝土制品泛堿的危害、產(chǎn)生原理及預(yù)防治理方法，從而為治理鋼渣混凝土制品泛堿提供思路。

1 國(guó)內(nèi)外混凝土制品表面泛堿研究

國(guó)外對(duì)建材表面泛堿的研究可追溯至19 世紀(jì)。Dow C和Glasser F P就波蘭特水泥建筑材料中泛堿主要成分碳酸鈣的形成機(jī)理開(kāi)展了相關(guān)研究。Nour Sghaier等人進(jìn)行了NaCl溶液在多孔介質(zhì)模型中的蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，研究了泛堿物質(zhì)層對(duì)多孔介質(zhì)干燥動(dòng)力學(xué)的影響，并提出，初次泛堿時(shí)，由于泛堿物質(zhì)的多孔特性而產(chǎn)生的毛細(xì)泵吸作用及溶解鹽對(duì)水活性的影響，會(huì)導(dǎo)致水蒸發(fā)速率提高，二次泛堿時(shí)，泛堿物質(zhì)層作為水蒸發(fā)擴(kuò)散的障礙，會(huì)顯著降低水的蒸發(fā)速率。Sidney Mindess, J. Francis Young和David Darwin認(rèn)為混凝土內(nèi)部可溶物發(fā)生明顯的滲濾才導(dǎo)致泛堿現(xiàn)象，而水中各種溶解鹽的總量決定了可溶物滲出速率，一般來(lái)說(shuō)采用軟水的侵蝕情況比硬水更嚴(yán)重，此外水中各種可溶鹽的溶解度與水溫密切相關(guān)，故水溫也會(huì)影響鹽堿的析出。

國(guó)內(nèi)對(duì)泛堿問(wèn)題的研究起步晚、發(fā)展快，對(duì)混凝土泛堿的研究多集中于裝飾砼。東南大學(xué)的Bin Xue 等人通過(guò)圖像分析、熱重分析和滲透性測(cè)試等手段，發(fā)現(xiàn)某些微生物可以捕捉大氣中的CO2與水泥基材料中的Ca(OH) 2反應(yīng)，從而降低水泥基材料中的Ca(OH) 2并提高其致密性。研究結(jié)果表明，當(dāng)微生物用量達(dá)到膠凝材料的4% 時(shí)，在微生物對(duì)水泥基材料的生物礦化作用下，水泥基墻板的泛堿面積比例可由30%下降至5%，同時(shí)墻板的抗壓、抗折強(qiáng)度達(dá)到最高。天津大學(xué)的高向東等人通過(guò)X射線衍射儀分析發(fā)現(xiàn)，路面磚泛堿物質(zhì)主要成分為70.8% NaHCO3、10.5% 無(wú)水Na2SO4等其他物質(zhì)。

1.1 泛堿造成的危害

混凝土制品表面泛堿主要帶來(lái)以下危害：在外觀質(zhì)量方面，制品泛堿會(huì)破壞其表面色澤、圖案，影響制品的美觀及鋪裝效果，對(duì)工程評(píng)定驗(yàn)收帶來(lái)不利影響。在力學(xué)性能方面，隨著制品內(nèi)部孔隙中可溶性鹽堿類物質(zhì)在制品表面持續(xù)聚集，內(nèi)部原有的穩(wěn)定平衡狀態(tài)被破壞，膠凝性化學(xué)組分隨之破壞分解，制品強(qiáng)度相應(yīng)損失。此外，當(dāng)泛堿物質(zhì)主要成分為Na 2SO4或Ca(OH) 2時(shí)，隨著它們?cè)谥破繁砻娌粩辔龀觯瑢?dǎo)致混凝土內(nèi)部孔隙率增加，會(huì)提高其滲透性能，進(jìn)一步加重制品泛堿狀況?；炷林破贩簤A嚴(yán)重時(shí)，混凝土表層組織結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，抗?jié)B、抗凍、抗碳化性能降低，制品的耐久性下降。

1.2 泛堿產(chǎn)生機(jī)理

按照生成過(guò)程的不同，泛堿可分為初次泛堿和二次泛堿兩種類型。水泥中的C 3S 、C2S 水化成C-S-H的同時(shí)，大量的Ca(OH)2隨之生成，溶于水的Ca 2+遷移至制品表面接觸空氣中CO 2反應(yīng)生成CaCO 3附著在制品表面，呈白色鹽霜狀，見(jiàn)圖1 。除Ca2+外，水泥中還存有Na +、K +等可溶組分，它們一般通過(guò)表面結(jié)晶和內(nèi)部結(jié)晶兩種結(jié)晶方式在多孔水泥基材料中析出，往往發(fā)生表面結(jié)晶時(shí)才會(huì)在制品表面產(chǎn)生白色物質(zhì)，形成泛堿。有學(xué)者用燈芯效應(yīng)解釋泛堿現(xiàn)象，認(rèn)為在混凝土的一面處于潮濕環(huán)境，而另一面相對(duì)干燥的情況下，混凝土內(nèi)部可溶堿性物質(zhì)析出過(guò)程類似于燈芯燃燒，研究者將這種情況下溶液在混凝土中傳輸?shù)倪^(guò)程稱為燈芯效應(yīng)。

重慶交通大學(xué)邢李進(jìn)等人利用SEM 掃描電鏡和X射線衍射儀對(duì)砂漿表面的泛堿物質(zhì)進(jìn)行觀察分析。在掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)砂漿表面存在許多的菱形礦物結(jié)構(gòu)，是典型的方解石晶體CaCO3，見(jiàn)圖2 。X射線衍射儀分析發(fā)現(xiàn)泛堿物質(zhì)化學(xué)組分主要是氫氧化鈣和碳酸鈣，此外還有鈉、鉀硫酸鹽等一些可溶性鹽類物質(zhì)。

1.3 泛堿防治方法

針對(duì)泛堿產(chǎn)生的條件，可采取相應(yīng)的措施預(yù)防治理泛堿。目前，通常采取化學(xué)方法和物理方法抑制混凝土泛堿，見(jiàn)圖3 。也有少量利用微生物對(duì)混凝土進(jìn)行生物礦化以減輕泛堿的研究，是一種較新穎的思路。

對(duì)于已出現(xiàn)泛堿現(xiàn)象的制品，蔣亞軍等人采取了以下措施：1 ）使用高壓水槍對(duì)出現(xiàn)泛堿的混凝土制品表面直接沖洗；2）配置低濃度鹽酸清洗；3）噴涂罩面保護(hù)劑。研究發(fā)現(xiàn)前兩種方法效果不理想，且對(duì)制品表面有一定的破壞作用，后一種方法效果不錯(cuò)，但會(huì)產(chǎn)生額外成本。

2 結(jié)論

通過(guò)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外關(guān)于處理混凝土泛堿問(wèn)題的文獻(xiàn)眾多，但僅針對(duì)水泥、外加劑、含堿金屬氧化物低的原材料，涉及建筑裝飾外墻、清水混凝土、燒結(jié)磚等方面，未見(jiàn)關(guān)于鋼渣材料制品所做的泛堿處理研究。通過(guò)研究泛堿產(chǎn)生的環(huán)境條件及機(jī)理，可從以下角度預(yù)防和治理鋼渣混凝土制品的表面泛堿。

1 ）改進(jìn)配方將混凝土內(nèi)部Ca(OH)2反應(yīng)固定下來(lái)。鋼渣混凝土制品表面泛堿物質(zhì)成分主要為CaCO 3，通過(guò)改進(jìn)配方使得混凝土中Ca(OH) 2與新?lián)饺氲姆勖夯?、硅粉等活性混合材反?yīng)生成C-S-H 、CaCO3等物質(zhì)而固定下來(lái)。

2 ）從原材料入手，控制堿性物質(zhì)的攝入。由于煉鋼的特性，鋼渣中的氧化鈣、氧化鎂等堿性物質(zhì)含量較高，可以提前預(yù)處理以釋放其中的堿性物質(zhì)，再將其作為混凝土骨料，并采用可溶堿性物質(zhì)含量低的水泥、砂石細(xì)骨料等原材料，從源頭控制堿性物質(zhì)的攝入。

3 ）改進(jìn)生產(chǎn)工藝流程，如優(yōu)化骨料顆粒級(jí)配，改善混凝土孔隙結(jié)構(gòu)，減少可溶性堿性物質(zhì)從混凝土中析出。改進(jìn)養(yǎng)護(hù)方式，如降低干燥速度、CO2養(yǎng)護(hù)等，讓Ca(OH) 2在混凝土內(nèi)部生成CaCO 3固定下來(lái)。

4 ）適當(dāng)使用外加劑對(duì)混凝土進(jìn)行憎水處理，隔絕可溶堿性物質(zhì)傳輸通道。憎水處理一般有表面處理和整體處理兩類方式，整體處理是在混凝土拌和過(guò)程中摻加防水性物質(zhì)包裹在骨料表面，使得混凝土中堿性物質(zhì)難以進(jìn)入溶液中，表面處理是在成型后的混凝土表面噴涂防水層，使得堿性物質(zhì)難以隨水分遷移至表面。