泛霜試驗：建筑材料表面析鹽現象的評估與防治

引言：不可忽視的表面“白霜”

在建筑材料，特別是燒結磚、砌塊、天然石材及部分混凝土制品的使用過程中，常可見其表面出現一層白色或灰白色的絮狀、粉末狀結晶物質，這種現象被稱為“泛霜”（Efflorescence）。它不僅影響建筑物的外觀美感，更重要的是可能預示著材料內部存在潛在缺陷，長期發展甚至會損害材料的耐久性和結構強度。因此，科學、規范地進行泛霜試驗，對于評估建材質量、指導生產應用、保障工程安全具有至關重要的意義。

一、 泛霜現象的本質與危害

• 本質： 泛霜是建筑材料內部所含可溶性鹽類（如硫酸鹽、碳酸鹽、氯化物等）在水的作用下遷移至制品表面，隨著水分蒸發而析出結晶的結果。它是一個物理化學過程，核心在于“水”的遷移攜帶作用和“可溶性鹽”的存在。
• 危害：
  • 外觀劣化： 白色鹽霜覆蓋材料表面，形成難看的斑跡，嚴重影響建筑美觀。
  • 表層剝落： 鹽類在材料孔隙或表層下結晶時，會產生巨大的結晶壓力（尤其硫酸鹽），導致材料表層酥松、起粉、剝落（此現象有時稱為“鹽析”或“粉化”）。
  • 加速風化： 剝落破壞了材料表面的保護層，使其更易受到凍融循環、雨水沖刷等自然因素的侵蝕，加速整體風化破壞。
  • 強度損失： 嚴重的內部鹽析可破壞材料內部結構，導致抗壓、抗折強度下降。
  • 影響飾面： 對于需要涂刷涂料或粘貼飾面的基材，泛霜會破壞粘結層，導致飾面層空鼓、脫落。

二、 泛霜形成的機理

泛霜的形成通常需要三個必要條件同時存在：

1. 材料內部含有可溶性鹽： 這是泛霜的物質基礎。鹽分可能來源于原材料（如含鹽量高的黏土、集料）、生產用水、外加劑，或后期環境侵入（如海水、融雪劑、地下水）。
2. 水分的存在與遷移： 水分（液態水或水蒸氣）是溶解并攜帶鹽分遷移的載體。水分通過毛細作用、滲透或蒸汽擴散等方式進入材料內部，溶解鹽分，形成鹽溶液。
3. 蒸發干燥條件： 當鹽溶液隨水分遷移至材料表面（或近表面區域）時，在干燥環境下水分蒸發散失，溶解的鹽分因濃度不斷增大而最終結晶析出，形成可見的泛霜。

三、 泛霜試驗的目的與方法

泛霜試驗的核心目的在于模擬加速上述鹽分遷移和析出的過程，在較短時間內評估材料抵抗泛霜的能力或測定其泛霜的嚴重程度。常用的標準試驗方法主要基于以下原理：

• 試驗目的：

  • 定性或定量評價材料泛霜的傾向性（是否容易泛霜）。
  • 比較不同材料、不同生產工藝或不同原料配比產品的抗泛霜性能。
  • 為產品質量控制和工程應用提供依據。

• 常用試驗方法概述（以典型建材如磚、砌塊為例）：

  • 樣品準備： 取規定數量、具有代表性的試樣，清潔表面。通常要求試樣處于氣干狀態。
  • 浸水飽和： 將試樣垂直立于盛有蒸餾水（或去離子水）的淺盤中，水面高度一般控制在試樣高度的1/3至1/2處。確保水分通過毛細作用由底部向上遷移。用透明罩蓋住淺盤，保持內部高濕度環境，防止表面過快干燥。此階段持續數天（根據具體標準，如5-7天），使試樣充分吸水，內部鹽分溶解遷移。
  • 干燥析出： 將試樣從淺盤中取出，置于干燥通風的環境（如溫度105±5°C的烘箱或特定溫濕度的環境箱）中干燥一定時間（如24小時或更久）。在此干燥過程中，遷移至表面的水分蒸發，鹽分析出。
  • 觀察與記錄： 干燥結束后，在光線充足條件下（必要時可用濕潤軟布輕輕擦拭表面浮塵），觀察試樣表面（特別是浸水線以上區域）泛霜出現的面積、分布、顏色、形態（粉狀、絮狀、結晶狀等）。記錄每次循環后的泛霜情況。
  • 循環試驗： 為了更嚴格地評價，上述“浸水飽和→干燥析出→觀察記錄”過程通常需要重復進行多次（如5次、10次或15次循環）。每次循環后均需詳細記錄泛霜變化。

• 關鍵控制點：

  • 用水純度： 必須使用蒸餾水或去離子水，避免引入新的鹽分干擾結果。
  • 環境條件： 浸水環境的濕度、干燥環境的溫度和濕度需按標準嚴格控制，以保證試驗的可重復性和可比性。
  • 觀察標準： 對泛霜程度的描述和分級需依據統一的判定標準（如面積百分比、嚴重程度等級）。

四、 試驗結果判定與分級

泛霜試驗結果的判定通常基于以下幾個方面：

1. 泛霜程度（嚴重性）：

   • 無泛霜： 試樣表面未出現可見的鹽析物。
   • 輕微泛霜： 試樣表面出現少量細小、分散的鹽析物，形成斑點或條紋，但覆蓋面積小，霜層薄且易于擦除（擦除后無殘留物或殘留物極少）。
   • 中等泛霜： 試樣表面出現較多鹽析物，覆蓋面積較大，形成較明顯的霜層，部分結晶顆粒較大，擦除后可能有少量殘留。
   • 嚴重泛霜： 試樣表面出現大量鹽析物，覆蓋面積大且密集，霜層厚實，結晶顆粒粗大（甚至呈絮狀堆積），擦除困難或擦除后留下明顯的痕跡或導致表層材料剝落。

2. 泛霜類型（根據鹽分）： 通過化學分析（非必做，但有時用于深入研究）可確定析出鹽的主要成分（如硫酸鹽、碳酸鹽、氯化物等），有助于追溯鹽分來源。

3. 分級標準： 具體的分級規定（如面積界限、描述性定義）需依據所執行的國家或行業標準（如GB/T 2542《砌墻磚試驗方法》、GB/T 4111《混凝土砌塊和磚試驗方法》等）。標準中會明確規定合格品、優等品等不同質量等級對泛霜程度的要求。

五、 泛霜的預防與治理

根據泛霜形成的機理和試驗結果，可以采取以下措施進行預防和治理：

• 原材料控制：
  • 選用低含鹽量、低硫酸鹽含量的黏土、頁巖、工業廢渣等原料。
  • 嚴格控制生產用水的鹽分含量。
  • 慎用可能引入可溶性鹽的外加劑。
• 生產工藝優化：
  • 適當提高燒結溫度，使可溶性鹽在高溫下形成不溶性礦物。
  • 優化成型壓力和坯體密實度，減少孔隙率，降低毛細吸水速率。
  • 保證充分的養護時間。
• 施工與使用防護：
  • 保持建筑物良好的排水系統，避免墻體長期受潮或浸泡。
  • 在易受潮部位（如勒腳、地下室）使用抗泛霜性能更好的材料或采取有效防潮措施（如防水砂漿抹面、涂刷憎水劑）。
  • 避免使用含鹽量高的砂、水拌制砌筑或抹灰砂漿。
  • 遠離海水侵蝕、融雪劑噴灑等鹽污染源。
• 已發生泛霜的治理：
  • 物理清除： 對于輕微、新生的泛霜，可用硬毛刷或低壓水沖刷清除表面浮霜（注意避免損傷材料本體）。但此法無法根除內部鹽分，常會復發。
  • 化學處理： 使用專用清洗劑（多為酸性溶液）溶解清除表面鹽分，清洗后務必用大量清水徹底沖洗殘留藥劑。需謹慎選擇藥劑，避免腐蝕材料。
  • 阻斷水源： 查找并消除水分來源（如修補裂縫、改善排水、加強防潮層）是根本解決之道。水分通道被切斷后，鹽分遷移即停止。
  • 表面封閉： 在干燥、清潔的表面涂刷優質透氣型憎水劑或硅烷類保護劑，形成憎水層，減少水分的侵入和鹽分的遷移析出。注意選擇不影響墻體透氣性的產品。

結語：科學評估，有效應對

泛霜試驗是揭示建筑材料內在品質、預測其長期耐久性能的重要技術手段。通過標準化的試驗方法，可以客觀地評價材料的抗泛霜性能，為生產質量控制、工程材料選用和既有建筑維護提供科學依據。理解泛霜的成因、掌握其評估方法，并采取針對性的預防和治理措施，對于提升建筑工程質量、延長建筑物使用壽命、保障結構安全具有重要意義。在建材生產、工程建設和建筑維護的全過程中，都應給予泛霜問題足夠的重視。