3.5失光、溶蚀、黑垢、起壳、孔洞和吐粉
失光、溶蚀、黑垢、起壳、孔洞和吐粉是含碳酸盐类石材的系列病变。大理岩、石灰岩和白云岩等含碳酸盐类石材,其主要化学成分为碳酸钙和碳酸镁。而燃煤或燃油释放的酸性气体,主要是硫化物(SO2)、氮化物(NO和NO2)和碳化物(CO2)等。当酸性气体遇到水汽会变为硫酸、硝酸或碳酸等。例如煤炭里所含的硫化物随着煤炭的燃烧,生成二氧化硫,二氧化硫在尘埃中微量重金属离子的催化下会进一步氧化成为三氧化硫。三氧化硫溶于雨露即为硫酸。酸气、酸雾和酸雨会与含碳酸盐类石材的表面发生化学反应,如反应生成硫酸钙(CaSO4.2H2O俗称石膏)或硫酸镁(MgSO4.7H2O)等。结构较紧密的碳酸钙和碳酸镁变成了结构膨松的硫酸钙或硫酸镁的水合物(见图6),使石材表面产生“粉化”从而降低了光泽度。酸性雾气是使碳酸盐类石材表面失光的主要原因。随着时间延长,在雨水经常冲刷到的部位,这些水合膨松物会被溶解冲掉,形成“溶蚀”;在雨水难以冲刷到的部位,这些膨松物会吸附灰尘形成“黑垢”层;当垢层增厚到一定程度,相互挤压形成疱状或片状突起,直至剥落。若石材中含有较多的碳酸镁,其溶蚀速度更快,因为硫酸镁在水中的溶解度几乎是硫酸钙的300倍,常使碳酸岩石面形成一些小孔洞。另外,与上述过程类似的化学反应过程和水合膨胀现象也会在石材孔隙的内部发生,在空气中酸性气体以及潮气的共同作用下,反应生成的水合物的体积膨胀,白色的粉体不断地从石材的孔隙中被挤出,形成令人头痛的“吐粉”现象。
3.6裂纹:
当石材受到到的外部或内部应力大到一定程度时都可能造成裂纹和破损。特别是一些质地较软,吸水率较高的石材。常见的应力有:
(1)盐的作用:盐的作用包括结晶膨胀压力和水合压力。前面所述各种盐的溶液在岩石孔隙中结晶或形成水合物时,由于固体体积胀大,会产生很大的结晶压力或水合压力(如CaSO4.nH2O的结晶压力可达100-200MN/M2),反复的溶解和结晶足以胀破石材微孔,形成石面的裂纹甚至鳞片状剥落。尤其对一些孔形和孔径范围又不利于压力分散(如盲孔率高)的石材这种裂纹或剥落现象更为严重。一些常见盐的结晶压力见表1。
(2)冻融作用:众所周知水结冰体积膨胀,冰的膨胀压力是造成石材裂纹的原因之一。但是由物理化学原理知道:随着微孔孔径的减小,孔内水的蒸汽压相应降低,凝固点下降。孔隙内水的凝固点下降值与孔径的关系可以根据开尔文公式和克-克方程计算得到。对一些细小的微孔,水的凝固点可下降数拾度。因此微孔孔径较小的石材不易受到冰冻的破坏,只有孔径较大的裂隙处容易遭到到冰冻的加速破坏。这一现象已在我们实验室得到了验证。
(3)干湿循环等作用:石材大多是亲水性材料,有明显的吸湿膨胀性质。即吸潮后会膨胀,干燥后会收缩。当石材表面受到雨露和潮湿的润湿,阳光和风吹的干燥,再加上热脹冷缩的影响,日复一日地交替循环变化。这些物理变化的应力经过长时间的反复作用就会造成石材裂隙。
3.7油斑和油污斑:
石材表面的油斑和油污斑是常见到也是难去除的石材病症之一。污染石材的油污主要有以下四个来源:
(1)石材机械加工过程的油脂,如锯机和磨机的润滑油的滴漏等;
(2)人类食用油污染,多见于餐厅、厨房、过道的石材表面;
(3)机械或车辆泄露的机油或润滑脂等,多见于大门口和停车场地面石材;
(4)石面打蜡和上保护油等养护过程的错误,如产品品质低劣或使用不均匀等。
石材既是亲水性材料,更是亲油性材料。石材微孔隙的孔径分布很宽,比表面积很大,石材微孔对油污的吸附力和包裹作用相当强,一旦油脂渗入就很难清洗干净。油脂的渗入将使石材表面光的反射发生变化,造成难看的油斑;油斑还会自动吸附灰尘形成油污斑;某些油污斑还含有炭化或半碳化的有机物质形成黑污斑。
3.8胶粘剂渗出斑
石材外墙装饰大多采用干挂技术。干挂时固定石材主要使用AB胶,其主要成分是粘接树脂剂(以环氧为主)和固化剂组成的两组分胶粘剂。由于AB胶使用不正确,或者使用了劣质胶粘剂,没有固化的胶粘剂成分就可能在石材表面渗出,造成胶粘剂渗出斑。在AB胶使用中容易出现的问题是:
(1)混合不均:工人在施工过程中赶进度,未将AB胶的粘接树脂剂和固化剂两个组分混合均匀,特别是冬天气温低时,粘接树脂的粘度大,若工人仍按以前的方式混合就会混合不均;
(2)劣质产品:由于产品成分不对、配比不当或溶剂过多,导致AB胶不能完全反应固化,未固化的胶粘剂成分就会逐渐渗出。从化学成分的角度,胶粘剂渗出斑还可进一步区分为:①聚合物斑,即胶粘剂边渗出边发生交联反应,固化在石材表层;②低分子量物质渗出斑,为胶粘剂中未反应的固化剂等低分子量成分,类似于油斑;③色素斑,由于溶剂等小分子量分迁移挥发带出的色素物质,类似于有机色斑。
4、小结
石材病变主要的内因是石材天然存在的微孔隙,以及相对复杂的化学成分,加上加工、安装和使用过程中的特定环境因素作用,导致了许多难以用常规硬表面清洗方法去除的污斑或破损。仔细分析上述病变产生的原因对于病变的准确诊断、主动预防、对症治理或清理都是十分必要的。