TEL:(02)8630-3000  

石材種類 石材安裝 磁磚拋光磚 地毯萃取粉 石材養護 養護器材 拉皮工程 房屋健檢

                 
             花崗石水斑的形成與預防理論
                     
作者:陳建郎先生

為何花崗石 + 鹼性水泥 + 骨材砂化性反應 → 花崗石水斑
一、鹼性水泥 ─ 骨材的砂 → 鹼矽膠質
所有水泥砂漿化學性質的耐久性問題,常起因於骨材砂中具有高化性的矽質物。
當砂與強鹼性水泥之間產生化學反應,常發生不樂見的鹼性 一 骨材反應。
近年來,亦發現了較不常見的反應,例如黃鐵礦(FeS)與氫氧化鈣(CaOH)間
會發生膨脹性的反應,形成硫化鐵甚至氫氣化鐵,使得石材破裂,並使石材易
附帶產生花崗石水斑、鐵蛂B大理石吐黃的石材病變。

水泥砂漿發生破壞性化學反應,會於石材的產生整體性的龜裂,同時在破壞處
滲出一種膠狀物質,磁磚及石材的縫隙經常可見此種物質的析出,這些破壞是
水泥漿中的鹼,參與骨材砂中甚至花崗石本身的矽質物來化學反應,所發生膨
脹性侵入變質的結果。花崗石水斑也許結果形狀不一樣,但只要會吸水的石材,
就會受到不一危害。以龍爪膠隔離石材與水泥砂漿的接觸是有必要的措施。
另外,如何 讓水泥砂漿不吸水、不引響粘著就變成當務之急,龍爪粉因而應運
而生。

不同型態的矽質物,有不同的化性,一般與礦物結晶度、孔隙率、晶體大小及
結晶方式有關。蛋白石是天然產的矽質物中最具化性者,兼具非結晶質及多孔
性玻 璃質,其中所含的鈉或鉀,化性很強的物質。而有些劣化現象不明顯,
大概是所 含矽質物化性較差之故,但並不代表某些化性差的矽質物就不會破壞
混凝土、石材及其它建材,根據現有建築物的實地觀察,只是時間、程度上有差
異罷了。使用顆粒完整且不含黏土的白晶砂是目前最好的材料,只是石材施工規
範位建立時,一般廠商是不願意多花成本,因小失大的失敗案例也就屢見不鮮了!

二、控制鹼性 ─ 骨材間膨脹反應的因素有
1.化性矽質物的特性
2.具化性矽質物的數量
3.具化性材料的顆粒大小
4.水泥所提供鹼的數量
5.水泥砂漿所提供的水量
6.石材基地外來水份的控制
7.花崗石矽酸成份含量的多寡
矽砂具化性材料顆粒的大小,影響也很大。當顆粒大小屬於中等顆粒時的膨脹量
最大,所以要選用大顆完整的白晶砂。水泥中所含的鹼量為另一項重要因素;
實驗顯示,如果 Na2O 當量低於 0.6% 時,通常不會發生有害的膨脹量。龍爪粉
以降鹼含量為第一要務。 以化性物質的物理性及化學性來說:水泥砂漿中必須含
有充份的水量,才能滿足 鹼─ 骨材進行反應之所需。因此使用龍爪粉製成鬆底
的防水水泥,防止水份的 進入與乾燥是理想的方法,這也是最重要的一環。

三、鹼 ─ 矽 化學反應的四個階段〈水斑的形成過程〉
1.水泥中的鹼及具化性的矽物開始分解。
2.水化形成鹼-矽酸鹽膠體。
3.矽膠體吸收水份,液體溶液成型〈一種膠體顆粒的稀釋浮懸液〉
4.水份蒸發 → 固體矽膠物 + 吸水 → 液體矽膠物
5.花崗石 + 液體矽膠物→ 花崗石水斑
6.花崗石 + 液體矽膠物 + 吸水→ 花崗石水斑惡化

第一階段:由溶液中的鹼度控制,但並不包括水泥砂漿本身的可溶性鹼金屬離子
在內,雖然這些鹼金屬離子控制了混凝土孔隙中所含溶液的鹼度,高鹼水泥能增
加無定型矽質物的溶解度和分解速率,至於結晶形的矽質物,亦受周圍介質PH值
的影響,但較不顯著。

介質PH值SiO2的概略溶解率(ppm)
1.天然水 7-8 100~50
2.中度鹼性水 10 < 500
3.飽和Ca(OH)2 12 90000
4.低鹼水泥漿 ~12.5 ~500000
5.高鹼水泥漿 >13.0 無限大
▲水泥漿中PH 值對無定形矽質物水化的影響

第二階段:骨材砂中原有的孔隙率,決定矽質物的分解速率及第一階段所能發展的
程度,是整個骨材都開始分解呢?還是僅有部分開始分解呢?花崗石開始分解呢?
此點關係水斑形成的面積與形狀;還是被隔離?此點關係水斑形成的有與無。
由於鹼質的開始水化,使得孔隙產生流體,其中主要為氫氣化鈉(鉀),進一步使
矽成分水化,形成鹼─矽膠體(或固矽膠體)。矽砂與矽質花崗石的緻密度是特別
重要了。
S + N(K) → N(K) - S - H
骨材砂 + 孔隙流體 → 鹼 - 矽膠體

第三階段:上式並未包含進一步對石材的分解作用,且反應本身不具膨脹性。
但是,它已滲透破壞石材顆粒間的原始性,該反應由水泥砂漿向外向上或向下
發展,但能否推展至所有具化性的矽質物顆粒,端視其構造及成份而定,且所
產生 的膠體,會吸收大量的水份,導致體積膨脹,如果膨脹量夠大,所產生的
應力, 將使脆弱的骨材及其周圍的花崗石材破裂。

第四階段:在臨界膨脹發生後,此時矽膠體進一步的吸收水份,使得固態膠體變
成液體溶液,且不斷的循環由四周的裂縫及花崗石毛細孔吸入,在石材中形成難
以去除的水斑,同時此液體溶液與水泥漿中的CaOH,也可能產生二次反應,在破
壞的花崗石石材四周形成鈣─鹼─矽膠體的沉澱物,因此,吾人見到花崗石白華
與水斑、袨雩g常同時發生,也就不足為奇了。

由上面的描述,說明了花崗石水斑的膨脹,係以具化性矽質物顆粒所在位置為中
心向外擴展,如果水泥砂漿中,所含具化性的顆粒,數量很少,則溶液中所溶解
的鹼金屬離子,能移動到這些分散的中心,來形成鹼矽酸鹽膠體,並能造成局部
性的高膨脹量,破壞骨材構架,如果具化性顆粒的數量很多時,則鹼金屬離子的
數量,將不足以使每一個具化性的顆粒完全反應,因此,膨脹量減少,說明了
「不良百分比」存在的原因,如果反應在砂中視無礙的,反映在花崗石水斑則是
有害的。

四、鹼性水泥 - 骨材砂反應 (水斑) 的控制
我們利用已知影響鹼 一 骨材反應的因素,來避免水泥砂漿對花崗石、石材造成
的不良影響,可採用的方式有:
水泥中加入龍爪粉的混合劑,能控制鹼一骨材反應的膨脹量,水泥中添加的矽灰,
能與水泥漿中的氫氣化鈣發生反應,因而降低孔隙溶液的PH值,達到抑制鹼一骨材
反應的目的。然而,具高度化性的矽質物,與細顆粒的矽灰性質類似,皆能產生迅
速而無害的鹼 ─ 矽灰反應,而消耗水泥中的鹼質,此項反應直接進入所述的第四
階段避開第三階段的惡化反應,此一觀點完全發展成熟。水泥中鹼值的濃度,很容
易藉著採用Na2O,當量低於0.6 重量%的低鹼水泥,來加以控制,由於製造技術及
環境的改變,水泥中鹼質的含量有提高的可能,因此控制鹼一骨材反應的方法,
將不能僅依賴採用低鹼水泥一途了,譬如採用龍 爪粉加龍爪水拌合,即為可行
辦法。至於高鹼水泥與未來愈用愈多的低品質骨材(因高品質用罄),將更容易
造成鹼一矽間的問題,此點值得吾人深思,並應早日謀求解決之道,改用白晶砂
是建議的方法。另一種比較好的解決方法,是利用岩石分析的方法及記錄以往骨材
品質的好壞,作為避免選用敏感性骨材的依據,河礫石是所有骨材中最具危險性的,因為他們很具化性。

結論:
1.如果我們採用適當岩石分析法,來檢驗骨材的品質,使所供應的骨材中,
具化性的部份,能控制其數 量的多寡及顆粒的大小,如此一來,便能夠使其所
產生的膨脹量,在安全限度的範圍內,但現實上並不 經濟可行,建議使用經過
清洗、烘乾、篩選處理石材專用白晶砂
2.限制造成鹼 一 矽膠體,回脹所需水的減少供應量,也減緩回脹反應的速率。
但只有在水份無法繼續供應時,或水泥砂漿防水之下, 進一步的膨脹才不會發生,
龍爪粉用作控制鹼 - 矽膠體,有減少其水份的能力,也很經濟。
3.隔絕花崗石與 ─ 矽膠體接觸的背膠防護處理,防止四面八方水份進入花崗石的
龍爪膠防護處理,成了我們有能力且有效控制花崗石水斑的方法。


大理石 石材設計 石材防護劑 石材亮光劑 石材清潔劑 石材施工法 石材奈米保養
花崗石 石材工廠 大理石美容 大理石保養 大理石修復 石材電視牆 石材安全鑑定
超薄板 石材產業 浸泡防護廠 瓦楞板膠帶 龍爪膠影片 拋光石英磚 拋光石英磚保養 
文章園地 石材公司 加熱地板 地毯萃取粉 石材填補劑 石材黏著劑         


 
 
 
 
 

多多美護工程有限公司 版權所有 報備轉載 © 2014TO TO STONE CARE SUPPLY CO., LTD.
電話:(02) 8630-3000  傳真:(02) 8630-5000 
門市地址:249 新北市八里區龍米路2段140巷25號
公司登記地址:台北市北投區大度路3段301巷82號4樓   統一編號:86731504
聯絡我們:E-mail totocare@ms24.hinet.net