从治理角度,石材的病症基本上可分为两大类:
(1)石材表层微孔被污染物占据,而石材本身的微结构还未受到明显破坏,例如,多数锈黄斑、有机色斑、盐斑与白华、水斑、油污斑等。对于这类病症的治理,专业清洗(主要是化学清洗)是首选方法。
(2)石材表层的微结构已经受到一定程度的破坏,例如表面失光、粉化、起壳剥落、孔洞、裂纹等。对于第二类病症,一般使用翻新方法治理。石材的翻新技术将在以后的讲座中专门论述。
1石材清洗的特点石材清洗不同于一般硬表面清洗的特点是:需要清除已经深入石材表层微孔的污迹,通常称之为-深层清洗。一般讲,石材深层清洗至少应包括以下三个步骤:
(1)清洗剂经过渗透过程进入石材的微孔隙;(2)清洗剂与污染物分子发生物理的或化学的作用;(3)通过吸出或稀释等步骤清除残留物。
这里(1)项和(3)项是完成深层清洗的基本操作步骤,而第(2)项,即能与污染物分子发生作用的清洗剂需要根据污染物的性质、石材的材质以及处理过程的方便而精心设计。
目前,最常用的石材清洗方法有以下两种。
1.1覆贴法覆贴法是利用纤维、粉末或胶体等吸附材料将清洗剂润湿贴敷在石材表面,为了保湿和延长作用时间,通常还需要用塑料薄膜覆盖。覆贴法能使清洗剂有足够的时间渗透进入石材的微孔隙,并充分地与污物发生作用。同时,覆贴法也利用水或溶剂在吸附材料表层挥发产生的抽提作用,将已溶解的污物或残液吸出石材微孔。简言之,覆贴法的工作原理是:渗透-作用-抽提。该方法不仅用药量少,作用时间长,抑制向深处渗透,同时还便于垂直面和天花板的作业,效果不错。石材的化学清洗最好使用贴敷法。
1.2喷涂洗刷法在污迹不重,清洗速度较快,或者不便贴敷(如火烧板外墙等)的情况下可用喷涂洗刷法。喷涂洗刷法的基本操作过程是:用塑料喷壶(注意不宜用铁等金属)将清洗剂喷雾到石材表面,作用一定时间;用塑料刷擦洗;然后用清水喷雾清洗;最后用布等吸附物擦干。
注意,两种清洗方法最后都需要清除掉残留的药水(即最后都有吸干操作工序),否则很容易留下干涸的药水印迹或引发其他石材病变。
2石材病变的清洗原理为了讲清石材清洗剂的工作原理,我们将结合的石材具体病变来说明,所列清洗剂牌号仅供大家参考。
2.1锈黄斑清洗原理石材表层锈黄斑的清洗主要是依靠还原和稳定铁离子,基本步骤是:
(1)将三价铁离子还原为二价铁离子因为铁锈多以三价铁离子的固体状态存在,将其还原为可溶性的二价铁离子,二价铁离子基本是无色状态;(2)稳定二价铁离子使用稳定剂,以防止逆反应的发生,减小日后石材微孔内残留物再次锈出的可能性;(3)吸走二价铁离子使用覆贴法或其他清除措施使还原后的铁离子和药水残液脱离石材表层,否则将留下药水斑痕或导致日后返黄。最简单的检测残留药水的方法是测量被清洗石面的pH值。
注意:千万不要盲目使用强酸清洗的方法!因为强酸清洗往往会造成石材/水斑0的病变,而水斑比锈黄斑更难清除。
对于花岗石上锈黄斑的清洗,我们已经研制出/花岗石清洗剂(C22)",可以很有效地清除锈黄斑,对/美国白麻0、/山东白麻0等各种花岗石上的锈黄斑有特效。
从化学角度,对于花岗石上锈黄斑的清除比大理石上要容易,因为三价铁离子的还原要求在酸性条件下完成。花岗石耐酸,而大理石不能使用酸性溶液清洗,否则会被腐蚀而使表面失光。
对于大理石上的锈黄斑我们也已研制出/大理石锈黄斑清洗剂(C33)",这是一种中性的专用于碳酸盐类石材,如大理石、白云石、石灰石等表面的清洗剂。其主要功能是清除因铁锈污染产生的锈黄斑,其除锈效果比花岗石清洗剂差一些。
2.2有机色斑清洗原理能造成有机色斑的色素的种类很多,但清洗原理基本相同,主要依靠化学脱色,其基本步骤是:
(1)靠化学脱色剂作用,破坏色素分子;(2)维持一定作用时间;(3)使用加速措施;例如,可使用紫外线灯照射或加热以增加破坏色素分子键的能量;(4)清除反应残液。
化学脱色方法对各种有机色斑的清除都是有效的,例如:草绳黄,以及咖啡、茶叶、排泄物、糜烂液等原因造成的黄斑;蓝墨水、记号笔和有色物转印等留下的颜色斑;某些胶粘剂和化学品渗染等原因造成的印迹等。
多数化学脱色剂是中性的,因此不论是花岗石还是大理石都可使用。例如,我们研制的/有机色斑清除剂(C32)0可以渗入石材微孔有效清除各种有机色斑。
一般情况下有机色斑清除剂采用覆贴法施工,在需要用紫外线灯照射加速清洗的情况下才采用喷涂洗刷法施工。另外,C32除了可应用于各种石材外,也被推广应用于清除地毯和广告牌等其他材质上的有机色斑。
2.3水斑清洗原理在前一讲中,我们已总结了石材/水斑0有4种类型。
(1)纯水合凝胶体y水斑;(2)吸湿性盐碱+水合凝胶体y水斑;(3)潮湿+水合凝胶体y水斑;(4)已经干了的类似于水斑的印迹。
这4种类型水斑之间有一定的联系:第1类水斑,即纯水合凝胶体水斑在干燥的环境中,若无吸湿性盐碱干扰,经过一定时间(长达1~2年)会逐渐干燥,转变为第4类水斑;第3类水斑,即潮湿水合凝胶体水斑,若能切断水源和去除潮湿,且无吸湿性盐碱干扰,经过一定时间(长达数月)会转变为第1类水斑,再继续发展也会变为第4类水斑。这样,水斑的治理就集中为以下三个方面。
2.3.1切断水源和隔离潮湿对于石材直接或间接地与潮湿或与水源相连,例如彼邻潮湿土层的地面和墙面,或者是附近经常有水渗出的部位等,首先应该使用/堵0(例如用隔离膜或封闭剂等)或/排0(例如打低位井或排水通道等)的方法切断水源和隔离潮湿。若水斑总与潮湿相连,使用再多的药水也是难以治愈水斑的。
2.3.2去除水斑印迹对于已经干了的类似于水斑的印迹,实际上是沉积的污垢,清除原理较为简单:清除沉积的无机污垢,可以使用无机污垢清洗剂,例如前面提到的花岗石清洗剂(C22);清除沉积的有机污垢,可以使用有机色素脱色剂,例如前面提到的有机色斑清除剂(C32);这两种药剂可以分别使用,也可以混合使用,混合使用较为省时省力。
2.3.3破坏水合凝胶体对于有吸湿性盐碱的水斑,由于吸湿性盐碱具有较低的水蒸气压,加上石材微孔隙的附加压力(微孔毛细现象)和水合凝胶体的保护,这类水斑是很难自然干燥的。清除方法可采用/鸡尾酒疗法0:(1)破坏水泥水合物凝胶体,可以使用凝胶体破坏剂,例如水斑净(C27);(2)清除沉积的无机污垢,可以使用无机污垢清洗剂,例如前面提到的花岗石清洗剂(C22);(3)清除沉积的有机污垢,可以使用有机色素脱色剂,例如前面提到的有机色斑清除剂(C32);(4)脱去吸湿性盐碱,可以使用吸附物覆贴;上述3种药水一般按1B1B1的比例混合使用,多采用覆贴法施工。从总体上讲,水斑仍然是最难清洗的石材病变,我们实验室还在进一步探索水斑清洗规律。这里主要讲清洗,关于预防方法只简单地提一下。
一些经过实验证实的可以有效预防水斑的措施有:(1)安装前应设计防潮措施(堵+排);(2)预留水蒸气通道;(3)避免使用劣质水泥;(4)不要盲目使用水泥添加剂等;(5)尽量减少水泥沙浆中水的含量和沙浆的用量;(6)安装和保养期间避免石材被淋湿或水洗受潮;(7)必须正确使用石材防护剂和使用可靠的防护剂。
2.4盐碱斑与白华清除原理2.4.1盐碱斑盐碱斑是可溶性盐类或碱类借助于水或潮气,透过石材的微孔、裂隙或接缝在石材表面析出的白色结晶物质,最常见的有:(1)沿海地区海盐的析出;(2)盐碱地区盐碱的爬升;(3)劣质水泥中过量碱的析出等。清除可溶性盐碱的最广谱的方法是采用湿法吸附(例如用纸浆等材料吸附)或酸碱中和(例如用稀的酸溶液清除碱类)。如能鉴别出盐碱的种类,有针对性地使用一些化学清洗剂,可大大加速清除速度。
2.4.2白华白华是指从石材的接缝中流出来的白色物质,主要是水泥砂浆中钙、镁等的氢氧化物溶液从缝隙中渗出来,与空气中二氧化碳反应生成白色的碳酸钙或碳酸镁等结晶,即所谓"一次性白华"(弱酸的盐类)。当遇到酸雨或酸雾,继续反应形成硫酸钙等新的盐类,在石材表面析出后形成"二次性白华"(强酸的盐类)。
白华属于盐碱斑的一种,其清除可用:
(1)对于厚层白华可先用工具铲除,再用水清洗;(2)对于薄层白华可直接用清水擦洗;(3)由于钙盐(特别是碳酸钙)在水中的溶解度很小,直接用水擦洗有一定难度时,可使用"白华清洗剂"等专业清洗剂来擦洗。
清洗白华或盐碱斑时应注意方面:
(1)不要擅自使用强酸来清洗,因为强酸不仅容易使石材表面失光,而且可能产生水斑等多种病变;(2)应先做小试,尤其作过防护的石面,某些清洗剂或酸类会使防护过的石面变黄;(3)白华清除后,残液必须清除干净,否则仍会留下白色印迹;(4)对于大理石等含钙石材表面上的白华或盐碱斑,不能使用酸性清洗剂,否则将造成石材表面失光或被腐蚀。
2.5油斑清除原理2.5.1油脂污染及清除原理对于石材的油脂污染,包括:机油或润滑油、食用油、蜡或保护油等形成的油斑、油污斑或黑污斑,其清除原理是:使用对油脂吸附力更强的材料将石材微孔中的油脂吸出来。为扩大与石材的接触面,油斑清除剂往往做成膏状物。
2.5.2脱油过程(1)使膏状物与石材密切相贴;(2)靠去油剂使油脂脱离微孔壁;(3)将油脂从石材微孔中吸出。
实际上,油斑的清除是覆贴法的延伸。我们已经研究出"石材油斑清除膏(C42)",可以有效去除石材表面的油脂污染。
2.6AB胶渗出斑的清除原理AB胶渗出斑是在石材外墙干挂安装过程中,AB胶中的成分渗到石材表面留下的印迹。AB胶的主要成分是粘接树脂剂(以环氧为主)和固化剂。(1)若是AB胶使用时混合不均(尤其是冬天)造成,其中:
1、粘接树脂渗出,可用类似于清除油斑的方法清除(即用吸出的方法);2、固化剂渗出,可用类似于清除有机黄斑的方法清除(即用反应脱色方法);(2)若是石材安装过程使用了劣质胶粘剂造成的,就应具体分析是什么化学物质渗出,去除过程相对更复杂一些。3石材清洗的注意事项石材病变化学清洗必须注意的问题有:
(1)先作小试验:石材的“病变”千差万别,例如形成水斑的易潮解的盐类可以有多种。清洗剂只适应某些情况。因此,在不了解污迹成因的情况下,提倡先作小试验;(2)谨慎选择清洗剂:许多廉价或劣质清洗剂往往是一些强酸或强碱,它们很可能引发更严重的石材病,例如,强酸清洗是引起日后水斑和锈黄斑的主要原因之一,因此应正确选择清洗剂;(3)严格操作规程:石材清洗不同于一般硬表面清洗,要发挥清洗剂的最大作用效果,应严格按照操作规程施工,特别是用药量和作用时间的控制;(4)保护好不准备清洗的部分:对于病变石材周围的物体,如相嵌的大理石、铝合金门窗等应用胶带纸等保护,对周边环境和绿地等应防止药水和清洗水流淌而造成危害;(5)注意清除残留的有害化学品:例如在覆贴法和喷涂洗刷法后(除油过程例外)都应反复使用清水打湿和用布吸干,直到残留物清除干净,否则很可能留下斑痕或隐患;(6)请专家论证:对于石质文物和古建筑的清洗应请有关专家论证。