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1、石材的腐蝕機理和破壞因素 我國的石質(zhì)材料品種繁多，應(yīng)用廣泛。從石器時代的巖畫、石器，到歷代的石窟造像、石塔經(jīng)幢、石橋牌坊、石碑石雕、各種石頭建筑以及目前普遍使用的裝飾石材等等，構(gòu)成了我國特有的“石文化”，成為中華文化的重要組成部分。這些使用的石材大部分與其他物體或大地相聯(lián)，暴露在自然界的風(fēng)化環(huán)境中，特別是近代工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染對石材的威脅更加嚴重，另外不正確的安裝、維修和防護也會造成嚴重破壞。為了更充分地發(fā)揮石材的社會和經(jīng)濟效益，有效地進行維護管理和科學(xué)地運用防護措施，研究石材的腐蝕機理和破壞因素是十分必
2、要的。? 石材的腐蝕破壞既是一個復(fù)雜的過程，又是石材內(nèi)在性質(zhì)和與環(huán)境因素相互作用的結(jié)果。?石材的內(nèi)在性質(zhì)包括其化學(xué)組成和顆粒結(jié)構(gòu)，例如，碳酸鹽巖石中碳酸鹽含量超過50％?，其主要化學(xué)組成是碳酸鈣和碳酸鎂等，具體的又可分為石灰石、白云石和大理石。石灰石90％以上的成分是碳酸鈣，白云石中含有一定量的碳酸鎂，大理石是經(jīng)過重結(jié)晶的碳酸鈣。這三者因為晶粒差異、孔徑分布不同及以后沉積的緣故，物理性能有所差異，抗腐蝕性也不同。后沉積即重結(jié)晶會提高強度，降低微孔率，延長使用壽命。另外，砂巖和花崗巖也是常用的石材。這些石材的
3、性質(zhì)和結(jié)構(gòu)各不相同，但是它們的表面和內(nèi)部都有許多直徑零點幾到幾百個納米的微孔，這些微孔是氣體和水份進出人石材內(nèi)部的通道，同時氣體和水份也將酸堿鹽等物質(zhì)帶人和帶出，使石材與環(huán)境更緊密相聯(lián)。? 環(huán)境因素包括當(dāng)?shù)氐臍夂蚺c氣象，如氣溫變化、雨水與潮濕、風(fēng)雪；包括鄰近接觸物的影響，如大地、海水或依托體；還包括環(huán)境空氣成分，如大氣中酸性氣體含量(如s?、C02、NO?等)以及懸浮顆粒物(aSP)都直接影響石材的使用壽命。我國是硫化物污染較嚴重的國家之一，許多地區(qū)的環(huán)境空氣質(zhì)量達不到國家三級標準，環(huán)境污染的破環(huán)問題已提到
4、首要議事日程上來，應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。? I．石材腐蝕機理? 石材的腐蝕按照作用機制主要可以分為以下幾種：? I．1物理腐蝕? I．1．1凍損：凍損是造成石材裂縫的主要原因之一。雨水、冷凝水或地下水通過微孔進人石材，隨著溫度的變化，石材的體積反復(fù)收縮或膨脹，其應(yīng)力可造成石材的裂損，尤其是長期處于潮濕環(huán)境而日夜溫差較大的室外石材L1?J。石材對凍損的敏感程度取決于它的微孔結(jié)構(gòu)，因為孔結(jié)構(gòu)決定了水飽和度，同時結(jié)冰時所產(chǎn)生的壓力強度因孔徑而異。關(guān)于石材凍損的微觀過程主要有兩種觀點，一種觀點認為?2J：在石材
5、微孔中生成的冰晶的自由能要大于在粗孔中生成的冰晶的自由能，當(dāng)冰晶在粗孔中形成并填充了這個孔時，至少有兩種現(xiàn)象之一可能發(fā)生，一是它會生長出來，從而進入旁邊的微孔中；二是它從周圍的微孔中吸取必要的水分，繼續(xù)生長填滿整個粗孔?后者在熱力學(xué)上更為可行，這樣冰晶繼續(xù)生長而形成的大冰柱，由此冰晶膨脹造成凍損。然而，冰柱體由于膨脹受到石料的反作用力，它的自由能也會增加，如果石料對冰柱的壓力足夠大，那么，柱體的自由能會超過微孔中冰晶的自由能，而冰將會擠進微孔的網(wǎng)絡(luò)，反之冰晶膨脹造成石料損害。另一種觀點認為_】J：石材內(nèi)部水的
6、壓縮應(yīng)力是主要破壞因素，在一種易受冰凍影響的石材中，石材本身的張力比終止冰柱生長的力大得多，換句話說，冰柱體膨脹對石材直接的破壞性很小。冰晶沿著粗孔增長或者繞過微孔形成密封水[43，被密封的水重復(fù)密封過程，而水結(jié)成冰體積膨脹約百分之十，密封水被壓縮，產(chǎn)生壓縮應(yīng)力而造成石料破壞，他們稱之為冰凍隆脹。關(guān)于這兩種觀點，他們各自都在自然界中能找到了典型的例子來應(yīng)證。? 1．1．2鹽作用：鹽作用包括結(jié)晶風(fēng)化_5J、結(jié)晶壓力【?、水合壓力?、吸濕膨脹和溫升膨脹l?造成的應(yīng)力。鹽作用是石材風(fēng)化的最重要的原因。鹽的來源包括
7、石材早期地質(zhì)形成時期和后來變化產(chǎn)生的鹽結(jié)晶，而鹽的其它來源包括石材與氣體反應(yīng)生成的產(chǎn)物，如CaSO4和Mgso4等，也包括水泥、灰漿、塵埃、地下濕氣、海水和不當(dāng)?shù)那鍧嵅牧系韧ㄟ^石材微孔帶人的鹽。鹽在石材微孔中結(jié)晶會產(chǎn)生很大的壓力，即結(jié)晶壓力，一些常見鹽的結(jié)晶壓力見表lI9J，結(jié)晶壓力決定于結(jié)晶溫度和飽和度(c／％)。? 在一定的條件下，有些鹽還可以重結(jié)晶生成新的水合物，占據(jù)更大的體積，產(chǎn)生額外的壓力，即水合壓力，例如石膏(CAISO4?1／2H20)和瀉鹽(~agSO,?6H20)的水合壓力見表2[9]。水
8、合壓力與溫度、濕氣濃度有關(guān)?！ ←}的破壞力是很大的，例如，英國一座教堂的石基上涂抹了一層食鹽(NaCI)，其原意是為了保護石材，其效果卻恰恰相反，使石材表面呈殼狀剝落。鹽結(jié)晶破壞在許多情況下借助于風(fēng)的作用。內(nèi)層的鹽溶解在水中擴散到表面，風(fēng)使得水蒸發(fā)加快，從而促進鹽積累。環(huán)境干濕循環(huán)的變化也加速鹽結(jié)晶的循環(huán)，重復(fù)的鹽的溶解和結(jié)晶使石材微孔的表面呈粉末狀或鱗片狀脫落，石材的表面呈糖狀風(fēng)化，在雨淋到之處風(fēng)
