河南某大學(xué)禮堂泛堿問題成因及治理意見

河南某大學(xué)禮堂泛堿問題成因分析及治理意見摘要：針對河南大學(xué)近代建筑群之一——大禮堂的泛堿現(xiàn)象，按照泛堿病害的程度分別進(jìn)行了詳細(xì)的測量和統(tǒng)計(jì)，對泛堿病害的影響因素進(jìn)行了深入分析，從而指出了防潮層失效且地下水位埋藏太淺是大禮堂既有建筑物墻身泛堿的根本原因。在分析歷年來防治大禮堂泛堿病害失效原因基礎(chǔ)上，綜合前人的防治研究成果，提出了根治大禮堂泛堿病害的對策。

關(guān)鍵詞：河南大學(xué)

大禮堂

泛堿

成因

治理

1.問題提出

河南大學(xué)大禮堂具有典型的中西文化合璧的建筑特征，具有較高的學(xué)術(shù)研究價(jià)值，是百年名校的重要象征。雖然大禮堂雄偉壯觀且具有多重象征意義，但是泛堿病害卻影響其視覺效果并危及結(jié)構(gòu)安全。為保護(hù)這座近代建筑物且維持其美感，我校不得不經(jīng)常粉刷墻面。多年來，學(xué)校后勤處采用多種防治方法，但效果甚微。因此，提出簡單實(shí)用的技術(shù)根治泛堿病害并確保大禮堂結(jié)構(gòu)安全，將具有重要的意義。本文在觀察泛堿病害的基礎(chǔ)上，分析影響大禮堂泛堿的因素及其根本成因，綜合前人研究成果，提出針對大禮堂泛堿的根治對策，僅供同類工程參考。2.泛堿現(xiàn)象

2.1泛堿現(xiàn)象觀察泛堿是建筑物表面的一種常見的病害，根據(jù)其不同成因和表現(xiàn)方式，有泛霜、泛白、析白、起霜、墻身和裝飾面侵蝕等多種叫法，是土、土坯、磚體、水泥、砂漿、混凝土、砌體、瓷磚、涂料等建筑材料的內(nèi)可溶性鹽堿隨溫度、濕度等外部環(huán)境的變化，在吸收水分、水分遷移、水分蒸發(fā)過程中隨著物理、化學(xué)變化的發(fā)生而使原建筑材料破壞的一種病害現(xiàn)象，侵蝕破壞的程度也有很大的差異，常見的有返潮、起泡、粉化、起鼓、空鼓、開裂、剝落、發(fā)霉、結(jié)晶等現(xiàn)象。河南大學(xué)大禮堂外墻、門庭、圍廊、大廳內(nèi)等多處墻身均有不同程度的泛堿現(xiàn)象，現(xiàn)分述如下：

⑴西墻自西北角往南22.70m距地面高1.50m-3.25m處，病害部位上界由北至南高度降低，中部有白色晶體析出（既泛堿），析出物大致呈帶狀，有水漬，在析出帶的上面和下面，磚和石灰砂漿都有相當(dāng)嚴(yán)重的粉化、剝落，上部顏色較淺，下部較深，磚的表皮已經(jīng)松脹，輕微的擊打即成層剝落，剝落物可用手捻碎，有砂的質(zhì)感，下部修復(fù)的水泥砂漿抹面再次出現(xiàn)泛堿。

⑵西墻自西南角向南2.5m，下部55墻與上部40墻之間的4-5cm厚、約20cm（三皮磚）高的石灰砂漿和水泥砂漿已剝落，裸露出內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分，部分磚體表面已經(jīng)剝落，剝落物呈片狀、粉末狀，裸露的磚表面上有一層“白霜”，砂漿已經(jīng)失去膠結(jié)強(qiáng)度。

⑶東面入口出北側(cè)窗臺下，有一皮磚，長度有20cm，表面疏松，有片狀的剝落物，周圍的磚體無明顯的破損。

⑷墻外修復(fù)時(shí)用的是水泥砂漿抹面，在水泥砂漿與墻身交接的地方和抹面上再次出現(xiàn)了結(jié)晶體。泛堿病害的重復(fù)性可見一斑。

⑸東面、北面和西面作為勒腳1.5m高的水刷石有70%-80%的已經(jīng)空鼓，西墻自西北角向南有11.5m，西入口向南有3.0m；整個(gè)北墻自西北角向東有2.7m未空鼓，其余的都已經(jīng)空鼓。北墻東入口向西的水刷石上沿已經(jīng)與墻身產(chǎn)生裂縫，裂縫長度可達(dá)7.5m，最大寬度可達(dá)12.2cm，可以說到了一觸即倒的地步。裂縫內(nèi)的墻身有大量的白色晶體析出，在潮濕的環(huán)境中有滑膩感，有咸味和澀味。

⑹門廳內(nèi)東山墻有高度小于80cm的仿瓷涂料起皮現(xiàn)象。門廳的三個(gè)入口中間的墻身上有高度小于1.10m的涂料起皮現(xiàn)象，有輕微棉絮狀結(jié)晶體出現(xiàn)，涂料呈淺藍(lán)色（仿瓷涂料浸水后的顏色）。

⑺西圍廊西側(cè)窗臺以上0.80m及以下1.20m處，有嚴(yán)重的結(jié)晶析白現(xiàn)象，結(jié)晶層厚度可達(dá)3cm，有嚴(yán)重鼓起，大量的棉絮狀結(jié)晶體聚集在墻身表面，白色的結(jié)晶體有咸味和澀味，鼓起的涂料形狀如被蠶食的桑葉，已經(jīng)完全脆性。有水漬。

⑻圍廊東段的窗臺為木結(jié)構(gòu)，沒有明顯析白，墻身上的仿瓷涂料在2.5m以下的均失去光澤，有點(diǎn)狀和不連續(xù)線狀淺藍(lán)色斑點(diǎn)（是返潮所致）。

⑼一層教室的墻身上有嚴(yán)重的泛堿現(xiàn)象。30-40cm墻身以下最為嚴(yán)重，水泥砂漿墻裙已經(jīng)脫離墻身。4mm厚的仿瓷涂料鼓起約2cm,面上有棉絮狀結(jié)晶體，揭開鼓起的涂料，內(nèi)有粉化的砂漿和針狀的結(jié)晶體。40-90cm處墻身表層覆蓋一層水膜，涂料緊貼墻身，呈淺藍(lán)色，有少許的黃豆粒大的突起。向上至2m涂料失去光澤，有連續(xù)的高度不一的鼓起，最高鼓起約1cm。

⑽樓梯間北墻2.7m以下墻身長度范圍內(nèi)出現(xiàn)小塊起皮、棉絮狀的結(jié)晶體呈環(huán)形，如月球上的環(huán)形山，有不規(guī)則線狀不連續(xù)小突起，呈淺藍(lán)色，為仿瓷涂料被溶后漲起所致。

⑾男廁東側(cè)房間。房頂上的涂料大塊的開裂，裂口呈人字型三岔口狀，開裂的涂料自岔口卷起、下垂。背靠大廳臨近廁所的墻身上，高2.5-2.9m墻身長度范圍內(nèi)涂料空鼓，墻角處高40-120cm、寬20cm區(qū)域覆蓋一層水膜，其中心約長20cm(豎向)、寬5cm的區(qū)域內(nèi)發(fā)霉，呈綠色，為長期過于潮濕且通風(fēng)不良所致。

⑿大廳內(nèi)采用的是麻刀灰抹面，西墻60cm以下墻身長度范圍內(nèi)的抹面變成棉絮狀，砂漿失去膠結(jié)強(qiáng)度，只有少量的麻纖維起聯(lián)系作用，輕輕的觸動變紛紛墜落。

⒀對于清水墻來說，泛堿的發(fā)生有向某一區(qū)域集中的趨勢。5#樓南面，下面是水泥砂漿抹面，上面僅有一兩皮磚發(fā)生粉化，其中每處都有一塊磚粉化深度達(dá)到1-2cm，其余的地方只是輕微的白色晶體析出，在大禮堂東面、北面的墻身，還有開封古城墻上多處都是這樣。2.2泛堿的危害泛堿是我國大部分鹽漬土地區(qū)建筑物普遍存在的一種病害現(xiàn)象，其危害有：⑴影響建筑物的立面觀感效果及建筑工程觀感質(zhì)量評定等級且給人以不安全感。⑵影響粉刷的質(zhì)量，基層與表面粉刷層粘結(jié)力不夠，貼面粘貼不牢固，影響裝飾工程的質(zhì)量甚至引起質(zhì)量事故。⑶造成結(jié)構(gòu)安全隱患，水分在墻身內(nèi)遷移的過程中對磚體和砂漿的沖刷、溶蝕作用使得墻身的抗壓承載力降低，墻身表面的粉化剝落使得墻身的結(jié)構(gòu)斷面不斷的減小，單位面積承受荷載加大，增加了結(jié)構(gòu)的不安全因素。

泛堿現(xiàn)象對大禮堂造成的危害不僅僅是建筑方面的，作為河南大學(xué)的象征，直接影響著河南大學(xué)的形象，作為文物保護(hù)對象，侵蝕著國家文物保護(hù)的成果。3.影響泛堿的因素3.1與地基土類型及化學(xué)成分有關(guān)開封土壤主要以黃河泛濫、改道等所形成的近代黃河沖積物或其風(fēng)積物為成土母質(zhì)，土壤多砂質(zhì)，據(jù)資料，在埋深21.1m范圍內(nèi)的地層自上而下為：①填土：黃褐色，可塑，濕，松散，含磚塊及煤屑，主要成分為粉土，厚1.90m，層底埋深1.90m；②細(xì)砂（Q4al+pl）：褐黃-黃褐色，飽和-很濕，稍密，見植物根系及貝殼，為近代沉積，厚4.50-5.90m，層底埋深6.2-7.60m；③粉砂（Q4al+pl）:黑褐-褐黑色，飽和，稍密，見腐殖質(zhì)，局部夾淤泥粉土，厚5.8-7.5m，層底埋深12.7-14.0m；④粉細(xì)砂（Q4al+pl）:厚度1.2-5.3m，層底埋深大于18.9m。地基土的物理性質(zhì)指標(biāo)見表1。

大禮堂基礎(chǔ)直接座于層②細(xì)砂地層上，層②細(xì)砂與下伏地層組成潛水含水層。根據(jù)表2的顆粒分析成果，層②細(xì)砂孔隙比較大并具有一定的粘性，故與層①填土一樣，在潛水水位以上都可形成毛細(xì)管水。據(jù)文獻(xiàn)，校園內(nèi)土壤屬硫酸鈉型土壤，以Na2SO4為主，CaSO4和MgSO4次之，碳酸鹽含量很少，這些物質(zhì)通過毛細(xì)水?dāng)y至墻面或者被蒸發(fā)或者與墻身及其飾面物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而對墻身及飾面構(gòu)成侵蝕并破壞墻面。表1地基土的物理性質(zhì)一覽表（略）表2顆粒分析成果一覽表（單位：%）（略）根據(jù)巖土中水的物理力學(xué)性質(zhì)可將地下水分為：氣態(tài)水、結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水、固態(tài)水以及結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水。其中，對于土體來說，毛細(xì)水上升的快慢及高度決定與土顆粒的大小。土顆粒愈細(xì)，毛細(xì)水上升高度越大[1]。理論和實(shí)測數(shù)據(jù)均顯示大禮堂下地基土在多數(shù)時(shí)間內(nèi)接近或處于飽和狀態(tài)，這是泛堿問題的最根本的客觀環(huán)境因素。3.2與墻身材料、飾面及其孔隙有關(guān)墻身材料、飾面含可溶鹽量較低的情況下，雖然有水分的遷移，但溶蝕作用就會大大降低，對結(jié)構(gòu)造成的危害也就減少，結(jié)晶現(xiàn)象也會減少。大廳內(nèi)采用的是麻刀灰抹面，其孔隙率大，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，較為堅(jiān)固，透氣性好，本身又有相當(dāng)?shù)暮穸?，可以作為水汽傳輸?shù)耐ǖ?，而且析出的鹽堿結(jié)晶體留在麻刀灰抹面的孔隙里，避免了鹽堿結(jié)晶體析出對墻身的侵蝕，但在長時(shí)間內(nèi)會使砂漿失去膠結(jié)能力，如大廳西墻腳。而與此相比，圍廊兩側(cè)的仿瓷涂料的抵抗能力相對較差，仿瓷涂料本身不厚、透氣性差，有潮氣侵襲時(shí)就失去光澤，返潮，空鼓，開裂，起皮。3.3與大氣溫度、濕度有關(guān)墻身泛堿現(xiàn)象更多發(fā)生在冬末、初春和秋末、冬初季節(jié)的原因是，在這些季節(jié)里，由于氣溫回升或是雨水的減少，空氣中的水蒸氣的百分含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空氣飽和時(shí)水蒸氣的百分含量，濕氣從地下遷移到墻身，再由墻身蒸發(fā)到附近潮濕的空氣中，最后濕氣擴(kuò)散補(bǔ)充到干燥的空氣中，在這個(gè)過程中，水中攜帶的鹽分最終在墻身上結(jié)晶析出。在這些季節(jié)里，人容易皮膚干燥，嘴唇干裂也是這個(gè)道理。3.4與地基的溫度有關(guān)地基土溫度的差異可以引起地下水分的遷移[2]，跟許多建筑，特別是無人居住的建筑一樣，冬、春季節(jié)，建筑物地基土的溫度高于周圍的土體的溫度，水分朝建筑物方向遷移，而夏、秋季節(jié)特別是夏季，建筑下地基土的溫度低于周圍土體的溫度，水分雖有朝周圍土體遷移的趨勢，但周圍土體本身由于大氣降水而水位已經(jīng)很高，濕氣不能得到疏散，這樣經(jīng)過季節(jié)更替，濕氣就逐漸在建筑物下的地基聚集起來，顯得格外的潮濕。通常情況下，舞臺前的地面分布有米粒大小的滲出水珠，如人出汗?fàn)睢?.6與光照有關(guān)南向外墻很少有泛堿現(xiàn)象，而北墻墻身長度范圍內(nèi)均有不同程度的發(fā)生，修復(fù)后的水泥砂漿抹面也再次出現(xiàn)病害；東向的墻身病害要比西向墻身少，程度輕；東墻和西墻的南半部也要比北半部程度輕。

向陽墻身溫度相對較高，水分多在墻身內(nèi)蒸發(fā)，由毛細(xì)水表面張力引起的負(fù)壓不存在，不能形成毛細(xì)現(xiàn)象，墻身干燥，泛堿現(xiàn)象發(fā)生的客觀環(huán)境就不存在。3.7與通風(fēng)有關(guān)禮堂內(nèi)的泛堿現(xiàn)象要比外邊的重、普遍；圍廊的東、西段比北段要輕；大廳的七個(gè)入口，只有南面的三個(gè)的門垛沒有泛堿現(xiàn)象，這些門垛使用的頻度高，而且日?？醋o(hù)時(shí)常處于開啟狀態(tài)，通風(fēng)好，水汽不易集結(jié)，泛堿病害相應(yīng)就少、輕。4.泛堿成因

4.1地下水開封地區(qū)地下潛水的自由水面距地面近，土壤的機(jī)械組成、孔隙率適宜毛細(xì)水的上升，加上墻身的防潮層的失效，由于毛細(xì)水表面張力作用，毛細(xì)水沿著土壤和磚體中的空隙上升，使墻身內(nèi)的磚和砂漿具有較高的含水率，甚至接近飽和，隨著水分的蒸發(fā)，墻身上部的毛細(xì)水中的鹽分的濃度逐漸高于下部的濃度，形成了滲透壓力差，這樣有更利于毛細(xì)水的上升，加上溫度、濕度等其他因素的影響，毛細(xì)水這時(shí)上升的高度要高于在同樣孔隙率的其它純凈介質(zhì)中上升的高度，毛細(xì)水在上升的過程中，沖刷磚體和砂漿中的可溶鹽，在長時(shí)間內(nèi)，鹽分不斷在上部聚集，由溶液鹽濃度形成的壓力差逐漸增大，給水分的上升提供了更加便利的條件，這樣就形成了一個(gè)惡性循環(huán)，鹽分逐漸結(jié)晶析出，由于Na2SO4+10H2O=Na2SO4·10H2O，Na2SO4·10H2O晶體體積是Na2SO4晶體的2-4倍，晶體的結(jié)晶、膨脹應(yīng)力的積累，墻身逐漸遭到破壞。另一方面，由于水的蒸發(fā)在局部產(chǎn)生蒸汽壓力，蒸汽壓力作用于墻身，經(jīng)過干濕、冷熱的交替，應(yīng)力不斷積累，磚體表面不斷松脹，加上其他因素，墻身逐漸風(fēng)化破壞。地下水的影響有廣泛、持續(xù)等特點(diǎn)，大禮堂內(nèi)多數(shù)地方都是這種原因造成的。4.2其他水其他水，為區(qū)別地下水而單列出來，包括雨水、管道滲漏水、空氣中的水分等直接來源非地下水的一切影響墻身的水的總稱。其他水不一定具有可靠的補(bǔ)給來源，如果通風(fēng)等環(huán)境條件好就不會聚集，不對建筑物造成危害。若這些偶然聚集起來的水沒有及時(shí)的蒸發(fā)，聚集在墻身內(nèi)，墻身內(nèi)的磚體的鹽分溶于水中，潮濕的墻身不斷的從周圍吸收水氣，溶蝕墻身，最終也會導(dǎo)致結(jié)晶和蒸汽壓的應(yīng)力積累現(xiàn)象。

泛堿現(xiàn)象終歸是水造成的，其原因是復(fù)雜的，相互交織在一起的。5.防治對策

泛堿現(xiàn)象的發(fā)生早已有之，治理的方案也不少，同為青磚建筑，有的經(jīng)歷幾百年仍然完好，有的三二十年就風(fēng)化嚴(yán)重，根本原因就是建筑防潮層失效，所以在建筑一定要做好耐久，有效的防潮層，作為大禮堂既有建筑來講，這是馬后炮，不可用?？捎玫闹卫矸桨复笾律嫌羞@么“防、堵、放”這些思路。5.1防防，通過改良土壤，包括降低土壤含水量、降低礦化度、減小土壤的孔隙率等途徑來從根本上防止泛堿的發(fā)生。5.1.1種樹[3]在大禮堂東，西，北三個(gè)方向種植高大、根系發(fā)達(dá)、耐鹽堿、蒸騰作用強(qiáng)、四季常青的樹種，利用植物對水分和礦物的需求，這樣就等于在大禮堂周圍配備上了無能耗、不間斷、環(huán)保的“抽水機(jī)”和“抽礦機(jī)”，可以降低土壤的含水量，降低礦化度，減少水分向大禮堂的地基遷移，甚至可使大禮堂地基內(nèi)的水向周圍遷移。樹的存在還有利于大禮堂周圍環(huán)境的溫度保持，使得晝夜溫差相對較小。也就是說可以從溫濕兩方面改善大禮堂的狀況，而且符合城市規(guī)劃、大學(xué)校園氛圍的要求和大禮堂的形象。缺點(diǎn)是這種方法見效慢甚至前期沒有明顯效果。5.1.2地基注漿法[6]其原理是把利用液壓、氣壓或電化學(xué)的方法，通過注漿管把漿液均勻的注入土層中，漿液以充填，滲透和擠密等方式，進(jìn)入土顆粒之間的空隙中，將原來較為松散的土體膠結(jié)成一個(gè)整體，形成強(qiáng)度高，防滲透和化學(xué)穩(wěn)定性好的固結(jié)體[1]。這樣通過切斷毛細(xì)水的滲透路徑來根治泛堿，漿體之所以能起到切斷毛細(xì)水滲透路徑的作用，主要取決于漿體的粘塑性[4]特征，漿體剛注入后還有較大的流動性，注漿結(jié)束后，漿體的塑性強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，這樣充實(shí)了土壤中的孔隙切斷了毛細(xì)水上升的滲透路徑，但施工工藝上要更加嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量，注漿壓力過大會嚴(yán)重破壞土粒的原有結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響地基的承載力，造成結(jié)構(gòu)的安全問題，注漿材料的選用不能污染地下水。通過對地基土的處理，使地基膠結(jié)成一個(gè)整體，制止了毛細(xì)水，根本上治理泛堿病害。5.2堵切斷水分向墻身滲透的通道。5.2.1墻身鋸縫灌漿修筑水平隔斷層法[5]用水平開縫鋸分段將墻身沿根部鋸開，然后高壓灌入聚合物材料，使整個(gè)墻身沿根部形成一層新的防潮層，切斷毛細(xì)水的上升通路，達(dá)到治理泛堿的目的。5.2.2墻身注漿法[6]在墻身用注漿材料注漿，切斷毛細(xì)水的滲透路徑，此法和地基注漿法的原理一樣，也是利用了注入漿體的粘塑性特征，同時(shí)此法和墻身鋸縫灌漿修筑水平隔斷層法一樣，對墻身有一定的破壞性，使用時(shí)要注意控制好各種施工參數(shù)，保證結(jié)構(gòu)的安全問題。5.2.3墻身設(shè)置隔蒸汽層墻身表面粘貼釉面瓷磚等非透氣性材料做裝飾面（隔蒸汽層），阻止墻身中的水分向外散發(fā)，從而防止鹽堿結(jié)晶析出[6]。此法對外墻有可行性，對內(nèi)墻來講，不符合大禮堂的聲學(xué)要求。而且長時(shí)間的使用后瓷磚表面有小坑，釉面被破壞，坑內(nèi)有白色的結(jié)晶體，而且隔蒸汽層上部的仿瓷涂料和墻身開始出現(xiàn)，這是水分向上遷移的結(jié)果，所以此法不可行。5.3放排出墻身內(nèi)的水分，避免鹽分在墻身內(nèi)結(jié)晶對墻身造成損害。5.3.1內(nèi)墻設(shè)置通風(fēng)夾層[6]在清水墻表面鋪設(shè)龍骨，外釘裝飾性礦棉吸聲板，在礦棉吸聲板表面預(yù)先扎出小孔以通風(fēng)排氣，使得潮氣可以排出，析出的鹽堿留在礦棉吸聲板和墻身之間的夾層里，河南大學(xué)的兩棟樓房采用了此法處理后取得了良好的初期效果，但是隨著時(shí)間的推