河南某大学礼堂泛碱问题成因及治理意见

河南某大学礼堂泛碱问题成因分析及治理意见摘要：针对河南大学近代建筑群之一——大礼堂的泛碱现象，按照泛碱病害的程度分别进行了详细的测量和统计，对泛碱病害的影响因素进行了深入分析，从而指出了防潮层失效且地下水位埋藏太浅是大礼堂既有建筑物墙身泛碱的根本原因。在分析历年来防治大礼堂泛碱病害失效原因基础上，综合前人的防治研究成果，提出了根治大礼堂泛碱病害的对策。

关键词：河南大学

大礼堂

泛碱

成因

治理

1.问题提出

河南大学大礼堂具有典型的中西文化合璧的建筑特征，具有较高的学术研究价值，是百年名校的重要象征。虽然大礼堂雄伟壮观且具有多重象征意义，但是泛碱病害却影响其视觉效果并危及结构安全。为保护这座近代建筑物且维持其美感，我校不得不经常粉刷墙面。多年来，学校后勤处采用多种防治方法，但效果甚微。因此，提出简单实用的技术根治泛碱病害并确保大礼堂结构安全，将具有重要的意义。本文在观察泛碱病害的基础上，分析影响大礼堂泛碱的因素及其根本成因，综合前人研究成果，提出针对大礼堂泛碱的根治对策，仅供同类工程参考。2.泛碱现象

2.1泛碱现象观察泛碱是建筑物表面的一种常见的病害，根据其不同成因和表现方式，有泛霜、泛白、析白、起霜、墙身和装饰面侵蚀等多种叫法，是土、土坯、砖体、水泥、砂浆、混凝土、砌体、瓷砖、涂料等建筑材料的内可溶性盐碱随温度、湿度等外部环境的变化，在吸收水分、水分迁移、水分蒸发过程中随着物理、化学变化的发生而使原建筑材料破坏的一种病害现象，侵蚀破坏的程度也有很大的差异，常见的有返潮、起泡、粉化、起鼓、空鼓、开裂、剥落、发霉、结晶等现象。河南大学大礼堂外墙、门庭、围廊、大厅内等多处墙身均有不同程度的泛碱现象，现分述如下：

⑴西墙自西北角往南22.70m距地面高1.50m-3.25m处，病害部位上界由北至南高度降低，中部有白色晶体析出（既泛碱），析出物大致呈带状，有水渍，在析出带的上面和下面，砖和石灰砂浆都有相当严重的粉化、剥落，上部颜色较浅，下部较深，砖的表皮已经松胀，轻微的击打即成层剥落，剥落物可用手捻碎，有砂的质感，下部修复的水泥砂浆抹面再次出现泛碱。

⑵西墙自西南角向南2.5m，下部55墙与上部40墙之间的4-5cm厚、约20cm（三皮砖）高的石灰砂浆和水泥砂浆已剥落，裸露出内部结构部分，部分砖体表面已经剥落，剥落物呈片状、粉末状，裸露的砖表面上有一层“白霜”，砂浆已经失去胶结强度。

⑶东面入口出北侧窗台下，有一皮砖，长度有20cm，表面疏松，有片状的剥落物，周围的砖体无明显的破损。

⑷墙外修复时用的是水泥砂浆抹面，在水泥砂浆与墙身交接的地方和抹面上再次出现了结晶体。泛碱病害的重复性可见一斑。

⑸东面、北面和西面作为勒脚1.5m高的水刷石有70%-80%的已经空鼓，西墙自西北角向南有11.5m，西入口向南有3.0m；整个北墙自西北角向东有2.7m未空鼓，其余的都已经空鼓。北墙东入口向西的水刷石上沿已经与墙身产生裂缝，裂缝长度可达7.5m，最大宽度可达12.2cm，可以说到了一触即倒的地步。裂缝内的墙身有大量的白色晶体析出，在潮湿的环境中有滑腻感，有咸味和涩味。

⑹门厅内东山墙有高度小于80cm的仿瓷涂料起皮现象。门厅的三个入口中间的墙身上有高度小于1.10m的涂料起皮现象，有轻微棉絮状结晶体出现，涂料呈浅蓝色（仿瓷涂料浸水后的颜色）。

⑺西围廊西侧窗台以上0.80m及以下1.20m处，有严重的结晶析白现象，结晶层厚度可达3cm，有严重鼓起，大量的棉絮状结晶体聚集在墙身表面，白色的结晶体有咸味和涩味，鼓起的涂料形状如被蚕食的桑叶，已经完全脆性。有水渍。

⑻围廊东段的窗台为木结构，没有明显析白，墙身上的仿瓷涂料在2.5m以下的均失去光泽，有点状和不连续线状浅蓝色斑点（是返潮所致）。

⑼一层教室的墙身上有严重的泛碱现象。30-40cm墙身以下最为严重，水泥砂浆墙裙已经脱离墙身。4mm厚的仿瓷涂料鼓起约2cm,面上有棉絮状结晶体，揭开鼓起的涂料，内有粉化的砂浆和针状的结晶体。40-90cm处墙身表层覆盖一层水膜，涂料紧贴墙身，呈浅蓝色，有少许的黄豆粒大的突起。向上至2m涂料失去光泽，有连续的高度不一的鼓起，最高鼓起约1cm。

⑽楼梯间北墙2.7m以下墙身长度范围内出现小块起皮、棉絮状的结晶体呈环形，如月球上的环形山，有不规则线状不连续小突起，呈浅蓝色，为仿瓷涂料被溶后涨起所致。

⑾男厕东侧房间。房顶上的涂料大块的开裂，裂口呈人字型三岔口状，开裂的涂料自岔口卷起、下垂。背靠大厅临近厕所的墙身上，高2.5-2.9m墙身长度范围内涂料空鼓，墙角处高40-120cm、宽20cm区域覆盖一层水膜，其中心约长20cm(竖向)、宽5cm的区域内发霉，呈绿色，为长期过于潮湿且通风不良所致。

⑿大厅内采用的是麻刀灰抹面，西墙60cm以下墙身长度范围内的抹面变成棉絮状，砂浆失去胶结强度，只有少量的麻纤维起联系作用，轻轻的触动变纷纷坠落。

⒀对于清水墙来说，泛碱的发生有向某一区域集中的趋势。5#楼南面，下面是水泥砂浆抹面，上面仅有一两皮砖发生粉化，其中每处都有一块砖粉化深度达到1-2cm，其余的地方只是轻微的白色晶体析出，在大礼堂东面、北面的墙身，还有开封古城墙上多处都是这样。2.2泛碱的危害泛碱是我国大部分盐渍土地区建筑物普遍存在的一种病害现象，其危害有：⑴影响建筑物的立面观感效果及建筑工程观感质量评定等级且给人以不安全感。⑵影响粉刷的质量，基层与表面粉刷层粘结力不够，贴面粘贴不牢固，影响装饰工程的质量甚至引起质量事故。⑶造成结构安全隐患，水分在墙身内迁移的过程中对砖体和砂浆的冲刷、溶蚀作用使得墙身的抗压承载力降低，墙身表面的粉化剥落使得墙身的结构断面不断的减小，单位面积承受荷载加大，增加了结构的不安全因素。

泛碱现象对大礼堂造成的危害不仅仅是建筑方面的，作为河南大学的象征，直接影响着河南大学的形象，作为文物保护对象，侵蚀着国家文物保护的成果。3.影响泛碱的因素3.1与地基土类型及化学成分有关开封土壤主要以黄河泛滥、改道等所形成的近代黄河冲积物或其风积物为成土母质，土壤多砂质，据资料，在埋深21.1m范围内的地层自上而下为：①填土：黄褐色，可塑，湿，松散，含砖块及煤屑，主要成分为粉土，厚1.90m，层底埋深1.90m；②细砂（Q4al+pl）：褐黄-黄褐色，饱和-很湿，稍密，见植物根系及贝壳，为近代沉积，厚4.50-5.90m，层底埋深6.2-7.60m；③粉砂（Q4al+pl）:黑褐-褐黑色，饱和，稍密，见腐殖质，局部夹淤泥粉土，厚5.8-7.5m，层底埋深12.7-14.0m；④粉细砂（Q4al+pl）:厚度1.2-5.3m，层底埋深大于18.9m。地基土的物理性质指标见表1。

大礼堂基础直接座于层②细砂地层上，层②细砂与下伏地层组成潜水含水层。根据表2的颗粒分析成果，层②细砂孔隙比较大并具有一定的粘性，故与层①填土一样，在潜水水位以上都可形成毛细管水。据文献，校园内土壤属硫酸钠型土壤，以Na2SO4为主，CaSO4和MgSO4次之，碳酸盐含量很少，这些物质通过毛细水携至墙面或者被蒸发或者与墙身及其饰面物质发生化学反应，从而对墙身及饰面构成侵蚀并破坏墙面。表1地基土的物理性质一览表（略）表2颗粒分析成果一览表（单位：%）（略）根据岩土中水的物理力学性质可将地下水分为：气态水、结合水、毛细水、重力水、固态水以及结晶水和结构水。其中，对于土体来说，毛细水上升的快慢及高度决定与土颗粒的大小。土颗粒愈细，毛细水上升高度越大[1]。理论和实测数据均显示大礼堂下地基土在多数时间内接近或处于饱和状态，这是泛碱问题的最根本的客观环境因素。3.2与墙身材料、饰面及其孔隙有关墙身材料、饰面含可溶盐量较低的情况下，虽然有水分的迁移，但溶蚀作用就会大大降低，对结构造成的危害也就减少，结晶现象也会减少。大厅内采用的是麻刀灰抹面，其孔隙率大，结构性强，较为坚固，透气性好，本身又有相当的厚度，可以作为水汽传输的通道，而且析出的盐碱结晶体留在麻刀灰抹面的孔隙里，避免了盐碱结晶体析出对墙身的侵蚀，但在长时间内会使砂浆失去胶结能力，如大厅西墙脚。而与此相比，围廊两侧的仿瓷涂料的抵抗能力相对较差，仿瓷涂料本身不厚、透气性差，有潮气侵袭时就失去光泽，返潮，空鼓，开裂，起皮。3.3与大气温度、湿度有关墙身泛碱现象更多发生在冬末、初春和秋末、冬初季节的原因是，在这些季节里，由于气温回升或是雨水的减少，空气中的水蒸气的百分含量远远低于空气饱和时水蒸气的百分含量，湿气从地下迁移到墙身，再由墙身蒸发到附近潮湿的空气中，最后湿气扩散补充到干燥的空气中，在这个过程中，水中携带的盐分最终在墙身上结晶析出。在这些季节里，人容易皮肤干燥，嘴唇干裂也是这个道理。3.4与地基的温度有关地基土温度的差异可以引起地下水分的迁移[2]，跟许多建筑，特别是无人居住的建筑一样，冬、春季节，建筑物地基土的温度高于周围的土体的温度，水分朝建筑物方向迁移，而夏、秋季节特别是夏季，建筑下地基土的温度低于周围土体的温度，水分虽有朝周围土体迁移的趋势，但周围土体本身由于大气降水而水位已经很高，湿气不能得到疏散，这样经过季节更替，湿气就逐渐在建筑物下的地基聚集起来，显得格外的潮湿。通常情况下，舞台前的地面分布有米粒大小的渗出水珠，如人出汗状。3.6与光照有关南向外墙很少有泛碱现象，而北墙墙身长度范围内均有不同程度的发生，修复后的水泥砂浆抹面也再次出现病害；东向的墙身病害要比西向墙身少，程度轻；东墙和西墙的南半部也要比北半部程度轻。

向阳墙身温度相对较高，水分多在墙身内蒸发，由毛细水表面张力引起的负压不存在，不能形成毛细现象，墙身干燥，泛碱现象发生的客观环境就不存在。3.7与通风有关礼堂内的泛碱现象要比外边的重、普遍；围廊的东、西段比北段要轻；大厅的七个入口，只有南面的三个的门垛没有泛碱现象，这些门垛使用的频度高，而且日常看护时常处于开启状态，通风好，水汽不易集结，泛碱病害相应就少、轻。4.泛碱成因

4.1地下水开封地区地下潜水的自由水面距地面近，土壤的机械组成、孔隙率适宜毛细水的上升，加上墙身的防潮层的失效，由于毛细水表面张力作用，毛细水沿着土壤和砖体中的空隙上升，使墙身内的砖和砂浆具有较高的含水率，甚至接近饱和，随着水分的蒸发，墙身上部的毛细水中的盐分的浓度逐渐高于下部的浓度，形成了渗透压力差，这样有更利于毛细水的上升，加上温度、湿度等其他因素的影响，毛细水这时上升的高度要高于在同样孔隙率的其它纯净介质中上升的高度，毛细水在上升的过程中，冲刷砖体和砂浆中的可溶盐，在长时间内，盐分不断在上部聚集，由溶液盐浓度形成的压力差逐渐增大，给水分的上升提供了更加便利的条件，这样就形成了一个恶性循环，盐分逐渐结晶析出，由于Na2SO4+10H2O=Na2SO4·10H2O，Na2SO4·10H2O晶体体积是Na2SO4晶体的2-4倍，晶体的结晶、膨胀应力的积累，墙身逐渐遭到破坏。另一方面，由于水的蒸发在局部产生蒸汽压力，蒸汽压力作用于墙身，经过干湿、冷热的交替，应力不断积累，砖体表面不断松胀，加上其他因素，墙身逐渐风化破坏。地下水的影响有广泛、持续等特点，大礼堂内多数地方都是这种原因造成的。4.2其他水其他水，为区别地下水而单列出来，包括雨水、管道渗漏水、空气中的水分等直接来源非地下水的一切影响墙身的水的总称。其他水不一定具有可靠的补给来源，如果通风等环境条件好就不会聚集，不对建筑物造成危害。若这些偶然聚集起来的水没有及时的蒸发，聚集在墙身内，墙身内的砖体的盐分溶于水中，潮湿的墙身不断的从周围吸收水气，溶蚀墙身，最终也会导致结晶和蒸汽压的应力积累现象。

泛碱现象终归是水造成的，其原因是复杂的，相互交织在一起的。5.防治对策

泛碱现象的发生早已有之，治理的方案也不少，同为青砖建筑，有的经历几百年仍然完好，有的三二十年就风化严重，根本原因就是建筑防潮层失效，所以在建筑一定要做好耐久，有效的防潮层，作为大礼堂既有建筑来讲，这是马后炮，不可用。可用的治理方案大致上有这么“防、堵、放”这些思路。5.1防防，通过改良土壤，包括降低土壤含水量、降低矿化度、减小土壤的孔隙率等途径来从根本上防止泛碱的发生。5.1.1种树[3]在大礼堂东，西，北三个方向种植高大、根系发达、耐盐碱、蒸腾作用强、四季常青的树种，利用植物对水分和矿物的需求，这样就等于在大礼堂周围配备上了无能耗、不间断、环保的“抽水机”和“抽矿机”，可以降低土壤的含水量，降低矿化度，减少水分向大礼堂的地基迁移，甚至可使大礼堂地基内的水向周围迁移。树的存在还有利于大礼堂周围环境的温度保持，使得昼夜温差相对较小。也就是说可以从温湿两方面改善大礼堂的状况，而且符合城市规划、大学校园氛围的要求和大礼堂的形象。缺点是这种方法见效慢甚至前期没有明显效果。5.1.2地基注浆法[6]其原理是把利用液压、气压或电化学的方法，通过注浆管把浆液均匀的注入土层中，浆液以充填，渗透和挤密等方式，进入土颗粒之间的空隙中，将原来较为松散的土体胶结成一个整体，形成强度高，防渗透和化学稳定性好的固结体[1]。这样通过切断毛细水的渗透路径来根治泛碱，浆体之所以能起到切断毛细水渗透路径的作用，主要取决于浆体的粘塑性[4]特征，浆体刚注入后还有较大的流动性，注浆结束后，浆体的塑性强度逐渐增强，这样充实了土壤中的孔隙切断了毛细水上升的渗透路径，但施工工艺上要更加严格控制注浆压力和注浆量，注浆压力过大会严重破坏土粒的原有结构，进而影响地基的承载力，造成结构的安全问题，注浆材料的选用不能污染地下水。通过对地基土的处理，使地基胶结成一个整体，制止了毛细水，根本上治理泛碱病害。5.2堵切断水分向墙身渗透的通道。5.2.1墙身锯缝灌浆修筑水平隔断层法[5]用水平开缝锯分段将墙身沿根部锯开，然后高压灌入聚合物材料，使整个墙身沿根部形成一层新的防潮层，切断毛细水的上升通路，达到治理泛碱的目的。5.2.2墙身注浆法[6]在墙身用注浆材料注浆，切断毛细水的渗透路径，此法和地基注浆法的原理一样，也是利用了注入浆体的粘塑性特征，同时此法和墙身锯缝灌浆修筑水平隔断层法一样，对墙身有一定的破坏性，使用时要注意控制好各种施工参数，保证结构的安全问题。5.2.3墙身设置隔蒸汽层墙身表面粘贴釉面瓷砖等非透气性材料做装饰面（隔蒸汽层），阻止墙身中的水分向外散发，从而防止盐碱结晶析出[6]。此法对外墙有可行性，对内墙来讲，不符合大礼堂的声学要求。而且长时间的使用后瓷砖表面有小坑，釉面被破坏，坑内有白色的结晶体，而且隔蒸汽层上部的仿瓷涂料和墙身开始出现，这是水分向上迁移的结果，所以此法不可行。5.3放排出墙身内的水分，避免盐分在墙身内结晶对墙身造成损害。5.3.1内墙设置通风夹层[6]在清水墙表面铺设龙骨，外钉装饰性矿棉吸声板，在矿棉吸声板表面预先扎出小孔以通风排气，使得潮气可以排出，析出的盐碱留在矿棉吸声板和墙身之间的夹层里，河南大学的两栋楼房采用了此法处理后取得了良好的初期效果，但是随着时间的推