建筑物外墙清洗铝材的清洗和养护

建筑物外墙清洗铝材的清洗和养护

摘要：文章对建筑物外墙产生污垢的原因及其种类、使用的清洗剂种类及其性能特点进行了介绍，并重点对铝材和石材的清洗做了具体介绍。

关键词:建筑物外墙清洗污垢

一、铝材的清洗和养护

清洗铝材表面固着的污垢采用的物理方法主要是擦洗，当污染严重时可采用磨削的方法，但应注意这可能会损伤铝质基材和涂装表面。当污染严重时可使用化学清洗剂进行清洗。由于铝既不耐酸又不耐碱，所以清洗铝材必须使用中性清洗剂。使用酸性清洗剂虽然对除污有明显效果，但往往会对铝材造成潜在的危害，酸洗后在铝材表面会出现变色、斑点等腐蚀。在铝材清洗时重要的是掌握好清洗的时机，即在污染并不严重时就要及时清洗，而如果发生点蚀之后才进行清洗，即使清洗得再彻底也不可能恢复到未被污染前的良好状态。

对于轻度污染的铝材可采用机械法和化学清洗法进行清洗，也可以使用砂纸、刮刀或其它机械工具对铝材表面进行除锈作业，但应注意防止造成阳极氧化膜的损伤。使用的化学清洗剂是pH=7～8的专用中性清洗剂。

清洗剂的主要成分是阴离子和非离子型的表面活性剂，或两者结合的产物，如脂肪醇聚氧乙烯醚的硫酸酯盐(AES)。当需要除去较顽固的污垢时，可在中性清洗剂中加入细度在300目以上的氧化铝等研磨料，形成具有清洗、研磨两种功能的清洗剂。清洗时先用海绵或废布蘸取中性清洗液擦洗污垢，一般即可将污垢除去。如污垢附着太牢固，可改用含研磨料的中性清洗剂进行清洗。如是油污，可在清洗剂中加入乙醇等有机溶剂，以提高对油污的溶解力。在将污垢清洗干净后，再用清水清除残留物，最后再用干布擦干净。对于已发生腐蚀的铝材，在清洗之后还应使用专用保护剂进行保养处理，以防止腐蚀进一步发展。保护剂还有防止表面再污染、提高表面光洁度、恢复美观、改善耐候性等作用。

专用保护剂有氟树脂和硅树脂等多种类型。氟树脂清洗保护剂的主要成分包括低分子量的聚四氟乙烯等有机氟树脂、石蜡及溶剂油、氟表面活性剂乳化剂、二氧化硅、三氧化二铝等超微细颗粒的研磨料。在清洗完成之后将这种专用保护剂涂抹在铝材表面，在不需再用水、不损伤基材的情况下，把铝材表面的坑凹不平处和气孔填平，并在表面形成保护膜。硅树脂专用保护剂的主要成分是液态的有机硅树脂，它的特点是可以在常温条件下固化，在完成清洗后待表面完全干燥，将它涂敷在铝材表面一天之内就会固化干燥。这层保护膜具有耐侯性好、耐酸性好、防止基材表面风化老化、阻隔油污侵入内部的作用。

二、装饰石材的清洗

1、综述

在现代建筑物外墙的装饰材料中，石材已占有越来越重要的地位，这不仅是因为石材具有华丽的外观，很适合高档建筑物装饰的要求，而且现代石材工艺也发生了重大变化，当前的石材建筑已不再是过去那种采用厚重石材的堆砌技术，而是广泛采用薄板石材的干式石砌法和GPC方法等标准工艺技术。但是随着石材工艺的发展，也给石材的清洗提出了新的要求。目前石材的清洗技术还没有达到完全成熟的地步，这是因为石材清洗涉及到的问题是多方面的，石材的化学组成、性能随产地不同会有很大的变化，因此采用的清洗方法也可能有很大区别。比如都叫花岗岩，但其所含矿物的比例却各不相同，而随着环境的差异，附着在石材上的污垢数量和种类都有差别，因此对于不同种类的石材或不同种类的污垢，不可能采用单一的清洗方法。通常应对具体情况做具体分析，才能取得最好的清洗效果。

装饰石材表面的污染物除了通常各种常见的灰尘、油污等之外，还有一些石材特有的污染。为了把问题分析得更清楚，下面分别对各种石材的化学成分、结构特征、常见污垢、清洗方法加以介绍。

2、墙瓷砖的清洗

建筑物外墙上使用的瓷砖是用高岭土或优质黏土加釉料在高温下烧制成的人造石材。瓷砖因其防腐耐碱，表面光滑洁净，施工方便，易于清洗，造价比大理石、花岗岩低，所以在建筑装饰工程中得到广泛应用。用高档瓷砖装饰的高大建筑物常能给人以美观大方的感觉。瓷砖常见的污染现象是变色，如白度降低、起花、泛黄、变赭或发黑。当瓷砖上只被轻微污染时，通过人工刷洗或高压水冲洗即可去除污垢。但随着时间的推移，瓷砖表面不仅会沾染上煤灰、尘埃，而且还会被空气中的二氧化硫等硫氧化物、酸性气体侵蚀发生风化。二氧化硫与瓷砖中硅酸盐的钙质成分结合生成石膏(硫酸钙)等风化产物。往往在建筑物的上半部，这些瓷砖表面的风化物吸附空气中的灰尘、煤粉，形成颜色深黑、附着紧密、结壳坚硬的污染层;而在建筑物靠近地面的下半部的瓷砖，其表面的风化物则常吸附带有油污的灰尘，再加上下雨时含铁锈水的滴溅，会在瓷砖表面形成灰黄色的平滑污垢层，在瓷砖表面呈现黑、灰、黄等不同颜色的污斑块，严重影响市容美观。

在对瓷砖进行清洗前，应首先对其污垢的情况进行化验分析，然后有针对性地选用合适的清洗剂和清洗方法。如针对建筑物上半部的污垢主要成分是石膏、积碳、灰尘等的特征，可采用对除去石膏有较好效果的酸类清洗剂，如无机酸及其盐类、有机酸等，从节约成本考虑最好选用无机酸及其盐类，实验结果表明虽然用浓度较高的盐酸和硫酸的混合物对石膏等瓷砖风化物有很好的清洗效果，但存在污染环境和会使瓷砖产生白斑的缺点，因此不宜选用。而它们水解后显酸性的盐类，对石膏也有相当的清除能力，所以可以选用在水中溶解度大的无机酸铵盐如硫酸铵((NH4)2SO4)等做清洗剂主成分，它在清洗剂中的含量可达30%以上。为了保证清洗剂溶液能很好地渗透到瓷砖表面的污垢中去，在清洗剂中还应加入表面活性剂。研究表明，选用非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂或与两性表面活性剂的复配产物，有助于清洗剂对石膏等污垢的渗入、溶化、剥离。为克服硬水对清洗效果的影响，在清洗剂中还应加入三聚磷酸钠等洗涤助剂。

而在对建筑物下半部进行清洗时，考虑到污垢中除了含有石膏等瓷砖风化物之外，还可能含有较多的油垢，因此在上述清洗剂中可加入对油污有较好溶解和去除作用的有机溶剂和表面活性剂。在选择表面活性剂具体种类时，考虑的出发点与前面有所不同，此时应考虑选用去污力强而不是渗透力强的品种。

3、大理石的清洗

大理石、汉白玉、石灰石、白云石等天然石材的主要化学成分都是碳酸盐。除白云石中含有碳酸镁之外，大多数碳酸盐石材的主要成分都是碳酸钙，其它成分还有氧化钙、氧化锰、二氧化硅等。这类石材常呈碳酸钙、碳酸镁的白色，含有其它成分时会表现成淡黄色、玫瑰色、褐色等。它的硬度为三级，相对密度为2.6～2.8。其中大理石、汉白玉是颗粒状的密集块体，是优质建筑材料，被国内外高档建筑装饰和雕塑广泛采用。当大理石表面污染程度不太严重时，使用机械、水力冲刷、中性洗涤剂清洗等方法都可以达到清污的目的。但使用酸性清洗剂时要特别小心，因为大理石等碳酸岩石材是不耐酸的，很容易被盐酸等强酸腐蚀、溶解而损坏。但同时也可以用酸来鉴别大理石，如果在石材上滴上几滴浓盐酸会产生气泡，该石材很可能就是大理石。反应式为：CaCO3+2H+=Ca2++H2O而在年代久远的古建筑和空气污染较严重地区的新建筑的碳酸盐装饰材料的表面都会看到黑色污垢。由于这种黑色污垢清洗起来有相当大的难度，目前已成为国内外石材清洗专家关注和研究的重点。

研究表明：这种黑垢的形成常与建筑物周围的大气环境被严重污染有关。黑垢主要是酸雨及其它污染物与碳酸岩作用的产物。因为在被污染的空气中不仅含有大量的煤灰、粉尘，而且空气中二氧化硫等硫氧化物的含量严重超标。二氧化硫等酸性气体是造成酸雨污染的重要因素，这些酸性气体溶解在水中并吸附在碳酸岩表面后，二氧化硫会被氧化成三氧化硫，并在水中形成硫酸。硫酸与碳酸盐石材反应就会生成硫酸钙(CaSO4·2H2O)。H2SO4+CaCO3=CaSO4+CO2+H2O硫酸钙是一种白色的水结晶膨胀物，但它表面有微孔，易于吸附灰尘、碳粒及废气中未燃烧完全的碳氢化合物，所以会形成一个黑色的污垢层。这个黑色污垢层具有多孔的结构，成为水、气体和氢离子进一步进入石材的通道，使腐蚀在污垢层下继续进行，新的硫酸钙不断生成，并随着干湿的反复变化而呈现结晶和吸水容积膨胀的反复变化，当结晶膨胀的压力大到相当大的程度(可达到100～200MPa)时，黑垢层就会出现泡状突起空腔，形成空腔后更易保存水分和污物，结晶继续在空腔表面水分挥发处进行，并将形成的硫酸钙盐带到外层，随着时间的推移黑垢层不断加厚。通过用X-射线衍射仪进行分析，已经证实黑垢的主要成分是硫酸钙(CaSO4·2H2O)。黑垢在雨水冲刷不到的部位最容易形成，因为雨水能将硫酸钙形成的膨胀物溶解和冲走，所以在雨水冲刷到的部位不容易形成黑垢。

为清除大理石表面上的黑垢，科学家进行了大量实验，并发现了其中的规律。他们发现要清除黑垢应从清除黑垢的载体——石膏下手，其中试验过用硫酸铵等硫酸钙的络合剂的络合溶解法，用可溶性碳酸盐与硫酸钙反应，使它转变成更难溶的碳酸钙而被除去的难溶盐转化法，并发现在黑垢层的硫酸钙与大理石表面碳酸钙之间的界面上涂抹界面分离剂和渗透剂的方法很有效，当界面分离剂渗透到内层，把结晶的石灰岩与黑垢层的结合面破坏，就会使黑垢脱落。

与此相关的是，在大气中污染物的作用下，大理石表面会出现失光、溶蚀、起壳剥落、孔洞和吐粉等问题。这也与我国是一个煤碳的生产和消耗大国有关的，煤碳中含有的硫化物随着煤的燃烧，生成二氧化硫，二氧化硫在尘埃中微量重金属离子的催化作用下转变成三氧化硫，三氧化硫溶于雨水即成为硫酸，硫酸与大理石表面的碳酸钙反应就形成结构疏松的硫酸钙，而使大理石表面失去光泽。如果生成的硫酸钙被雨水冲刷掉就形成了溶蚀，而上述形成硫酸钙的过程如果发生在大理石内部，当白色的硫酸钙从岩石孔洞或缝隙中挤出来，就形成吐粉现象。而要避免大理石表面发生上述腐蚀现象，在清洗除去大理石表面污垢之后，还应对大理石进行涂膜表面处理，将酸雨等污染物与石材隔离开。

人们曾尝试用多种材料对大理石表面进行保护，但效果都不理想。如使用石蜡时发现它易吸附灰尘、易泛黄、而且难以渗入石材内部形成耐久性保护，而使用无机石材保护材料时易生成与大理石不相容的硬壳，或与大理石形成可溶性盐，破坏其结构，使用有机高分子聚合物做保护膜也存在由于存在石材是亲水性的，而有机防护膜是疏水性的矛盾，也会使石材表面层因受应力或盐结晶而破坏。最近我国浙江大学的科研工作者研究出用超细草酸钙结晶体形成保护膜的新方法，即使用分散剂进行前处理，使草酸铵与大理石中的钙质成分生成溶解度比碳酸钙更低的草酸钙的超细结晶颗粒层，用这种方法得到的草酸钙表面防护层具有结晶颗粒细密、耐酸性耐候性好、抗污染力强、不影响石材外观、表面光洁度及手感佳等优点。

4、花岗岩的清洗

花岗岩是由石英、长石和少量云母三种矿物组成的灰白色或肉红色的火成岩岩石。其中石英的主要成分是二氧化硅,而长石和云母的主要成分都是硅酸盐，由于二氧化硅和硅酸盐都是只溶于氢氟酸而不溶于其它任何酸的，所以它有很好的耐酸性能。花岗岩有粒状和块状两种结构，按岩石晶粒大小和组成，花岗岩分为伟晶、粗晶、细晶三种，其中石质优良的花岗岩，粒细而均匀，成分中云母含量少而石英较多，且不含黄铁矿。用花岗岩制成的饰面板有粉红底黑色、花皮、白底黑点、灰白色、纯黑色等。由于它具有抗风化能力强、耐磨性好、耐酸性强、坚固美观的优点，已成为建筑石材的重要品种。其中美国出产的美国白麻和我国山东省沂蒙山区出产的山东白麻都是世界著名的花岗岩产品。

目前我国山东省已成为花岗岩等石材生产和出口的重要基地，因此研究好花岗岩的清洗技术不仅对于我国的石材行业的发展，而且对于打开国际市场走向世界也有着重要意义。由于花岗岩是由三种矿物组成的，而它们的性质之间又存在一定差异，并且不同产地花岗岩中三种矿物所占的比例也不同，因此在研究花岗岩性能时应充分注意到这点。如石英硬度为七级、长石为六级，而云母仅为三级，石英的耐酸性较强，但长石和云母耐酸性较差，相反石英的耐碱性较差。所以在用酸对花岗岩进行清洗时，长石易被溶解，而使花岗岩的强度、表面光亮度受到损害。又如在花岗岩熔岩凝固时，由于三种矿物的凝固点不同(石英为1720oC，长石为1100oC，云母为900oC)，所以它们会分相结晶，自然形成间隙。

而且花岗岩在结晶或重结晶时也会在颗粒间形成孔隙，这是造成花岗岩具有0.03%～0.35%的吸水率和有0.5%～1.5%的微孔率的原因。孔隙越小，毛细作用和表面吸附作用越强，这是造成不同产地的花岗岩性能存在较大差异的原因。对于花岗岩的清洗，除了会遇到与前面已介绍过的污垢及其清洗方法类似处之外，还应注意到对花岗岩由于存在微孔隙而造成的深层污染的清洗问题。这些深层污染主要有锈黄斑、有机色斑、湿痕不干水迹等。在花岗岩表面形成锈黄斑的原因，一方面是在于它的内在因素：由于石材中或多或少存在着铁元素，当铁元素以二价的氧化亚铁形式或四氧化三铁形式存在时，在石材中呈黑色，而受外界影响被氧化成三价的三氧化二铁形式存在时，则表现为茶色、黄色。

所以花岗岩上的锈黄斑实际上它的化学成分就是铁锈。另一方面的原因在于其外部，花岗岩石材在切锯、磨抛、搬运、安装、清理和使用的过程中，都有可能与外界的含铁物质接触，当这些含铁物质扩散进入微孔隙并以铁锈形式存在时，就会形成黄锈斑。如用酸性清洗剂清除石材表面的水泥污垢时，同时就很可能把铁质物品溶解并带入石材的微孔，形成黄锈斑。如果含有有机色素的液体(如茶水、咖啡液或捆绑包装石材的草绳、纸包装箱受潮或打湿使其中含有的黄色素)渗入到石材的微孔隙中，就会形成有机色斑。

而由于花岗岩石材在用水泥进行湿法黏贴时，在水泥干燥凝固的过程中，其中含有的碱与硅酸形成的凝胶体、吸湿性盐碱就会由于微孔隙的毛细作用，沿着石材的微孔隙渗透和迁移到石材表面。由于水泥凝胶体具有很强的吸水性，且吸附水后凝胶体呈半透明状态，使光的反射率发生变化，看起来很象石材是潮湿的，而吸湿性盐碱具有较低的蒸气压，很易吸附空气中的水分并在石材表面形成湿痕不干的水斑。处于湿润状态下的石材表面更容易吸附灰尘，而吸附的污物会渗入石材微孔隙的内部，形成更严重的水斑痕迹。由于吸湿性水斑很难被除去而被许多人称为装饰石材的癌症。

对于这些深层污染，清除的方法主要有专业化学清洗和机械翻新等。当污染物已深入到石材微孔的内部，而石材表面结构仍保持完好时，通常采用专业化学清洗的方法。专业清洗的过程为：首先针对污染物的特点选用专用清洗剂(目前国内也已研制出针对黄锈斑等深层污垢的多种专用清洗剂)，并使专用清洗剂渗透进入石材的微孔隙，然后让专用清洗剂在微孔隙中与污垢发生物理或化学作用，最后再通过加水稀释或吸出的方法清除清洗后的残留物。

而当石材已发生严重的深层污染，而石材表层也发生风化腐蚀时，则应该进行翻新处理。翻新处理的方法包括磨抛、喷砂和涂层等。由于花岗岩表里均一，当采用磨抛或喷砂的方法将已风化剥落的表层清理磨光后，就可使其表面恢复光洁如新。磨抛技术包括砂轮磨光的粗磨、使用水的研磨消光加工、研磨抛光的镜面加工精磨等内容。用磨抛技术清理石材地面比较容易，但用于清理墙面石材难度较大，而采用喷砂(粒子喷射技术)可以取得较好的效果。喷砂是利用研磨料的表面研磨作用在对石材进行研磨的同时除去污垢的。喷砂分为干式和湿式喷砂两种，干式喷砂是利用空气压力将研磨料对石材表面进行喷射，达到磨平表面的目的，但对花岗岩进行喷砂时有产生白浊、施工噪音大的缺点。湿式喷砂是在高压水中加入研磨剂向石材表面进行喷射的方法，效果比干法喷射更好。

在国外喷砂翻新技术已得到普遍应用，如使用带有自动回收和分离工作粒子并可吸掉飘尘的的便携式喷射机械，采用105～106Pa的压力可对建筑物外墙上的花岗岩方便地进行清洗。

而在石材表面涂上涂层可以达到遮盖石材表面瑕疵、进行修补、加固石材的作用。在清洗和翻新之后由于石材表面的微孔隙被打开，比表面积加大，对灰尘和污垢的吸附能力加大，所以应即时进行表面防护处理，目前使用有呼吸功能的渗透型有机硅或有机氟防护剂有较好的防护效果。