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.装饰石材的清洗与翻新
近20年来,石材已经成为最时尚的建筑装饰材料之一。但是,以前未曾料到的石材“毛病”也越来越多地显现出来。例如,经常见到的石材锈斑、有机色斑、水迹和水斑、盐斑与白华、表层粉化、起壳剥落、裂纹和油斑等等。这些毛病破坏了石材原有的装饰效果,而清除他们具有相当的难度。因此相应的诊断和防治技术应运而生。石材的专业清洗和护理、专用药剂、翻新机械等已经成为石材行业的新兴门类,显现出可观的经济前景。
一、装饰石材常见的病症及病因
石材病症的内因主要有两方面:一是石材天然存在的微孔隙。例如,花岗石主要由石英、长石和云母组成,其凝固点分别为1720、1100和900度左右, 岩浆凝固成岩石时,它们分别结晶,自然形成孔隙。大理石在地质的结晶和重结晶时也会在颗粒间自然形成孔隙。孔隙越小,毛细作用和表面吸附作用越强。二是相对复杂的化学成分。石材中有些成分容易与外界环境发生作用,产生侵蚀或变异现象。例如,石材的含铁量与锈黄斑有直接关系,钙质成分与吐粉和起壳剥落现象等直接有关。
石材病症的外因主要来自三个方面：大气、水或水中所含某些物质与石材内部的一些成分发生化学或物理作用；周围环境某些污物的渗入或侵蚀,其中环境污染和酸雨的影响不可小视；开采、切锯、磨抛、搬运、安装和维护等施工措施或使用不当而造成。
下面我们结合具体病症说明常见的石材病症。
锈黄斑。锈斑的形成主要有以下两个方面：一是自然反应生成,因为石材的成分中或多或少含有赤铁矿或硫铁矿。这些物质在潮湿环境下与空气接触很容易被氧化而生成三氧化二铁(铁锈),典型的例子是 “美国白麻”花岗石。二是石材在切锯、磨抛、搬运、安装、清理和使用时有含铁物质残留、吸附和浸入石材的表面层,以后逐渐扩散和氧化,产生锈黄斑。最典型的例子是用强酸清洗水泥斑会将碰到的铁质溶解带入石材微孔,又如与石材接触的生锈的铁器会因雨水等的传递将石材染成锈黄色。
有机色斑。其他的含色素的物质也会污染石材,典型的如捆绑和包装石材的草绳、纸板箱等,在受潮或打湿以后黄色素溶出渗入石材微孔形成黄斑。其他如茶和咖啡溶液、动物的排泄物、生物腐烂液、微生物的繁殖等都可使石材产生色斑。
水斑与水迹。水斑是指湿痕不干的水斑,主要有两种：一是石材直接或间接地与潮湿或水源相连的情况,例如南方一些湿贴的墙面,尤其是内部填土的较潮湿的部位,或是上下方经常有水渗入的部位,都可以看到水湿印。二是因为石材的微孔隙中含有某些易潮解的盐或碱。盐碱的来源有湿法粘贴时的水泥或添加剂、酸雨作用的产物、切锯和抛光的冷却液以及安装的清洗液和护理液等等的带入。易潮解的盐或碱具有较低的水蒸汽压,他们将吸附水分直至达到与外界水蒸汽压的平衡,而石材微孔隙产生的附加压力(微孔毛细现象)使平衡更加有利于吸附更多的水分,因此不论外界天气如何,石材表面层的水总是干不了。
水迹,这里指已经干了的类似于水斑的印迹。产生的原因或是湿法粘贴,或是曾经渗水,或是其他潮湿粘液体浸入等原因使石材表面某一区域较长时间处于湿润状态,湿润的表面更容易吸附灰尘。吸附的污物会渗入石材微孔隙,即使后来整个石材装饰面干了,明显的水斑印迹也会留下。
失光、溶蚀、起壳剥落、孔洞和吐粉。大理石、石灰石和白云石等含钙石材,其主要化学成分为碳酸钙。我国是一个煤炭生产和消耗的大国。煤炭里所含的硫化物随着煤炭的燃烧,生成二氧化硫或三氧化硫,二氧化硫在尘埃中微量重金属离子的催化下会进一步氧化成为二氧化硫。三氧化硫溶于雨露即为硫酸。酸雨、酸雾和酸气会与碳酸钙反应生成较酥松的硫酸钙,俗称石膏。酸性雾气是使含钙石材表面失光的主要原因。石膏是一种水合结晶膨胀物,在雨水经常冲刷到的部位,硫酸钙膨胀物等被溶解冲掉,形成溶蚀。在雨水难以冲刷到的部位,酥松的硫酸钙易吸附灰尘形成黑垢层,当垢层增厚到一定程度,形成瘪状或片状突起,甚至剥落。若石材中含有较多的碳酸镁,常使碳酸岩石面形成一些小孔洞。另外,某些含钙石材本身的化学成分就不太稳定,在空气中二氧化碳和其他酸性气体以及潮气的作用下,与上述过程类似的结晶和水合现象会在石材内部发生。当石材孔隙的孔径较大时,膨胀的白色粉体会被挤出,形成“吐粉”现象。
盐碱班、白华与粉化。
盐碱斑是盐类或碱类在石材微孔隙中形成白色固体而在石材表面呈现的斑痕。石材微孔有较强的毛细作用,这使许多化学物质能够借助于水和潮气渗入石材并在石材中扩散,随着石材表面水的蒸发或与空气中某些成分接触反应,盐碱结晶便析出。最常见的例子有:湿贴时水泥中的盐类或碱 类沿海地区石材装饰面上海盐的析出,盐碱地区墙基角石面盐碱的析出等等。
白华是从石材的接缝中流出来的白色物质,是盐碱斑的一种。来源是水泥砂浆中的钙、镁等的氢氧化物从接缝或孔隙里渗出来,与空气中二氧化碳反应形成白色的碳酸钙或碳酸镁等的结晶,即所谓“一次性白华”。酸性水渗入水泥砂浆和灰泥等粘接填缝材料,与其中弱酸的盐,如碳酸钙、碳酸续等反应, 形成新的盐类,如硫酸钙、氯化钙和硝酸钙等。盐溶液渗出或扩散到石材表面,随着水分的蒸发在石面 析出,形成“二次性白华。
盐溶液在岩石微孔隙中结晶或形成盐的水合物时,由于固体体积的膨胀,会产生很大的结晶或水合压力(如硫酸钙的结晶压力可达100~200mn/m2,反复的溶解和结晶足以胀破石材微孔,形成石面的“粉化”现象。
裂纹与冻损。前面所述的各类盐的结晶或水合膨胀可以造成石材裂纹,而水结冰是造成石材裂纹的另一个重要原因。根据物理化学原理,微孔随着孔径的减小,孔内水的蒸汽压相应降低,凝固点下降。对一些极细的微孔,水的凝固点可以下降数十度。因此微孔孔径较小的石材不易受到冰冻的破坏,只有孔径大的裂隙 处易遭到冰冻的加速破坏。
油斑和油污斑。油斑形成的主要原因有三种,一是由于有关器物上的油脂,如机油、润滑油等的泄露和 扩散而渗入石材微孔。二是由于人类菜食等的食用油 污染,例如餐厅、过道和房间中的油迹。三是由于地面 和墙面打蜡、上保护油等不均匀所致。
石材上的油斑有自动吸附和溶解灰尘的能力,形成汕污斑。由于石材微孔具有很强的吸附性,要将油污吸出是比较难的。
石材的病症基本上可分为两大类:一类是石材微孔被异物占据,而石材本身微结构还未受到明显破坏,如多数锈黄斑、有机色斑、盐斑与白华、水迹和水斑、油斑和油污斑等等。对于这类病症,专业清洗是首选方法。另一类是石材微结构已经受到一定程度的破坏,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。
专业清洗。这是针对石材病不同成因和不同对象进行清洗的方法。我们已经多次论述石材或石质文物的清洗技术,这里主要集中于装饰石材的己深入石材微孔的污迹的清洗,我们称之为石材的“深层清洗”。一般讲,石材深层清洗至少应包括以下三个步骤：清洗剂经过渗透过程进入石材的微孔隙；清洗剂在石材微孔隙中与污垢分子发生物理的或化学的作用；通过吸出或稀释等步骤清除清洗作用后的残留物。
这里第一和第三步是完成深层清洗所必要的基本操作,而第二步即能与污垢分子发生作用的清洗剂需要根据污垢的性质、石材的材质以及处理过程的方便而精心设计和实验。在这里化学方法有着独特的效果。目前我们已经有清洗锈黄斑、有机色斑、盐斑与白华、部分水迹和水斑等等的清洗剂,并在继续改进和开发新的清洗剂。除了常见的化学清洗法以外,我们在试验一些更安全的物理清洗方法,例如采用蒸汽流、粒子流、电化学、超声波或激光等清洗方法。
石材深层清洗中应注意以下问题：
应先作试验。石材的“病症”千差万别,例如形成水斑的易潮解盐类可以有多种。因此,在不了解污迹具体成因的情况下,我们提倡先作小试验。
谨慎选择清洗剂。劣质清洗剂往往就是一些强酸,他们很可能引发更严重的石材病,例如,表面失光和粉化、水斑和盐碱斑、疏松溶蚀和泛黄等等。因此建议使用者首先应选择可靠厂家的优质产品；其次在清洗处理前应保护好不准备清洗的部分,在清洗处理完毕后应清除残留的化学品；另外,对石质文物的清洗应请有关专家论证。
翻新。这是针对石材病引起的表面或表层微结构破坏而进行处理的方法。磨抛、喷沙和涂层是最基本的翻新操作手法。最简单的翻新方法是再抛光一下或涂上一层掩饰遮蔽材料。
磨抛可以使表面失光、表层粉化剥落、表面溶蚀的石材光亮面恢复原有的天然外观。一些新的磨具、磨料和化学助剂的结合可以使翻新后的石面达到90高斯以上的镜面光泽度。目前国内地面的翻新磨抛技术已较为成熟,而对墙面的施工目前还有一定技术难度。喷沙也称粒子喷射,可使毛面和不规则表面的石材恢复原有的天然外观,例如对毛板、火烧板和雕塑 都有较好效果。现代粒子或微粒子喷射采用的气流压力为105~106pa左右,精心设计的便携式喷射机械可以自动回收和分离工作粒子并能吸掉飘尘。粒子材料有：石英粉、天然细沙、刚玉粉、方解石粉、玻璃微珠、鼓风炉渣粒、塑料粒子等,这些粒子按直径大小可分为一般粒子(0.1~0.5m)和微粒子(0. 05~0.1mm),可根据情况选择。国外喷沙翻新方法已较为普遍,但国内目前还未见到类似的高品质的粒子喷射机械产品。
涂层的目的是掩饰遮蔽,做得好涂层几乎可以以假乱真。例如对外墙使用仿石漆,我们已经利用切锯石材的废料做成了仿火烧板和毛板的涂层：对于室内地面,例如对一些侵蚀较严重、有孔洞、裂隙或较疏松的石材等,可先用树脂加填料填补孔洞和裂隙,然后用石材增强剂渗透加固,再进行磨抛。我们生产的石材增强剂就常用于石材的翻新工程。另外,一些光亮型树脂也常用于室内石面的罩光或增光处理,可达到提高石材品位的效果。
对于一些难以用清洗方法去除的渗入较浅的污迹,例如有机色斑、盐斑与白华、水迹和水斑等, 磨抛和喷沙方法也有效果,只是成本较高而已。
三、清洗与翻新后的防护
清洗和翻新处理后,由于石材的微孔隙已经被打开,增大了比表面积,使其对灰尘和污液的吸附能力加大,若不及时作防护处理很容易再次被污染。对于石材表面防护剂我们已有许多论述,这里只提几点基本要来应具有较好的防护性,即能够缓解或阻挡周围环境的侵蚀、破坏和污损,例如抗酸雨,抗污染,耐碱洗,憎水拒油等；防护剂与石材应具有较好的相容性,即防护剂本身及其作用过程不能对石材产生负作用,例如变黄,产生膨胀压力,阻碍石材呼吸等；防护剂应具有较好耐候性和重涂性,因为石材的正常有效寿命远长于普通有机防护剂的寿命,防护剂的耐候性越好,重涂的次数越少,重涂性越好说明防护失效后对石材的负影响越小。一般讲使用有呼吸功能的渗透型有机硅防护剂效果较好。例如,浙大产有机硅石材防护乳液和防护增光剂都有较好的防护效果,双层防护效果更佳。
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