石材防护和石材防护剂

石材防护和石材防护剂第一节水和液体污物对石材的损害水是使我们人类赖以生存的基础，是万物之本，我们生活在一个水的环境里。我们的生命和生活需要水，所有的植被需要水，我们生活在一个水的世界里。但是，过多的水也会对我们的生活和自然造成侵害，过多的雨水造成自然灾害，雨水也使岩体过快的风化。在我们讨论的建筑和石材领域里，水能使它们保持清洁，水也使它们受到损害，像风化、冻融、病变和污染等。1.水对石材的直接侵害我们周围又是哪些水会对石材形成危害？雨水，对石材的危害主要体现在建筑物的外墙上和室外广场上，尤其是酸雨。酸雨会对安装在外墙上的石灰质石材的光泽和色泽产生严重的损害。在冬季由于雨水或雪水渗入石材内形成的冬融现象对石材产生的破坏也是很大的。地下水对石材的危害主要体现在地面石材上。如果建筑物地面基础部分防水处理不好，甚至根本就没有做防水处理，那么地下水对石材的危害可能会是长期的，表现在石材上就是水斑、泛碱和其它病变等。还有安装用水，就是石材用水泥铺贴时水泥浆里的水分。在春秋两季，如果基础混凝土相对干燥，铺贴水泥浆里的水分干燥时间大约需要3个周的时间。许多没有做过防护或防护没做好的石材铺贴后即出现透水和锈黄的原因就是水泥浆里水的作用。另外，生活用水，包括清洁地面用水、卫生间用水、暖气管道里的水等等，这些水对石材的影响也不容忽视。清洗地面时如果水处理的不及时，这些水会顺着板材之间的缝隙渗进去。我经常会看到一些地面在清洗后一段时间内板缝四周都是湿的就是这个原因。2.水与石材病变水对石材产生危害的结果就是导致石材发生病变和损坏，使石材的装饰性和使用性打了折扣。由于石材的毛细现象，水将地面上或水泥里的一些可溶性物质输送到石材的空隙中，然后吸潮涨裂致使大理石疏松或爆洞，花岗石变色或出现水斑。一些具有明显沉积特征的大理石由于吸水或吸潮，致使材质膨胀，沿着缝合线会出现爆裂或疏松。水还使花岗石内的铁质进一步的氧化，致使锈斑出现。水还使大理石地面吸潮返碱，致使石材表面光泽受到影响。3.水与石材污染对石材产生污染的物质称为污物，而污物的形态又分为固态和液态。固态污物对具有非光泽的石材表面产生污染程度要明显严重于光泽表面的石材。但对于液态污物来讲，由于石材的毛细作用，无论光泽和非光泽石材，这些液体污物都会不同程度的渗入石材内形成难以清除的污染，而这些液体污物的主要载体就是水。4.石材的吸水机理石材具有天然的透气性和吸水性及不同程度的吸水率，这是石材的一个天然特点，而水又是石材产生病变和损坏的主要原因之一。因此，研究石材的吸水机理和吸水规律及形式，防止或控制石材吸收过多的水分就成为做好石材保护的关键。石材晶体或颗粒之间有着微小的缝隙，我们把它称着石材的微孔。石材由于本身存在着微孔和细小的间隙因而有着天然的透气性。保持石材自然的透气性是至关重要的。不同结构和质地石材的微孔大小是不同的，石材透气性的高低通常也是由这些微孔的大小来决定的。使石材的这些微孔的保持畅通，石材底部的湿气才会挥发出来，石材在潮湿的环境中出现问题的机率就会比较少。但是，正是石材这些微孔产生的毛细作用，使石材有着不同的吸水率和吸水量。石材的吸水量与时间成正比，也就是说在一段时间内，石材的这种吸水量随着时间的增长而增大。实际上，石材除了通过这种毛细现象吸收水分之外，还能够通过冷凝现象来吸收空气中气态水分。我们这里讲的冷凝是指空气中的水蒸气因温度降低而液化。在常温下，如果我们周围环境里的空气湿度较大，温度降低会使空气里的这些湿气凝结在石材的表面上，因此我们经常会看到一些酒店的窗户下面那些石材是湿的。空气中相对湿度越大，降温越快，这种冷凝现象就越明显。除此之外，石材的吸潮现象也是石材吸收水分的一种主要方式。这是因为有些石材的微孔里不同程度的伴生着一些可溶性的盐，这些盐分具有程度不同的吸湿性。也就是说，石材的吸潮程度是由这些盐分的化学性质、盐分的含量以及周围空气中的湿度所决定的。那么，石材里的这些盐分又是从哪里来的?其一，石材的一些活泼矿物成分和空气里的一些带有阳离子的气体形成的化合物；其二，石材打磨切割加工使用的水；其三，有些石材在安装前后经过了化学清洗，这些外来的化合物残留在石材里；其四，石材使用水泥铺贴，水泥中的游离盐通过水进入石材的微孔里。通过以上对石材吸水和吸潮机理及石材环境周围的水进行的分析，我们不难看出，石材的吸水现象是自然的，石材遇到水也是难免的，因此，我们唯一要做好的工作是防止和减少水对石材形成危害。第二节石材防护剂及防护机理1，石材防护处理的意义石材作为一种具有建筑和装饰双重功能的建筑材料已经被我们应用和发挥的淋漓尽致。如今评价一座建筑或装修的档次高低，石材用量的多少和效果已成为主要标志。要保持和延续石材这种美好的装饰效果，充分展现石材的自然色彩，给人们的工作和生活提供一个良好的、轻松愉悦的环境和氛围，对石材进行有效的防护处理非常重要。对石材的防护要做到有效，如何的选择和使用防护材料就成为摆在人们面前的一项重要工作。只有有效的产品和正确的使用方法，才能谈得上具有真正意义的石材保护，因而更能使设计师和业主使用石材的意图得到完美表达和持久体现。现有的史料记载了我们先人很早就使用和尝试了一些材料来对石材进行防护处理。石材是一种记录和延续历史的最好载体，在欧洲、在埃及、在中国我们都会看那些具有历史意义的利用石料和岩体建制的庙宇和佛像等。在当今的文明社会和科学时代，大量的建筑和大规模的建筑单体使用了大量的石材和诸多的品种，以表达人们对生活的追求和美的表达。但我们过多和频繁的活动及复杂多变的环境会也使某个建筑单体中个别或整体石材过早地损坏，而石材却是一种可换性极差的材料。因此，无论是早前人们使用树脂或腊或当今各种有机材料用于石材保护，都是在探求使用合理的材料和方法用于延长石材的使用寿命，防止石材过早地风化或损坏，以使石材更长久的保持它的自然色彩或长久的保留它的文化承载。2，石材防护剂的定义和意义给石材防护剂一个科学合理的定义，对于我们研究和选择石材防护剂具有重要意义。石材防护剂就是“主体成分能够与天然石材有机结合、对石材的外观没有明显改变、有效地降低石材的吸水率、明显的提高石材的抗污性能、效果在酸碱条件下相对稳定的溶液”。从以上定义可看出，石材防护剂的作用就是要有效地降低石材吸水率、明显提高石材的抗污染能力。这两个功能标志对于长久保持和体现石材的装饰效果防止病变和风化、降低繁杂的日常保养工作具有重要的意义。而防护剂的质量标志在定义中的也充分体现：主体成分与石材有机结合；效果在酸碱条件下相对稳定。这几个规定的意义在于强调了石材防护剂要有长久和稳定的使用效果。3，石材防护剂的防护机理石材表面上的水和液体污物会渗入石材，石材背面也存在潮湿的可能性。因此，探讨如何使石材既保持良好的透气性，又能避免水和其它液体渗入石材内，成为一个关键性的突破。自19世纪中期法国两位化学家合成了历史上第一个有机硅化合物开始，人类利用有机硅化合物有了新的开始。在这之前，人们利用硅的形式只限于自然中存在的硅的转化物，像陶瓷、玻璃、水泥等无机硅化合物。进入上个世纪30年代后，有机硅化合物的开发和应用有了较大的发展，各种经过改性的具有特定性能的有机硅聚合物相继推出。也就是自此开始，人们开始把有机硅聚合物特有的疏水性能引入到对建材的防水保护方面来。有机硅聚合物之所以成为一种理想的防水材料，得益于它特殊的分子结构。这些直链网状结构或环状结构的聚合物具有较好的物理和化学稳定性、低表面张力、小分子结构和良好的憎水性。对于石材来讲，对其进行防护处理的目的就是通过涂刷一种无色、非成膜的具有浸透能力的液体材料来保护暴露在外的石材表面或内在组织免受潮湿和其它液体产生的损害。在前面部分我讨论了石材的吸水机理和水分对石材产生的危害，显然，防水处理必然成为使石材免受水分损害和减少污染的最好方法。所以石材的防护材料应达到这样几个要求：它能使石材的吸水量明显减少，最大程度的保持基材的透气性，深层渗透，充分耐碱，耐紫外线，对人们无健康危害。一些有机硅聚合物材料完全能够满足以上要求，与腊、丙烯酸树脂等成模性涂料不同，这些有机硅材料不会堵塞和封闭石材表面的毛孔，而仅仅是在石材毛孔壁上形成一层薄薄的膜，而整个毛孔还是畅通的。这样，一方面石材表面上形成的防护层具有较低的表面张力，它使水无法铺展开湿润石材。另一方面，液态的水也无法通过形成防护层的毛细孔渗入石材内，这是因为作为有极性的水已无法与非极性的憎水层作用，尽管相互接触。由此，我们看到的现象是尽管石材遇到了水，但是已看不到被水湿润的现象了。除此之外，完全固化后的有机硅化合物在分子结构上与天然石英极为相似，因此这种防水剂中的活性物与花岗石有着很好的亲和力，从而使得防护效果表现出异常的耐久性。所以我们说有机硅防护剂对石材形成的保护是目前为止最科学最完美的，如今加上将氟化物与有机硅聚合物的嫁接，弥补了有机硅防护剂防油防污性能差的缺陷，使其更加完美。第三节石材防护剂的分类1，石材防护剂的主体和活性成分石材防护和防护剂作为一项成熟的技术和产品应用于石材也经过了较长的不断发展和完善的过程。在当今新技术新材料不断创新的时代，几乎所有能够引用的技术和材料都有在其中体现。简单的讲，各种石材防护剂主要成分的可分两部分，其一为活性物，即在石材防护剂中发挥功能性作用的组成物质，其质量仅占总质量的5-15%左右。其二为溶剂，也称为为分散剂。它的作用是将活性物溶解其中，然后再起一个媒介的作用，把活性物送入石材内部，使其能够与石材结合，形成渗透性保护。毫无疑问，在石材防护剂中起关键作用的还是这些活性物。事实证明，有机硅聚合物是一种理想的和成熟的石材防护材料，它具有较好的防水性和憎水性、性能稳定、耐化学性能较好、分子尺寸和结构理想、能与石材形成有机结合，而且还会保持石材的透气性。现在市面上的石材防护剂大多数品种都是以有机聚合物为主体活性成分，如果这些活性成分的配方结构上科学合理的话，这些防护剂应具有这样一些特点：防水性较好，酸碱条件下效果稳定，渗透性较好，与石材有机结合（化学结合），不会改变石材的外观和透气性。当然，由于防护剂的配方组成涉及技术和成本等众多因素，各厂家各品种的防护剂在性能质量上也会有较大的差异，这些差异主要表现在产品的内在质量指标，如耐酸性和耐碱性及渗透性。基于人们对石材防护剂性能更高的要求，有机硅聚合物作为石材防护剂的主体材料选择使用也存在着美中不足，其缺点表现在防油性能较差。随着氟化学和氟材料技术的渐渐成熟，有机氟聚合物也被引用于石材防护领域，它出色的抗油和抗污染性能及耐化学性使石材防护剂的性能相对趋于完美。但是有机氟材料的防水性能远远没有有机硅那么好，因此人们常把有机氟和有机硅结合起来使用，使石材防护剂既有理想的防水性能又有理想的防污性能。由此,我们可以通过确认石材防护剂的活性物成分来区分产品的防护功能:有机硅防护产品的防水性较好,有机氟防护产品的防污性能较好,有机氟和有机硅结合的防护剂的防水、防污综合性能较好。当然,也并不是所有的含有有机硅和有机氟成分的石材防护剂的性能是相同的,它与具体使用的有机氟和有机硅聚合物的种类和性能及含量有较大的关系。2，石材防护剂的分类1），石材防护剂按其防护功能和目的可分为防水剂、防污剂两大类。防水剂，就是能够对石材能够提供防水保护，防止石材受到水的损害的液体材料。防污剂，就是能够防止石材受到水和其它液体污物（像果汁、食油、机油、染料等）的损害和污染的液体材料。2），石材防护剂按其活性物（主要有效成分）成分可分为硅酸盐类防护剂、有机硅低聚物类防护剂、有机氟硅类防护剂和丙烯酸类防护剂。目前市场上的硅酸盐类防护剂主要是以甲基硅酸钾或甲基硅醇钠为有效成分的水溶液，这是一种应用最早的有机硅防水剂。它的作用机理就是涂刷在石材表面后其活性物与空气中的二氧化碳及潮气发生水解反应，生成具有憎水性的硅醇。但是，这些硅醇仅仅是覆盖在石材表面，是物理结合，依靠这层薄薄的硅醇膜来起到防水作用。同时，我们还从其过程和结构中的看到，在碱性条件下硅醇的形成过程是可逆的，也就是说在碱性条件下这种具有防水作用的硅