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摘要:历史建筑物墙体中的砂浆长时间产生后风化并且墙脚处在地表水和地下水的长期侵蚀,导致墙体装饰面产生脱落,细菌滋生,对建筑墙体的耐久性、稳固性、安全性及卫生环境产生严重的破坏。如何在短期内少破坏历史建筑墙体的前提下,对历史建筑墙体进行防潮层修复便成为一个重要的课题。本文目前国内比较常见的防潮层修复技术进行归纳总结,以便形成一份理论性强、普适性高、可操作性墙体防潮层修复技术研究文件。望能在今后工程中起到一定参考与指导作用,有利于提高工程质量,节约材料成本,缩短施工周期,使资源利用最大化,从而实现历史建筑保护的可持续发展。
关键词:历史建筑墙体防潮层修复技术
常见的历史建筑墙体防潮技术通常是将“截、护、抗”三种方式公共治理综合出来一种技术措施。防潮工艺的修缮技术从施工方法上可以分为二种:第一种是物理修复法、第二种是化学修复法。现在防潮层修复工艺已非常成熟,但是由于新材料、新技术的不断发展,墙体防潮的效果也有了诸多进步。同时解决墙体潮气问题后,也应该注意在日后使用中对建筑墙体的日常维护、观测和记录,以便检验潮气对墙体的影响情况。
一、一般建议
1.查明潮气来源
在进行任何干预之前,需要查明导致历史建筑墙体损害的潮气来源,损坏的落水管、基础部位的反溅水、潮解水(冷凝水)以及季节性结露等均可能导致类似上升毛细水的损害。如经过检测确定墙体潮湿主要是由于上升毛细水导致,而且潮湿程度已经影响到墙体结构安全或该建筑的使用功能时,建议在不进行基础置换的前提下增设或修复防潮层。
2.修复措施选择
在增设、修复防潮层之前,宜优先考虑其他不扰动原有历史建筑墙体结构的降低上升毛细水量的技术措施,如改善排水系统,降低地下水位等,以减缓水对墙体的损坏。防潮层增设、修复包括机械物理方法或化学注射方法两类,方法选择应依据墙体构造、潮湿程度、结构安全性及建筑的重要性而决定。
3.修复后维护
防潮层增设、修复后,在原有墙体由潮湿变干燥的过程中,溶解在原有墙体水中的盐分会转移到表面,随着水的蒸发结晶而出现泛碱。泛碱的处理按前章的修复措施进行,或采用特殊的能够储存潮气及盐份的砂浆抹灰。
二、物理修复法
1.机械物理法
机械物理方法包括:抽砖(石)置换法、V形切割法、打入金属板法、钻孔法等。
抽砖(石)置换法师在砌体墙上沿同一水平高度将原有的砖(石)替换为聚合物改性钢筋混凝土的方法。使用的钢筋混凝土既可以使预制,也可以使现场浇筑。置换法材料宜选择聚合物改性的防水性能好且耐久性好的低碱混凝土。因置换法对原有砌体破坏较大,在一定程度上会影响结构的稳定性,一般应结合结构加固措施使用。
V形切割法是将墙体两侧依次分别切开,灌注防水砂浆,以达到隔断上升毛细水的作用。与置换法类似,V形切割法对原有砌体破坏较大,在一定程度上影响结构的稳定性,一般应结合结构加固措施使用。
打入金属板法是将不锈钢等金属板材沿砖石砌体的灰缝击入墙体,以达到隔断上升毛细水的目的。
2.维护修复法
这种修复方式,也称为抹灰法,通常是对历史价值意义较小的历史建筑墙面采用的一种简单快速的修复方式,严禁对重要的历史建筑墙面使用。施工时先将旧墙皮铲除干净,再用防水砂浆打底,白麻刀灰罩面从而起到对防潮层的修复作用。这种做法仅仅能够在一定时期内防止潮气从墙体内部直接向室内渗透,其实根本不能解决或是切断地下潮气对墙体的毛细作用,因此这种做法无论在理论上还是在实际修复应用中都不可能起到彻底防潮的作用。
3.柔性防潮层或涂抹防水材料法
通常使用这种方式修复的防潮层合理使用年限在3~5年左右,主要适用于一般历史建筑的装饰性抹灰墙面修复,不适合在近代砖(石)木建筑的防潮层修复中运用。装饰性抹灰墙面主要材料为水泥砂浆饰面,为了防止墙面由于吸水后对墙面内部产生破坏,则需要对墙体表面和内部进行有效的防水处理。在外墙表面,涂刷一层防水保护剂,通常会采用针对含硅及硅酸盐墙体,具有防水保护作用的有机硅氟类材料。这些防水材料通过与水泥砂浆中的硅酸盐发生化学键合,使其能够在墙体表面及空隙内部形成一道完整的憎水层,使液态的水无法侵入墙体内部,从而达到防水防潮的目的。
三、化学修复法
1.化学注射法
化学注射方法,俗称防潮针是指通过在墙体上打孔,注射防水剂来达到防止毛细水上升的效果的技术措施。适合的化学注射方法的防水剂应符合下列要求:
(1)很好的渗透性,能够渗透到包括砖、石材、石灰灰浆、黏土等材料中;
(2)很好的憎水效果,处理后砖、石、灰等材料毛细吸水系数小于0.5kg/(m2·h);
(3)在存储、施工及固化过程中有很好的物理和化学稳定性;
(4)很多的耐久性,在墙体内部中有30年以上的耐久性;
(5)如失效,可采用其他的机械物理方法或化学方法再处置;
(6)非易燃易爆物品,生态环保,施工及自然老化过程中对地下水等不发生污染。
值得注意的是重要历史建筑应避免使用可能会产生衍生副产品如NA+或K+盐的化学材料如硅酸钾(钠)及甲(乙)基硅酸钾的复合溶液等。其他非渗透性、成膜的材料需要经过实验室及现场试验确定效果后才可以使用。
2.无压力注射工艺
无压力注射工艺应符合下列要求:
(1)在实际施工前,应进行全面的测试分析和实地勘察;
(2)当相对含水率低于60%,墙体受潮程度不是很高时,才可采用无压力注射防水剂法;受潮程度很高的墙体宜采用压力法注射;
(3)在设计时,需要充分考虑防水剂在墙体中形成连续的防水带。需要打双排交叉孔,钻孔的距离以100~120mm为佳。采用液体防水剂时,钻孔角度为25°~30°,保证至少穿透两层砌筑砂浆层.钻孔的直径以10~30mm为宜,钻孔的高度距地面300~500mm,其中一排孔的高度应该高于地面至少100mm;双排交叉打孔的同一排孔间距为200~240mm。当墙体的厚度大于600~700mm时,宜从两侧打孔;
(4)用量筒法或其他方法注射防水剂,每个钻孔中的防水剂必须达到饱和,并在24小时后重复注射一次;
(5)钻孔建议采用流动性好无收缩的水硬性石灰清浆或低碱低强度(抗压强度不大于5MPA)的混合清浆封孔。不建议采用水泥清浆,后者由于高强度、含水溶盐等原因会导致钻孔周围历史材料的损害。
3.压力注射工艺
(1)当墙体很潮湿,如测定的墙体砖、石等材料相对含水率大于60%时,或者墙体间隙性受到压力水危害时,必须采用压力方法注射防水剂,使防水剂能够渗透到砖石及灰缝砂浆中。
(2)采用高压注射工艺时,宜沿砖缝斜打一排或两排孔,角度30°~40°,钻孔直径○=12mm,钻孔数量以5~9个/延米为宜。钻孔深度大于等于墙体厚度的2/3;重要的历史建筑,也可以沿砌筑缝水平打两排孔,钻孔直径○=12mm,钻孔以5~9个/延米为宜。水平打孔时,必须打两排孔,以保证足够的防水剂进入墙体。
(3)施工时,可采用手动或电动注浆机,注浆机压力控制在2~3bar,防水剂达到饱和后,保持压力至少1分钟,很潮湿墙体12小时后再补注射一次。
防潮层修复效果宜在完成施工后3~6个月后通过无损的热红外热成像方法或超声波方法等技术手段来对比墙体含水率的变化而确定防潮层的效果。
四、敷贴法无损排盐技术措施
当检测阶段发现历史建筑墙体内水溶盐含量超过标准,应该在满足修复要求的前提下替换被盐危害的材料,通常这种替换仅适用于历史价值不高的历史建筑,或采用排盐措施排除水溶盐。历史建筑的清水墙面排盐的施工工艺有多种,其中包括敷贴法、替换法、电化学法、牺牲灰浆法等等。替换法是指首先凿除被盐侵蚀严重的砖块、砖缝等,重新替换成含盐率低的材料。通常采用替换法,除了一定要注意历史建筑保护修复的基本原则外,更需要注意所使用的替换材料与原始的历史材料之间的兼容性,从而避免带入新的盐分。电化学法是指利用水溶盐的阴、阳离子,在电流作用下分别向阳极、阴极运移的原理,而排除盐分。此方法的优点是对基层干扰较少,适合对墙面有重要彩绘、壁画等重要历史信息保护。其缺点是排盐效果受限制,工期较长,且必须由非常专业公司组织施工,并且不适合历史建筑清水墙面排盐施工。
敷贴法无损排盐技术是利用水溶盐离子毛细作用将墙体基层中的盐分集中到可以去除的表层敷贴材料中,从而减少基层盐分含有率的方法。适用于无损排盐的材料有排盐灰浆与牺牲灰浆两种。
1.排盐灰浆:是由多种纤维与粘土等材料复合而成,现场施工可以直接使用的浆状材料,高孔隙率,高比的表面积。施工高效大概在1~4周时间可以达到效果。值得提出的是,排盐灰浆中是不允许添加任何无机,比如石灰、水泥或有机胶凝材料,比如明胶、树脂等,当然更不允许添加任何无机或有机盐,比如过硫酸钾或碱,比如氢氧化钾等化学材料。
2.牺牲灰浆:低强度灰浆,以石灰作为粘结剂。当盐分从四周聚集到这部分后,清除掉,达到排除盐分的效果。通常其与排盐灰浆相比施工时间要长,需要6~12个月。
两者的原理均是将排盐材料施工到含盐的墙体材料,灰浆中的水份进入墙体基层,使砖和石材中的盐产生活化。被活化的盐离子随水分的蒸发而向表层迁移,在灰浆层中结晶。剔除掉灰浆后,盐分同时被带出,达到排盐的效果。
排盐灰浆是由多种纤维、黏土等复合而成的、具有高孔隙率、高比表面积、接近中性的浆状材料,其质量宜满足下列要求:⑴不含任何石灰水泥等无机或有机黏结剂;⑵与基层墙体有良好的附着力,在自身重力作用下不脱离基层墙体;⑶收缩率低,施工后不发生分离;⑷清除剥离后基层墙体颜色不能有所改变;⑸PH值应该为中性,对基层墙体无任何腐蚀作用;⑹材料应选用可降解、环保。排盐灰浆适合于盐分集中在材料表层的基层材料排盐。含有诸如表面活性剂等的膏状或糊状去漆剂不属于排盐灰浆。
牺牲灰浆则以石灰、草、砂土等配置的低强度灰浆,与排盐灰浆的区别,在于其含有石灰等黏结剂,其可作为临时的装饰面层进行使用。施工到墙面基层后的6~12个月内,待盐分聚集到该层后,清除掉灰浆,以达到排除盐分的修复效果。牺牲灰浆,适合对整个墙体均被盐侵害的墙体进行排盐,可多次运用这种方式以提升排盐效果。
大量研究实践证明,一般清水砖墙历史建筑墙体中的水溶盐主要集中在表层小于20mm的范围内,同时由于温度、湿度等在表层范围内的变化最剧烈,因此表层的盐对历史材料也是有所损伤的,因此必须采用无损措施排除这些盐分。排盐灰浆与牺牲灰浆相比具有工期短、施工方便等优点,然而排盐灰浆具有的高效性却只有很少的追踪测试等分析数据作为技术支撑。重要构件及墙面装饰在进行脱除盐分之前,应该进行详细影像及文字记录。一般墙面,如基层为牢固的砖、天然石材、水刷石等墙体材料时,可以先用干净水适当清洗表面,待墙面未完全干燥时直接将排盐灰浆敷贴至墙面基层,湿厚度为10mm~20mm,待7~14天后撕铲掉干燥的灰浆,再用清水清洁表面。等待时间的长短取决于水溶盐的类型、周围环境气候等,当墙体基层含较多CL-,NO3-时,宜在敷贴后2~5天排盐灰浆表干后马上揭取。重要构件或软弱构件在排盐之前,可以先采用硅酸乙酯等材料预增强,等增强剂固化后在表面敷贴生宣纸或其他减低排盐灰浆附着力的界面剂等材料,再施工排盐灰浆,以防止排盐过程特别是撕铲过程中对原有墙体造成损伤。
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