牆壁也得皮膚癌！？－淺談壁癌

Posted on 2014/07/21 in 環境能源, 環境能源管理, 管理與應用：科技、工程、政策 with 沒有迴響 18,027 views

牆壁也得皮膚癌！？－淺談壁癌
國立臺灣大學土木工程學研究所結構組葉智強

相信大家對於「壁癌」（圖一、圖二）這個詞都不陌生，可能發生在客廳，也可能會在浴室裡看到；或是某天靠在學校走廊牆壁上，一離開卻發現許多白色粉塵飄落，身上也沾白灰，以上都是壁癌存在的絕佳證據！既然如此常見，那麼它是怎麼發生的呢？

圖一、一般住家常出現的壁癌情況
（圖片來源：作者葉智強攝）

圖二、一般住家常出現的壁癌情況
（圖片來源：作者葉智強攝）

其實壁癌正式的名稱是「白華」(efflorescence)，會在結構物表面形成一層白色的粉塵，基本上在「混凝土結構物」很常見。其成因和水泥水化物的組成很有關係，我們可以將水化作用（水泥+水→水泥水化物）的反應以下列式子表示：

\(\mathrm{C_3S+H_2O\rightarrow C}\text{-}\mathrm{S}\text{-}\mathrm{H~gel+Ca(OH)_2}\)

其中

\(\mathrm{C_3S}\)：水泥中參與反應的主要成分
\(\mathrm{C}\text{-}\mathrm{S}\text{-}\mathrm{H~gel}\)：水泥水化物膠體（即我們常見的水泥漿的主要成分）
\(\mathrm{Ca(OH)_2}\)：氫氧化鈣

而 \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) 就是造成白華現象的兇手！

基本原理為：\(\mathrm{Ca(OH)_2}\) 在混凝土中以結晶的方式存在，當混凝土的濕度較高時就會將 \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) 溶解滲出並在表面析出，再與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣 \((\mathrm{CaCO_3})\)，沉澱在混凝土的表面且呈現「白色」，這就是白華產生的過程。既然白華的源頭 \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) 是伴隨著水泥的水化作用產生，那麼是否有辦法根絕呢？這個有趣的問題將在後半段討論。

根據成因還有外觀的不同，我們可以將一般生活中常見各種型態的白華分類如下：

初始白華：
又被稱為「灰花」，常在外牆磁磚的接縫處產生。原因是在水泥漿體凝固的時候因為水分蒸發而析出的白色物質，水泥漿體硬固後就不再產生，對結構強度沒有損害。
乾式白華：
水泥中的游離鈣 \(\mathrm{(Ca^{2+})}\) 與水反應產生 \(\mathrm{Ca(OH)_2}\)，之後再形成含水的結晶稱之。
濕式白華：
由於混凝土內的水分太多，會將內部的 \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) 帶出至表面析出，再與空氣中的二氧化碳 \((\mathrm{CO_2})\) 反應沉澱而成。因此如果無法隔絕水份持續入滲的話就會持續產生此種白華，久而久之就會降低結構的耐久性。
晶狀鹽：
用來拌混凝土的水或材料含有「硫酸鹽」或「氯化鹽」，就容易在表面形成結晶狀的外觀。其中硫酸鹽會對混凝土產生硫化作用，而氯化鹽則會腐蝕鋼筋，兩者都會降低混凝土的強度。

從以上分類我們可以看到混凝土結構物很容易就有白華現象的產生，尤其是在臺灣高濕度的環境下更難以避免，也因此「壁癌」是一個很令人頭痛的症狀。

由上述內容我們已經了解白華的形成和「鈣離子 \(\mathrm{(Ca^{2+})}\)」以及「水」有非常密切的關係，因此必須從這兩部分解決問題。

針對「水」做處理，是種比較治標不治本的方法，因為在潮濕的環境下水分還是有機會滲入混凝土，只要不小心滲入，白華還是會源源不絕的產生，不過這也是個比較直接且立即見效的做法。當室外水氣充沛、濕度很高時，水份可能沿著極細微的裂縫漸漸入滲，因此最重要的就是「室外防水處理」。

大致處理步驟如下：

1. 先進行表面處理，移除外牆的附著物。

2. 上防水漆或是水性防水塗料（圖三、圖四）。

圖三室外以防水漆補強
（圖片來源：http://www.grasps-leaks.com.tw/prevention.html）

圖四室外以防水漆補強
（圖片來源：http://www.grasps-leaks.com.tw/prevention.html）

接下來是室內的壁癌處理：

3. 先進行表面處理，移除牆上的白華。

4. 噴塗市面上的壁癌噴劑或以稀釋約 \(30\) 倍的鹽酸溶液清洗表面。

5. 待風乾後利用彈性補土修補裂縫。

最治本的方法就是移除混凝土中可能含有的鈣離子 \(\mathrm{(Ca^{2+})}\)，由於 \(\mathrm{Ca(OH)_2}\)是由 \(\mathrm{C_3S}\) （水泥的主要成分之一）產生的，因此拌合水泥漿體的時候可以減少水泥的用量，並以卜作嵐(Pozzolan materials)材料取代。卜作嵐材料與水反應如下：

\(\mathrm{Pozzolan+Ca(OH)_2+H_2O\rightarrow C}\text{-}\mathrm{S}\text{-}\mathrm{H~gel}\)

由上式可以看出卜作嵐材料不但不會產生 \(\mathrm{Ca(OH)_2}\)，反而反應中還可以消耗部分的 \(\mathrm{Ca(OH)_2}\)，因此對於混凝土的耐久性有很大的幫助。但此方法必須從拌合水泥漿體的地方就需要改變材料，因此較不適用於事後補救。

因此在材料選擇上多使用卜作嵐材料來取代部分水泥不但可以減少 \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) 的產生，也有助於提升結構的耐久性。如果是已經發生白華現象需要改善時則須要將「水」真正隔絕，只清除及修補有壁癌的地方並不夠，必須不讓水滲入混凝土才是有效的做法。

參考文獻