同济可持续混凝土
导读
返碱是指在混凝土表面出现的白色（也有其他的颜色）沉积物或滤出物。
返碱有两种类型：一次返碱（PrimaryEfflorescence）和二次返碱（SecondaryEfflorescence）。一次返碱指混凝土硬化过程中，泌水逐渐蒸发后在混凝土表面形成的返碱。二次返碱指硬化混凝土中的可溶性盐被滤出形成的返碱。
一次返碱
硅酸盐水泥水化过程中，C3S和C2S在水化生成C-S-H凝胶的同时，也生成了大量的Ca(OH)2。Ca(OH)2除有一部分用以维持孔隙液的碱度外，其它大多以晶体形态存在于水泥石中。
Ca(OH)2是一种极易溶解的物质，在硅酸盐水泥凝结硬化的早期，其中的自由水会逐渐沿着内部孔隙向外迁移，以补偿表面蒸发掉的水分。在这一过程中，会将溶于其中的部分Ca(OH)2带到混凝土表面。当到达表面后，Ca(OH)2与空气中的CO2和水发生化学反应生成不溶于水的白色沉淀物CaCO3，附着在混凝土表面，这就是一次返碱的发生机理。
避免一次返碱最有效的办法是降低混凝土的水灰比，提高密实度。水灰比越大，混凝土的孔隙率越大，强度越低，越容易出现收缩开裂。毛细孔多余的自由水能够更轻易地通过内部孔隙，将Ca(OH)2滤出形成返碱。
添加活性粉煤灰替代部分水泥可以防止一次返碱。活性粉煤灰可以与水泥水化反应生产的Ca(OH)2发生反应，生产水化硅酸钙。Ca(OH)2是返碱的元凶，活性粉煤灰可以消耗一部分Ca(OH)2。另外，活性粉煤灰生产的水化硅酸钙可以使混凝土强度更高，密实度更高，降低孔隙率，从而进一步降低一次返碱的几率。
精心养护对防止返碱也是非常重要的。新浇筑的混凝土的孔隙结构使开放并彼此联通，随着养护的进行，孔隙逐步被填充封闭，密实度越来越高。因此，精心养护能够抑制混凝土内自由水的迁移，避免Ca(OH)2被滤出表面形成返碱。
如果养护不及时不彻底，混凝土表面会出现塑性开裂，内部的孔隙相互联通，有利于自由水迁移。因此，缺乏养护的混凝土表面经常会出现返碱现象。
避免返碱现象发生的根本手段是提高混凝土的密实度，密实度越高，返碱现象发生的几率就越小。因此，任何有利于提高混凝土密实度的手段，都有利于减轻或消除返碱问题。
二次返碱
二次返碱是由于外界有害因素影响混凝土而产生的，如氯化物等。钢筋混凝土桥和停车场地面是比较容易发生二次返碱现象的地方，冬季使用化冰盐，这些地方容易有盐溶液积存，这些盐溶液渗入混凝土，可以分解混凝土中的水泥石。有时结构裂缝处可以见到类似钟乳石一样的沉积物析出，这些就是水泥石被氯盐分解后的产物。这种现象对结构危害极大，可以导致水泥石越来越疏松，危机结构的安全。因此，二次返碱又被形象地称为是混凝土的“骨质疏松症”。
二次返碱的主要成因是混凝土内部的水分迁移，将可溶性盐类带到混凝土表面，水分蒸发后，这些盐类沉积在混凝土表面，形成返碱。
混凝土中的盐类多种多样，有些来自水泥本身，有些来自使用的外加剂，还有些来自砂石骨料。混凝土硬化后与环境接触，外界的化学物质也会渗入混凝土。这些盐类就是返碱的“种子”，有些溶解在水中，随着水的迁移析出并沉积在混凝土表面。有些则与环境中的二氧化碳反应，生成矿物晶体沉积在混凝土表面。
虽然所有混凝土中都会含有一定量的盐成分，但并不是所有的混凝土都会出现二次返碱。二次返碱的产生必须同时具备以下的条件：
1混凝土中存在可溶性盐。
2混凝土中有足够的水分溶解这些盐。
3水的迁移或静态水压力能够使这些盐类物质从混凝土表面析出。
上面的条件缺一不可，缺少其中任何一项，都不会发生二次返碱现象。
既然混凝土中有可溶性盐和水存在，同时水可以在混凝土中迁移是产生返碱的根本原因，那么解决返碱的问题关键就是如何控制水分进出混凝土。
控制水分是减少甚至消除返碱现象的关键，干燥的混凝土结构很少出现返碱。因此找到水源，然后控制水分进出混凝土的通道成为解决返碱问题的关键。
例如混凝土地坪直接与土壤接触，土壤中的水就是一种重要的水源，如果混凝土的密实度不够，能够从土壤中吸收足够的水分，这些水在混凝土中迁移，其自身可能就带有可溶性盐，也可能溶解混凝土中的可溶性盐。当水迁移到混凝土表面时，这些溶解在水中的盐就会留在混凝土表面，形成二次返碱。如果在地坪下放置一层防潮膜，将混凝土与土壤隔开，断绝水源，就可以大大减少地坪出现返碱的几率。
如果没有铺设防潮膜隔断水源，在地坪表面涂刷不透气的密封剂或涂料，如环氧或聚氨酯地坪涂料，将混凝土表面覆盖，使水分不能正常散发，混凝土中就会产生蒸汽压和静水压，最终将引起地坪涂层起泡甚至破裂。如果使用的地坪涂料是可透气的材料，如丙烯酸类涂料，虽然不会在混凝土内产生蒸汽压而使涂层起泡破裂，但水中溶解的盐会慢慢地在涂层下面积聚，产生难看的斑块，严重的可以导致涂层破裂。
因此，如果不首先控制水源，单靠在地坪表面涂刷涂料是不能解决返碱问题的。
即使混凝土地坪不直接与土壤接触也可能会出现二次返碱，如多层建筑中二层以上的地面。这些地面的水源来自于日常清洁、意外洒水等，如果地坪的密实度不好，水被混凝土吸收，也会出现二次返碱。但在这种环境下，如果在地坪表面涂刷涂料，不管是聚氨酯、环氧还是丙烯酸类涂料，都会隔断水源，既保护混凝土，也保护了涂层本身。
因此，防止混凝土结构二次返碱的第一要务是控制水源，第二要务是提高混凝土的密实度。
另外一个与二次返碱有关的因素是混凝土结构所处环境的潮湿度。当气候较干燥、环境潮湿度较低时，混凝土中自由水在向表面扩散的过程中，由于环境干燥蒸发速度较快，使得自由水还没有到达混凝土表面时就被蒸发了，把盐分留在了混凝土结构表面的下面，这时表面上就看不到二次返碱现象。相反，如果湿度较高，自由水会在表面渗出并蒸发，就会看到二次返碱现象。由此可见，二次返碱现象还与季节有关，潮湿季节容易发生，干燥季节则较少发生或基本不发生。
对于既有结构，可以通过使用密实剂（也称硬化剂）来提高密实度发防止产生二次返碱。在混凝土表面涂刷密实剂，密实剂可以渗入混凝土表层的毛细孔中，和游离钙发生反应生成水化硅酸钙堵塞内部孔隙，从而达到提高密实度的目的。如果施工得当，使用密实剂可以给混凝土带来三重好处。第一，提高密实度，降低孔隙率。第二，消耗混凝土中的游离钙。第三，密实剂中的硅凝胶可以黏住可溶性盐，增加其被滤出的难度。
目前常用的密实剂有三种，硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂。其中硅酸锂最有效，因为与其它两种比较起来，锂离子最小，在硅酸盐分子中硅所占比例最大，而硬化效果主要来自于硅成分，因此硅酸盐中硅的比例越大，说明硅的浓度越高。硬化效果越好。另外，当硅酸盐与游离钙发生反应时，钠离子和钾离子都被释放出来成为自由离子，可以变成另外形式的可溶性盐从混凝土中滤出。而锂离子不会成为自由离子，不会形成新的可溶性盐。
需要说明的是，并不是所有的密实剂都可以抑制二次返碱，有些甚至会加剧二次返碱，因此选择正确的硬化剂非常重要。
最后，高浓度的二氧化碳可以加速二次返碱现象的发生。如果混凝土位于锅炉附近，出现二次返碱现象的几率更大。
