黃遠(yuǎn)洋 劉吉貴

(深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司)

0 引言

2013 年，深圳某新建房屋工程的鋁合金門窗在安裝約一年后，陸續(xù)出現(xiàn)了一些鋁型材被腐蝕的現(xiàn)象，產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，需對(duì)受到腐蝕的門窗進(jìn)行更換處理，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

從現(xiàn)場(chǎng)的鋁合金門窗型材（以下簡(jiǎn)稱型材）腐蝕情況來(lái)看，有重度腐蝕和輕度腐蝕兩種現(xiàn)象。重度腐蝕具體表現(xiàn)為型材被蝕穿，型材表面出現(xiàn)3mm 左右孔洞（打密封膠處，將膠條頂起），同時(shí)析出白色物質(zhì)；輕度腐蝕具體表現(xiàn)為型材表面涂層起泡甚至脫落，但未出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，在邊框與外立面砂漿接觸處有白色物質(zhì)析出。見(jiàn)圖1、圖2。

為了解決工程糾紛，也為了使后續(xù)施工的鋁合金門窗型材不再發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，開發(fā)商委托深圳市建筑科學(xué)研究院對(duì)腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行分析檢驗(yàn)，查找出型材產(chǎn)生腐蝕的原因，并提出解決辦法。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鋁合金型材的腐蝕現(xiàn)象調(diào)查，初步判斷鋁型材是受到了氯鹽環(huán)境的侵害而引起腐蝕，推測(cè)出與鋁型材接觸的砂漿氯鹽含量會(huì)比較高。為驗(yàn)證這個(gè)初步判斷，并理清各方責(zé)任，我們從鋁合金型材質(zhì)量、腐蝕產(chǎn)物、砂漿氯鹽含量等方面的檢測(cè)入手，并做相關(guān)的驗(yàn)證試驗(yàn)查明鋁合金型材腐蝕的原因。

1 型材及腐蝕物的檢測(cè)和分析

1.1 型材基材質(zhì)量的檢測(cè)和分析

從現(xiàn)場(chǎng)選取了多個(gè)具有代表性的型材樣品進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目為化學(xué)成分分析、基材壁厚，抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，從廠家提供的產(chǎn)品合格證得知型材的牌號(hào)狀態(tài)為6063-T5，按《建筑鋁合金型材第1 部分：基材》GB 5237.1-2008 進(jìn)行評(píng)定，具體結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1、表2 的檢測(cè)結(jié)果表明，型材的基材質(zhì)量中，基材化學(xué)成分符合GB 5237.1-2008 標(biāo)準(zhǔn)中6063 牌號(hào)產(chǎn)品的要求，拉伸性能（抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率）符合GB 5237.1-2008 標(biāo)準(zhǔn)中6063 牌號(hào)T5 狀態(tài)的要求，鋁合金窗基材厚度符合GB 5237.1-2008 標(biāo)準(zhǔn)中1.4mm 規(guī)格高精級(jí)的要求，鋁合金門基材厚度符合GB 5237.1-2008標(biāo)準(zhǔn)中2.0mm 規(guī)格高精級(jí)的要求。說(shuō)明型材本身質(zhì)量不存在問(wèn)題。

表1 鋁合金型材化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果

表2 鋁合金型材物理性能檢測(cè)結(jié)果

1.2 型材保護(hù)層的檢測(cè)結(jié)果和分析

該工程的鋁合金門窗型材為粉末噴涂鋁合金型材，保護(hù)層質(zhì)量執(zhí)行《建筑鋁合金型材第4 部分：粉末噴涂型材》GB 5237.4-2008 標(biāo)準(zhǔn)，所抽樣的型材涂層質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目為涂層厚度、耐沸水性、附著性、耐沖擊性、耐鹽酸性、耐溶劑性、耐砂漿性、鹽霧試驗(yàn)，具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 的檢測(cè)結(jié)果表明，型材的粉末噴涂層質(zhì)量符合GB 5237.4-2008 標(biāo)準(zhǔn)中的要求，說(shuō)明型材的保護(hù)層沒(méi)有問(wèn)題。

表3 鋁合金型材保護(hù)層檢測(cè)結(jié)果

1.3 與型材接觸的砂漿檢測(cè)和分析

由于型材發(fā)生腐蝕的部位均與砂漿有接觸，即門窗框型材的填縫砂漿或抹灰砂漿，為此從現(xiàn)場(chǎng)抽取一定量的樣品進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目為砂漿的含水率和氯離子含量，檢測(cè)依據(jù)為《建設(shè)用砂》GB/T 14684-2011。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 的檢測(cè)結(jié)果表明，該鋁合金門窗工程所用的填縫砂漿和抹灰砂漿中含有較高量的氯離子，同時(shí)砂漿中含水量較大。

表4 砂漿含水率和氯離子含量檢測(cè)結(jié)果

1.4 型材腐蝕產(chǎn)物的檢測(cè)和分析

腐蝕嚴(yán)重的型材均有腐蝕物產(chǎn)生，為了解腐蝕物性狀，現(xiàn)場(chǎng)抽取一定量的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)成分分析。分析結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5 的檢測(cè)結(jié)果看，在腐蝕產(chǎn)物和鋁型材腐蝕區(qū)處均檢測(cè)出含量較高的Al 和Cl 成分，說(shuō)明在型材腐蝕過(guò)程中有氯離子的參與。

表5 鋁合金型材腐蝕產(chǎn)物成分檢測(cè)結(jié)果

從1.1～1.4 的檢測(cè)結(jié)果和分析可以初步判斷型材產(chǎn)生腐蝕的原因?yàn)槭褂昧寺入x子含量超標(biāo)的砂拌制砂漿來(lái)進(jìn)行填縫和抹灰，砂漿在潮濕環(huán)境下遷移出氯離子，含有氯離子的溶液使鋁合金型材產(chǎn)生腐蝕。為了更進(jìn)一步確認(rèn)氯離子的參與是型材產(chǎn)生腐蝕的主要原因，排除其它因素，需要進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

2 型材腐蝕驗(yàn)證試驗(yàn)

型材產(chǎn)生腐蝕的部位均與砂漿有接觸，因此可以確認(rèn)砂漿是導(dǎo)致型材產(chǎn)生腐蝕的主要原因，而砂漿中氯離子含量較高，且因?yàn)樯皾{中含有水泥，其堿含量也比較高，因此驗(yàn)證試驗(yàn)從型材耐堿性試驗(yàn)和耐氯鹽環(huán)境兩方面進(jìn)行，以了解型材在堿性環(huán)境下和氯鹽環(huán)境下的腐蝕情況。

2.1 型材耐堿性試驗(yàn)

正常情況下的水泥砂漿是具有較強(qiáng)的堿性的，為了研究鋁型材是否在堿性條件下產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，進(jìn)行了鋁型材耐強(qiáng)堿性砂漿的試驗(yàn)。具體實(shí)施如下：配制配合比為水泥:生石灰:河砂=1:1:3 的水泥石灰混合砂漿，拌合用水為飲用自來(lái)水，砂漿稠度控制在70～90mm；從原工程現(xiàn)場(chǎng)抽取回來(lái)的鋁合金型材中選取一段未被腐蝕過(guò)的型材半埋于水泥石灰混合砂漿中，并且在砂漿與型材接觸部位人為去除部分型材的粉末噴涂層，使鋁型材的基材直接與砂漿接觸；將此試件放置于高溫高濕（40℃、相對(duì)濕度不低于95%）環(huán)境下養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中定期觀察鋁型材是否會(huì)產(chǎn)生鋁型材腐蝕現(xiàn)象。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，試件放置超過(guò)60 天，鋁型材的涂層及基材均沒(méi)有被腐蝕的現(xiàn)象，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)使用的鋁型材的基材和粉末噴涂層對(duì)水泥、石灰之類的堿性材料具有很強(qiáng)的防腐蝕能力，這個(gè)試驗(yàn)排除了鋁型材發(fā)生堿性腐蝕的可能性。試驗(yàn)照片見(jiàn)圖3。

從圖3 中可以看出，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)后鋁型材無(wú)論是基材部分還是粉末噴涂層部分均沒(méi)有產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。

2.2 鋁型材耐氯鹽環(huán)境試驗(yàn)

從深圳紅樹林的海邊采集一些海水，經(jīng)檢測(cè)海水的氯離子濃度為1.12%，從原工程現(xiàn)場(chǎng)抽取回來(lái)的鋁合金型材中選取三段未被腐蝕過(guò)的型材半浸泡于海水中，其中有兩段型材部分破壞粉末噴涂層，另一段型材不破壞粉末噴涂層；另外再選取一些陽(yáng)極氧化型材、氟碳噴涂型材和粉末噴涂型材一起半浸泡于海水中，這些型材的保護(hù)層均不被破壞；將試件在基本密封的情況下放置于40℃高溫環(huán)境下養(yǎng)護(hù)，并定期進(jìn)行觀察是否發(fā)生鋁型材腐蝕現(xiàn)象。

經(jīng)觀察，約30 天后發(fā)現(xiàn)粉末噴涂層被破壞的鋁型材產(chǎn)生了乳白色的膏狀物，這種膏狀物的外觀與原工程現(xiàn)場(chǎng)看到的型材腐蝕產(chǎn)物的外觀相似，而有粉末噴涂層和其它類型保護(hù)層保護(hù)的鋁型材則沒(méi)有產(chǎn)生腐蝕，說(shuō)明鋁型材在沒(méi)有保護(hù)層保護(hù)的情況下無(wú)法抵御氯鹽環(huán)境的侵蝕。試驗(yàn)照片見(jiàn)圖4。

圖4中1#、2#、3#試件為從原工程現(xiàn)場(chǎng)抽取回來(lái)的鋁合金型材中選取三段未被腐蝕過(guò)的型材，其中1#和3#試件與海水接觸部位局部的粉末噴涂層已被去除，基材直接接觸海水，而2#試件的粉末噴涂層則沒(méi)有被破壞，其基材沒(méi)有直接接觸海水。

2.3 型材耐高含量氯鹽的水泥砂漿試驗(yàn)

配制水泥:河砂=1:3（質(zhì)量比）的水泥砂漿，水灰比為0.5，拌合用水為自來(lái)水加海鹽調(diào)配所得，得出四種含氯鹽量不同的水泥砂漿，從原工程現(xiàn)場(chǎng)抽取回來(lái)的鋁合金型材中選取四段未被腐蝕過(guò)的型材半埋于水泥砂漿中，并且在砂漿與型材接觸部位人為去除部分型材的粉末噴涂層，使鋁型材的基材直接與砂漿接觸，并放置于高溫高濕（45℃、相對(duì)濕度不低于95%）環(huán)境下養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中定期進(jìn)行觀察鋁型材是否會(huì)產(chǎn)生鋁型材腐蝕現(xiàn)象。

經(jīng)觀察，從第3 天就開始發(fā)現(xiàn)鋁基材被腐蝕，產(chǎn)生白色物質(zhì)，并且隨著時(shí)間的推移，腐蝕現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，并產(chǎn)生較多的白色粘稠狀物質(zhì)，這些物質(zhì)的外觀與原工程現(xiàn)場(chǎng)看到的型材腐蝕產(chǎn)物的外觀相似；而粉末涂層未被破壞的鋁型材部位則不會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。經(jīng)檢測(cè)，四種砂漿中氯離子含量（按砂的質(zhì)量百分比計(jì)）分別高達(dá)0.813%、1.133%、1.480%和1.747%。試驗(yàn)結(jié)果表明鋁型材在沒(méi)有粉末涂層保護(hù)的情況下無(wú)法抵御氯鹽環(huán)境的侵蝕。試驗(yàn)照片見(jiàn)圖5。

圖5 為鋁型材耐高氯鹽含量水泥砂漿的腐蝕試驗(yàn)照片，此照片中的砂漿氯離子含量（以砂的質(zhì)量百分比計(jì)）高達(dá)1.747%。

3 型材腐蝕原因分析

在門窗的制作、安裝過(guò)程中不可避免地會(huì)對(duì)鋁型材裝飾面上的粉末噴涂層造成局部破壞，門窗框安裝上墻后保護(hù)不周也會(huì)破壞鋁型材的粉末噴涂層，造成鋁型材的保護(hù)涂層產(chǎn)生局部損傷，損傷部位只有一層自然形成的氧化膜；由于《鋁合金建筑型材第4 部分：粉末噴涂型材》GB5237.4-2008 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鋁型材非裝飾面的噴涂質(zhì)量沒(méi)有明確規(guī)定，因此鋁型材的非裝飾面上的粉末噴涂層無(wú)論是涂層厚度還是涂層均勻性均低于裝飾面的粉末噴涂層，也會(huì)導(dǎo)致非裝飾面的粉末噴涂層存在局部缺失的現(xiàn)象。

《建設(shè)用砂》GB/T 14684-2011 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，砂中氯化物含量（以氯離子質(zhì)量計(jì)）限值為：Ⅰ類砂≤0.01%、Ⅱ類砂≤0.02%、Ⅲ類砂≤0.06%。根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)判斷，該鋁合金門窗工程所用的大部分填縫砂漿和抹灰砂漿中的氯離子含量（按砂的質(zhì)量百分比計(jì)）均不符合《建設(shè)用砂》GB/T 14684-2011 標(biāo)準(zhǔn)中Ⅲ類砂（即最低類別）的要求，對(duì)于產(chǎn)生型材腐蝕嚴(yán)重的抹灰砂漿，其氯離子含量（按砂的質(zhì)量面分比計(jì)）高達(dá)0.331%～0.564%，超出標(biāo)準(zhǔn)要求高達(dá)5～9 倍。在潮濕的環(huán)境下，砂漿中遷移出氯離子，氯離子吸附在鋁型材表面，對(duì)氧化膜產(chǎn)生破壞作用，使鋁型材發(fā)生腐蝕，其腐蝕機(jī)理如下：

鋁合金在空氣中極易被氧化，形成一層氧化鋁鈍化膜，能夠防止鋁合金進(jìn)一步氧化。然而同一環(huán)境中鋁的電位低于氧化鋁電位，當(dāng)鋁合金表面的噴涂層被破壞后，高含量的氯離子吸附于鋁型材表面，對(duì)失去粉末噴涂層保護(hù)的氧化鋁膜產(chǎn)生破壞作用，使鋁產(chǎn)生溶解，從而成形腐蝕點(diǎn)；同時(shí)由于水的存在，形成電子遷移回路，電子由低電位的鋁向高電位的氧化鋁遷移，另外氯離子的存在會(huì)加速電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生更大的腐蝕。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程上的鋁合金門窗型材產(chǎn)生腐蝕破壞主要由氯離子作用引起，而氯離子主要來(lái)源為所使用的砂漿（砂或/和水）。當(dāng)鋁合金型材的保護(hù)膜被破壞后，氯離子在水的存在下對(duì)型材產(chǎn)生了持續(xù)的腐蝕破壞，使型材質(zhì)量降低甚至失去使用價(jià)值。為防止再度產(chǎn)生鋁合金型材腐蝕現(xiàn)象，應(yīng)用于鋁合金門窗工程上的填縫砂漿和抹面砂漿應(yīng)嚴(yán)格控制氯離子含量，至少應(yīng)滿足《建設(shè)用砂》GB/T 14684-2011 標(biāo)準(zhǔn)中Ⅲ類砂的要求；拌制砂漿的水不得采用海水或者氯離子含量高于1000㎎/L 的水(氯離子含量1000㎎/L 的指標(biāo)是參考《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 63-2006 中表3.1.1 對(duì)混凝土拌合用水質(zhì)量的相關(guān)規(guī)定，其中對(duì)于鋼筋混凝土，其拌合用水的氯離子含量不應(yīng)大于1000㎎/L。）；鋁合金門窗型材在制作和安裝過(guò)程中應(yīng)做好防護(hù)，防止型材表面的保護(hù)涂層遭受破壞，阻止腐蝕產(chǎn)生的條件。