文/黄远洋 刘吉贵
深圳市建筑科学研究院股份有限公司
摘要：沿海地区的建筑，较容易受到氯盐的侵蚀，铝合金门窗型材腐蚀情况时有发生。通过对某工程铝合金门窗型材腐蚀现象的检测分析和相关验证试验研究，得出氯离子是铝合金门窗型材产生腐蚀的主要原因。阻止氯盐对铝合金型材的腐蚀，是保证铝合金门窗工程质量的重要途径之一。
关键词：铝合金门窗型材；腐蚀；氯离子
0 引言
2013年，深圳某新建房屋工程的铝合金门窗在安装约一年后，陆续出现了一些铝型材被腐蚀的现象，产生了较为严重的质量问题，需对受到腐蚀的门窗进行更换处理，造成了较大的经济损失。
从现场的铝合金门窗型材（以下简称型材）腐蚀情况来看，有重度腐蚀和轻度腐蚀两种现象。重度腐蚀具体表现为型材被蚀穿，型材表面出现3mm 左右孔洞（打密封胶处，将胶条顶起），同时析出白色物质；轻度腐蚀具体表现为型材表面涂层起泡甚至脱落，但未出现穿孔现象，在边框与外立面砂浆接触处有白色物质析出。见图1、图2。
为了解决工程纠纷，也为了使后续施工的铝合金门窗型材不再发生腐蚀现象，开发商委托深圳市建筑科学研究院对腐蚀现象进行分析检验，查找出型材产生腐蚀的原因，并提出解决办法。
经过对现场铝合金型材的腐蚀现象调查，初步判断铝型材是受到了氯盐环境的侵害而引起腐蚀，推测出与铝型材接触的砂浆氯盐含量会比较高。为验证这个初步判断，并理清各方责任，我们从铝合金型材质量、腐蚀产物、砂浆氯盐含量等方面的检测入手，并做相关的验证试验查明铝合金型材腐蚀的原因。
1 型材及腐蚀物的检测和分析
1.1 型材基材质量的检测和分析
从现场选取了多个具有代表性的型材样品进行检测，检测项目为化学成分分析、基材壁厚，抗拉强度和断后伸长率，从厂家提供的产品合格证得知型材的牌号状态为6063-T5，按《建筑铝合金型材第1 部分：基材》GB5237.1-2008进行评定，具体结果见表1、表2。
表1、表2的检测结果表明，型材的基材质量中，基材化学成分符合GB 5237.1-2008 标准中6063牌号产品的要求，拉伸性能（抗拉强度和断后伸长率）符合GB5237.1-2008标准中6063牌号T5状态的要求，铝合金窗基材厚度符合GB 5237.1-2008标准中1.4mm规格高精级的要求，铝合金门基材厚度符合GB 5237.1-2008标准中2.0mm规格高精级的要求。说明型材本身质量不存在问题。
1.2 型材保护层的检测结果和分析
该工程的铝合金门窗型材为粉末喷涂铝合金型材，保护层质量执行《建筑铝合金型材第4部分：粉末喷涂型材》GB 5237.4-2008标准，所抽样的型材涂层质量检测项目为涂层厚度、耐沸水性、附着性、耐冲击性、耐盐酸性、耐溶剂性、耐砂浆性、盐雾试验，具体检测结果见表3。
表3的检测结果表明，型材的粉末喷涂层质量符合GB 5237.4-2008标准中的要求，说明型材的保护层没有问题。
1.3 与型材接触的砂浆检测和分析
由于型材发生腐蚀的部位均与砂浆有接触，即门窗框型材的填缝砂浆或抹灰砂浆，为此从现场抽取一定量的样品进行检测，检测项目为砂浆的含水率和氯离子含量，检测依据为《建设用砂》GB/T 14684-2011。检测结果见表4。
表4的检测结果表明，该铝合金门窗工程所用的填缝砂浆和抹灰砂浆中含有较高量的氯离子，同时砂浆中含水量较大。
1.4 型材腐蚀产物的检测和分析
腐蚀严重的型材均有腐蚀物产生，为了解腐蚀物性状，现场抽取一定量的腐蚀产物进行化学成分分析。分析结果见表5。
从表5的检测结果看，在腐蚀产物和铝型材腐蚀区处均检测出含量较高的Al和Cl成分，说明在型材腐蚀过程中有氯离子的参与。
从1.1～1.4的检测结果和分析可以初步判断型材产生腐蚀的原因为使用了氯离子含量超标的砂拌制砂浆来进行填缝和抹灰，砂浆在潮湿环境下迁移出氯离子，含有氯离子的溶液使铝合金型材产生腐蚀。为了更进一步确认氯离子的参与是型材产生腐蚀的主要原因，排除其它因素，需要进行验证试验。
2 型材腐蚀验证试验
型材产生腐蚀的部位均与砂浆有接触，因此可以确认砂浆是导致型材产生腐蚀的主要原因，而砂浆中氯离子含量较高，且因为砂浆中含有水泥，其碱含量也比较高，因此验证试验从型材耐碱性试验和耐氯盐环境两方面进行，以了解型材在碱性环境下和氯盐环境下的腐蚀情况。
2.1 型材耐碱性试验
正常情况下的水泥砂浆是具有较强的碱性的，为了研究铝型材是否在碱性条件下产生腐蚀现象，进行了铝型材耐强碱性砂浆的试验。具体实施如下：配制配合比为水泥:生石灰:河砂=1:1:3的水泥石灰混合砂浆，拌合用水为饮用自来水，砂浆稠度控制在70～90mm；从原工程现场抽取回来的铝合金型材中选取一段未被腐蚀过的型材半埋于水泥石灰混合砂浆中，并且在砂浆与型材接触部位人为去除部分型材的粉末喷涂层，使铝型材的基材直接与砂浆接触；将此试件放置于高温高湿（40℃、相对湿度不低于95%）环境下养护，在养护过程中定期观察铝型材是否会产生铝型材腐蚀现象。
经过实验观察，试件放置超过60天，铝型材的涂层及基材均没有被腐蚀的现象，说明现场使用的铝型材的基材和粉末喷涂层对水泥、石灰之类的碱性材料具有很强的防腐蚀能力，这个试验排除了铝型材发生碱性腐蚀的可能性。试验照片见图3。
从图3中可以看出，经过长时间的试验后铝型材无论是基材部分还是粉末喷涂层部分均没有产生腐蚀现象。
2.2 铝型材耐氯盐环境试验
从深圳红树林的海边采集一些海水，经检测海水的氯离子浓度为1.12%，从原工程现场抽取回来的铝合金型材中选取三段未被腐蚀过的型材半浸泡于海水中，其中有两段型材部分破坏粉末喷涂层，另一段型材不破坏粉末喷涂层；另外再选取一些阳极氧化型材、氟碳喷涂型材和粉末喷涂型材一起半浸泡于海水中，这些型材的保护层均不被破坏；将试件在基本密封的情况下放置于40℃高温环境下养护，并定期进行观察是否发生铝型材腐蚀现象。
经观察，约30天后发现粉末喷涂层被破坏的铝型材产生了乳白色的膏状物，这种膏状物的外观与原工程现场看到的型材腐蚀产物的外观相似，而有粉末喷涂层和其它类型保护层保护的铝型材则没有产生腐蚀，说明铝型材在没有保护层保护的情况下无法抵御氯盐环境的侵蚀。试验照片见图4。
图4中1#、2#、3#试件为从原工程现场抽取回来的铝合金型材中选取三段未被腐蚀过的型材，其中1#和3#试件与海水接触部位局部的粉末喷涂层已被去除，基材直接接触海水，而2#试件的粉末喷涂层则没有被破坏，其基材没有直接接触海水。
2.3 型材耐高含量氯盐的水泥砂浆试验
配制水泥:河砂=1:3（质量比）的水泥砂浆，水灰比为0.5，拌合用水为自来水加海盐调配所得，得出四种含氯盐量不同的水泥砂浆，从原工程现场抽取回来的铝合金型材中选取四段未被腐蚀过的型材半埋于水泥砂浆中，并且在砂浆与型材接触部位人为去除部分型材的粉末喷涂层，使铝型材的基材直接与砂浆接触，并放置于高温高湿（45℃、相对湿度不低于95%）环境下养护，在养护过程中定期进行观察铝型材是否会产生铝型材腐蚀现象。
经观察，从第3天就开始发现铝基材被腐蚀，产生白色物质，并且随着时间的推移，腐蚀现象越来越严重，并产生较多的白色粘稠状物质，这些物质的外观与原工程现场看到的型材腐蚀产物的外观相似；而粉末涂层未被破坏的铝型材部位则不会发生腐蚀现象。经检测，四种砂浆中氯离子含量（按砂的质量百分比计）分别高达0.813%、1.133%、1.480%和1.747%。试验结果表明铝型材在没有粉末涂层保护的情况下无法抵御氯盐环境的侵蚀。试验照片见图5。
图5为铝型材耐高氯盐含量水泥砂浆的腐蚀试验照片，此照片中的砂浆氯离子含量（以砂的质量百分比计）高达1.747%。
3 型材腐蚀原因分析
在门窗的制作、安装过程中不可避免地会对铝型材装饰面上的粉末喷涂层造成局部破坏，门窗框安装上墙后保护不周也会破坏铝型材的粉末喷涂层，造成铝型材的保护涂层产生局部损伤，损伤部位只有一层自然形成的氧化膜；由于《铝合金建筑型材第4部分：粉末喷涂型材》GB5237.4-2008标准中对铝型材非装饰面的喷涂质量没有明确规定，因此铝型材的非装饰面上的粉末喷涂层无论是涂层厚度还是涂层均匀性均低于装饰面的粉末喷涂层，也会导致非装饰面的粉末喷涂层存在局部缺失的现象。
《建设用砂》GB/T14684-2011标准中规定，砂中氯化物含量（以氯离子质量计）限值为：Ⅰ类砂≤0.01%、Ⅱ类砂≤0.02%、Ⅲ类砂≤0.06%。根据本标准判断，该铝合金门窗工程所用的大部分填缝砂浆和抹灰砂浆中的氯离子含量（按砂的质量百分比计）均不符合《建设用砂》GB/T14684-2011标准中Ⅲ类砂（即最低类别）的要求，对于产生型材腐蚀严重的抹灰砂浆，其氯离子含量（按砂的质量面分比计）高达0.331%～0.564%，超出标准要求高达5～9倍。在潮湿的环境下，砂浆中迁移出氯离子，氯离子吸附在铝型材表面，对氧化膜产生破坏作用，使铝型材发生腐蚀，其腐蚀机理如下：
铝合金在空气中极易被氧化，形成一层氧化铝钝化膜，能够防止铝合金进一步氧化。然而同一环境中铝的电位低于氧化铝电位，当铝合金表面的喷涂层被破坏后，高含量的氯离子吸附于铝型材表面，对失去粉末喷涂层保护的氧化铝膜产生破坏作用，使铝产生溶解，从而成形腐蚀点；同时由于水的存在，形成电子迁移回路，电子由低电位的铝向高电位的氧化铝迁移，另外氯离子的存在会加速电化学反应，产生更大的腐蚀。
4 结语
本工程上的铝合金门窗型材产生腐蚀破坏主要由氯离子作用引起，而氯离子主要来源为所使用的砂浆（砂或/和水）。当铝合金型材的保护膜被破坏后，氯离子在水的存在下对型材产生了持续的腐蚀破坏，使型材质量降低甚至失去使用价值。为防止再度产生铝合金型材腐蚀现象，应用于铝合金门窗工程上的填缝砂浆和抹面砂浆应严格控制氯离子含量，至少应满足《建设用砂》GB/T 14684-2011标准中Ⅲ类砂的要求；拌制砂浆的水不得采用海水或者氯离子含量高于1000㎎/L 的水(氯离子含量1000㎎/L的指标是参考《混凝土用水标准》JGJ 63-2006中表3.1.1对混凝土拌合用水质量的相关规定，其中对于钢筋混凝土，其拌合用水的氯离子含量不应大于1000㎎/L。）；铝合金门窗型材在制作和安装过程中应做好防护，防止型材表面的保护涂层遭受破坏，阻止腐蚀产生的条件。
参考文献：
[1] 张鸣,戴凤英.铝合金窗腐蚀破坏原因分析[J].材料研究与应用,2012,6（04）：282-285.
本文转载自《广东建材-质量控制与检测》2022年第10期
(0)
