摘要：綜述了石材表面病癥產生的原因，介紹了石材防護劑在國內外研究的現狀和進展以及目前石材表面防護劑的種類和發展，指出了石材防護劑的選用原則、衡量標準及選擇石材防護劑時考慮的因素，并對今后的研究發展方向進行了展望。

　　關鍵詞：石材表面防護劑養護1前言在建筑行業中，石材是應用最廣泛的建筑材料，從古代的石窟、石橋、石塔、石亭到現代最普遍使用的各種裝飾石材以及各種巖畫、雕像、壁刻和紀念碑等，石材以其堅固的質地，靚麗多彩的色調和神奇變幻的條紋被越來越廣泛地得到應用。以石材為建筑材料和裝飾的建筑物美化了人們的生活環境，使人們充分感受到了自然的美麗和魅力。石材的表面可分為磨光面及粗紋理表面。因石材是由多種礦物構成，極易與其他化學物質發生反應，所以無論那一種表面的石材都會受到污染和侵蝕。要想預防治理石材受到污染和侵蝕，就要首先了解石材病癥是怎樣產生的。

　　1.1泛堿濕法施工后的石材表面或石材接縫處，在日常使用中會產生一層白色堿和鹽的混合物，這種現象叫做泛堿。泛堿的原因是：水泥砂漿與水、二氧化碳發生化學反應，產生含有堿和鹽的水溶液，通過孔隙滲透到石材表面，水份蒸發后，堿和鹽成為白色結晶體，附著在石材表面，輕者形成白色斑點，嚴重的會破壞石材表面光澤，影響裝飾效果。

　　1.2銹斑石材表面或內部的金屬離子與水、氧氣作用下會生成帶色物質，殘留在石材表面，形成銹斑。銹斑的形成原因有兩方面：一是自然反應形成，因為石材內部的物質成分中含有赤鐵礦或硫鐵礦，這些物質接觸到水、空氣后被氧化成三氧化二鐵等帶色物質，經過石材的孔隙滲出，形成銹斑；二是石材在開采、加工、運輸等過程中接觸含鐵物質，這些鐵質物質殘留在石材表面，在被水、空氣氧化后形成銹斑。

　　水漬石材與水泥砂漿接觸后，水泥砂漿中的堿性物質會滲人石材。由于堿性物質對水的吸附力較強，在潮濕的空氣中，當環境溫度較高時，就會形成含有結晶水的堿性物質，結晶水會隨著溫度的變化而變化，但永遠不會消失，從而在石材表面形成濕痕不干的現象，俗稱水漬。

　　裂紋導致石材裂紋的原因有多種：一是人為破壞；二是生物影響，如雜草、苔蘚、植被附著在石材表面，會增加石材表面水分的存儲時間，使得水和石材的作用時間延長。植物根系會沿著石材微裂縫發展，導致裂縫不斷擴大。此外，植物根系腐爛變質后會分泌出酸性物質，也會加速石材的溶蝕；三是凍融破壞，石材孔隙中的水分在溫度很低時，會結冰，從而產生熱縮冷脹現象，也會使石材產生裂紋。

　　脫落石材與水泥砂漿接觸面之間存在著孔隙，當水份滲透到孔隙中并發生結冰時，會產生體積膨脹，使得石材與水泥砂漿之間產生裂縫。孔隙中的可溶性鹽在溫度變化時，會產生結晶現象，結晶后體積膨脹，也導致裂縫產生。此外，在外界氣溫變化較大時，石材與水泥砂漿的膨脹收縮量不一樣大，會在接觸面產生應力，久而久之，使得石材與水泥砂漿之間產生松動，導致石材脫落。

　　風化礦物和巖石在地表條件下發生的機械碎裂和化學分解過程稱為風化。暴露在地殼表面的大部分石材都處在與其形成時不同的物理化學條件下，而且地表富含氧氣、二氧化碳和水，因而石材極易發生變化和破壞。表現為整塊的石材變為碎塊，或其成份發生變化，最終使堅硬的石材變成松散的碎屑和土壤。地表石材在原發生機械破碎而不改變其化學成分也不產生新礦物質的作用稱物理風化作用。如礦物石材的熱脹冷縮、層裂和鹽結晶等用均可使石材由大塊變成小塊以至完全碎裂。化學風化作用是指地表石材受到水、氧氣和二氧化碳等的作用而發生化學成分和礦物成分變化，并產生新礦物質的作用。主要通過溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸化作用和氧化作用等方式進行。

　　所以，要從根本上解決這些問題產生的首要任務，就是對石材在安裝、使用之前涂刷專用石材防護劑，作好防水、防污的預處理，只有真正的從根本上杜絕石材與水份的接觸，才能起到預防石材病癥的效果，才能談得上保護石材的美觀及延長使用壽命。石材防護劑的主要作用就是通過涂刷防護劑使其滲入石材表面，防止石材受到外界的污染，減少石材吸水。這樣，就會大大地減少石材的各種病癥的產生。

　　石材防護劑國內外研究現狀和進展石材養護是對石材表面進行刷涂保護處理，使石材有防水、防污、防銹、防水斑、抗老化、風化等性能。

　　石材防護劑在國外的發展已有30多年的歷史，日本、歐美等一些國家石材防護劑研究處于領先地位，已逐漸從溶劑型產品過渡到水性產品（即環保型產品）,相比之下，我國在石材防護劑方面的研究比較晚。目前國家剛有了行業相關標準，使用的防護劑多從日本、歐美等國進口的產品。

　　在一些歐美國家，從本世紀初就開始著手研究對石材進行專業養護，以保持石材原有的亮麗，延長使用壽命。現在世界石材養護技術較先進的國家有美國、德國、日本、意大利等。美國鑫富集團率先將JSC石材養護技術引進中國，為廣大的石材生產廠家、經銷商和用戶帶來了福音。

　　石材防護劑國外產品石材防護劑有涂膜型防護劑和滲透固結型防護劑兩種。

　　涂膜型防護劑包括：（1）半永久性涂層，如蠟、防護油等。優點是涂覆方便、缺點時需經常涂覆；（2）永久性涂層，如日本生產的水溶性有機涂料，由100份聚氨基酸甲酸酯和0.4～40份乙丁醚磷酸酯組成。其有較好的防水、耐洗滌性和耐磨性。意大利發明了一種磷酸酯的鏈狀全氟烯烴聚合物涂料，該涂料能起到很好的防油防水效果。意大利用含氟聚醚涂覆石材表面，使石材具有很好的疏水、抗風化、抗污染性，同時使石材避免光線干擾引起的顏色變化。

　　滲透固結型防護劑包括：（1）日本提出在花崗巖表面涂一層烷基氟化物，通過硅氧鍵形成化學吸附膜，該膜抵抗環境中有害物對石材影響，提高防水耐污性。（2）歐洲專利提到全氟聚醚可轉換為末端含羧基或酰氨基的衍生物，這類物質易形成足夠穩定的化學鍵或氫鍵，具有很好的防水、防油、防污、防酸堿性和熱穩定性，對光輻射也穩定。（3）美國專利提出一種水溶性無機防護劑，采用了"游離鹽"的二氧化硅陽離子溶液，使一種有效的建筑材料防水劑。

　　國內石材防護劑國內普遍采用打蠟的方法來保護石材，然而蠟保護并不是一種合理有效的保護方法。因為蠟是一種不透氣的密封保護性材料，當其覆蓋在石材表面后。石材原有的毛細孔及細紋均被阻塞，雖然外界的水和濕氣不能進入石材內部，可在一定程度上防止污染，但石材內部和下面的濕氣由于密封蠟影響也散發不出來，這樣水氣長期積存在石材內部，就會導致石材的病變；并且若想進行防護工程時，已存在于石材表面的蠟反而是防護劑滲入石材內部最大的障礙，而導致防護層僅及于表面而無法進行石材表面以下的防護功能，其可能發生防護失敗及使后續病變發生的危險大增，縮短石材壽命。

　　國內雖然有一些機構和企業涉足這一領域的研究和開發，但大多處在實驗室階段，一些企業干脆直接進口國外產品或者進口后分裝銷售，沒有我國自主研制開發的知識產權；能投入工業化生產和批量使用的產品并不多。自1992年開始，蘇州非金屬礦山設計研究院就著手研究石材表面處理技術，經過八年的不斷探索、實踐和攻關，已系統地研制開發出石材表面處理產品，其技術日漸成熟。2000年12月19日，國家建材局科技中心組織有關專家，對該院的FQS石材表面處理技術進行了國家部級鑒定，獲得通過。

　　近幾年來，國外石材表面防護劑進人我國市場，促進了我國石材表面處理技術的發展。但是，國外產品的防護效果參差不齊，價格較為昂貴。為了發展我國的石材化學和石材表面處理技術，推出質量可靠和價格實惠的國產石材表面防護劑，浙江大學物理化學研究所進行了一系列研究工作，包括石材的著色、清洗、加固和防護。對于石材的表面防護浙江大學物理化學研究已開發出數種防護劑產品，其中有的已經應用于石材工程和石材產品，開始發揮社會效益和經濟效益。石材表面防護劑的種類很多，分類法不盡相同，具體有：

　　按材料物性可分為：無機表面防護劑和有機表面防護劑；按防護方式可分為：半永久性防護（如石蠟、硅油等）和永久性防護（如樹脂涂料）;按作用機制可分為：表面成膜型和滲透固結型；按用途可分為：表面防護劑、底面防護劑等。

　　此外，近幾年，我國納米材料和納米結構課題組首席科學家助理、中科院化學研究所江雷教授首次提出的"二元協同納米界面材料"新概念，納米防護劑正是以此為理論基礎，利用納米材料所特有的納米效應，特別是納米表面效應，研制而成的一種新型超雙疏性界面材料，納米防護劑通常能提高所防護物質的各種表面性能。中科院化學所在對石材表面研究的基礎上，與有關的石材企業合作研制成功環保型納米石材多功能防護劑，并著力實現產業化。經過納米防護劑防護后的石材，在強度、耐磨性、防污性（防水性、油性污染物）、防石材病變、防風化、耐老化等性能方面都有了顯著的提高，同時顯示出抗菌、抗霉等特殊性能。這種新型的納米石材防護劑必將在裝飾石材及相關產品中得到廣泛應用。

　　石材防護劑的種類及發展隨著建筑防護的發展歷史，建筑石材防護劑也經歷了一個從單一到復雜、從通用到專用的發展過程，已經成為石材行業中應用技術增長最快的領域之一第一代石材防護劑--松節油、松樹汁、樹膠等這類材料防護效果很差，而且這些材料未形成工業化生產，使用的量及部位很有限。因而早期無人去研究它的防護機理，其使用、維護也沒有形成一整套經驗和操作規程，一切全是隨意和個體的實施。有些資料并不把早期古代人類這些防護材料列為石材防護劑的范疇。其防護機理主要基于當時人們為堵塞石材孔洞、裂隙、防水、防滲的主觀意愿。

　　第二代石材防護劑--石蠟它是較早的防護劑。采用在石材表面涂覆蠟的方法，在石材表面形成致密的蠟膜，阻隔水、油等的侵人，對石材起到保護作用。但石蠟將石材的微孔完全堵塞，妨礙了石材的透氣性。聚集在石材內部的濕氣無法排除，導致石材病變，從另一角度又破壞了對石材的保護。

　　石蠟膜易受污染，形成蠟垢，不易清洗；石蠟膜易揮發、易磨損，需要經常打蠟，勞動強度大。如果打蠟次數增多，還會加深石材表面的顏色，造成石材表層的損害。石蠟保護只局限于地面，根本談不上高空作業來保護建筑物立面上的石材。因此石蠟被稱作"暫時性"的防護劑。隨著人們對蠟性能的逐漸認識，現在已經很少用蠟作為長久的石材防護劑了。因蠟的使用帶來了新的石材"病癥",也出現專門用于去除蠟的石材化學品--除蠟劑、起蠟水。

　　雖然，蠟作為第二代石材防護劑經過近幾年的改進，在使用功能上有很大的提高，如流動性、粘性、光澤度等都有質的改進。但只要防護劑仍存在蠟的成份，在石材防護上就會或多或少的存在上述弊端。

　　第三代防護劑--非滲透（填充）性膜層涂料可分無色系列和有色系列，它們在石材表面形成了密致保護膜，與石蠟相比，具有較好的耐污性、較長的使用壽命和較廣的使用范圍，是一種"永久性"的防護劑。

　　盡管這種膜層防水性能較好，可以阻擋外界的污染，但透氣性差，使石材內部的濕氣難以排除，易導致石材病變。膜層還會改變石材的表面質感；抗紫外線、耐老化和持久性也較差。容易磨損、時常要修補。由于采用的溶劑易揮發、易燃、有毒性，在施工對可能造成對人體的傷害或環境污染。因此，在使用性能和施工安全上都不太理想。

    　這類防護劑的代表產品是丙烯酸樹脂，也是石材使用較多的一類抵擋防護劑；而填充型防護劑則是一些硅酸鹽類產品，早期是磚瓦的防水劑，現在用在石材上已顯得落伍。

　　第四代防護劑--滲透性、浸潤型、透氣型防護劑其防護原理是基于對石材的滲透作用，在被保護物的表層和內部微孔表層形成保護膜，從而達到防污、防水、防油等的目的。既能出色防污，又不影響石材的透氣性，可以避免石材內部濕氣滯留而造成的石材病變；灰塵和污染只能浮于石材表面，便于清洗。基本上形成了區別于其他防護劑的獨特性能。

　　它具有極佳的的抗紫外線能力、耐老化性和持久性，使防護時間更長，可達30～50年。由于在被保護物表面不形成膜，對被保護物沒有遮蓋性，不改變表面原有的風貌和特色。這種防護劑可分為水劑型和溶劑型兩類，使用最多的是水溶性有機硅和溶劑型有機硅，但它含有一些毒、有害或者易燃的成份，對環境有影響。

　　第五代防護劑--浸潤強力含氟滲透型防護劑它是一種含固體量30%～40%的強滲透性防護劑。其特性是強滲透性，將防水、防油、防污的納米級材料滲透到石材的內部，并形成結晶的保護層，石材透氣性好，拒污力強，由于使用了滲水性耐候性十分明顯的氟材料，如硅樹脂、含氟丙烯酸樹脂等，有30年以上的耐候時間，對水一類的液體有極強的排斥性。一些產品在其中加了抗紫外線材料、納米級材料，使防護劑耐久性、滲透性更強。使用環保型溶劑或水溶劑，都是這一類產品成為近年來普遍受歡迎的新產品。

　　這種浸潤強力含氟滲透型防護劑的技術在于經過分子設計、裁減、配位等化學手段，使生產的防護劑發揮出更大的功效，尤其耐候性十分卓越，這一技術是石材化學領域中最前沿的研究課題與成果。

　　石材防護劑選用原則隨著石材在建筑行業的大量應用，石材防護劑對石材的裝飾效果和體現石材的自然美有著至關重要的，而對石材防護劑品質、性能優劣的選用就顯著格外的重要。

　　具體選用方法可簡單歸納如下：

　　光面石材（特別是光面大理石）應盡量選用能增加石材光澤度的防護劑；裝飾效果要求加深石材顏色的應選用增艷型防護劑；要保持石材原有的外觀的應選用原色型防護劑；石材采用濕貼安裝時，底面應選用不影響石材與水泥漿粘結牢度的防護劑，切不可將憎水型防護劑單獨用于濕貼石材的底面防護；考慮環保要求（特別時密閉空間施工時）,應盡量選用水性防水劑或不含有機溶劑的防護劑；石材表面（不與水泥漿接觸的石面）或采用干掛施工的石材，即可用防水型防護劑，亦可用憎水型防護劑；經常接觸到油污的地方，應選用防油型防護劑；防護劑的最佳施工溫度應是5～35℃。環境氣溫太低時，水劑型保護劑可能因結冰而無法施工，這時就應選用油性或溶劑型防護劑。

　　石材防護劑好壞的衡量標準在建筑施工企業，接觸最多的應屬石材防護劑，其衡量標準大致為：

　　有較低的吸水率值，且越低越好，一般為0.11%～O.15%;有良好的滲透性（抗老化性能好）;沒有副產物（正常副產物為水和醇）;較少殘留物（用于毛板上時，此項要求不嚴；在光板上殘留物影響美觀）;較高的遮蓋率；使用方便；低揮發性（主要指溶劑的揮發性，最理想的為水溶的防護劑）.

　　選擇石材防護劑應考慮的因素石材的種類，如：大理石、花崗巖；石材的特性，如：表面狀況（光板、毛板）,孔隙的大小、密度、硬度、石材的成份等；選用的防護劑是否與石材的礦物成份向匹配；環境條件，如：室內、室外、潮濕環境、氣候條件等；選用防護劑的各項指標及服務壽命。

　　石材防護劑研究方向通過對受損的石材地面進行修復，潔凈亮麗、完美如初的石材地面又展現在人們面前。但是我們要注意到這一切僅僅是亡羊補牢，要防止和減少石材地面出現損壞還要從最初開始人手，從石材的選擇，防護處理及科學的施工方法開始。只有這樣才能從根本上防止問題的出現，從而使業主避免由此帶來的經濟損失，使石材永葆自然美麗的色澤。

　　經石材防護劑防護后的石材應具有以下七大特點：①防水；②防污；③抗紫外線（延緩石材褪色時間）;④抗凍，抗溶解性；⑤保持石材透氣性；⑥降低日常保養費用；⑦重復保養時，施工方便。

　　有機硅樹脂作為一種新型膠粘劑材料，被廣泛用于石材領域，這是因為它具有良好的粘結性、透明性、疏水性、耐候性、密封性；耐高溫、低溫性能強、安全無毒、工藝簡便。特別是用于天然石材表面的防護處理，既可彌補石材的原生缺陷，又可防止外生污染，長久地保持天然石材典雅大方、自然華貴的裝飾效果。

　　近年來，有機硅樹脂的耐熱性研究方向已從有機基聚硅氧烷轉向梯形有機硅氧烷；粘結性、密封性的研究方向從非極性硅氧烷轉向極性含睛聚硅氧烷；還可通過用聚酯樹脂、丙烯酸樹脂等材料來改性，進一步完善和發展有機硅樹脂。

　　隨著有機硅樹脂不斷發展，在石材上的應用范圍逐步擴大，如：天然石材的修補所用的膠粘劑是以鉑型氫化硅烷為催化劑制造的有機氫化硅氧烷聚合物；具有耐候性的人造石材是用有機硅改性的樹脂與經硅烷處理的無機填料制造而成的；還有石材強化、染色、蝕刻、清洗、施工等工藝過程，都分別用到了有機硅樹脂。因此，有機硅樹脂在石材領域的應用前景相當可觀。

　　石材防護劑的研究與發展勢在必行，這是個朝陽的工業，有廣闊的市場前景，希望能有更多的人來共參與發展我國的石材養護事業。

《石材》