白華現象

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化学において、白華現象(フランス語で「開花」の意味) とは、多孔質材料の表面に塩が移動してコーティングを形成する現象です。基本的なプロセスは、内部に保持されている塩を水または場合によっては別の溶媒に溶解することです。塩が溶解した水は表面に移動し、その後蒸発して塩のコーティングを残します。

「一次白華」と呼ばれる現象では、水が侵入者であり、塩分はすでに内部に存在していました。また、逆のプロセス、つまり塩分がもともと外部に存在し、その後溶液として内部に運ばれる現象は、「二次白華」と呼ばれます。

白華は自然環境でも人工環境でも発生する可能性があります。多孔質の建築材料では、外観上の問題 (汚れの原因となる一次白華) のみが発生する場合がありますが、内部構造の弱点 (構成材料の移動/劣化) を示す場合もあります。白華は多孔質材料の細孔を詰まらせ、レンガの剥離に見られるように、内部の水圧によって材料が破壊される可能性があります。

1. 5モル濃度のNaCl水滴は、相対湿度 45% (298 K ) で均一核形成のメカニズムにより自然に結晶化し、NaCl キューブを形成します。元の水はガス相に放出されます。
2. 石膏（CaSO _{4 ・}2H ₂ O）は水和固体であり、十分に乾燥した環境では、その水分を気相に放出し、無水石膏（CaSO ₄）を形成します。
3. 硫酸銅(II) (ブルーストーン) (CuSO ₄ .5H ₂ O) は青色の結晶固体で、空気にさらされると表面から結晶水がゆっくりと失われ、無水硫酸銅(II) の白い層が形成されます。
4. 炭酸ナトリウム十水和物（Na ₂ CO _{3 ・}10H ₂ O）は空気に触れると水分を失います。

一次白華現象は、セメント製品の初期硬化中に典型的に発生することから、このように呼ばれています。石造建築物、特にレンガや一部の防火モルタルでよく発生します。これは、壁やその他の構造物を通過する水、またはセメント石が形成される際の水和熱によって追い出される水によって、セメント石の一部として通常は結合していない塩が表面に浮き上がるときに発生します。水が蒸発すると、塩が残り、白いふわふわした堆積物を形成しますが、通常はブラシで払い落とすことができます。この場合、結果として生じる白い堆積物は「白華現象」と呼ばれます。この文脈では、白華現象は「硝石化」と呼ばれることもあります。一次白華現象は、セメント石の一部として通常は結合していない塩を浮き上がらせるため、構造上の問題ではなく、むしろ美観上の問題です。^[要出典]

一次白華を抑制するために、液体脂肪酸混合物（オレイン酸やリノール酸など）を含む配合が一般的に使用されています。油性液体混和剤は、混合水を導入する前に砂粒子に塗布することでバッチミックスの早い段階で導入され、油性混和剤がコンクリートバッチミックス全体に均一に分散されます。^[1]

二次白華は、セメント石やそれに伴う水和生成物の形成の結果として発生するのではないことから、このように名付けられています。むしろ、通常は塩化物などのコンクリート毒の外部の影響によるものです。二次白華が発生する非常に一般的な例としては、鉄筋コンクリートの橋や駐車場があります。冬季の道路塩の存在により、塩水が形成されます。この塩水はコンクリートに吸収され、そこで構造上重要なセメント石を溶かし始める可能性があります。溶解したセメント石の結果として、仮想鍾乳石が形成され、コンクリート構造物の亀裂から垂れ下がる場合があります。このプロセスが進行すると、コンクリート要素の構造的完全性が危険にさらされます。これは、交通インフラと建物のメンテナンスでよく見られる懸念事項です。二次白華は、コンクリートの 骨粗鬆症に似ています。

二次白華を抑制するために、水性ステアリン酸カルシウム分散液 (CSD) を含む混和剤が、混合工程の後の段階で混合水とともに添加されることが多い。典型的な混合工程では、まず砂をミキサーに投入し、次に油性一次白華防止混和剤を一定の混合量で添加して、油が砂をコーティングするようにする。次に粗骨材、着色剤、セメントを添加し、続いて水を加える。CSD を使用する場合は、通常この時点で混合水添加中または添加後に導入する。CSD は、ステアリン酸カルシウムの微細固体粒子が水中に均一に懸濁した水性分散液である。市販の CSD の平均粒子サイズは約 1 ～ 10 マイクロメートルである。混合物中の CSD の均一な分布により、得られるコンクリート石積みユニットは撥水性になる可能性がある。これは、CSD 粒子がユニットの細孔内によく分散して水の毛細管運動を妨げるためである。^[1]

カルテマイトはコンクリート、モルタル、石灰から生成される二次堆積物でもあり、誤って白華現象とみなされることがあります。カルテマイトは通常、炭酸カルシウム（CaCO ₃ ）の最も安定した多形である方解石として堆積します。^{[2] [3]}

セメント質材料の白華現象（一次および二次の両方）を完全かつ永久に防止する唯一の方法は、水素（H）が存在する場合にコンクリート内の塩ベースの不純物と化学的に反応して結合する特殊な混和剤を使用することです。これらの特殊な添加剤の化学反応により、塩化ナトリウムがナノ分子レベルで融合し、浸出したり表面に移動したりしない非ナトリウム化学物質やその他の無害な物質に変換されます。実際、これらの添加剤のナノテクノロジーは、最小のセメント粒子よりも最大で100,000倍も小さいため、その分子は文字通りセメント鉱物または砂粒子を通過し、最終的には反応するセメントまたは砂の一部になります。また、これらは水素の存在を必要とするため、コンクリートが乾燥すると反応が停止し、コンクリートが湿気にさらされると再び反応し始めます。

レンガ、タイル、コンクリートなどの多孔質の建築材料を含浸性の疎水性シーラーで処理することで、白華現象から保護することもできます。これは水をはじき、材料の奥深くまで浸透して、水や溶解塩を表面から遠ざけるシーラーです。ただし、凍結が懸念される気候では、このようなシーラーは凍結/融解サイクルによる損傷につながる可能性があります。また、白華現象の防止には役立ちますが、問題を永久に防ぐことはできません。

コンクリートから白華現象はリン酸を使って除去できる場合が多いです。塗布後、酸希釈液を中性洗剤で中和し、水でよくすすいでください。ただし、水が浸透した原因に対処しないと、白華現象が再び発生することがあります。

一般的な鉄筋保護対策には、エポキシコーティングの使用や微弱な電気の充電などがあり、どちらも錆びるのを防ぎます。ステンレス製の鉄筋を使用することもできます。

セメントの種類によっては、塩化物に対する耐性が他のセメントよりも低いものがあります。したがって、セメントの選択は、コンクリートの塩化物に対する反応に大きな影響を与える可能性があります。

今日の撥水剤は、蒸気透過性のバリアを作るのに役立ちます。特に風雨による液体の水は、レンガや石積みに侵入しません。建物の内部や舗装材の裏側からの水蒸気は逃げることができます。これにより、レンガの基質内に閉じ込められた水が寒い天候で凍結することで発生する白華、剥離、スケール化が軽減されます。数年前、撥水剤は石積みの壁に湿気を閉じ込め、解決するよりも多くの問題を引き起こしました。四季のある地域での結露は、四季のない地域よりもずっと問題でした。

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  ドイツのレンガ壁における一次白華現象。
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  オンタリオ州ミシサガ市庁舎のミシサガ市民センターの防火モルタルにおける一次白華。
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  コロラド州デンバーの建物に発生した大規模な一次白華。

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  二次白華現象 - セメント石を溶かし、鉄筋を侵食する
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  二次白華
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  コンクリート由来の炭酸カルシウムの二次堆積物により、カルテマイト鍾乳石が形成されますが、誤って白華現象と混同されることがあります。

ウィキメディア・コモンズには、白華現象に関連するメディアがあります。

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