（安全技术及工程专业论文）建筑物外墙粘污机理与保洁实验研究.pdf

中南大学硕士学位论文 摘要 ( 3 ) 探讨了几种建筑物材料表面防污剂的防污机理，包括石蜡类防 污剂、乳胶类防污剂、有机硅类防污剂、含氟类防污剂和自清洁防污免 清洗材料5 种防污技术各自的防污机理。这些防污剂首先都是以防水或者 憎水为前提，然后考虑透气性为目的防污机理。含氟类防污剂和自清洁 防污免清洗材料是发展的方向。 ( 4 ) 测试了几种化学试剂溶液处理后玻璃表面粉尘粒子去除容易程 度的相对大小。不管是利用气流作用力还是利用水流的作用力来去除玻 璃表面粉尘颗粒，用稀氨水处理过的玻璃片表面粉尘颗粒的去除率都是 最高的。没有用化学试剂处理的玻璃片表面所粘附的粉尘颗粒数目相对 较少，可这些粉尘颗粒很难去除，说明玻璃表面用化学试剂处理后有利 于玻璃表面粉尘的粘附，但不影响玻璃的透光性，因为其表面粉尘颗粒 表面积所占百分比例很小。因此，在不影响玻璃性质的条件下，用碱性 处理玻璃表面较好。 ( 5 ) 测试了氟碳表面活性剂溶液处理前后瓷砖表面的耐污性。无论 是对于铁锈还是黑墨水污染物，涂有氟碳表面活性剂瓷砖表面的耐污染 等级比未涂氟碳表面活性剂瓷砖表面的耐污染等级都要高。 ( 6 ) 表面活性剂在不同的固体表面吸附的模式是不一样的。本文将 表面活性剂在不同类型固体表面吸附的过程模型化，该模型能很好的解 释表面活性剂在固体表面上吸附的过程和形态。 关键词：粉尘；粘附机理；防污机理；玻璃表面：瓷砖表面；耦合； 分子作用力 中南大学硕士学位论文 a b s a a c t a b s t r a c t t h el a r g e s c a l ei n f r a s t r u c t u r e s e s p e c i a l l yt h eb u i l d i n g s , h a v eb e i n gc o n s t r u c t e d c o n s t a n t l yw i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fc h i n e s ee c o n o m yi nr e c e n ty e a r s t l 忙d e c o r a t i o n o f t h eo u t s i d ew a l lo f t h e s eb u i l d i n g sw i l li n e v i t a b l e l yu t i l i z ev a r i o u sm a t e r i a l s , i n c l u d i n g p o r c e l a i ns l i c e , g l a s s , a l u m i n u mb o a r d ，s t o n em a t e r i a l ，s t a i n l e s ss t e e l ，c o a t i n ga n ds oo i l a st i m eg o e so n t h em a t e r i a l so ft h eo u t s i d ew a l io n 协eb u i l d i n g se x p o s e di nt h e a t m o s p h e r ew i l ls u f f e rv a r i o u sd e v a s t a t i o n , i n c l u d i n gs h i n e db yt h eu l t r a v i o l e tr a y , b e a t e n b yw e a t h d $ , a d h e r e db yd u s ta n ds oo n o no n eh a n d i tw i l is h o r t a nt l i ei i f eo ft h e b u i l d i n g s o nt h eo t h e rh a n di tw i l ld e s t r o yt h es c e n e r yo ft h eb u i l d i n g s t h e r e f o r e , t h e w o r kh a sa l r e a d yb e c a ) m eh i g h l i g h tt i l 砒al o to fs c h o l a r sh a v eb e i n gs t u d i e d t h e w a s h i n ga n dk e e p i n gc l e a no ft h eo u t s i d ew a l lo ft h e s eb u i l d i n g s t h ea u t h o rf i n d st h e w a s h i n gt e c h n o l o g ya b o u tt h es u r f a c eo f o u t s i d ew a l lo f b u i l d i n g si sm a t u r ea f t e rd o i n ga l a r g ea m o a n to fs e a r c hi nt h el i t e r a t u r eo nt h ew a s h i n gt c c h n i c a lf i e l do ft h es u r f a c eo f o u t s i d ew a i lo fb u i l d i n g s h o w e v e r , t h e r ea 坤f e wr e s e a r c h e so nt h ep o l l u t a n th o wt o a d h e r et ot h es u r f a c eo ft h eo u t s i d e rw a l lo ft h eb u i l d i n g sa n di t si n f l u e n c i n gf a c t o r sa n d t h ed e t e c t i o no ft h er e s u l to fw a s h i n g i na d d i t i o n ，p e o p l ea l w a y sa d o p tt h em e t h o do f t r e a m e n ta f t e rp o u l l t i o nr a t h e rt h a nt h em e t h o do fp r e v e n t i o nb e f o r ep o u l l t i o no ft h e o u t s i d ew a l lo f t h eb u i l d i n g sn o w a d a y s t h i sp a p e rs t u d i e st h ed u s ta d h e s i o nt ot h es u r f a c e o ft h eo u t s i d ew a l lo ft h eb u i l d i n g s ，a c c o r d i n gt os u r f a c ep h y s i c o c h e m i s t r y , i n t e r f a c e c h e m i s t r ya n dc l e a nt e c h n o l o g yt h e o r ya n ds oo n t h ea u t h o ru s e so p t i c sm i c r o s c o p e s y s t e mt om a k ea n a l y s i sa n dr e s e a r c ho f d u ao nt h es u r f a c eo fg l a s sa n dc e r a m i ct i l e , a n d t h em a i nc o n c l u s i o n so f t h es t u d ya r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) o nt h eb a s i so fi n f o r m a t i o nf r o ml i t e r a t u r e ，t h ea u t h o rs u m su pt h a ta d h e s i o n m e c h a n i s mo fp o l l u t a n to nt h es u r f a c eo ft h eo u t s i d ew a l lo ft h eb u i i d i n g sa r em a i n l y m e c h a n i c a l 。p h y s i c a la n do h e m i c a la d h e s i o n m e c h a n i c a la d h e s i o ni sm a i n l yc a u s e db yt h e f r i c t i o na r i s e df r o mt h es u r f a c er o u g h n e s so fs u r f a c em a t e r i a l so ft h eo u t s i d ew a l lo ft h e b u i l d i n g s 1 1 1 ef o r c eo fp h y s i c a la d h e s i o nc o m p r i s e sv a nd e rw 列sf o r c e sm a d eu po f d i p o l ef o r c e ，i n d u c t i o nf o r c ea n dd i s p e r s i o ni n t e r a c t i o ne n e r g y , e l e c t r o s t a t i ca t t r a c t i o n f o r c e , h y d r o g e n - b o n df o r c ea n dc a p i l l a r yf o r c e t h ef o r c eo f c h e m i c a la d h e s i o nc o m p r i s e s i o n i cb o n da n dc o v a l e n tb o n d ，a n dg e n e r a l l yt h e ya r ec o e x i s t e n t ( 2 ) t h ea d h e s i o ni n f l u e n c i n gf a c t o r so f p o l l u t a n t o f s u r f a c em a t e r i a l so f t h eo u t s i d e w a l l sc o n s i s to ft h em a n - m a d ef a c t o r , m a c h i n ef a c t o r ( t h es u r f a c em a t e r i a l so fb u i l d i n g s o u t s i d ew a l ia n dp o l l u t a n t ) a n de n v i r o n m e n t a lf a c t o r t h eh u m a nf a c t o rm a i n l yc o n t a i n s t h ep r o d u c t i o no fa i rp o l l u t a n t sa n dt h em i s t a k eo fm a n a g e m e n t n 他f a c t o ro fs u r f a c e m a t e r i a l so fo u t s i d ew a l lo fb u i l d i n g sc o n t a i n st h es u r f a c er o u g h n e s s ，s u r f a c eh y d r o p h i l i c a n dh y d r o p h o b i cc a p i t 时a n dt h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n 确ef a c t o ro fp o l l u t a n t ( t h e 中南大学硕士学位论文 r e s e a r c ho b j e c to ft h ed i s s e r t a t i o ni sd u s t ) c o n t a i n st h ed u s ts h a p e ，s i z e ，w e ta b i l i t y , a d h e s i o nc h a r g ea n ds oo n ( 3 ) t h ed i s s e r t a t i o nd i s c u s s e sd e c o n t a m i n a t i o nm e c h a n i s mo f a n t i f o u l i n ga g e n tt o t h es u r f a c em a t e r i a l so fo fo u t s i d ew a l lo fb u i l d i n g s ，i n c l u d i n gp a r a f f i n a c e o u sa n t i f o u l i n g c h e m i c a l ，l a t e xa n t i f o u l i n gc h e m i c a l ，o r g a n i cs i l i c o na n t i f o u l i n gc h e m i c a la n d f l u o d n e - c o n t a i n t e da n t i f o u l i n gc h e m i c a la n ds e l f - c l e n n i n ga n t i - f o u l i n gm a t e r i a l s t h e p r e c o n d i t i o no ft h e s ea n t i f o u l i n gc h e m i c a li sw a t e r p r o o fo rw a t e r - r e p e l l e n t , a n dt h e s e c o n d a r yp r e c o n d i t i o ni sv e n t i l a t i o na n dp e n e t r a t i v e t h ef l u o r i n e c o n t a i n t a da n t i - f o u l i n g c h e m i c a la n dt h es e l f - c l e a n i n ga n t i - f o u l i n gm a t e r i a l si st h et e n d e n c yo f d e v e l o p m e n t ( 4 ) t h ed i s s e r t a t i o nt e s t st h er e l a t i v ee a s i n e s sg r a d eo f r e m o v a lo f d u s tp a r t i c l e so n t h eg l a s si n f u s e db ys e v e r a lc h e m i c a lr e a g e n t ss u r f a c e w h e t h e rt h eu s eo fa i r f l o wf o r c eo r t h e 峨o fw a t e rf o r c et or e m o v ed u s tp a r t i c l e sf r o mt h eg l a s ss u r f a c e , t h er e m o v a l e f f i c i e n c yo fd u s tp a r t i c l e so ft h eg l a s si n f u s e db yd i l u t ea m m o n i as u r f a c ea l la r et h e h i g h e s t t h ea m o u n to fd u s tp a r t i c l e so f ft h eg l a s sw i t h o u ti n f u s i n ga n yc h e m i c a lr e a g e n t s s u r f a c ei st h ef e w e s t , b u ti ti st h em o s td i f f i c u l tt 0r e m o v ef r o mt h es u r f a c e i ti n d i c a t e s t h a ti ti sb e n e f i c i a lt oa d h e r et ot h eg l a s ss u r f a c ef o rd u s tp a r t i c l e sw h e nt h eg l a s ss u r f a c e i si n f u s e db yc h e m i c a lr e a g e n t s n oc h e m i c a lr e a g e n t sa d h e s i o nt ot h eg l a s ss u r f a c 2o fa r e l a t i v e l ys m a l ln u m b e r o f p a r t i c l e so f d u s tt h a ta f t e r t h eg l a s ss u r f a c ec o n t a m i n a n t sw o u l d b eb e n e f i c i a lt ot h eg l a s ss u r f a c ed u s ta d h e s i o nc a nb ed i f f i c u l tt or e m o v et h e s ed u s t p a r t i c l e s ，b u tn o tt h et r a n s l u c e n tg l a s s ( v e r ys m a l lp e r c e n t a g eo f d u s tp a r t i c l e s ) t h e r e f o r e ， w i t h o u tp r e - j u d i c et ot h en a t u r eo f t h eg l a s s ，u s i n ga l k a l i n eb e t t e rh a n d l eg l a s ss u r f a c e ( 5 ) t h ed i s s e r t a t i o nt e s t sa n t i - f o u l i n gc a p a b i l i t yo f t h es u r f a c eo f t h ec e r a m i ct i l e s s p r e a d e df l u o r o c a r b o ns u r f a c t a n t 1 1 l ea n t i f o u l i n gg r a d eo f t h es u r f a c eo f t h ec e r a m i c t i l e s s p r e a d o df l u o r o c a r b o ns u r f a c t a n ti sh i g h e rt h a nt h ea n t i - f o u l i n gg r a d eo f t h e s u r f a c eo f t h e c e r a m i ct i l e sw i t h o u ts p r e a d i n gf l u o r o c a r b o ns u r f a c t a n t ，w h e t h e rt h ep o l l u t a n ti sr u s to r b l a c ki n k ( 6 ) t h ep a t t e r nt h a tt h es u r f a c t a n ta d s o r b so nd i f f e r e n ts o l i ds u r f a c ei sd i f f e r e n t t h i s d i s s e r t a t i o np u t sf o r w o r dm o d e l so f s u r f a c t a n ta d s o r bo f fd i f f e r e n ts o l i ds u r f a c e , w h i c hc a l l s u i t a b l ye x p l a i nt h ea d s o r p t i o np r o c e s s e sa n dc o n f o r m a t i o n k e y w o r d s ：d u s t ；a d h e s i o nm e c h a n i s m ；a n t i f o u l i n gm e c h a n i s m ；g l a s ss u r f a c e ；c e r a m i c t i l es u r f a c e ；c o u p l i n g ；m o l e c u l a rf o r c e 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志、对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 日期：川年多月刁日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的 全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校 可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 名：缘红一名铷吼岬秒7 日 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 建筑物长期处于污染的大气环境中，必然会导致外墙表面受到各种不同程度的 污染，而我国正处在经济稳定快速发展时期，建筑面积大，且大气污染严重，因此 研究建筑外墙清洗和防护具有理论意义和实际价值。 1 1 1 建筑物外墙面积大 伴随着中国经济的快速发展，建筑业也呈现前所未有的发展速度。据报道，1 9 7 8 年，全国城市住宅总面积仅有5 3 亿m 2 。1 9 7 9 1 9 9 9 年，全国城镇住宅共投资近3 万亿 元，新建住宅5 2 亿m 2 ，是前2 9 年的9 8 3 倍，年均竣工面积2 5 亿m 2 。从1 9 9 6 年1 9 9 9 年，我国的建筑规模总量为世界第一位，每年都在以1 2 1 3 亿m 2 的速度推进。在全面 建设小康社会目标的指引下，我国城镇化将加速发展，人民生活水平不断提高，2 l 世纪头2 0 年内，建筑业仍将迅速发展。全国城乡房屋建筑面积2 0 0 2 年底共计为3 8 8 亿 n 1 2 ，其中城市1 3 1 8 亿m 2 。预计到2 0 1 0 年底，全国房屋建筑面积为5 1 9 亿m 2 ，其中城 市1 7 1 亿平方米：估算到2 0 2 0 年底，全国房屋建筑面积达6 8 6 亿m 2 。其中城市为2 6 1 亿m 2 。据统计，2 0 0 4 年我国建筑业竣工1 4 亿m 2 ，建筑外墙面积达2 0 0 0 多万m z ，建筑 业总产值以1 3 的速度增长，建筑物外墙面积也随之增加【l j 。 1 1 2 空气污染物严重 空气中的污染物主要分为固态物质、液态物质和气态物质f 2 j 。 一，固态污染物 固态污染物根据其成因和形态可分为三种：粉尘( d u s t ) ，固态雾( f u m e ) ，烟 ( s m o k e ) ，其中微米量级的固态污染物对红外特性将会产生重大的影响。 1 ) 粉尘。粉尘是由固态的有机或无机物在自然或人为的机械作用下破碎而形成， 它是分散的固体颗粒，粒径范围较宽，一般为l 岬1 0 0 舯。粉尘的来源十分广泛， 如自然界中岩石的风化粉碎等。 2 ) 固态雾。固体物质熔融再经蒸发后凝结形成的微粒子称为固态雾。它发生于 燃烧，熔融蒸发，升华和化学反应。固态雾的粒径远比粉尘小得多，大致在l l u n 以 下，它与粉尘的最大不同之处是凝聚力强。 中南大学硕士学位论文第一章绪论 3 ) 烟。烟是在不完全燃烧时产生的混有部分液体粒子的固体粒子，其粒径一般 较固态雾还要小，约在0 5 s a n 以下。碳氢化合物在不完全燃烧过程中反复她经过脱 氧、裂化、叠合过程，生成很多富集碳物质，最终析出碳分子形成烟。烟虽然是以 分子状态产生，但能迅速凝聚成较大的分子团微粒子。 二、液态污染物 1 ) 液态雾。液态雾是由蒸汽凝结或者化学反应生成的极细液滴，其粒径一般小 于i o l a m ，例如硫酸雾。如果蒸汽中包含固体的水熔液时，雾滴将会因水分的蒸发最 后形成浮游固态粒子。 2 ) 烟雾。烟雾是由烟与自然雾两者结合而成，实际上是水蒸气冷凝在固体烟粒 上。 三、气态污染物 1 ) 气体污染物。它是化学反应生成的非颗粒状污染物，常温常压下处于气体状 态，分子粒径为0 1n m i n m ，主要是二氧化硫和氮氧化物。 2 ) 蒸汽污染物。它是液态污染物质经蒸发作用而呈现的气相状态，蒸汽的分子 粒径，在1 0 i n n 1 0 4 m n , g l 我_ 内。 建筑物长期处于空气中，必然会受到空气中污染物的污染，而我国空气污染严重。 对于空气污染物的统计，一般包括烟尘、工业粉尘和二氧化硫的排放量。对于建筑 物表面的污染主要是一些粉尘，表1 1 列出了近几年我国工业粉尘和烟尘的排放量 3 1 。 表1 11 9 9 7 - 2 0 0 5 年我国工业粉尘烟尘排放量表( 单位：7 ) - t ) 烟尘 年份工业粉尘总量 总量工业来源生活来源 1 9 9 71 8 7 31 5 6 53 0 81 5 0 53 3 7 8 1 9 9 81 4 5 5 11 1 7 8 52 7 6 61 3 2 1 22 7 7 6 3 1 9 9 91 1 5 99 5 3 42 0 5 61 1 7 5 32 3 3 4 3 2 0 0 01 1 6 5 49 5 3 32 1 2 11 0 9 22 2 5 7 4 2 0 0 11 0 6 9 8 8 5 1 92 1 7 99 9 0 62 0 6 0 4 2 0 0 21 0 1 2 78 0 4 22 0 8 59 4 l1 9 5 3 7 2 0 0 31 0 4 8 78 4 6 22 0 2 51 0 2 l2 0 6 9 7 2 0 0 41 0 9 58 8 6 52 0 8 59 0 4 81 9 9 9 8 2 0 0 51 1 8 2 59 4 8 92 3 3 69 1 1 22 0 9 3 7 从表1 1 中可以看出，烟尘和工业粉尘的排放量，近年来总体都是呈下降的趋势， 烟尘的排放量比工业粉尘排放量略多，这归功于这些年来国家在环境保护方面所作 的大量工作，比如关闭了一些污染严重的工厂，制定了相关政策，而且研制出了许 多高科技产品运用于环境治理工程。烟尘的排放量近四年来又呈现上升的趋势，这 2 中南大学硕士学位论文第一章绪论 主要由于近几年来汽车、燃煤等产生的废气造成的。人们购买力变强，汽车的使用 量成直线上升。因此产生的废气烟尘也随之上升。还有，工业的生产总值突飞猛进 离不开能源的消耗，其中燃煤占了能源的很大一部分，燃煤必然会带来烟尘。工业 粉尘排放量近几年一直控制在9 0 0 万吨左右。 从上面的分析可以看出，空气中的污染物严重。此外，目前我国正在加大基础建 设的投入，由此也产生了大量的建筑粉尘：还有自然环境和人为因素造成的扬尘， 特别是北方城市，也不能忽视。这些污染物必然会影响暴露在大气中建筑物的表面。 1 2 研究必要性、研究现状及其分析 1 2 1 研究的必要性 建筑物外墙清洗保洁是一个较复杂的工程，是采用物理或化学或两者相结合的方 法除去建筑物表面附着的灰尘、污渍、污垢，使其恢复到原有的本色，呈现干净、 美观，而同时又保证建筑物表面不受破坏的过程。对建筑物进行定期清洗保洁的必 要性主要体现在以下几个方面： 一、保持建筑景观，提升城市品位的需求 为了提高城市的知名度，增加城市的竞争力，越来越多的城市加入全国文明( 卫 生) 城市的评比活动中。每2 年1 次的全国范围的卫生城市评比活动，把保持建筑表 面清洁列为考核的重要指标之一【4 l 。而高层建筑外墙醒目、突出，自然也就成为检查 的重点，因为它关系着一个城市乃至国家的形象。例如在北京申奥期间政府花了巨 大的费用来对全市所有建筑物的外墙进行更新，以期达到美化城市的效果；海尔集 团就将“清洁”、“清扫”写入了企业管理，在企业树立良好的形象方面起着很大 的作用。 二、法律法规的要求 世界各国对建筑物外墙的清洗越来越重视，在发达国家甚至以法律的形式明确规 定，建筑物的表面必须定期清洗，不然会受到严厉的处罚。国外新加坡政府规定每 年必须清洗数次，国内南京市政府部门规定每年高楼外墙必须清洗1 次，上海市职 业技术培训教材编审委员会专门编写了建筑物清洁保养书籍。广州市环卫局有关人 士表示，随着城市市区高层高楼建筑的迅速增多，楼盘外墙是否整洁对城市整体容 貌的影响越来越大，广州至少半数的楼盘已有3 年没有洗过“脸”了，而现在楼盘 外墙无论是清洗还是粉刷，一次的成本至少在1 0 0 0 元以上，有些楼盘清洗一次外墙 不下四五万元，而过去的规定最高是能罚l o o o 元，对不清洗外墙的楼盘缺乏威慑力， 导致很多楼盘的责任人宁可认罚也不愿履行清洗楼盘的责任。对此该人士认为，大 中南大学硕士学位论文第一章绪论 幅度提高处罚标准可以对那些常年不洗外墙的楼盘起到威慑作用。近年来，我国各 级政府的环保意识发生很大变化，国内一些大、中城市，特别是旅游、开放城市及 旅游景点和景区，为保持建筑物表面的清洁，都制定出台了相应的法律和法规。 国务院颁布的有城市市容和环境卫生管理条例、近几年一些城市也先后出台 了地方性规定条例，有天津市市容和环境卫生管理条例、江苏省城市市容和环 境卫生管理条例、北京市市容环境卫生条例、无锡市城市市容和环境卫生管理 条例、广州市市容环境卫生管理规定、上海市市容环境卫生管理条例、石家 庄市城市市容和环境卫生管理条例、长沙市城市容貌规定等。如于2 0 0 6 年6 月 1 日起执行的长沙市城市容貌规定中明确说明位于a 、b 级道路的建( 构) 筑物的 外墙面，采用玻璃幕墙的每年至少清洗一次；采用涂料装饰的3 年至少粉刷一次： 其他形式的2 年至少清洗一次。位于c 级道路的建( 构) 筑物的外墙面，采用玻璃幕墙 的2 年至少清洗一次；采用涂料装饰的4 年至少粉刷一次；其他形式的3 年至少清 洗一次。同时，也规定公共设施报刊亭、公用电话亭和公交线路站应造型美观，设 置合理，每天进行抹洗。 三、环境意识增加的要求 随着生活水平的提高，人们的思想观念也在不断变化。人们不仅仅关心物质文明， 对生活和工作的环境也越来越重视，对环境污染的防治也日益关心。同时，从安全 心理学的角度来看，当人们处于美好的环境中工作的热情和积极性有着很大的区别。 因此，建筑物外墙的清洁对于改善环境是必要的。 1 2 2 研究的意义 定期对建筑物外墙进行清洗防护的意义体现在： 一、美化环境 建筑物在城市中占的地位非常重要，当建筑物外墙附上一层污染物以后，使建 筑物表面失去了原有的色泽和光亮度，变得污浊灰暗、破旧不堪，严重影响了人们 的视觉效果和建筑物景观。通过清洗可以使建筑物外墙恢复原来亮丽的外貌，为人 们的生活和工作增加一道美丽的风景线，为人们工作和生活提供一个舒适的外部环 境。 二、保护建筑物 由于长期的风吹雨打，以及大气层中的尘埃，有害气体如硫化氢、二氧化碳和阳 光紫外线等有害物质的附着和作用，如果长时间不清除建筑物表面的污染层，致使 这些污染物对建筑物表面形成严重腐蚀、剥落和褪色等，影响其使用寿命。定期对 建筑物外墙进行清洗可以避免其发生，从而可以延长其寿命，可以节约大量的资源， 4 中南大学硕士学位论文 第章绪论 对创建节约型社会有着重要的意义。 三、能够创造就业机会和经济效益价值 近几年我国清洗保洁公司越来越多，也有越来越多的人从事清洗保洁服务工作， 其中就包括建筑物外墙清洗，同时也会推动相关行业( 化工、机器入、机械等) 的 发展。关于建筑物外墙清洗保洁的相关产品，比如清洗剂、防污剂和防水剂等也逐 渐兴起。如石材方面的化工产品有：石材清洗剂、去锈剂、去蜡去漆剂、石材渗透 防护剂、石材防污粉、大理石结晶剂、大理石结晶粉、花岗岩结晶剂。从目前的状 况来看，一方面建筑物外墙清洗保洁行业能够创造很多就业机会，缓解我国就业形 势；另外一方面，带动了相关行业的发展，比如化工、机械行业，为国家带来经济 效益。 1 2 3 研究现状 一，建筑物表面污染原因分析现状 污染物按照来源分类有：一些是来自于自然界的，另一些是来自于人类活动造成 的。来自于自然界的主要是灰尘和微生物，造成这些污染物附着在外墙饰面的方式 主要有下列几种形式1 5 j 。 1 空气中尘埃的附着和沉降造成污染 在建筑物外立面上特别是在顶面，天长日久肯定会有空气中的尘埃和灰土依靠 重力作用沉积。这些积存的污物在雨天时，就会随着雨水流淌，并附着在墙壁上， 在新的位置形成污染。虽然雨水也能对污物起到冲刷作用，但在房檐、窗户、阳台 等能起到挡雨作用部位下方的墙壁上，仍有尘埃附着形成的污垢。 1 ) 气流造成的冲击污染。刮风造成的气流运动，使煤灰、粉尘等污物颗粒撞击 建筑物外墙，并粘附形成污垢。 2 ) 静电与温差造成的污染。空气中的尘埃粒子表面往往带有电荷，会在建筑物 表面带有相反电荷的部位，发生静电吸引而粘附并形成污垢。 3 ) 溅射形成的污染。雨天时因雨水落地溅射，把地面上的泥水溅到靠近地面附 近的外立面形成污垢。在这些形成污垢的过程中，风雨特别是雨水起着重要的作用。 在雨水的作用下，水夹带着污垢在墙面上铺展，雨水带着污物在建筑物外立面上流 动时，会把污染物扩散到更多的部位，由于雨水流淌运动是不均匀的，在雨水干燥 后就会在墙面上形成分布不均的线条状的污染痕迹，造成斑驳陆离的外观。 2 人类活动造成污染 人类活动造成的建筑物外墙面污染主要表现在以下两个方面： 1 ) 酸雨造成的污染。人类在工业生产过程中，大量使用煤炭作为能源，煤在燃 5 中南丈学硕士学位论文 第一- 章绪论 烧过程中不仅会排放大量碳粒，粉尘污染环境，而且会排出大量的以二氧化硫为主 要成分的硫氧化物。这些显酸性的硫氧化物在空气中还可以转化为酸性更强的三氧 化硫。它们落在雨水中就形成酸雨，酸雨会对建筑物外墙面造成腐蚀并形成污垢。 随着现代文明的发展，汽车数量也在不断增加，汽车行使过程排放出的尾气中也含 有大量的氮氧化物、硫氧化物。这些物质也是酸雨形成的原因，酸雨是造成各种建 筑材料被腐蚀的重要因素。 2 ) 油垢造成的污染。造成建筑物外墙面被油垢污染的原因有几种情况：建筑物 附近的餐厅，厨房在烹调时排放出的食用油的油烟，随空气流动沾染到墙面上；建 筑装饰材料在机械加工和施工过程中也会沾染上油污，如未及时清除就会最终渗透， 扩散到建筑物外墙面上。当灰尘与酸雨结合后，就会在外墙面上形成顽固的污渍， 牢固地附在外墙面上。 综上所述，建筑物外墙面上的污垢主要有以下几类： 1 ) 无机灰尘。主要是砂土、煤灰、石材粉末、水泥粉尘矿物粉末、金属粉末等。 2 ) 有机灰尘。动物的粪便、羽毛、植物的花粉、纤维等形成的灰尘。 3 ) 酸雨污染物。大气中的二氧化硫等硫氧化物、氮氧化物形成的硫酸钙、硫酸 铁等腐蚀污染产物。 ( 4 ) 油垢。动物脂肪、植物油和矿物油等污垢。 二、建筑物外墙清洗保洁技术现状 1 建筑外墙清洗机械研究现状 建筑外墙清洗机械的发展大致经过以下三个过程睁7 】： ( 1 ) 传统设备。最早的方法是搭建脚手架，工人进行手工清洗，完成后再拆除 脚手架。这种清洗方法费时、费工，而且建筑物越高搭建拆除脚手架的时间越长， 清洗成本高而效率低下。目前已基本被淘汰。 ( 2 ) 载人设备。目前使用的载人设备有升降平台、吊篮、绳索等，是在建筑物 顶层通过绞车，定滑轮等装置对其进行升降控制，将工人、清洗工具、清洗材料装 在吊篮或升降平台并悬昂到清洗面附近，由工人进行清洗，并随时根据需要移动位 置，以利于清洗工作的进行。一般清洗操作程序是工人站在吊篮等装置中用滚筒等 工具将清洗剂均匀涂布在需要清洗的部位，待清洗剂将污染面完全浸透润湿后，用 专用刷子对污垢进行清洗，并用水进行冲洗，最后用干布进行擦拭清洗。这种方法 是目前许多国家普遍采用的一种方法，比搭建脚手架效率高，但是人工清洗，工具 简单，所以效率还是低下，而且存在很大的安全隐患。这是由于工人悬吊在空中或 站在吊篮中，用刷子擦洗墙面，是一种简单、重复的机械动作，长时间操作容易因 疲劳而出现事故。为了减轻工人的劳动强度，近年来研制了不少机械化的产品比如 6 中南大学硕士学位论文第一章绪论 液压自动清洗刷、清洗喷头等，大大提高了工作效率。用载人设备来清洗外墙的方 法在今后一段时间，仍将是建筑物外墙清洗的主要方法，但机械化程度会有所不同。 ( 3 ) 自动设备( 清洗机器人) 。由于采用传统的“人工+ 吊板”方式( 即我们通常 所说的“蜘蛛人”) 进行作业，不仅效率低，而且容易出事故。改用“人工+ 吊篮”( 吊 装机悬挂载人吊篮) 擦拭方式后，虽然相对较为安全，但前期设备投资较大，清洗 成本高。特别是目前一些国家和地区已经通过立法对包括擦窗作业在内的人工高空 攀爬进行了限制，人们不得不寻找其它解决办法。在此情况下外墙清洗机器人应运 而生。目前，发达国家已经研制出了爬壁机器人等多种机械清洗设备，逐步淘汰了 载人设备的方法。有代表性的擦洗机器人有日本清水建设株式会社开发的斜面玻璃 幕墙清洗机器人；日本美庄公司生产的自动擦窗机器人；德国s k y w i p e 公司生产的 高层建筑半自动自动模块化清洁机器人以及德国f r a u n h o f e r 研究所开发的多吸盘结 构的高层建筑自主清洁机器人等。在我国，北京航空航天大学与铁道部北京铁路局 科研所为北京西客站合作开发了一台玻璃顶棚( 约3 0 0 0 m 2 ) 清洗机器人；北京航空 航天大学正在与北京金讯新世纪机器人制造有限公司合作开发一种高楼清洗机器人 暂名为“蓝天洁友”，将用于国家大剧院清洗工作；哈尔滨工业大学与中国蓝星( 集 团) 总公司合作组建的北京蓝星哈工大机器人技术有限公司，专门生产清洗楼宇玻 璃幕墙的机器人，并已研制出系列产品。 目前全国已建造了数百万平方米的大型玻璃幕墙，这将是一个庞大的潜在市场。 由于国内目前绝大多数高层建筑仍采用人工+ 吊篮完成清洗工作，清洗机器人安全、 高效、价格适中，无疑将有十分广阔的应用前景。但是清洗机器人的研发涉及机器 人、人工智能、传感、控制、视觉、环境识别、现代设计方法等诸多知识，是多学 科交叉综合的结果，加上现代建筑艺术的个性化，清洗作业的自动化仍面临着很多 难题。从总体上看，各国在实现复杂运动和清洗功能的技术理论和实践上仍需经历 一段成熟期。 另外，作者利用中国期刊全文数据库( 1 9 9 4 2 0 0 4 年的数据) ，检索近几年关于建 筑物外墙清洗清洗设备的论文，发现几乎全部是关于清洗机器人的研究，利用万方 数据库中的中国专利技术类数据库( 1 9 8 9 2 0 0 3 年的数据) 对这方面的设备专利进行 检索，由于篇幅有限，现只列出各自的数目( 见图1 1 ) 。 三、建筑物外墙清洗保沽方法研究现状 建筑物外墙的清洗保洁方法大致可分为物理清洗、化学清洗和新型清洗保洁三 大类，下面对这三类方法作分别介绍。 1 物理清洗保洁 7 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 图! - 1 近十年来建筑物外墙清洗设备论文和专利教统计图( 截止到2 0 0 5 年l o 月) 物理清洗是通过外力及外来能量的作用使污垢脱离建筑物表面的一种方法。具体 有以下几种附w ： ( 1 ) 手工铲凿法。这是比较古老而简单的方法，尤其是花岗石墙面、水泥墙面 等，利用凿子等工具人工将建筑物外表面的一层污垢剥离掉，使其露出新的表面。 这种方法对建筑物墙体有损害，达不到清洗而不损坏建筑外墙材料的目的，而且费 时、费工、费钱，也不适应大面积的清洗保洁工作。 ( 2 ) 水或水蒸气清洗法。该方法是用水或水蒸汽在高压下喷洗建筑物表面的一 种保洁方法。使用高压水枪或高压蒸气，对墙面进行冲洗，喷气清洗机配备三档不 同的功能：喷气、喷蒸气、高压喷气。喷气是喷水和气的混合物，将水雾化成高速 浓密的喷雾，达n o 5 i m p a 的压力将污垢除去；高压喷气是喷水和气的激烈清洗 喷射，以达到2 m p a 的压力产生一种激烈的机械冲洗和刷洗作用，将深入墙缝中的污 垢清除掉。喷蒸气是喷出高温蒸气，使墙面的毛细孔受热膨胀，缝隙增大，再在高 压蒸气的冲刷下，深入所有的气孔将污垢除去。此法是最安全、最便宜的清洗保洁 方法，没有化学品污染，成本也较低。这种方法主要用于釉面砖、水刷石、马赛克 等光滑外墙表面材料上的积灰浮尘泥沙及土渣的清洗，但该方法对于油污的去除效 果不理想，而且大量水分的存在易损伤基体内部的结构，也不适宜北方缺水城市使 用。另外，设备笨重、价格也高、施工不方便。近年来随着制造业的发展，这些缺 点有所改善。 ( 3 ) 喷砂法。喷砂清洗又称磨料清洗，它实际上