白大理石の黄変の原因と予防策

たくさんの大理石の中に、 白大理石 は間違いなく、最も広く使われている石のひとつである。白大理石は高級で豪華な壁、床、背景壁、階段、カウンターなどに使われている。洋服、電球、果物皿、スピーカー、さらにはトイレなど、さまざまな用途に白大理石を使う人さえいる。

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白大理石のシンプルな優雅さ、高貴な気質、柔らかさ、繊細さは本当に病みつきになり、装飾効果はそれ以上に素晴らしく、ただただ驚くばかりです。その優しい色調、雪のような白さ、雪の結晶のような純粋な美しさは、多くのデザイナーがそれを十分に活用し、展示することを可能にしている。

しかし、最も愛され、恐れられている品種でもあるが、偽善的で、壊れやすく、防汚の点でサービスが難しい白大理石は、一部のユーザーを後悔させ、特に白大理石が黄変しやすいという事実は、白大理石を愛する多くのユーザーを遠ざけている。

白大理石の黄変などの品質問題を解決しようとするならば、内的要因、外的要因を分析し、大理石の性質、品質問題の根本原因を徹底的に理解し、根本的な問題を解決しなければならない。では、白大理石が黄変する原因は何か？どうすれば白大理石は元の外観を保つことができるのでしょうか？ここにいくつかのヒントがあります！

白大理石の構造と組成

最も一般的な白人の研究 大理石 走査型電子顕微鏡を使用した表面分析の結果、白大理石の表面とラインには、粒径2ミクロンから数百ミクロンの鉄鉱物が存在し、その一部はボードの表面に分布し、一部はラインに濃縮されていることがわかった。

大理石の黄変は、白色大理石に含まれる鉄分鉱物の酸化が主な原因と考えられている。多くの大理石は、ラインを除けば比較的単一で均一な色をしているため、大理石中にランダムに分散している鉄含有鉱物が酸化されて黄色や褐色の含水酸化鉄が生成されると、盤面のキズや美観上のシミが形成され、特に白色大理石では顕著である。

白大理石に含まれる鉄は、主に硫化鉄、炭酸鉄、ケイ酸マグネシウム鉄の形で存在し、これらは大理石のマトリックスに分散しているか、大理石の線に濃縮されている。

石の表面にあるこの2価の鉄鉱物が空気中の酸素によって3価の鉄に酸化され、水と結合して水和した水酸化鉄になると錆が発生し、一般に黄変と呼ばれます。何の保護措置も講じなければ、この黄変現象は大理石が置かれてから8～12ヶ月後に現れます。

興味深い現象は、大理石を温水パイプのような熱源のそばに置いても黄変現象が起こらないことで、白大理石の黄変現象が水と密接な関係があることを示している。しかし、水との接触が必ずしも白大理石の黄変現象を引き起こすわけではない。

白大理石の熱衝撃試験は、石材試料を15～25℃の脱イオン水に6時間入れた後、100～110℃のオーブンに18時間入れる。これを20回繰り返したところ、表面に鉄分を多く含む試料だけがわずかに黄変現象を示し、その程度は自然黄変現象よりはるかに低いことがわかった。

この実験現象は、脱イオン水の導電率が非常に低いため、2価の鉄が3価の鉄に酸化される酸化還元反応の進行が非常に遅いことを示している。そのため、試料を長時間水に浸し、何度も循環させたにもかかわらず、明らかな黄変現象は見られない。

この試験結果から、白大理石の黄変現象は、石材表面の2価の鉄鉱物に酸化と水和が作用した結果であり、この2つの条件が不可欠であることがわかる。白大理石はイオン水に浸すのと違い、アルカリ溶液に浸すと非常に黄変しやすい。

同じ石材を15～25℃のアルカリ水に6時間浸した後、50～60℃のオーブンで18時間焼成。これを20回繰り返したところ、実験に選んだ白大理石はすべて黄色く変色し、中でもカッラーラの白大理石が最も深刻だった。

アルカリ水溶液が白大理石を容易に黄色に変色させるのは、アルカリ性媒体中では2価の鉄が3価の鉄に酸化されると酸化還元電位が低下し、空気中の酸素によって容易に3価の鉄に酸化されるからである。この3価の鉄が水と結合し、ボード表面に黄色い汚れを形成する。

石材表面の2価の鉄は、空気中の酸素によって3価の鉄に酸化され、水と結合して水和した水酸化鉄になるが、この水酸化鉄は溶解度が極めて低い。従って、鉄によるボード表面の黄変汚染は、容易に除去できない。白大理石ボード表面の黄変汚染の第二のタイプは、大理石内部の有機物に由来する。これらの有機物は大理石の形成過程で存在し、その構造は腐植と類似している。

このような大理石中の水溶性有機物は、アルカリ水と反応して褐黄色を呈することが多い。このような有機物が大理石内部に存在するため、裏面に防水処理を施していない大理石床・壁パネルを湿式施工すると、セメントスラリーのアルカリ水が大理石に浸透し、大理石中の有機物と反応して着色生成物を生成する。この着色生成物が水によって石材表面にもたらされると、石材表面に第二種の汚染が形成される。

石材が設置された後の使用期間中であっても、気候的な理由により、水がセメントコンクリートを浸透し、石材の表面からしみ出すたびに、着色した有機汚染物質が石材の表面に付着する。

外部の理由

白大理石の上記2種類の汚染は、石材内部の成分と構造に由来し、外部条件の影響を受けて発生する。石材の成分や構造に関連するこれら2種類の汚染に加え、他にもいくつかの外部汚染源がある：

1.摩耗による黄変

大理石の研磨面が摩耗すると、歩くたびに大理石表面の気孔に汚れが入り込み、その汚れが白い大理石の表面を黄色く見せてしまう。

2.不適切な手入れによる黄変

最もよくある不適切なお手入れは、汚れたモップで床を濡らすことである。汚れたモップがもたらす汚れが大理石に蓄積され、大理石の表面が汚染され、黄色く変色する。

3.ワックスによる黄変

一般的にワックスを使って大理石の表面を磨くと、厚いワックス層が経年劣化によって黄色く変色する。

4.結晶表面処理による黄変

結晶表面処理に使用されるスチールウールは、研磨された大理石スラブの微細孔に微小な微粉末が残留し、黄変の原因となり、特に大理石が濡れた状態で結晶表面処理された場合、黄変が起こりやすくなる。

5.取り付け作業による黄変

施工による黄変は見過ごされやすいが、よくあることだ。
大理石の床や壁を施工する前に、石材標準板はいわゆる六面防水処理を施される。下面は防水接着剤、四面と前面は浸透性防水剤で処理される。
このような六面防水をしっかりと行えば、選択した防水材の品質も保証され、理論的には水による黄変現象は二度と起こらないはずである。しかし実際には、石材ボード表面の六面防水が施工前にしっかり行われていると考えても、施工後にボード表面の黄変現象が時々発生する。

6.設置に関連した石の黄変

主な原因は2つある。ひとつは、施工サイズの必要性から、現場での切断によって本来の防水処理が一面的に破壊されてしまうこと、もうひとつは、施工環境が汚れているために、施工中にセメントスラリーがボード表面に落下してしまうことである。落下したセメントスラリーがボード表面で乾燥するのを防ぐために、落下したセメントスラリーを濡れタオルで拭く。このとき、強アルカリ性のセメント水がボード表面の黒っぽいひび割れの一部にしみ込んでしまう可能性が高いが、これはボード表面に浸透防水処理が施されていても、ひび割れ部では防水剤の微小な分子がひび割れ全体に保護膜を形成してひび割れを遮蔽・保護することができないためである。

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そのため、ひび割れ部分に防水剤が行き渡る範囲は非常に狭い。施工の際、セメントスラリーを塗布した標準ボードの側面をパテナイフで前後に削ると、せっかくの防水処理も崩れてしまう。ボード面を拭く際に、誤ってセメント水をボード面のひび割れに持ち込んでしまうと、ボード面が黄変するかどうかではなく、黄変が早まるかどうかの問題である。