CN102584102A - 糯米三合土胶凝材料的制备及使用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种糯米石灰砂浆砖砌体结构的胶凝材料及其使用方法，属于土木工程领域。本发明糯米三合土胶凝材料的制备包括：配制三合土；称量所需三合土干质量3%左右的糯米粉，再称取占糯米粉质量0.4%左右的明矾和占糯米粉质量的1%左右的红糖，混合均匀；将糯米粉、明矾和红糖的混合物，置于加热器皿中，加入清水，搅拌均匀后蒸煮至糊化；将糊化好的糯米浆体倒入三合土中，在搅拌机中拌合均匀而成。本发明糯米三合土胶凝材料具有节约能源，取材方便，加工程度低，而且环保，又能提高砖砌体结构的抗压抗剪强度，是一种砖砌体古建筑修复和仿建的理想胶凝材料。

Description

糯米三合土胶凝材料的制备及使用

所属技术领域

本发明涉及一种糯米石灰砂浆砖砌体结构的胶凝材料及其使用方法，属于土木工程、材料工程和环境工程等领域。

背景技术

随着古建筑物修复成为全社会的责任和仿古建筑的大量兴起，在建设资源节约型、环境友好型社会日益成为全社会共识的大环境下，常见的用水泥等现代胶凝材料来修复古建筑物和建造仿古建筑物既不符合《中华人民共和国文物保护法》的不能改变文物原貌的相关规定，而且这些现代胶凝材料的产生过程也会产生较大的环境污染。由于现在的主要建筑材料是混凝土，主要胶凝材料是水泥砂浆，据保守估计，全球每年向大气中排放的二氧化碳有7%要归罪于水泥生产。水泥生产过程中资源和能源消耗量大，造成严重的环境污染。例如，水泥生产要消耗大量的石灰石资源和粘土资源。在我国，每吨水泥熟料要用1.4～1.5t石灰石，0.2～0.3t粘土和0.2t煤炭；同时，生产排放大量的CO₂、NO_1、NO₂等气体和粉尘；石灰石资源和粘土资源的大量消耗会破坏植被，造成水土流失；CO₂等具有温室效应的气体浓度的不断增加会导致地球环境表面温度上升，对气候、农业和生态系统造成严重影响；煤炭燃烧产生的二氧化硫、氮氧化合物是有害人体健康的气体，也是“酸雨”形成的重要原因。

我国古代建筑中有在砖砌体结构粘结材料中加糯米浆等的记载，但是其组成成分、具体制备过程及使用方法不清楚。民间传说有糯米粉+三合土、糯米粉+三合土+红糖、有糯米粉+三合土+明矾的配方，针对这些配方，经室内试验发现用糯米粉+三合土+红糖和糯米粉+三合土+明矾来修复和仿建古建筑物，虽然满足环保要求，也符合《中华人民共和国文物保护法》的不能改变文物原貌的相关规定，但是强度相对不足。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，制备一种其生产过程既不会对环境产生较大的污染，又能符合《中华人民共和国文物保护法》关于修复古建筑的不明显改变古建筑物原貌的相关规定，又能提高砖砌体结构的抗压抗剪强度的一种环保型砖砌体古建筑修复和仿建的胶凝材料。由糯米粉+三合土+红糖+明矾按一定比例组成的糯米三合土符合《中华人民共和国文物保护法》关于修复古建筑的不明显改变古建筑物原貌的相关规定。相比水泥砂浆，糯米三合土取材方便，加工程度低， 而且环保，更在工程建设中弘扬了中国的传统文化。相比于糯米粉+三合土+红糖，有糯米粉+三合土+明矾，强度又得到较大幅度的提高。

糯米三合土胶凝材料的制备步骤为：

① 配制三合土。

② 称量所需三合土干质量3%左右的糯米粉，再称取占糯米粉质量0.4%左右的明矾和占糯米粉质量的1%左右的红糖，混合均匀。

③ 将糯米粉、明矾和红糖的混合物，置于加热器皿中，加入清水，清水的质量按照使三合土的含水率为50%左右来确定，搅拌均匀后蒸煮至水刚刚烧开时糯米粉基本糊化。

④ 将糊化好的糯米浆体倒入三合土中，在搅拌机中与糊化糯米浆体混合并拌合均匀后糯米三合土胶凝材料制备完成。

 糯米三合土胶凝材料的使用方法为：

① 施工砖砌体建筑物时，首先浸泡砖块表面达到湿润。

② 砌墙时，每两层砖之间糯米三合土胶凝材料的厚度为10mm左右。

③ 砖墙宜分阶段砌筑，每个阶段砌筑4~5层，自然条件下养生3d，待已砌结构形成强度之后，再继续砌筑下一阶段。

④ 每砌筑一个阶段，要在墙体内外两面的糯米三合土胶凝材料粘结层上用石灰浆抹缝。

⑤ 循环上述过程，直到整体砌筑工程完成。

本发明优点：

① 糯米三合土胶凝材料具有节约能源、保护环境、符合《中华人民共和国文物保护法》的修复文物时不能改变文物原貌相关规定。

② 三合土中的消石灰（Ca(OH)₂）和空气中的CO₂反应生成碳酸钙,糯米粉糊化后的主要成分支链淀粉能使Ca(OH)₂与CO₂反应生成的CaCO₃颗粒细小而且致密；明矾水解生成氢氧化铝，与淀粉分子发生物理吸附，较小的红糖分子含有多个羟基与淀粉分子相互作用，都能提高糯米粉的粘性。因此将红糖、明矾和糯米粉一并加入到三合土之中，使糯米浆更好的调控碳酸钙晶体的生长，从而改善其力学性能。

③ 添加的明矾和红糖本身成本不高，质量又比较小，仅仅分别占糯米粉质量的0.4%左右和1%左右，即微小的添加量抗压强度便会产生较大幅度的提高。通过立方体抗压强度试验表明：添加占糯米粉质量0.4%左右的明矾，比三合土中只掺加糯米粉的抗压强度提高15%；添加占糯米粉质量1%左右的红糖，比三合土中只掺加糯米粉的抗压强度提高10%左右，而同时占糯米粉质量0.4%左右的明矾和占糯米粉质量1%左右的红糖，即采用本发明提出的糯米三合土，则其抗压强度比三合土中只掺加糯米粉的抗压强度提高25%左右。

④ 通过标准红砖的粘结面双面剪切试验发现，采用本发明提出的糯米三合土来粘结红砖，其胶结面抗剪强度比单添糯米粉的三合土的强度有所提高，在每隔一层红砖重力的作用下，强度大约提高6kPa。一般情况下抗压强度高的砂浆，粘结强度也就越高的，可以推断出本发明提出的糯米三合土的胶结面抗剪强度将高于糯米粉+三合土+红糖、糯米粉+三合土+明矾的的胶结面抗剪强度。同时也可以发现，当糯米三合土的含水率在50%左右时，其粘结砖块的能力最强。

⑤ 通过水稳定性试验发现，本发明提出的糯米三合土的水稳定性高于糯米粉+三合土的水稳定性，大约提高25%左右。

实施例

(1) 糯米三合土胶凝材料的配制

① 配制三合土胶凝材料。以所需三合土干质量50kg为例，三合土参考配比为：红粘土：黄沙：熟石灰=3：3：2，红粘土使用实验室现有的江西省红粘土。首先将生石灰熟化成熟石灰，称取所需质量的生石灰块，将大块生石灰敲打成小碎块放在铁筒里，再称取生石灰质量一半的水，用喷壶均匀的向生石灰块上喷洒，将铁筒盖上盖子，静置一昼夜。将熟化好的熟石灰过2mm筛并放在烘箱里烘干备用。然后将红粘土和黄沙均过2mm筛并风干，然后称取18.75kg红粘土、18.75kg黄沙和12.5kg熟石灰，混合搅拌均匀。

② 称取占三合土干质量3%的糯米粉1.5kg，称取占糯米粉质量0.4%的明矾6.0g和占糯米粉质量1%的红糖15g，放入加热器皿中，倒入清水，清水的质量是使配成的三合土含水率在50%左右，为加入50kg，搅拌均匀蒸煮到水刚刚烧开的时候糯米粉基本糊化，为了使糯米粉不沉于水底蒸煮过程中不断用大铁勺搅拌。

③ 将糊化好的糯米浆体倒入三合土中，在搅拌机中与糊化糯米浆体混合并拌合均匀后糯米三合土胶凝材料制备完成。

④ 通过立方体抗压强度试验，试验所用的立方体试件采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的钢模制作，每组试件制3个平行样。制样前用黄油等密封材料涂抹试模的外接缝，试模内涂刷薄层机油或脱模剂，将拌好的糯米三合土分三层倒入试模，每层用捣棒捣实并刮毛，使土高出试模顶面6～8mm,并将高出试模顶面的土用调土刀刮去并抹平，制样时保证同一组试样质量相同。根据三合土是气硬性胶凝材料的特性，选择直接放在实验室进行干法养护，养护一昼夜后脱模，并继续养护到28天。同时按相同方法在条件相同的情况下制作糯米粉+三合土、糯米粉+三合土+红糖、糯米粉+三合土+明矾的试样，养护至28天，用电子万能试验机做抗压试验。

结果表明：本发明提出的糯米三合土胶凝材料的抗压强度为1.19Mpa，糯米粉+三合土的抗压强度为0.95Mpa，糯米粉+三合土+红糖的抗压强度为1.07Mpa,糯米粉+三合土+明矾的抗压强度为1.03Mpa。即本发明提出的糯米三合土胶凝材料的抗压强度，比三合土中只掺加糯米粉的抗压强度提高24%左右；比添加糯米粉和红糖的抗压强度提高10%左右；比添加糯米粉和明矾的抗压强度提高15%左右。可以看出本发明提出的糯米三合土仅仅对微小添加量的红糖和明矾进行组合，其抗压强度便会产生较大幅度的提高。

改变糯米粉、红糖和明矾的添加量，取糯米粉占三合土干质量的1%、3%、5%，取红糖占糯米粉质量的0.5%、1%、1.5%，取明矾占糯米粉质量的0.2%、0.4%、0.6%，固定另外两种添加物，改变其中一种添加物的掺量，即做立方体抗压强度的单因素试验。

固定红糖和明矾的掺量，变化糯米粉的掺量，当糯米粉掺量分别取1%、3%、5%时，其对应的抗压强度分别为1.05Mpa、1.19Mpa、1.13Mpa，证明糯米粉的最优掺量是占三合土干质量的3%。

固定糯米粉和明矾的掺量，变化红糖的掺量，当红糖掺量分别取占糯米粉质量的0.5%、1%、1.5%，其对应的抗压强度分别为1.12Mpa、1.19Mpa、1.15Mpa，证明红糖的最优掺量是占糯米粉质量的1%。

固定糯米粉和红糖的掺量，变化明矾的掺量，当明矾掺量分别取占糯米粉质量的0.2%、0.4%、0.6%，其对应的抗压强度分别为1.04Mpa、1.19Mpa、1.05Mpa，证明明矾的最优掺量是占糯米粉质量的0.4%。

⑤ 通过标准红砖的粘结面双面剪切试验，采用本发明提出的糯米三合土胶凝材料将三块红砖粘结在一起，粘结层厚10mm左右，两侧红砖处于同一水平高度，中间的红砖高出两侧10mm左右。将砖体作为一个整体分别在上面加压一块红砖、两块红砖、三块红砖养护28d。用万能试验机测定其胶结面抗剪强度，分别为38.48kPa、42.74kPa、50.38kPa。按照同样的方法测定用糯米粉+三合土粘结砖块的胶结面抗剪强度，分别为30.37kPa、37.45kPa、43.29kPa。即使用本发明提出的糯米三合土胶凝材料粘结砖块，比用单添糯米粉的三合土粘结砖块的胶结面抗剪强度有所提高，在每隔一层红砖重力的作用下，强度大约提高6kPa左右。通过一般情况下抗压强度高的砂浆，粘结强度也就越高的，可以推断出本发明提出的糯米三合土胶凝材料的胶结面抗剪强度将高于糯米粉+三合土+红糖、糯米粉+三合土+明矾的的胶结面抗剪强度。

同时也可以发现，当糯米三合土的含水率在50%左右时，其粘结砖块的能力最强。当含水率为45%时，将砖体作为一个整体分别在上面加压一块红砖、两块红砖、三块红砖养护28d。得到的其胶结面抗剪强度分别为26.01kPa、33.82kPa、41.01kPa。将含水率增大到55%，同样的将砖体作为一个整体分别在上面加压一块红砖、两块红砖、三块红砖养护28d。得到的其胶结面抗剪强度分别为28.41kPa、30.23kPa、37.21kPa。试验结果表明，糯米三合土含水率为50%左右时粘结砖块的性能最好。

⑥ 通过水稳定性试验，其试样的制备和养护方法同立方体抗压强度试验相同，试样养护到27天时，一组试样浸水24小时后取出进行28天龄期的抗压强度试验，另一组不浸水继续养护24小时后取出进行28天龄期的抗压强度试验。用水稳定系数来评价糯米三合土胶凝材料的水稳定性。定义为水稳定性系数=浸水立方体抗压强度／不浸水立方体抗压强度。由定义可知水稳定系数越大，水稳定性越好。计算各糯米三合土胶凝材料的水稳定性系数为0.441左右，按照同样的方法计算糯米粉+三合土、糯米粉+三合土+红糖、糯米粉+三合土+明矾的水稳定系数，分别为0.366、0.347、0.371。表明本发明提出的糯米三合土胶凝材料的水稳定性好于其他三种组合。

(2) 使用方法

① 施工砖砌体建筑物时，为了使砖块和糯米三合土之间容易粘合同时到达糯米三合土中的水分不至于很快被干燥的砖块吸干的目的，砖在使用前用水浸透。砖块数量较少时直接将砖块放在容器中泡水，到砖块表面不再有气泡冒出然后取出，放一会，砖块表面达到湿润而不是湿淋淋的时候可以使用。如果是大量的砖块，可以用自来水管直接从砖堆顶面往下面冲水，冲透为止。

② 砌墙时，每两层红砖之间糯米三合土的厚度为10mm左右。

③ 砖墙宜分阶段砌筑，每个阶段砌筑4~5层，自然条件下养生3d，待已砌结构形成强度之后，再继续砌筑下一阶段。

④ 每砌筑一个阶段，要在墙体内外两面的糯米三合土层上涂刷一层石灰浆配制成的石灰浆视觉上看不太稀薄也不太粘稠即可以。

⑤ 循环上述过程，直到整体砌筑工程完成，可用于主体结构的承重，并具有良好耐久性，且其强度随时间的增长而增长，历久弥坚。

Claims (2)

1.糯米三合土胶凝材料，其特征在于制备步骤为：

① 配制三合土；

② 称量所需三合土干质量3%的糯米粉，再称取占糯米粉质量0.4%的明矾和占糯米粉质量的1%的红糖，混合均匀；

③ 将糯米粉、明矾和红糖的混合物，置于加热器皿中，加入清水，清水的质量按照使三合土的含水率为50%来确定，搅拌均匀后蒸煮至水刚刚烧开时糯米粉基本糊化；

④ 将糊化好的糯米浆体倒入三合土中，在搅拌机中与糊化糯米浆体混合并拌合均匀后糯米三合土胶凝材料制备完成。

2.基于权利要求1所述的糯米三合土胶凝材料，其特征在于使用方法为：

① 施工砖砌体建筑物时，首先浸泡砖块表面达到湿润；

② 砌墙时，每两层砖之间糯米三合土胶凝材料的厚度约为10mm；

③ 砖墙宜分阶段砌筑，每个阶段砌筑4~5层，自然条件下养生3d，待已砌结构形成强度之后，再继续砌筑下一阶段；

④ 每砌筑一个阶段，要在墙体内外两面的糯米三合土胶凝材料粘结层上用石灰浆抹缝；

⑤ 循环上述过程，直到整体砌筑工程完成。