CN104402374A

CN104402374A - 砌筑用改性糯米灰浆及其制备方法

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Publication number: CN104402374A
Application number: CN201410584348.XA
Authority: CN
Inventors: 杨涛; 张秉坚
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: CN104402374B

Abstract

本发明公开了一种砌筑用改性糯米灰浆及其制备方法，该糯米灰浆以重量份计，原料为：氢氧化钙粉末100份；碳酸钙颗粒300～600份；预糊化糯米粉3～12份；减水剂0.5～1.5份；纤维素0.5～1.5份；水80～120份。上述砌筑用改性糯米灰浆解决了传统糯米灰浆制备工艺复杂、固化慢、收缩大和强度偏低的问题，为文物的保护和维修提供了一种新型的砌筑或嵌补材料。

Description

砌筑用改性糯米灰浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种砌筑用改性糯米灰浆及其制备方法。

背景技术

联合国教科文组织将文字、建筑和兵器列为人类文明史发展的三大基本要素，而建筑技术的发展主要是围绕着材料、结构、施工等方面的进步变革而展开的。

古代劳动人民为使砖墙稳定，联成整体，除了改进砌砖合理搭接外，最初采用泥浆垫平砖缝，直到宋、元时代的各类砖墙都还广泛采用。在东汉时期已采用石灰浆作粘结料，到宋代才较普遍用石灰，明代才更广泛用石灰浆砌墙，清代则于重要工程如宫殿建筑用纯灰浆，次者用石灰砂浆，再次者用灰砂黄土的混合灰泥。

与普通的灰浆或灰泥同时发展的，就是掺合有机材料的石灰胶泥。当石灰应用于建筑工程之后，有机与无机材料复合使用的技术有了更进一步的发展，诸如桐油石灰、糯米汁石灰、血料石灰以及传说中的白芨石灰、米醋石灰等。特别是桐油石灰和糯米汁石灰，自唐宋以后更是常常用于建筑工程中。

在文献中关于使用糯米石灰也有确切的记载，《宋会要》方域九之八载有：乾道六年(1170年)修和州城“其城壁表里各用砖灰五层包砌，糯粥调灰铺砌城面兼楼橹城门，委皆雄壮，经久坚固”。明代《天工开物》关于糯米石灰的做法，记载甚详。在第十卷燔石条下有“用以襄墓及贮水池，则灰一分，入河砂黄土二分，用糯米粳羊桃藤汁和匀”。清《工段营造录》桥梁做法条下除规定砌面石用桐油石灰外，砌里石则用糯米石灰，记有“里石，每丈灌浆石灰一百斤，江米有差”。

随着水泥的日益广泛使用，石灰-水泥混合砂浆逐渐取代了传统灰浆。中华人民共和国建筑工业行业标准《建筑用砌筑和抹灰干混砂浆》(JG/T 291-2011)规定砌筑干混砂浆的最低强度等级为M2.5，要求28天龄期收缩率不大于0.15％。中华人民共和国国家标准《预拌砂浆》(GB/T25181-2010)划分干混砂浆或湿拌砂浆的最低强度等级为M5，要求砂浆的凝结时间为3～9小时，28天龄期收缩率不大于0.20％。

《国际古迹保护与修复宪章》(即《威尼斯宪章》)在关于文物建筑的保护维修的部分指出：“修复过程是一个高度专业性的工作，其目的旨在保存和展示古迹的美学与历史价值，并以尊重原始材料和确凿文献为依据。一旦出现臆测，必须立即予以停止。”

《中国文物古迹保护准则》在关于修整和修复的部分也指出：“凡是有利于文物古迹保护的技术和材料，都可以使用，但具有特殊价值的传统工艺和材料，则必须保留。”同时特别强调：“修整应优先使用传统技术。”

古建筑施工实践和修缮经验表明，水泥的运用会适得其反地对古建筑造成直接或间接的破坏，其弊端主要有：①水泥的抗压强度和抗拉强度过高、附着力过大，与古建筑中的砖混结构材料不匹配；②水泥孔隙率低，透水透气性差，造成古建筑中的水气通道阻塞，局部受潮；③水泥在固化过程中会析出可溶性盐类；④氯离子腐蚀与碱集料反应导致水泥损伤失效。

河北省秦皇岛市驻操营镇北部山区板厂峪景区明长城砌筑灰浆新鲜断面的分析结果表明，其主要成分为方解石，不含二氧化硅或粘土等其它矿物。因此，用于文物保护修复的砌筑灰浆，无论是胶凝材料，还是填充材料中都不应含有硅、铝等元素，意即灰浆中不宜掺入水泥或石英砂。

鉴于文物保护修复对传统技艺的优先选择，加之现代水泥基材料在文物保护修复工程中的局限性，在剖析传统糯米灰浆的科学性之后，为满足工程应用的要求，在保证其化学成分与传统糯米灰浆相接近的前提下，有必要针对其“工艺繁冗、气硬较慢、收缩开裂、强度偏低”的问题加以改进和完善。

发明内容

本发明提供了一种砌筑用改性糯米灰浆及其制备方法，该糯米灰浆解决了传统糯米灰浆制备工艺复杂、固化慢、收缩大和强度偏低的问题，为文物的保护和维修提供了一种新型的砌筑或嵌补材料。

本发明的具体实施方案如下：

一种砌筑用改性糯米灰浆，以重量份计，原料为：

氢氧化钙粉末的纯度、表观密度和比表面积对灌注用改性糯米灰浆的强度有影响，作为优选，所述氢氧化钙粉末的纯度≥95％，表观密度＜0.75g/cm³，比表面积≥10.5m²/g。

掺入一定用量比例的碳酸钙骨科有助于提高糯米灰浆的收缩率，其中，碳酸钙颗粒的粒径对糯米灰浆的收缩率和抗压强度均有影响。作为优选，所述碳酸钙颗粒的粒径为0.1～2.4mm，峰值粒径和中位粒径介于0.5～0.9mm之间。所述碳酸钙颗粒通过强度≥30MPa的石灰岩提纯获得。

更优选，所述的碳酸钙颗粒的不同粒径用量配比为：0.6～1mm∶0.3～0.6mm∶0.18～0.3mm∶0.125～0.18mm＝1∶3∶3∶0.01～1。采用上述不同粒径用量配比下的碳酸钙颗粒作为原料制备得到的砌筑用改性糯米灰浆能够大大提高其抗压强度。

所述预糊化糯米粉由糯米粉加水沸煮2小时后冷却，再经真空干燥或喷雾干燥后粉磨获得。作为优选，所述预糊化糯米粉中支链淀粉含量≥90％，表观密度小于0.18g/cm³。以预糊化糯米粉代替传统的糯米汁，简化传统工艺，避免糯米汁需提前熬煮的问题。

所述减水剂为聚羧酸盐型减水剂，如法国艾森C-SP、德国巴斯夫F10等。所述减水剂的减水率为25～35％。

作为优选，所述纤维素为羟丙基甲基纤维素，其2％水溶液的粘度介于100,000～200,000mPa·s。

更为优选，所述砌筑用改性糯米灰浆，以重量份计，原料为：

本发明还提供了一种砌筑用改性糯米灰浆的制备方法，其特征在于，按比例将氢氧化钙粉末、碳酸钙颗粒、预糊化糯米粉、减水剂和纤维素混合均匀后，加水搅拌，直至灰浆拌和均匀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明以具有特定表观密度和比表面积的氢氧化钙粉末代替传统糯米灰浆中的陈化石灰膏，以预糊化糯米粉代替传统糯米汁，避免了传统糯米灰浆制备过程中生石灰长时间陈化以及糯米汁需提前熬煮的问题，简化了糯米灰浆的制备工艺，缩短了制备时间；

(2)本发明糯米灰浆在传统灰浆的基础上，引入一定用量具有保水作用的纤维素，延长固相氢氧化钙和气相二氧化碳在液相水中的溶解时间，加速了糯米灰浆的碳化反应，解决了传统工艺中固化时间长的问题；

(3)本发明糯米灰浆不仅掺入了适量的高效减水剂，减少了灰浆的需水量，还掺入了一定用量的碳酸钙骨科，降低了糯米灰浆的收缩率，解决了传统砌筑用糯米灰浆中液态水含量较高，水分易挥发和散失，出现灰浆体积变小，收缩较大，固块开裂现象的问题；同时，还提高了固块的抗压强度。

附图说明

图1为本发明实施例1砌筑用改性糯米灰浆3个月龄期条状试块抗折实验后新鲜断面的酚酞滴定显色图；

图2为本发明实施例1砌筑用改性糯米灰浆28天龄期立方试块的抗压强度曲线；

图3为对比例2普通灰浆3个月龄期条状试块抗折实验后新鲜断面的酚酞滴定显色图。

具体实施方式

实施例1

一、糯米灰浆的制备

称取100份纯度为95％、表观密度为0.72g/cm³、比表面积为10.68m²/g的氢氧化钙、75份粒径为0.6～1mm的碳酸钙、225份粒径为0.3～0.6mm的碳酸钙、225份粒径为0.18～0.3mm的碳酸钙、5份支链淀粉含量为92％、表观密度为0.17g/cm³的预糊化糯米粉、1份法国艾森C-SP聚羧酸减水剂和1份粘度150,000mPa·s的羟丙基甲基纤维素，以500rpm的搅拌速度混合干料5min，加入95份水后，以1500rpm的速度搅拌8min，直至灰浆拌和均匀，得到糯米灰浆。

二、糯米灰浆性能的检验

将灰浆倒入试模内，浇铸成型后，移至温度25±10℃、相对湿度60±20％的环境下养护。在养护的过程中，试块底部不得与桌面平整接触，其底部须用玻璃棒支离、隔空。初凝时间为32小时，收缩率为0.63％。

龄期为28天时，测定条状试块的抗折强度，强度1.14MPa；测定立方试块的抗压强度，强度2.61MPa。

继续养护试块直至达到3个月龄期，试块抗压强度3.06MPa，与28天龄期相比增长17％。

条状试块在折断后，沿新鲜断面滴加酚酞指示剂，碳化深度10～15mm(如图1)。

随着养护龄期的延长，砌筑用改性糯米灰浆持续碳化，其强度继续增长。

实施例2

一、糯米灰浆的制备

称取100份纯度为95％、表观密度为0.72g/cm³、比表面积为10.68m²/g的氢氧化钙、75份粒径为0.6～1mm的碳酸钙、225份粒径为0.3～0.6mm的碳酸钙、225份粒径为0.18～0.3mm的碳酸钙、75份粒径为0.125～0.18mm的碳酸钙、5份支链淀粉含量为92％、表观密度为0.17g/cm³的预糊化糯米粉、1份法国艾森C-SP聚羧酸减水剂和1份粘度150,000mPa·s的羟丙基甲基纤维素，以500rpm的搅拌速度混合干料5min，加入106份水后，以1500rpm的速度搅拌8min，直至灰浆拌和均匀，得到糯米灰浆。

二、糯米灰浆性能的检验

将灰浆倒入试模内，浇铸成型后，移至温度25±10℃、相对湿度60±20％的环境下养护。在养护的过程中，试块底部不得与桌面平整接触，其底部须用玻璃棒支离、隔空。初凝时间为29小时，收缩率为0.56％。

龄期为28天时，测定条状试块的抗折强度，强度1.67MPa；测定立方试块的抗压强度，强度3.01MPa。

继续养护试块直至达到3个月龄期，试块抗压强度3.34MPa，与28天龄期相比增长11％。

条状试块在养护3个月后移入饱和硫酸钠溶液中浸泡48小时，再取出晾置48小时，如此经历5个循环后测定其抗折强度，强度2.12MPa。

实施例3

一、糯米灰浆的制备

称取100份纯度为95％、表观密度为0.72g/cm³、比表面积为10.68m²/g的氢氧化钙、37.5份粒径为0.6～1mm的碳酸钙、112.5份粒径为0.3～0.6mm的碳酸钙、112.5份粒径为0.18～0.3mm的碳酸钙、37.5份粒径为0.125～0.18mm的碳酸钙、5份支链淀粉含量为92％、表观密度为0.17g/cm³的预糊化糯米粉、1份法国艾森C-SP聚羧酸减水剂和1份粘度150,000mPa·s的羟丙基甲基纤维素，以500rpm的搅拌速度混合干料5min，加入81.5份水后，以1500rpm的速度搅拌8min，直至灰浆拌和均匀，得到糯米灰浆。

二、糯米灰浆性能的检验

将灰浆倒入试模内，浇铸成型后，移至温度25±10℃、相对湿度60±20％的环境下养护。在养护的过程中，试块底部不得与桌面平整接触，其底部须用玻璃棒支离、隔空。初凝时间为30小时，收缩率为1.25％。

龄期为28天时，测定条状试块的抗折强度，强度1.03MPa；测定立方试块的抗压强度，强度2.85MPa(如图2)。

继续养护试块直至达到3个月龄期，试块抗压强度3.19MPa，与28天龄期相比增长12％。

条状试块在养护3个月后移入饱和硫酸钠溶液中浸泡48小时，再取出晾置48小时，如此经历5个循环后测定其抗折强度，强度1.98MPa。

对比例1

一、传统糯米灰浆的制备

称取100份纯度为90％的生石灰，加入300份水，消化的过程中释放大量热。密闭陈化3个月后倾倒石灰膏中过量的液态水，敞开待石灰膏自然干燥3天，得到含水率37.5％的陈化石灰膏210份。

称取2.5份糯米粉置于锅中，加入15份水，沸煮且不断搅拌2小时，冷却后得到浓度14.3％的糯米汁。

将陈化石灰膏与糯米汁混合后，以1500rpm的速度搅拌8min，直至灰浆拌和均匀，得到传统糯米灰浆。

二、传统糯米灰浆性能的检验

将灰浆倒入试模内，浇铸成型后，移至温度25±10℃、相对湿度60±20％的环境下养护。在养护的过程中，试块底部不得与桌面平整接触，其底部须用玻璃棒支离、隔空。初凝时间为76小时，收缩率为3.15％。

龄期为28天时，测定条状试块的抗折强度为0.41MPa；测定立方试块的抗压强度为1.21MPa。

继续养护试块至3个月龄期，试块抗压强度1.4MPa。

对比例2

一、糯米灰浆的制备

称取100份纯度为95％、表观密度为0.72g/cm³、比表面积为10.68m²/g的氢氧化钙、75份粒径为0.6～1mm的碳酸钙、225份粒径为0.3～0.6mm的碳酸钙、225份粒径为0.18～0.3mm的碳酸钙和75份粒径为0.125～0.18mm的碳酸钙，以500rpm的搅拌速度混合干料5min，加入140份水后，以1500rpm的速度搅拌8min，直至灰浆拌和均匀，得到糯米灰浆。

二、糯米灰浆性能的检验

将灰浆倒入试模内，浇铸成型后，移至温度25±10℃、相对湿度60±20％的环境下养护。在养护的过程中，试块底部不得与桌面平整接触，其底部须用玻璃棒支离、隔空。初凝时间为35小时，收缩率为1.69％。

龄期为28天时，测定条状试块的抗折强度，强度0.26MPa；测定立方试块的抗压强度，强度0.35MPa。

继续养护试块直至达到3个月龄期，试块抗压强度0.77MPa。

条状试块在折断后，沿新鲜断面滴加酚酞指示剂，碳化深度2～5mm(如图3)。

对比例3

一、糯米灰浆的制备

称取100份纯度为95％、表观密度为0.72g/cm³、比表面积为10.68m²/g的氢氧化钙、600份ISO标准砂、5份支链淀粉含量为92％、表观密度为0.17g/cm³的预糊化糯米粉、1份法国艾森C-SP聚羧酸减水剂和1份粘度150,000mpa·s的羟丙基甲基纤维素，以500rpm的搅拌速度混合干料5min，加入105份水后，以1500rpm的速度搅拌8min，直至灰浆拌和均匀，得到糯米灰浆。二、糯米灰浆性能的检验

将灰浆倒入试模内，浇铸成型后，移至温度25±10℃、相对湿度60±20％的环境下养护。在养护的过程中，试块底部不得与桌面平整接触，其底部须用玻璃棒支离、隔空。初凝时间为33小时，收缩率为1.88％。

龄期为7天时，测定条状试块的抗折强度，强度0.48MPa；测定立方试块的抗压强度，强度1.03MPa。

继续养护试块直至达到3个月龄期，试块抗压强度1.85MPa。

Claims

1.一种砌筑用改性糯米灰浆，其特征在于，以重量份计，原料为：

2.如权利要求1所述的砌筑用改性糯米灰浆，其特征在于，所述的氢氧化钙粉末的纯度≥95％，表观密度＜0.75g/cm³，比表面积≥10.5m²/g。

3.如权利要求1所述的砌筑用改性糯米灰浆，其特征在于，所述的碳酸钙颗粒的粒径为0.1～2.4mm，峰值粒径和中位粒径介于0.5～0.9mm之间。

4.如权利要求1所述的砌筑用改性糯米灰浆，其特征在于，所述的碳酸钙颗粒的不同粒径用量配比为：0.6～1mm∶0.3～0.6mm∶0.18～0.3mm∶0.125～0.18mm＝1∶3∶3∶0.01～1。

5.如权利要求1所述的砌筑用改性糯米灰浆，其特征在于，所述的碳酸钙颗粒通过强度≥30MPa的石灰岩提纯获得。

6.如权利要求1所述的砌筑用改性糯米灰浆，其特征在于，所述的预糊化糯米粉由糯米粉加水沸煮2小时后冷却，再经真空干燥或喷雾干燥后粉磨获得。

7.如权利要求1所述的砌筑用改性糯米灰浆，其特征在于，所述的预糊化糯米粉中支链淀粉含量≥90％，表观密度小于0.18g/cm³。

8.如权利要求1所述的砌筑用改性糯米灰浆，其特征在于，所述纤维素的2％水溶液的粘度介于100,000～200,000mPa·s之间。

9.如权利要求1所述的砌筑用改性糯米灰浆，其特征在于，以重量份计，原料为：

10.一种如权利要求1～9所述的砌筑用改性糯米灰浆的制备方法，其特征在于，按比例将氢氧化钙粉末、碳酸钙颗粒、预糊化糯米粉、减水剂和纤维素混合均匀后，加水搅拌，直至灰浆搅拌均匀。