CN113105166A - 一种三合土及其制备方法与应用 - Google Patents

一种三合土及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三合土及其制备方法与应用，该三合土包括石灰、黏土、砂、黄豆脲酶、尿素、氯化钙和水；该三合土的制造方法为：(1)从黄豆中提取脲酶，配置脲酶溶液；(2)配置尿素溶液和氯化钙溶液；(3)将石灰、黏土与砂按比例混合，搅拌均匀，得到混合物料；(4)将脲酶溶液、尿素溶液和氯化钙溶液按比例加入混合物料中，控制含水率，养护后得到三合土。该三合土可应用于文物保护、古建筑修复与岩土工程。本发明的三合土，提高了对待修复古建筑的渗透性和渗透深度；提高了无侧限抗压强度、表面硬度和耐候性能。本发明的制造方法工艺步骤精简，易操作，原料环保、无污染。本发明为三合土提供了更广泛的应用场景。

Description

一种三合土及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及建筑材料的制备领域，具体是一种三合土及其制备方法与应用。
背景技术
三合土是我国古代科技的一项重大发明，其原始材料简单，就地易得，并且制成的土体坚固，是古代常见的建筑材料。如今保存下来的众多古建筑大都能见到三合土的身影，例如统万城遗址、福建土楼、大沽口炮台等。由于历史悠久，自然灾害或人为因素，三合土制造的古建筑存在外墙鼓闪、表壳脱落或坍塌等问题。
在进行古建筑修复时，如要使用现代建筑材料，例如硅酸盐类加固材料，只能在建筑表面起到加固硬化的效果，渗透深度差；环氧树脂类材料因分子结构中含有羟基、醚键、氨基等极性基因而具有优异的粘结性，但同样渗透差，只适用于孔隙较大的文物加固，且环氧树脂易发生光老化变黄，严重影响文物的美观。而若用传统三合土修复，又存在固化速率慢、修复后的建筑强度低的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的之一是提供一种三合土，该三合土渗透性强、渗透深度大、固化速度快、抗压强度高，具有较好的耐候性、耐水性和抗冻性，同时，可以最大程度地还原古建筑的原本风貌。
本发明的目的之二是提供一种三合土的制造方法，该方法的制造过程环保，无污染，工艺简单易操作，适合规模化生产和大范围应用。
本发明的目的之三是提供一种三合土的应用，为该新型材料拓宽应用范围。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三合土，所述三合土包括石灰、黏土、砂、黄豆脲酶、尿素、氯化钙和水。
本发明还提供了一种三合土的制造方法，包括以下步骤：
(1)从黄豆中提取脲酶，并以蒸馏水为溶剂，配置脲酶溶液；
(2)以蒸馏水为溶剂，配置尿素溶液和氯化钙溶液；
(3)将黏土与砂过筛，再与石灰按比例混合，并搅拌均匀，得到混合物料；
(4)将脲酶溶液、尿素溶液和氯化钙溶液按比例加入到步骤(3)所得的混合物料中，控制含水率，养护后得到三合土。
进一步地，所述步骤(1)中的黄豆脲酶的提取方法为：
(a)将干燥的黄豆放入粉碎机进行粉碎后过120目筛，制得豆粉；
(b)向豆粉中加入蒸馏水，配置浓度为60g/L的豆粉料浆，将豆粉料浆放入回旋振荡器，振荡3h；
(c)将震荡后的豆粉料浆放入冰箱中静置12-24h；
(d)将静置后的豆粉料浆放入离心机进行离心分离，转速为4500r/min，离心时间为15min；取离心后的上层清液，即为脲酶溶液。
优选地，所述脲酶溶液的浓度为60g/L；所述尿素的浓度为1mol/L；所述氯化钙的浓度为0.5mol/L。
优选地，所述石灰、黏土、砂、黄豆脲酶溶液、尿素溶液和氯化钙溶液的体积比为40:80:160:6:27:27。
进一步地，所述步骤(2)与步骤(3)之间还有步骤(2.1)：将黏土反复用水冲洗至中性，去除漂浮杂质，再自然风干后敲碎，过35目筛；将砂先过18目筛，再过35目筛，取18-35目筛之间的砂样。
优选地，步骤(4)中的控制含水率为16％-18％。
本发明还提供了一种三合土的应用，所述三合土可应用于文物保护、古建筑修复与岩土工程。
本发明的一种三合土，在制备时即加入用于诱导碳酸钙沉淀的脲酶，提高了三合土对待修复古建筑的渗透性和渗透深度；其无侧限抗压强度较传统三合土提高了103.2％，表面硬度提高了18.3％，耐候性能提高了200％，耐水性和抗冻性都得到了一定的提高和优化。
本发明的一种三合土的制造方法，该方法简化了制备过程，工艺步骤精简，易操作；本方法采用的原料环保、无污染，通过脲酶诱导碳酸钙的沉淀，可吸收大量的二氧化碳，缓解了温室效应。
本发明的一种三合土的应用，为三合土提供了更广泛的应用场景，拓宽了三合土的应用范围。
附图说明
图1是本发明实施例的三合土与传统三合土无侧限抗压强度随龄期变化图；
图2是本发明实施例的三合土与传统三合土耐候性能对比图；
图3是本发明实施例的三合土与传统三合土表面硬度随龄期变化图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
制造一批三合土，包括如下步骤：
(1)从黄豆中提取脲酶：将干燥的黄豆放入粉碎机进行粉碎后过120目筛，制得豆粉；向豆粉中加入蒸馏水，配置浓度为60g/L的豆粉料浆，将豆粉料浆放入回旋振荡器，振荡3h；将震荡后的豆粉料浆放入冰箱中静置24h；将静置后的豆粉料浆放入离心机进行离心分离，转速为4500r/min，离心时间为15min；取离心后的上层清液，即为脲酶溶液。
(2)以蒸馏水为溶剂，配置1mol/L的尿素溶液和0.5mol/L的氯化钙溶液；
(3)将黏土反复用水冲洗至中性，去除漂浮杂质，再自然风干后将土敲碎，过35目筛。将砂先过18目筛，再过35目筛，取18-35目筛中间的砂样。将体积份数为40份的石灰、80份的黏土和160份的砂混合，并搅拌均匀，得到混合物料；
(4)将体积份数为6份的脲酶溶液、27份的尿素溶液和27份的氯化钙溶液加入到混合物料中，控制含水率为16％-18％，制作试块，养护后得到本发明的一种三合土；
(5)制作传统三合土：将黏土反复用水冲洗至中性，去除漂浮杂质，再自然风干后将土敲碎，过35目筛。将砂先过18目筛，再过35目筛，取18-35目筛中间的砂样。按照石灰、黏土、砂为1：2：4的体积比例，将石灰、黏土与砂混合，并搅拌均匀，加入蒸馏水，控制含水率在16％-18％。
对本发明的三合土与传统三合土无侧限抗压强度随龄期的变化进行实验和测试，每在7天龄期、14天龄期、28天龄期和60天龄期时，分别取本发明的三合土试块和传统三合土试块各3个，对其进行无侧限抗压强度测试，将其放置于精密材料测试机上，控制压缩速率为100mm/min,记录样品破坏时仪器的最高读数则为其抗压强度，每组测试3个，取平均值；实验结果如图1所示：
在7天龄期时本发明的三合土的无侧限抗压强度为1.11MPa，而传统三合土仅为0.732MPa。在14天龄期时本发明的三合土的无侧限抗压强度为1.539MPa，而传统三合土仅为1.106MPa。在28天龄期时本发明的三合土的无侧限抗压强度为2.622MPa，而传统三合土仅为1.29MPa。在60天龄期时本发明的三合土的无侧限抗压强度为2.96MPa，而传统三合土仅为1.655MPa。与传统三合土相比，本发明的三合土的初期抗压强度得到了较大的提升，尤其在28天龄期时，本发明的三合土的无侧限抗压强度较传统三合土提高了103.2％。
对本发明的三合土与传统三合土耐候性能进行比较实验，将养护了28天龄期的本发明的三合土试块和传统三合土试块各3块，进行外观检查并记录其原始状况，随后放入蒸馏水中浸泡，浸泡的水面高出试件顶面20mm，浸泡12h后取出样品，擦去表面水分，然后将样品放入冰箱进行冷冻12h，冰箱温度为-30℃，然后取出样品，放入水中融化12h。重复以上操作并观察样品表面变化情况，当该组试件3块中有2块出现边角脱落时，终止实验记录次数。
抗冻融循环能够很好地反应三合土的耐候性，实验结果如图2所示，28天龄期时，本发明的三合土的耐候性能是传统三合土的300％。传统三合土在第1次冻融循环时已出现细小的缝隙，在第2次时3块试样的边角均出现脱落，而本发明的三合土在第6次冻融循环才出现2块试块都边角脱落，由此可见，本发明的三合土较传统三合土相比，耐候性得到了显著的提高。
对本发明的三合土与传统三合土表面硬度随龄期的变化进行实验和测试，分别在7天龄期、14天龄期、28天龄期和60天龄期时，将本发明的三合土样块和传统三合土样块放置在水平的桌面上，使用指针式邵氏硬度计测量其硬度，测量7次取平均值。
表面硬度能够反应三合土表面抵抗变形或损伤的能力，本发明的三合土与传统三合土表面硬度随龄期变化的结果如图3所示，在7天龄期时本发明的三合土的表面硬度为68.4HD，而传统三合土仅为60.7HD。在14天龄期时本发明的三合土的表面硬度为70.4HD，而传统三合土仅为62.9HD。在28天龄期时本发明的三合土的表面硬度为74.6HD，而传统三合土仅为66.6HD。在60天龄期时本发明的三合土的表面硬度为80.1HD，而传统三合土仅为67.7HD。不难发现，与传统三合土相比，本发明的三合土的初期表面硬度得到了较大的提升，尤其在60天龄期时，本发明的三合土的表面硬度达到了80.1HD，较传统三合土提高了18.3％，可见本发明的三合土的固化速度明显优于传统三合土。

Claims (8)

1.一种三合土，其特征在于，所述三合土包括石灰、黏土、砂、黄豆脲酶、尿素、氯化钙和水。
2.一种三合土的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)从黄豆中提取脲酶，并以蒸馏水为溶剂，配置脲酶溶液；
(2)以蒸馏水为溶剂，配置尿素溶液和氯化钙溶液；
(3)将黏土与砂过筛，再与石灰按比例混合，并搅拌均匀，得到混合物料；
(4)将脲酶溶液、尿素溶液和氯化钙溶液按比例加入到步骤(3)所得的混合物料中，控制含水率，养护后得到三合土。
3.根据权利要求2所述的一种三合土的其制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的黄豆脲酶的提取方法为：
(a)将干燥的黄豆放入粉碎机进行粉碎后过120目筛，制得豆粉；
(b)向豆粉中加入蒸馏水，配置浓度为60g/L的豆粉料浆，将豆粉料浆放入回旋振荡器，振荡3h；
(c)将震荡后的豆粉料浆放入冰箱中静置12-24h；
(d)将静置后的豆粉料浆放入离心机进行离心分离，转速为4500r/min，离心时间为15min；取离心后的上层清液，即为脲酶溶液。
4.根据权利要求2所述的一种三合土的其制备方法，其特征在于，所述脲酶溶液的浓度为60g/L；所述尿素的浓度为1mol/L；所述氯化钙的浓度为0.5mol/L。
5.根据权利要求3或4所述的一种三合土的其制备方法，其特征在于，所述石灰、黏土、砂、黄豆脲酶溶液、尿素溶液和氯化钙溶液的体积比为40:80:160:6:27:27。
6.根据权利要求5所述的一种三合土的其制备方法，其特征在于，所述步骤(2)与步骤(3)之间还有步骤(2.1)：将黏土反复用水冲洗至中性，去除漂浮杂质，再自然风干后敲碎，过35目筛；将砂先过18目筛，再过35目筛，取18-35目筛之间的砂样。
7.根据权利要求6所述的一种三合土的其制备方法，其特征在于，步骤(4)中的控制含水率为16％-18％。
8.一种三合土的应用，其特征在于，所述三合土可应用于文物保护、古建筑修复与岩土工程。
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