CN115650684A - 高透气性高耐久性的苫背砂浆及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高透气性高耐久性的苫背砂浆，该苫背砂浆包括天然水硬性石灰、钙质细骨料、水镁石纤维和外加剂。本发明还提供了该苫背砂浆在古建筑修复特别是在故宫建筑屋顶修缮工程中的应用。本发明的苫背砂浆具有高透气性和高耐久性，与故宫原有苫背砂浆成分类似，与原始屋顶木质基层兼容性良好，凝结硬化速度快，同时砂浆具有一定的防水、耐水特性，耐久性好，避免了频繁修缮对原有文物建筑结构的破坏。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域与石质文物修复领域，具体涉及一种高透气性高耐久性的苫背砂浆及其制备方法，以及其在古建筑修复例如故宫建筑屋顶修缮工程中的应用。
背景技术
北京故宫是中国明清两代的皇家宫殿，位于北京城市中轴线的重心，占地约72万平方米，建筑面积约15万平方米，有大小宫殿七十多座，房屋九千余间。始建于明永乐四年(1406年)，距今已有数百年的历史。故宫是中国古代建筑的集大成之作，具有丰富的屋顶构造，包括庑殿顶、歇山顶、攒尖顶等样式。通常来说，故宫的屋面建筑包括瓦面灰作和木质基层部分。在故宫古建筑的屋顶上，首先会有一层木板基层，之后会在上面分层铺墁各种苫背，如护板灰、青灰、麻刀泥等。苫背所用的胶凝材料通常是泼灰。所谓“泼灰”实际上就是在生石灰石上均匀泼洒清水而后粉化成熟石灰粉。但是收到自然侵蚀破坏和人为因素的影响，故宫中许多建筑的屋顶都已不同程度发生破坏，亟待修复。通常现代修复材料使用水泥，但水泥力学性能过高、渗透性差，会阻碍木质基层与外界环境的水循环过程，使得先前进入木质基层的水分及水泥中释放的大量可溶性盐在木质基层内大量聚集，加速了木质基层的腐烂过程。传统气硬性石灰是原始苫背砂浆所用的主要胶凝材料，其孔隙率高，与屋顶木质基层具有良好的相容性但是其早期强度低、凝结硬化慢、耐水性差、在潮湿或水环境中易分解溃散及体积收缩较大等缺点使其并不适用于故宫屋顶的现代修缮工程中。
水硬性石灰(NHL)作为水硬性胶凝材料，兼具水硬性和气硬性，具有适中的力学性能，较快的凝结硬化速度，良好的耐水性能以及可溶性盐含量低的特点，其施工工艺简单，施工工期较短，这使其具备替代气硬性石灰制作苫背砂浆的潜力。
已有众多研究人员探究了天然水硬性石灰在砖石类文物中的应用。Papayianni等人在希腊奥林瑟斯遗址抹面灰浆中应用了以气硬性石灰和火山灰材料制成的人造水硬性石灰，取得了良好的效果。Sanchez-Moral在意大利古代地下墓穴的修缮工程中应用了气硬性石灰和不同细度的火山灰骨料制成的抹灰砂浆。M.Rosa′rio Veiga等人在里斯本旧要塞的修缮工程中，针对当地恶劣的环境条件：严重的海风侵蚀、昼夜温差大等特点，选择了天然水硬性石灰和火山灰材料作为胶凝材料制备苫背砂浆，并将其应用于要塞的修缮工程中。事实上，苫背砂浆上层有琉璃瓦的保护，下层有木质基层的支撑，其工作环境较为温和，对于力学性能要求不高。相反由于其直接与下层的木质基层接触，这一方面需要其具有较高的透气性，避免室内空气中的水分在木质基层中积蓄导致木质基层腐烂；另一方面，苫背砂浆需要具有一定的防水、耐水性能，以避免屋面水分与木质基层的接触。
发明内容
基于针对北京地区故宫建筑屋顶苫背灰浆的研究，本发明开发出一种适用于故宫建筑屋顶修缮工程的苫背砂浆，其具有高透气性，与故宫原有屋顶木质基层具备良好的兼容性，同时凝结硬化速度较快，具有良好的施工性能，大幅缩短修缮工程所需施工周期。主要解决现有水泥砂浆强度过高、渗透性差，木质基层易发生腐烂破坏及石灰砂浆早期强度低，强度发展缓慢，工序复杂，施工周期长，在潮湿或水环境中易分解溃散及易开裂的问题。
在第一方面，本发明提供了一种高透气性高耐久性的苫背砂浆，包括天然水硬性石灰、钙质细骨料、水镁石纤维和外加剂。
在一些实施方式中，所述天然水硬性石灰包括天然水硬性石灰5。本发明的苫背砂浆中，胶凝材料选择兼具水硬性与气硬性的天然水硬性石灰，使砂浆在干燥环境或潮湿环境中都能凝结硬化产生强度，同时强度适中，在具有一定耐久性的同时避免过高的强度对屋顶材料的破坏。
在一些实施方式中，所述钙质细骨料包括石灰石机制砂。在一些优选实施方式中，所述石灰石机制砂包括0.063-1.5mm连续级配的石灰石机制砂。在一些实施方式中，所述石灰石机制砂采用尖角形砂，避免使用颗粒为球形或接近于球形的圆形砂。本发明的砂浆采用特定的骨料种类、颗粒级配和粒形，避免了因骨料与胶凝材料不兼容导致的砂浆性能的负面影响。
在一些实施方式中，所述天然水硬性石灰与所述钙质细骨料的体积比为1：(1-10)，例如为1:2、1:4、1:6、1:8、1:10或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，所述天然水硬性石灰与所述钙质细骨料的体积比为1：(1-5)。
在一些实施方式中，所述水镁石纤维的平均直径为20-100μm，例如为20μm、40μm、60μm、80μm、100μm或它们之间的任意值。在一些实施方式中，所述水镁石纤维的平均直径为40-50μm。本发明中的苫背砂浆中引入与天然水硬性石灰胶凝材料相容性更好的天然水镁石纤维作为纤维，避免了砂浆开裂情况的出现。
在一些实施方式中，以天然水硬性石灰的质量计，所述水镁石纤维的质量含量为2-20％，例如为2％、5％、10％、15％、20％或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，以天然水硬性石灰的质量计，所述水镁石纤维的质量含量为5-15％。
在一些实施方式中，所述外加剂包括可再分散乳胶粉、引气剂、增稠剂和减水剂。本发明的苫背砂浆中引入外加剂对苫背砂浆性能进行调控，在保证砂浆工作性能的同时有效提升了其防水、耐水性能和耐久性能。
在一些实施方式中，所述引气剂选自阳离子表面活性剂，更优选地，所述引气剂选自十二烷基三甲基溴化铵。
在一些实施方式中，所述增稠剂选自羧丙基甲基纤维素醚。
在一些实施方式中，所述减水剂选自聚羧酸高效减水剂。
在一些实施方式中，以天然水硬性石灰的质量计，所述可再分散乳胶粉的质量含量为0.5-10％，优选为1-5％。
在一些实施方式中，以天然水硬性石灰的质量计，所述引气剂的质量含量为0.005-0.05％，优选为0.005-0.02％。
在一些实施方式中，以天然水硬性石灰的质量计，所述增稠剂的质量含量为0.05-0.5％，优选为0.05-0.02％。
在一些实施方式中，以天然水硬性石灰的质量计，所述减水剂的质量含量为0.05-0.5％，优选为0.1-0.2％。
在一些实施方式中，所述苫背砂浆还包括拌合用水。在一些优选实施方式中，所述拌合用水与所述天然水硬性石灰的质量比为(0.2-5)：1，例如为0.2:1、0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，所述拌合用水与所述天然水硬性石灰的质量比为(0.2-5)：1。
在第二方面，本发明提供了第一方面所述的苫背砂浆的制备方法，包括将天然水硬性石灰、钙质细骨料、水镁石纤维和外加剂进行混合。
在第三方面，本发明提供了根据第一方面的苫背砂浆或根据第二方面的制备方法获得的苫背砂浆在古建筑修复中的应用。
在一些实施方式中，第一方面的苫背砂浆或第二方面的制备方法获得的苫背砂浆用于故宫建筑屋顶的修缮。
相比于现有技术，本发明所制备的苫背砂浆具有以下优异效果：
(1)本发明通过天然水硬性石灰、细骨料、纤维和外加剂复配制备的一种苫背砂浆，其典型特征是兼具气硬性和水硬性，既有石灰与砖石材料兼容性良好的优点，同时又能在空气和水中凝结硬化产生强度，避免了对施工过程的负面影响。该苫背砂浆透气性高，与故宫屋顶木质基层具备良好的兼容性，同时防水，耐水性能优良，耐久性能良好，避免了频繁修缮对故宫结构的破坏。所需原材料来源广泛，制备方法简便。
(2)本发明所制备的屋顶苫背砂浆，具有高透气性、高耐久性的特点，适用于北京故宫屋顶建筑苫背灰浆的修补工程，与故宫原有苫背砂浆成分类似，与原始屋顶木质基层兼容性良好，凝结硬化速度快(8-10h)，大大缩短了施工周期。新拌砂浆流动度、28天抗压强度、粘结强度、热膨胀系数和孔隙率的工作性能良好。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本发明作进一步地说明，但本发明的范围并不限于此。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
本发明基于针对北京地区故宫屋顶苫背灰浆的正确认识，提出了一种具有高透气性，与原有苫背砂浆组成相似，与原始木质基层兼容性良好的苫背砂浆，具有制备工艺简单，材料来源广泛等特点，砂浆透气性好，对原有木质基层结构不存在危害，同时砂浆具有一定的防水、耐水特性，耐久性好，避免了频繁修缮对原有文物建筑结构的破坏。
以下实施例和对比例中，苫背砂浆的制备包括以下组分和方法：
(1)天然水硬性石灰，为法国St Astier公司生产的NHL5，其化学组成如表1所示，表观密度0.85g/cm3，28天抗压强度5-15MPa，符合欧洲标准EN459-1 2010的标准要求。
表1 NHL5的化学组成
(2)钙质细骨料，为石灰石机制砂，0.063-1.5mm连续级配，砂子在使用前需要经过清洗筛分烘干，以确保没有石粉(＜0.075mm)的颗粒。砂子的粒形选择尖角形砂，避免使用颗粒为球形或接近于球形的圆形砂。石灰石机制砂的分级筛余质量分数如表2所示。
表2砂的分级筛余质量分数
(3)水镁石纤维，为产自河北的细且长的天然无机矿物纤维材料，单根纤维直径约40-50nm，其物理性能指标和化学组成如表3和表4所示。
表3水镁石纤维的物理性能指标
表4水镁石纤维的化学组成
(4)引气剂，为阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)，分子量为308.34，购自上海国药集团，纯度≥99％，AR级，化学结构如下所示。
(5)增稠剂，为羧丙基甲基纤维素醚(HPMC)，粉体，纯度≥99％，CAS号：9004-65-3，日化级，20万速溶，购自山东优索化工科技有限公司，分子结构如下所示。
(6)可再分散乳胶粉，为5010N，粉体，购自德国瓦克化学(中国)有限公司。
(7)减水剂，为聚羧酸高效减水剂，粉体，购自天津伟合科技有限公司。
在一些实施方式中，该用于北京地区长城修缮的低强、高透气性的苫背砂浆的制备过程如下：
苫背灰浆的制备方法，步骤如下：
(1)水镁石纤维在过量水中浸泡24h，取出待用。
(2)在砂浆搅拌机中加入配方量的天然水硬性石灰和水镁石纤维，持续高速搅拌4-6min，使水镁石纤维在天然水硬性石灰中分散均匀。
(3)在砂浆搅拌机中缓慢加入配方量的钙质细骨料。
(4)启动砂浆搅拌机，持续低速搅拌4-6min，直至获得均匀的颜色。
(5)加入配方量的引气剂、增稠剂、可再分散乳胶粉和减水剂，继续搅拌4-6min，确保充分混合。
(6)缓慢加入配方量的水，持续搅拌10-15min直至获得所需的工作性能。
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
一种适用于北京地区故宫建筑屋顶的苫背砂浆，各组分的材料配比见表5，具体为：
(1)水胶比为0.5(质量比，占天然水硬性石灰配方量)。
(2)天然水硬性石灰与石灰石机制砂的比例为1:3(体积比)。
(3)水镁石纤维掺量为10wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(4)引气剂掺量为0.01wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(5)增稠剂掺量为0.10wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(6)可再分散乳胶粉掺量为2.0wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(7)减水剂掺量为0.15wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
该苫背砂浆的制备过程如下：
(1)水镁石纤维在过量水中浸泡24h，取出待用。
(2)在砂浆搅拌机中加入配方量的天然水硬性石灰和水镁石纤维，持续高速搅拌4-6min，使水镁石纤维在天然水硬性石灰中分散均匀。
(3)在砂浆搅拌机中缓慢加入配方量的钙质骨料。
(4)启动砂浆搅拌机，持续低速搅拌4-6min，直至获得均匀的颜色。
(5)加入配方量的引气剂、增稠剂、可再分散乳胶粉和减水剂，继续搅拌4-6min，确保充分混合。
(6)缓慢加入配方量的水，持续搅拌10-15min直至获得所需的工作性能，性能测试结果见表6。
此实施例下，胶砂流动度达到150mm，凝结时间480min，28天抗压强度达到5.0MPa，28天粘结强度达到1.5MPa，28天收缩率为0.15％，吸水率21.9％，孔隙率38％，与故宫屋顶所用苫背灰浆性能相似，与原始木质基层具有良好的兼容性。
实施例2
一种适用于北京地区故宫建筑屋顶的苫背砂浆，各组分的材料配比见表5，具体为：
(1)水胶比为0.6(质量比，占天然水硬性石灰配方量)。
(2)天然水硬性石灰与石灰石机制砂的比例为1:2(体积比)。
(3)水镁石纤维掺量为5wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(4)引气剂掺量为0.08wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(5)增稠剂掺量为0.15wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(6)可再分散乳胶粉掺量为1.0wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(7)减水剂掺量为0.20wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
该苫背砂浆的制备过程如下：
(1)水镁石纤维在过量水中浸泡24h，取出待用。
(2)在砂浆搅拌机中加入配方量的天然水硬性石灰和水镁石纤维，持续高速搅拌4-6min，使水镁石纤维在天然水硬性石灰中分散均匀。
(3)在砂浆搅拌机中缓慢加入配方量的钙质骨料。
(4)启动砂浆搅拌机，持续低速搅拌4-6min，直至获得均匀的颜色。
(5)加入配方量的引气剂、增稠剂、可再分散乳胶粉和减水剂，继续搅拌4-6min，确保充分混合。
(6)缓慢加入配方量的水，持续搅拌10-15min直至获得所需的工作性能，性能测试结果见表6。
此实施例下，胶砂流动度达到180mm，凝结时间510min，28天抗压强度达到4.5MPa，28天粘结强度达到1.0MPa，28天收缩率0.18％，吸水率22.8％，孔隙率42％，与故宫屋顶所用苫背灰浆性能相似，与原始木质基层具有良好的兼容性。
实施例3
一种适用于北京地区故宫建筑屋顶的苫背砂浆，各组分的材料配比见表5，具体为：
(1)水胶比为0.7(质量比，占天然水硬性石灰配方量)。
(2)天然水硬性石灰与石灰石机制砂的比例为1:1(体积比)。
(3)水镁石纤维掺量为15wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(4)引气剂掺量为0.15wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(5)增稠剂掺量为0.20wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(6)可再分散乳胶粉掺量为3.0wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(7)减水剂掺量为0.30wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
该苫背砂浆的制备过程如下：
(1)水镁石纤维在过量水中浸泡24h，取出待用。
(2)在砂浆搅拌机中加入配方量的天然水硬性石灰和水镁石纤维，持续高速搅拌4-6min，使水镁石纤维在天然水硬性石灰中分散均匀。
(3)在砂浆搅拌机中缓慢加入配方量的钙质骨料。
(4)启动砂浆搅拌机，持续低速搅拌4-6min，直至获得均匀的颜色。
(5)加入配方量的引气剂、增稠剂、可再分散乳胶粉和减水剂，继续搅拌4-6min，确保充分混合。
(6)缓慢加入配方量的水，持续搅拌10-15min直至获得所需的工作性能，性能测试结果见表6。
此实施例下，胶砂流动度达到200mm，凝结时间560min，28天抗压强度达到4.0MPa，28天粘结强度达到0.8MPa，28天收缩率0.20％，吸水率22.3％，孔隙率45％，与故宫屋顶所用苫背灰浆性能相似，与原始木质基层具有良好的兼容性。
对比例1
一种适用于北京地区故宫建筑屋顶的苫背砂浆，其与实施例1的区别仅在于将天然水硬性石灰NHL5替换为42.5白色硅酸盐水泥，各组分的材料配比见表5，具体为：
(1)水胶比为0.5(质量比，占白色硅酸盐水泥配方量)。
(2)白色硅酸盐水泥与石灰石机制砂的比例为1:3(体积比)。
(3)水镁石纤维掺量为10wt.％(占白色硅酸盐水泥配方量)。
(4)引气剂掺量为0.01wt.％(占白色硅酸盐水泥配方量)。
(5)增稠剂掺量为0.10wt.％(占白色硅酸盐水泥配方量)。
(6)可再分散乳胶粉掺量为2.0wt.％(占白色硅酸盐水泥配方量)。
(7)减水剂掺量为0.15wt.％(占白色硅酸盐水泥配方量)。
该苫背砂浆的制备过程如下：
(1)水镁石纤维在过量水中浸泡24h，取出待用。
(2)在砂浆搅拌机中加入配方量的白色硅酸盐水泥和水镁石纤维，持续高速搅拌4-6min，使水镁石纤维在白色硅酸盐水泥中分散均匀。
(3)在砂浆搅拌机中缓慢加入配方量的钙质骨料。
(4)启动砂浆搅拌机，持续低速搅拌4-6min，直至获得均匀的颜色。
(5)加入配方量的引气剂、增稠剂、可再分散乳胶粉和减水剂，继续搅拌4-6min，确保充分混合。
(6)缓慢加入配方量的水，持续搅拌10-15min直至获得所需的工作性能，性能测试结果见表6。
此实施例下，胶砂流动度达到150mm，凝结时间280min，28天抗压强度达到44.5MPa，28天粘结强度达到2.3MPa，28天收缩率为0.09％，吸水率15.7％，孔隙率33％。强度过高，孔隙率过低，同时白色硅酸盐水泥中可溶性盐含量较高，易导致原始木质基层发生损坏。
对比例2
一种适用于北京地区故宫建筑屋顶的苫背砂浆，其与实施例1的区别仅在于将天然水硬性石灰NHL5替换为熟石灰石粉，各组分的材料配比见表5，具体为：
(1)水胶比为0.5(质量比，占熟石灰粉配方量)。
(2)白色硅酸盐水泥与石灰石机制砂的比例为1:3(体积比)。
(3)水镁石纤维掺量为10wt.％(占熟石灰粉配方量)。
(4)引气剂掺量为0.01wt.％(占熟石灰粉配方量)。
(5)增稠剂掺量为0.10wt.％(占熟石灰粉配方量)。
(6)可再分散乳胶粉掺量为2.0wt.％(占熟石灰粉配方量)。
(7)减水剂掺量为0.15wt.％(占熟石灰粉配方量)。
该苫背砂浆的制备过程如下：
(1)水镁石纤维在过量水中浸泡24h，取出待用。
(2)在砂浆搅拌机中加入配方量的熟石灰粉和水镁石纤维，持续高速搅拌4-6min，使水镁石纤维在熟石灰粉中分散均匀。
(3)在砂浆搅拌机中缓慢加入配方量的钙质骨料。
(4)启动砂浆搅拌机，持续低速搅拌4-6min，直至获得均匀的颜色。
(5)加入配方量的引气剂、增稠剂、可再分散乳胶粉和减水剂，继续搅拌4-6min，确保充分混合。
(6)缓慢加入配方量的水，持续搅拌10-15min直至获得所需的工作性能，性能测试结果见表6。
此实施例下，胶砂流动度仅为80mm，凝结时间1420min，28天抗压强度达到1.0MPa，28天粘结强度达到0.02MPa，28天收缩率为0.54％，吸水率35.6％，孔隙率57％。砂浆强度过低，收缩过大，同时凝结硬化速度过慢，不利于修缮工程的施工开展，不适用于故宫屋顶修缮工程。
对比例3
一种适用于北京地区故宫建筑屋顶的苫背砂浆，其与实施例1的区别仅在于将石灰石机制砂改为硅质天然砂，所述硅制天然砂为厦门艾思欧标准砂有限公司提供的中国ISO标准砂，粒径范围为0.08-2mm连续级配，属于2区中砂，采用二氧化硅含量不低于98％的天然圆形硅制砂作为原料。各组分的材料配比见表5，具体为：
(1)水胶比为0.5(质量比，占天然水硬性石灰配方量)。
(2)天然水硬性石灰与硅质天然砂的比例为1:3(体积比)。
(3)水镁石纤维掺量为10wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(4)引气剂掺量为0.01wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(5)增稠剂掺量为0.10wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(6)可再分散乳胶粉掺量为2.0wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(7)减水剂掺量为0.15wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
该苫背砂浆的制备过程如下：
(1)水镁石纤维在过量水中浸泡24h，取出待用。
(2)在砂浆搅拌机中加入配方量的天然水硬性石灰和水镁石纤维，持续高速搅拌4-6min，使水镁石纤维在天然水硬性石灰中分散均匀。
(3)在砂浆搅拌机中缓慢加入配方量的硅质天然砂。
(4)启动砂浆搅拌机，持续低速搅拌4-6min，直至获得均匀的颜色。
(5)加入配方量的引气剂、增稠剂、可再分散乳胶粉和减水剂，继续搅拌4-6min，确保充分混合。
(6)缓慢加入配方量的水，持续搅拌10-15min直至获得所需的工作性能，性能测试结果见表6。
此实施例下，胶砂流动度达到160mm，凝结时间475min，28天抗压强度达到5.3MPa，28天粘结强度达到1.02MPa，28天收缩率为0.32％，吸水率22.7％，孔隙率42％。砂浆强度适中，满足修缮工程要求，但收缩率过大，易在成型后产生干缩裂缝，对耐久性不利，不宜作为故宫屋顶工程的苫背修缮砂浆。
对比例4
一种适用于北京地区故宫建筑屋顶的苫背砂浆，其与实施例1的区别仅在于将水镁石纤维替换为木质纤维，所述木质纤维为天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的有机絮状纤维物质，购自上海臣启化工科技有限公司。各组分的材料配比见表5，具体为：
各组分的材料配比为：
(1)水胶比为0.5(质量比，占天然水硬性石灰配方量)。
(2)天然水硬性石灰与石灰石机制砂的比例为1:3(体积比)。
(3)木质纤维掺量为10wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(4)引气剂掺量为0.01wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(5)增稠剂掺量为0.10wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(6)可再分散乳胶粉掺量为2.0wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(7)减水剂掺量为0.15wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
该苫背砂浆的制备过程如下：
(1)木质纤维在过量水中浸泡24h，取出待用。
(2)在砂浆搅拌机中加入配方量的天然水硬性石灰和木质纤维，持续高速搅拌4-6min，使木质纤维在天然水硬性石灰中分散均匀。
(3)在砂浆搅拌机中缓慢加入配方量的钙质骨料。
(4)启动砂浆搅拌机，持续低速搅拌4-6min，直至获得均匀的颜色。
(5)加入配方量的引气剂、增稠剂、可再分散乳胶粉和减水剂，继续搅拌4-6min，确保充分混合。
(6)缓慢加入配方量的水，持续搅拌10-15min直至获得所需的工作性能，性能测试结果见表6。
此实施例下，胶砂流动度达到110mm，凝结时间495min，28天抗压强度达到5.4MPa，28天粘结强度达到0.9MPa，28天收缩率为0.22％，吸水率21.2％，孔隙率41％，与故宫屋顶所用苫背灰浆性能相似，与原始木质基层具有良好的兼容性，但木质纤维的使用显著降低了抹灰砂浆的工作性能，无法满足故宫屋顶修缮工程的需求。
实施例4
一种适用于北京地区故宫建筑屋顶的苫背砂浆，其与实施例1的区别仅在于将引气剂十二烷基三甲基溴化铵替换为十二烷基硫酸钠。各组分的材料配比见表5，具体为：
各组分的材料配比为：
(1)水胶比为0.5(质量比，占天然水硬性石灰配方量)。
(2)天然水硬性石灰与硅质天然砂的比例为1:3(体积比)。
(3)水镁石纤维掺量为10wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(4)引气剂掺量为0.01wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(5)增稠剂掺量为0.10wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(6)可再分散乳胶粉掺量为2.0wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(7)减水剂掺量为0.15wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
该苫背砂浆的制备过程如下：
(1)水镁石纤维在过量水中浸泡24h，取出待用。
(2)在砂浆搅拌机中加入配方量的天然水硬性石灰和水镁石纤维，持续高速搅拌4-6min，使水镁石纤维在天然水硬性石灰中分散均匀。
(3)在砂浆搅拌机中缓慢加入配方量的硅质天然砂。
(4)启动砂浆搅拌机，持续低速搅拌4-6min，直至获得均匀的颜色。
(5)加入配方量的引气剂、增稠剂、可再分散乳胶粉和减水剂，继续搅拌4-6min，确保充分混合。
(6)缓慢加入配方量的水，持续搅拌10-15min直至获得所需的工作性能，性能测试结果见表6。
此实施例下，胶砂流动度达到195mm，凝结时间512min，28天抗压强度达到3.2MPa，28天粘结强度达到0.38MPa，28天收缩率为0.28％，吸水率24.8％，孔隙率48％。砂浆强度偏低，不宜作为故宫屋顶工程的苫背修缮砂浆。
实施例5
一种适用于北京地区故宫建筑屋顶的苫背砂浆，其与实施例1的区别仅在于将将聚羧酸系减水剂替换为萘系减水剂。各组分的材料配比见表5，具体为：
各组分的材料配比为：
(1)水胶比为0.5(质量比，占天然水硬性石灰配方量)。
(2)天然水硬性石灰与硅质天然砂的比例为1:3(体积比)。
(3)水镁石纤维掺量为10wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(4)引气剂掺量为0.01wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(5)增稠剂掺量为0.10wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(6)可再分散乳胶粉掺量为2.0wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
(7)减水剂掺量为0.15wt.％(占天然水硬性石灰配方量)。
该苫背砂浆的制备过程如下：
(1)水镁石纤维在过量水中浸泡24h，取出待用。
(2)在砂浆搅拌机中加入配方量的天然水硬性石灰和水镁石纤维，持续高速搅拌4-6min，使水镁石纤维在天然水硬性石灰中分散均匀。
(3)在砂浆搅拌机中缓慢加入配方量的硅质天然砂。
(4)启动砂浆搅拌机，持续低速搅拌4-6min，直至获得均匀的颜色。
(5)加入配方量的引气剂、增稠剂、可再分散乳胶粉和减水剂，继续搅拌4-6min，确保充分混合。
(6)缓慢加入配方量的水，持续搅拌10-15min直至获得所需的工作性能，性能测试结果见表6。
此实施例下，胶砂流动度达到145mm，凝结时间603min，28天抗压强度达到4.1MPa，28天粘结强度达到0.58MPa，28天收缩率为0.34％，吸水率22.4％，孔隙率42％。砂浆凝结时间过长，同时强度偏低，不宜作为故宫屋顶工程的苫背修缮砂浆。
表5
表5中，胶骨比指的是天然水硬性石灰与钙质细骨料的质量比，水镁石纤维、可再分散乳胶粉、引气剂、增稠剂、减水剂和颜料的质量含量均为其质量占天然水硬性石灰质量的百分比。
测试方法：
胶砂流动度的测定方法依据GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》；
凝结时间的测定方法依据JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》第八部分；
抗压强度的测定方法依据JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》第九部分；
粘结强度的测定方法依据JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》第十部分；
吸水率的测定方法依据JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》第十四部分；
孔隙率的测定方法依据ASTM D4404-18《用汞侵入孔隙率测定法测定土壤和岩石的孔隙体积和孔隙体积分布的标准试验方法》；
干燥收缩率的测定方法依据JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》第十二部分。
表6
根据上述表格中的数据可以看出：本发明的苫背砂浆具有高透气性，其与原始苫背砂浆性能相似，与原始木质基层具有良好的相容性，具有制备工艺简单、材料来源广泛、透气性好、收缩低、工作性能优异等特点，同时砂浆兼具气硬性与水硬性，在潮湿环境中也能保证强度的正常发展，耐久性较好，避免了频繁修缮对文物建筑本体结构的扰动与破坏。
虽然已经说明和描述了本申请的一些示例性实施方式，然而本申请不限于所公开的实施方式。相反，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离如所附权利要求中描述的本申请的精神和范围的情况下，可对所描述的实施方式进行一些修饰和改变。
Claims (10)
1.一种高透气性高耐久性的苫背砂浆，包括天然水硬性石灰、钙质细骨料、水镁石纤维和外加剂。
2.根据权利要求1所述的苫背砂浆，其特征在于，所述天然水硬性石灰包括天然水硬性石灰5。
3.根据权利要求1或2所述的苫背砂浆，其特征在于，所述钙质细骨料包括石灰石机制砂，优选地，所述石灰石机制砂包括0.063-1.5mm连续级配的石灰石机制砂。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的苫背砂浆，其特征在于，所述天然水硬性石灰与所述钙质细骨料的体积比为1：(1-10)，优选为1：(1-5)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的苫背砂浆，其特征在于，所述水镁石纤维的平均直径为20-100μm，优选为40-50μm；
优选地，以天然水硬性石灰的质量计，所述水镁石纤维的质量含量为2-20％，优选为5-15％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的苫背砂浆，其特征在于，所述外加剂包括可再分散乳胶粉、引气剂、增稠剂和减水剂，
优选地，所述引气剂选自阳离子表面活性剂，更优选地，所述引气剂选自十二烷基三甲基溴化铵；
优选地，所述增稠剂选自羧丙基甲基纤维素醚；
优选地，所述减水剂选自聚羧酸高效减水剂。
7.根据权利要求6所述的苫背砂浆，其特征在于，以天然水硬性石灰的质量计，所述可再分散乳胶粉的质量含量为0.5-10％，优选为1-5％；和/或
以天然水硬性石灰的质量计，所述引气剂的质量含量为0.005-0.05％，优选为0.005-0.02％；和/或
以天然水硬性石灰的质量计，所述增稠剂的质量含量为0.05-0.5％，优选为0.05-0.02％；和/或
以天然水硬性石灰的质量计，所述减水剂的质量含量为0.05-0.5％，优选为0.1-0.2％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的苫背砂浆，其特征在于，所述苫背砂浆还包括拌合用水，优选地，所述拌合用水与所述天然水硬性石灰的质量比为(0.2-5)：1，优选为(0.2-5)：1。
9.权利要求1-8中任一项所述的苫背砂浆的制备方法，包括将天然水硬性石灰、钙质细骨料、水镁石纤维和外加剂进行混合。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的苫背砂浆或根据权利要求9的制备方法获得的苫背砂浆在古建筑修复特别是在故宫建筑屋顶修缮工程中的应用。
Priority Applications (1)
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| CN202211318841.8A CN115650684A (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 高透气性高耐久性的苫背砂浆及其应用 |
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| CN202211318841.8A CN115650684A (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 高透气性高耐久性的苫背砂浆及其应用 |
Publications (1)
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| CN202211318841.8A Pending CN115650684A (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 高透气性高耐久性的苫背砂浆及其应用 |
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2022
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