CN115784694A - 高透气性抹灰砂浆及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高透气性抹灰砂浆，该高透气性抹灰砂浆包括天然水硬性石灰、钙质细骨料、水镁石纤维、颜料和外加剂。本发明还提供了该抹灰砂浆在古建筑修复特别是在故宫红墙修缮工程中的应用。本发明的抹灰砂浆具有高透气性，与故宫原有墙体砖石材料具备良好的兼容性，同时凝结硬化速度较快，具有良好的施工性能。

Description

高透气性抹灰砂浆及其制备方法和应用

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的抹灰砂浆及其制备方法，以及其在古建筑修复例如故宫红墙修缮工程中的应用。

背景技术

古建筑墙体的修补与维修是世界公认的难题，在墙体的修护过程中必须降低修复材料与古建筑本体材料之间的差异性，使两者在物理、化学及力学等方面具有良好的兼容性，避免造成结构行为的改变而破坏原有文物建筑的安全。

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。“红墙黄瓦”是故宫留给人们的经典印象，其中红墙主要是指故宫的宫墙和檐墙，其外表多饰以红色。《大清会典二》卷之九十五载有“殿门墙外用红土，内用石灰”，可说明红墙的底层灰以石灰为主要成分，罩面灰以红土为主要成分。清工部编纂的《工程做法》卷五十三对红墙罩面灰的材料组成有了更为明确的规定：“提刷红浆，每折见方一丈用头号红土十觔，江米四合，白矾捌俩”。其中，“头号红土”为颗粒较细、颜色较深的红土，“觔”通“斤”，“江米”即糯米，“合”为容积单位，1合等于0.1升。上述3种材料的实际工程配比一般为头号红土、江米、白矾按100∶7.5∶5的重量比例混合，兑水后抹在宫墙上，作为宫墙的面层。可以看到石灰是故宫红墙建筑中常用的胶凝材料，其与古代砖石类建筑具有良好的兼容性。但其早期强度低，凝结硬化慢、耐水性差、在潮湿或水环境中易分解溃散，并不适宜单独作为墙面抹灰材料。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，良好的防水性能以及可溶性盐含量低的特点，这使其具备单独制作抹面砂浆的潜力。

已有众多研究人员探究了天然水硬性石灰在砖石类文物建筑抹面灰浆中的应用。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抹面砂浆，并将其应用于要塞的修缮工程中。事实上，由于原始材料性能差异及砖石文物建筑所处环境不同，不同地区的抹面砂浆配方存在较大差异，需要根据砖石文物建筑的整体评估做出合理调整。

发明内容

基于针对北京地区故宫红色城墙抹面灰浆的研究，本发明的开发出一种适用于故宫红墙建筑的修缮工程的彩色抹灰砂浆，其具有高透气性，与故宫原有墙体砖石材料具备良好的兼容性，同时凝结硬化速度较快，具有良好的施工性能。主要解决现有水泥抹灰砂浆强度过高、渗透性差，墙体内部水分无法循环到外界环境，在墙体内部聚集大量水分墙体产生冻融破坏，对墙体造成严重破坏及石灰砂浆早期强度低，强度发展缓慢，在潮湿或水环境中易分解溃散及易开裂等问题。

在第一方面，本发明提供了一种高透气性抹灰砂浆，包括天然水硬性石灰、钙质细骨料、水镁石纤维、颜料和外加剂。

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3.5。本发明的抹灰砂浆中，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墙体砖石材料的破坏。

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。本发明的抹灰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。本发明中的抹灰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，避免了抹面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，所述颜料选自无机颜料。优选地，所述颜料含有Fe₂O₃。本发明通过在抹灰砂浆中引入氧化铁红颜料，一步实现抹灰砂浆的着色要求，避免了后期二次着色与抹灰砂浆产生的兼容性问题。

在一些实施方式中，以天然水硬性石灰的质量计，所述颜料的质量含量为5-30％，例如为5％、10％、15％、20％、25％、30％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，所述颜料的质量含量为10-20％。

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。本发明的抹灰砂浆中引入外加剂对抹面砂浆性能进行调控，以满足防水性能、工作性能等要求。

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，所述抹灰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抹灰砂浆的制备方法，包括将天然水硬性石灰、钙质细骨料、水镁石纤维、颜料和外加剂进行混合。

在第三方面，本发明提供了根据第一方面的抹灰砂浆或根据第二方面的制备方法获得的抹灰砂浆在古建筑修复中的应用。

在一些实施方式中，第一方面的抹灰砂浆或第二方面的制备方法获得的抹灰砂浆用于故宫红墙的修缮。

相比于现有技术，本发明所制备的抹灰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、外加剂和彩色颜料的复配制备的一种彩色抹面砂浆，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。原材料来源广泛，制备方法简便。

(2)本发明所制备的彩色抹面灰浆，具有高透气性、色彩艳丽的特点，适用于北京故宫红墙建筑抹面灰浆的修补工程，与故宫原有抹面砂浆成分类似，与原有砖石材料兼容性良好，凝结硬化速度快(6-15h)，大大缩短了施工耗时。新拌砂浆流动度、28天抗压强度、粘结强度和干燥强度的工作性能良好，同时颜色艳丽，美观，持色性能好，符合故宫建筑美学性能方面的要求，且对环境无污染。

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红墙建筑抹面砂浆的正确认知，提出了一种具有高透气性的适用于北京地区故宫红墙建筑的，具有高透气性的彩色抹面砂浆，其与历史抹面砂浆组成相似，与原始故宫砖石兼容性良好的抹面砂浆，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，同时砂浆强度较低，对原有文物结构不存在危害，符合文物建筑修缮工程中所倡导的“牺牲性保护”原则。

以下实施例和对比例中，抹灰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NHL3.5，其化学组成如表1所示，表观密度0.85g/cm³，28天抗压强度3.5-10MPa，符合欧洲标准EN459-1 2010的标准要求。

表1 NHL3.5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。

(8)颜料，为传统无机颜料，购自上海一品颜料有限公司。主要成分为Fe₂O₃，具有色域广泛，化学稳定性好，着色强度高，耐候性好的特点。

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、减水剂和颜料，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红墙建筑的高透气性彩色抹灰砂浆，各组分的材料配比见表5，具体为：

(1)水胶比为0.6(质量比，拌合用水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)。

(8)颜料掺量为10wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

高透气性彩色抹灰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、减水剂和颜料，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600min，28天抗压强度达到3.5MPa，28天粘结强度达到1.0MPa，28天收缩率为0.16％，孔隙率40％，色彩艳丽，与故宫红墙所用抹面灰浆性能相似，与红墙原有砖石具有良好的兼容性，满足故宫红墙建筑修复用抹灰砂浆的要求。

实施例2

一种适用于北京地区故宫红墙建筑的高透气性彩色抹灰砂浆，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1:2(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)。

(8)颜料掺量为15wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

高透气性彩色抹灰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、减水剂和颜料，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，终凝时间540min，28天抗压强度达到5.0MPa，28天粘结强度达到1.4MPa，28天收缩率为0.18％，孔隙率42％，色彩艳丽，与故宫红墙所用抹面灰浆性能相似，与红墙原有砖石具有良好的兼容性，满足故宫红墙建筑修复用抹灰砂浆的要求。

实施例3

一种适用于北京地区故宫红墙建筑的高透气性彩色抹灰砂浆，各组分的材料配比见表5，具体为：

(1)水胶比为0.4(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)。

(8)颜料掺量为20wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

高透气性彩色抹灰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、减水剂和颜料，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130mm，终凝时间400min，28天抗压强度达到7.0MPa，28天粘结强度达到1.6MPa，28天收缩率为0.13％，孔隙率38％，色彩艳丽，与故宫红墙所用抹面灰浆性能相似，与红墙原有砖石具有良好的兼容性，满足故宫红墙建筑修复用抹灰砂浆的要求。

对比例1

一种抹灰砂浆，其与实施例1的区别仅在于将天然水硬性石灰NHL3.5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0.6(质量比，占42.5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42.5白色硅酸盐水泥配方量)。

(4)引气剂掺量为0.01wt％(占42.5白色硅酸盐水泥配方量)。

(5)增稠剂掺量为0.10wt％(占42.5白色硅酸盐水泥配方量)。

(6)可再分散乳胶粉掺量为2.0wt％(占42.5白色硅酸盐水泥配方量)。

(7)减水剂掺量为0.15wt％(占42.5白色硅酸盐水泥配方量)。

(8)颜料掺量为10wt％(占42.5白色硅酸盐水泥配方量)。

该彩色抹灰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42.5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、减水剂和颜料，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210mm，终凝时间150min，28天抗压强度达到46.0MPa，28天粘结强度达到2.0MPa，28天收缩率为0.11％，孔隙率27％，此实施例下，抹灰砂浆的强度过高，远超基底砖石的强度，极易造成基底砖石结构的破坏。不符合文物建筑保护性修缮的要求。同时泛碱严重，轻微粉化，严重影响了抹灰砂浆的色彩效果，无法满足故宫红墙建筑修复用抹灰砂浆的要求。

对比例2

一种抹灰砂浆，其与实施例1的区别仅在于将天然水硬性石灰NHL3.5替换为熟石灰粉，各组分的材料配比见表5，具体为：

(1)水胶比为0.6(质量比，占熟石灰粉配方量)。

(2)熟石灰粉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)。

(8)颜料掺量为10wt％(占熟石灰粉配方量)。

该彩色抹灰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、减水剂和颜料，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120mm，终凝时间1400min，28天抗压强度1.5MPa，28天粘结强度达到0.02MPa，孔隙率54％，此实施例下，抹灰砂浆的工作性不佳，强度过低。初期硬化过程中产生大量干燥裂纹，28天收缩率为0.52％。无法满足故宫红墙建筑修复用抹灰砂浆的要求。

对比例3

一种抹灰砂浆，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0.6(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)。

(8)颜料掺量为10wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

该彩色抹灰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、减水剂和颜料，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，终凝时间580min，28天抗压强度达到3.0MPa，28天粘结强度达到0.2MPa，孔隙率43％，28天收缩率为0.44％。色彩艳丽，与故宫红墙所用抹面灰浆性能相似，但该实施例下干燥收缩值过大，抹灰砂浆硬化过程中表面产生少量干燥裂纹，无法满足故宫红墙建筑修复用抹灰砂浆的性能要求。

对比例4

一种抹灰砂浆，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：

(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1:3(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)。

(8)颜料掺量为10wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

该彩色抹灰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、减水剂和颜料，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100mm，终凝时间530min，28天抗压强度达到3.7MPa，28天粘结强度达到0.3MPa，28天收缩率为0.26％，孔隙率39％，色彩艳丽，此实施例下，抹灰砂浆的强度、凝结时间等指标与实施例相当，但木质纤维的使用显著降低了抹灰砂浆的工作性能，无法满足故宫红墙建筑修复用抹灰砂浆的性能要求。

实施例4

一种抹灰砂浆，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：

(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1:3(体积比)。

(3)木质水镁石纤维掺量为10wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

(4)所述引气剂为为赢创工业集团十二烷基硫酸钠(SDS)，所述引气剂掺量为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)。

(8)颜料掺量为10wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

该彩色抹灰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、减水剂和颜料，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，终凝时间720min，28天抗压强度达到3.0MPa，28天粘结强度达到0.1MPa，28天收缩率为0.27％，孔隙率46％，色彩艳丽，此实施例下，抹灰砂浆的抗压强度、粘结强度偏低，无法满足故宫红墙建筑修复用抹灰砂浆的性能要求。

实施例5

一种抹灰砂浆，其与实施例1的区别仅在于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：

(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1:3(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)所述减水剂为天津雍阳建材有限公司萘系减水剂，所述减水剂掺量为0.75wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

(8)颜料掺量为10wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

该彩色抹灰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、减水剂和颜料，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120mm，终凝时间900min，28天抗压强度达到2.8MPa，28天粘结强度达到0.08MPa，28天收缩率为0.31％，孔隙率46％，色彩艳丽。砂浆的工作性变差，凝结时间延长，强度降低，无法满足故宫红墙建筑修复用抹灰砂浆的性能要求。

实施例6

一种抹灰砂浆，其与实施例1的区别仅在于将无机颜料氧化铁红替换为有机颜料偶氮红，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1:3(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)所述减水剂为天津雍阳建材有限公司萘系减水剂，所述减水剂掺量为0.75wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

(8)所述颜料为成都辰正化工有限公司生产的偶氮红颜料，所述颜料掺量为10wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

该彩色抹灰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、减水剂和颜料，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，终凝时间600min，28天抗压强度达到2.6MPa，28天粘结强度达到0.1MPa，28天收缩率为0.23％，孔隙率42％。所述彩色抹灰砂浆初始色彩艳丽，但后期颜色黯淡，出现颜色不均匀情况。抹灰砂浆的力学性能降低，不符合故宫红墙建筑修复用抹灰砂浆的性能要求。

实施例7

一种抹灰砂浆，其与实施例1的区别仅在于将无机颜料氧化铁红掺量变化，由10wt％提高至20wt％，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1:3(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)。

(8)颜料掺量为20wt％(占天然水硬性石灰配方量)。

该彩色抹灰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、减水剂和颜料，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，终凝时间600min，28天抗压强度达到1.4MPa，28天粘结强度达到0.04MPa，28天收缩率为0.25％，孔隙率45％，色彩艳丽，但彩色抹灰砂浆的力学性能存在显著降低，不符合故宫红墙建筑修复用抹灰砂浆的性能要求。

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；

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：本发明的抹灰砂浆具有高透气性，其与历史抹面砂浆组成相似，与原始故宫砖石兼容性良好的抹面砂浆，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，同时砂浆强度较低，对原有文物结构不存在危害，符合文物建筑修缮工程中所倡导的“牺牲性保护”原则。

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)

1.一种高透气性抹灰砂浆，包括天然水硬性石灰、钙质细骨料、水镁石纤维、颜料和外加剂。

2.根据权利要求1所述的抹灰砂浆，其特征在于，所述天然水硬性石灰包括天然水硬性石灰3.5。

3.根据权利要求1或2所述的抹灰砂浆，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中任一项所述的抹灰砂浆，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中任一项所述的抹灰砂浆，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中任一项所述的抹灰砂浆，其特征在于，所述颜料选自无机颜料，

优选地，所述颜料含有Fe₂O₃；

优选地，以天然水硬性石灰的质量计，所述颜料的质量含量为5-30％，优选为10-20％。

7.根据权利要求6所述的抹灰砂浆，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；

优选地，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％；

优选地，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％；

优选地，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％；

优选地，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中任一项所述的抹灰砂浆，其特征在于，所述抹灰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中任一项所述的抹灰砂浆的制备方法，包括将天然水硬性石灰、钙质细骨料、水镁石纤维、颜料和外加剂进行混合。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的抹灰砂浆或根据权利要求9的制备方法获得的抹灰砂浆在古建筑修复特别是在故宫红墙修缮工程中的应用。