CN115849844A - 一种用于文物建筑砌缝勾填的灰浆材料及制备方法与使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于文物建筑砌缝勾填的灰浆材料及制备方法与使用方法，其目的在于，在传统的灰浆材料基础上，对糯米浆进行改性后，得到改性的灰浆材料，既能满足文物建筑砌缝勾填的需求，又能提高灰浆材料的强度和耐老化性能。文物建筑砌缝勾填的灰浆材料，按质量百分比由以下组分比例制备而成：灰钙粉60％～70％、天然粘合剂10％～15％、纳米改性材料10％～20％、柔性骨料3％～5％；所述的质量百分比以所述灰浆材料的总质量为基准。

Description

一种用于文物建筑砌缝勾填的灰浆材料及制备方法与使用 方法

技术领域

本发明涉及文物修复技术领域，具体涉及一种用于文物建筑砌缝勾填的灰浆材料及其制备与使用方法。

背景技术

古建筑灰浆材料起着将砂和石子等散粒状材料或砖石等块状材料粘结成整体的重要作用，因此建筑灰浆的修复保护工作是古建筑保护的重要部分。若仅用水泥等现代胶凝材料对砖石结构的古建筑保护和修复，会出现修复材料与原建筑材料间强度不匹配、相容性较低等诸多的缺陷，显然不适用且不符合古建筑修复原则，所以尽量选用原材料原工艺配制成的灰浆材料对古建筑进行保护及修复工程。其中，以石灰为主要胶结成分的建筑灰浆在当今古建筑修复的应用上最为广泛。

然而，目前传统的糯米灰浆仍存在缺陷，有待改善。传统的糯米灰浆制备工艺复杂、固化慢、收缩率大和强度偏低，在自然条件下，受到温差、淋雨、日晒等自然因素的印象，传统的糯米灰浆大量出现风化、破损的现象。这些问题在文物建筑上会影响到文物的整体外观以及墙面砌体的稳定。

发明内容

针对目前传统糯米灰浆的弊端，本发明提供了一种用于文物建筑砌缝勾填的灰浆材料，其目的在于：一方面能够满足文物建筑的勾填需求，使砌体墙面线条明显、清晰，整体建筑外观明快亮丽，有效阻止降雨沿砌缝渗入文物建筑墙体内，降低水对文物建筑的破坏作用；另一方面又具有一定的耐老化性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明第一方面，提供了一种文物建筑砌缝勾填材料，包括由灰钙粉和细砂组成的干料，由天然粘合剂和纳米改性材料组成的液料，以及柔性骨料构成。

进一步地，按质量百分比由以下组分配比制备而成：灰钙粉45％～55％、细砂15％～25％，天然粘合剂10％～20％、纳米改性材料10～20％、柔性骨料0.5％；所述的质量百分比是以所述灰浆材料的总质量为基准。

进一步地，所述的灰钙粉的纯度≥95％，表面密度≤0.75g/cm³，比表面积≥10.5m²/g。

进一步地，所述的天然粘合剂为固含量10％的糯米浆。

进一步地，所述的纳米改性材料为纳米级二氧化硅溶液，其固含量为30％，粒度分布(D50)≤15nm。

进一步地，所述的柔性骨料为植物纤维，如麻刀等，长度3～5cm。

本发明的第二方面，提供了一种基于上述石质文物建筑砌缝勾填材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：灰钙粉的筛选：将经石灰石煅烧生的的氧化钙进行消化处理后，在进行净化、分离、脱水、干燥，筛选出300目以上的灰钙粉，进而筛选出纯度≥95％，表面密度≤0.75g/cm³，比表面积≥10.5m²/g的灰钙粉备用；

步骤2：糯米浆的制备：天然粘合剂的制备：油浴反应釜中加入适量清水，称取相应重量的水磨糯米粉加入到水中，搅拌均匀后，将油浴温度设置为80℃，熬制4h以上，待糯米粉充分糖化，浆液呈粘稠状后取出静置冷却至室温；

步骤3：糯米浆改性：将制备好的固含量为10％的糯米浆冷却至室温后，加入固含量为30％、粒度分布(D50)≤15nm的纳米二氧化硅溶液，糯米浆与纳米二氧化硅溶液质量比为30：29，充分搅拌，完成糯米浆的改性；

步骤4：勾缝材料配制：取适量改性后的糯米浆，加入适量的灰钙粉和柔性骨料，搅拌均匀即可。

本发明的第三方面，提供了一种基于上述文物建筑砌缝勾填的灰浆材料的使用方法，包括以下步骤：

步骤1:对砌缝中失效、破损的勾填材料进行清除，并对清理后的砌缝表面进行清洗处理，对于砌缝已经风化脆弱的表面可以进行适当打磨或预加固处理，打磨时不能伤害外墙表面；

步骤2:勾缝的灰浆材料现用现配，使用前搅拌均匀，备用；

步骤3:将配好的灰浆材料填入砌缝中，使勾填的灰浆材料与砌块充分接触并压实，表面做灯草缝外观处理；

步骤4:待灰浆材料彻底固化后，清理掉砌缝边多余的灰浆材料及污染物。

步骤5：待砌缝勾填结束后进行灰浆材料的保护防护工作，以增加灰浆材料的强度、耐水性及耐老化性，延长勾填材料寿命。

本发明的有益效果如下：

1)本发明的砌缝勾填材料是以传统材料和工艺为基础，通过纳米级二氧化硅溶液加以改性，小粒径的二氧化硅颗粒在灰浆材料中起到较好的包覆作用，添加后能够均匀的包覆在灰钙粉粒子表面，形成透气不透水的隔离层，有效降低水对灰浆材料的破坏作用，使勾填材料同时具备传统天然粘合剂材料和纳米级硅材料的优点，具有固结强度高、收缩性小、天然环保、无毒无害无腐蚀、耐环境老化性能良好的特性；

2)本发明的砌缝勾填材料原料来源丰富易得，价格便宜，制备工艺简单可行，对操作者不会产生不良影响，剩余材料方便处理；

3)本发明的灰浆材料及制备方法，适用于石质文物如牌坊、古建筑、城墙等的砌缝勾填工作，砌缝勾填后使砌体墙面线条明显、清晰，整体建筑外观明快亮丽；另一方面又具有一定的耐老化性能。

4)本发明的砌缝勾填材料具有较好的再处理性，一旦有新的、性能更好的材料时可以在不破坏文物本体的前提下对其进行清理和替换，符合文物保护的原则和要求。

附图说明

图1为一实施例中现场切缝沟通前后对比图；

图2为另一实施例中现场切缝沟通前后对比图；

图3为又一实施例中现场切缝沟通前后对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中实施例，本领域技术人员在未开展突破性研究的情况下所取得的其他实施例，都属于本发明申请保护的范围。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

1.室内研究试验

(1)试样制备

实施例1

本实施例以全国重点文物保护单位镇江英国领事馆为实施对象，于2014年开展了室内研究试验与现场切缝勾填项目，室内研究试验结果取得了国家文物局认可，现场实施项目通过了江苏省文物局验收，具体如下：

本实施例所述的砌缝勾填的灰浆材料通过以下方法制备：

步骤1：将经石灰石煅烧生的的氧化钙进行消化处理后，在进行净化、分离、脱水、干燥，筛选出300目以上的灰钙粉，进而筛选出纯度≥95％，表面密度≤0.75g/cm³，比表面积≥10.5m²/g的灰钙粉备用；

步骤2：取90g糯米粉，加入810g去离子水，加入油浴反应釜内，搅拌均匀后，将油浴温度设置为80℃，熬制4h以上，待糯米粉充分糖化，浆液呈粘稠状后取出静置冷却至室温，糯米浆液制作完成后确保其固含量为10％；

步骤3：将制备好的固含量为10％的糯米浆液冷却至室温后，加入870g的固含量为30％、粒度分布(D50)≤15nm的纳米二氧化硅溶液，充分搅拌，完成糯米浆的改性；

步骤4：取适量改性后的糯米浆，加入适量的灰钙粉、细砂和柔性骨料，搅拌均匀得到灰浆材料。

步骤5：将制备好的灰浆材料制作成φ61.8mm、厚度20mm的实验样块。

对比例1

本对比例所述的砌缝勾填的灰浆材料通过以下方法制备：

步骤1：将经石灰石煅烧生的的氧化钙进行消化处理后，在进行净化、分离、脱水、干燥，筛选出300目以上的灰钙粉，进而筛选出纯度≥95％，表面密度≤0.75g/cm³，比表面积≥10.5m²/g的灰钙粉备用；

步骤2：取90g糯米粉，加入810g去离子水，加入油浴反应釜内，搅拌均匀后，将油浴温度设置为80℃，熬制4h以上，待糯米粉充分糖化，浆液呈粘稠状后取出静置冷却至室温，糯米浆液制作完成后确保其固含量为10％；

步骤3：取步骤2适量未改性的糯米浆，加入适量的灰钙粉、细砂和柔性骨料，搅拌均匀得到对比材料；

步骤4：将制备好的对比材料制作成φ61.8mm、厚度20mm的对比样块。

(2)材料性能试验

本次试验过程中，为了验证改性材料对灰浆材料的提升，分别在养护7天和28天后，检验实验材料和对比材料的收缩率、耐水性、抗压强度和剥离强度。

试验结果

试样的各性能试验结果见下表-1

表-1样块性能对比

通过以上试验数据可以看出，改性过后的灰浆材料比未改性的灰浆材料具有更好的耐水性能、抗压性能，收缩率明显降低，粘结性能也较好。

(3)耐环境老化试验

为了进一步判断实施例1所用灰浆材料的耐环境老化能力，开展了环境模拟老化试验，试验老化42个周期，每个周期24小时。室内项目包括：综合环境老化试验、紫外光老化试验、SO₂气体腐蚀试验、冻融老化实验。通过试验前后各试验样板外观、色度、重量、抗压强度的变化情况，对材料的耐环境老化性能进行评价。

试验结果

试样的耐环境老化试验结果见下表-2、表-3、表-4、表5。

表-2老化试验前后各样板外观变化

编号	综合环境老化试验	紫外光老化试验	SO<sub>2</sub>气体腐蚀试验	冻融老化试验
					实施例1样块	无明显变化	无明显变化	无明显变化	无明显变化
对比例1样块	脱落严重	轻微脱落	边缘脱落	脱落严重

表-3老化试验前后各样板色度变化(色差值)

编号	综合环境老化试验	紫外光老化试验	SO<sub>2</sub>气体腐蚀试验	冻融老化试验
					实施例1样块	3.3	2.7	2.8	1.4
对比例1样块	8.2	3.1	5.1	3.9

表-4老化试验前后各样板重量衰减率(％)

表-5老化试验前后各样板强度衰减率(％)

编号	综合环境老化试验	紫外光老化试验	SO<sub>2</sub>气体腐蚀试验	冻融老化试验
					实施例1样块	8.5	4.8	4.5	14.3
对比例1样块	38.7	14.2	11.7	51.2

通过42个周期的模拟环境老化试验后，可以看出改性后的灰浆材料在各项老化试验中表现出较好的耐环境老化性能，老化试验后其外观无明显变化，未出现严重的粉化、开裂等破损现象，重量和强度衰减不明显，反观未进行改性的灰浆材料在老化试验过程中出现了严重的粉化和破损现象，强度衰减较为明显，因此，改性后的灰浆材料相比未改性的灰浆材料具有更好的耐老化能力。

2.现场砌缝勾填

(1)本实施例所述的文物建筑切缝勾填的灰浆材料通过以下方法制备：

步骤1：将经石灰石煅烧生的的氧化钙进行消化处理后，在进行净化、分离、脱水、干燥，筛选出300目以上的灰钙粉，进而筛选出纯度≥95％，表面密度≤0.75g/cm³，比表面积≥10.5m²/g的灰钙粉备用；

步骤2：取90g糯米粉，加入810g去离子水，加入油浴反应釜内，搅拌均匀后，将油浴温度设置为80℃，熬制4h以上，待糯米粉充分糖化，浆液呈粘稠状后取出静置冷却至室温，糯米浆液制作完成后确保其固含量为10％；

步骤3：将制备好的固含量为10％的糯米浆液冷却至室温后，加入870g的固含量为30％、粒度分布(D50)≤15nm的纳米二氧化硅溶液，充分搅拌，完成糯米浆的改性；

步骤4：取295g改性后的糯米浆，加入500灰钙粉、200g细砂和5g麻刀，搅拌均匀得到灰浆材料；

(3)本实施例所述的文物建筑切缝勾填的灰浆材料及其制备方法，通过以下方法使用：

步骤1:对砌缝中失效、破损的勾填材料进行清除，并对清理后的砌缝表面进行清洗处理，对于砌缝已经风化脆弱的表面可以进行适当打磨或预加固处理，打磨时不能伤害外墙表面；

步骤2:勾填灰浆材料现用现配，使用前搅拌均匀，按照前述步骤完成灰浆材料的制备工作；

步骤3:将配好的勾填灰浆材料填入砌缝中，使勾填灰浆材料与砌块充分接触并压实，表面做灯草缝外观处理；

步骤4:待勾填灰浆材料彻底固化后，清理掉砌缝边多余的勾填灰浆材料及污染物。

步骤5：待砌缝勾填结束后进行勾填灰浆材料的保护防护工作，以增加勾填灰浆材料的强度、耐水性及耐老化性，延长勾填灰浆材料寿命。

(4)切缝勾填效果评估

结合附图1～3砌缝勾填前后墙体外观对比可以看出，完成砌缝勾填的区域与原建筑风格相称，未对建筑外观造成影响。而且通过对原失效、破损砌缝勾填材料的清理及重新勾填，有效增加了了建筑稳定性，同时可以有效防止雨水等通过已经失效、破损的部分进入墙体内部，对内部勾填材料产生破坏作用，影响文物的稳定性、安全性。

至此，已经结合实施例的优选实施方式描述本发明的技术方案，本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的部分实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于文物建筑砌缝勾填的灰浆材料，其特征在于：包括由灰钙粉和细砂组成的干料，由天然粘合剂和纳米改性材料组成的液料，以及柔性骨料构成。

2.如权利要求1所述的一种用于文物建筑砌缝勾填的灰浆材料，其特征在于：按质量百分比由以下组分配比制备而成：灰钙粉45％～55％、细砂15％～25％，天然粘合剂10％～20％、纳米改性材料10～20％、柔性骨料0.5％；所述的质量百分比是以所述灰浆材料的总质量为基准。

3.如权利要求1所述的一种用于文物建筑砌缝勾填的灰浆材料，其特征在于：所述的灰钙粉的纯度≥95％，表面密度≤0.75g/cm³，比表面积≥10.5m²/g。

4.如权利要求1所述的一种用于文物建筑砌缝勾填的灰浆材料，其特征在于：所述的天然粘合剂为固含量10％的糯米浆。

5.如权利要求1所述的一种用于文物建筑砌缝勾填的灰浆材料，其特征在于：所述的纳米改性材料为纳米级二氧化硅溶液，其固含量为30％，粒度分布(D50)≤15nm。

6.如权利要求1所述的一种用于文物建筑砌缝勾填的灰浆材料，其特征在于：所述的柔性骨料为植物纤维，长度3～5cm。

7.一种如权利要求1-6所述文物建筑砌缝勾填的灰浆材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：灰钙粉的筛选：将经石灰石煅烧生的的氧化钙进行消化处理后，在进行净化、分离、脱水、干燥，筛选出300目以上的灰钙粉，进而筛选出纯度≥95％，表面密度≤0.75g/cm³，比表面积≥10.5m²/g的灰钙粉备用；

步骤2：天然粘合剂的制备：油浴反应釜中加入适量去离子水，称取相应重量的水磨糯米粉加入到水中，搅拌均匀后，将油浴温度设置为80℃，熬制4h以上，待糯米粉充分糖化，浆液呈粘稠状后取出静置冷却至室温；

步骤3：糯米浆改性：将制备好的固含量为5％～20％的糯米浆冷却至室温后，按照1：2～2：1的质量比，加入固含量为30％的纳米级含二氧化硅颗粒的水溶液，充分搅拌，完成糯米浆的改性；

步骤4：勾缝材料配制：取适量改性后的糯米浆，加入适量的灰钙粉末、细砂和柔性骨料，搅拌均匀即可。

8.如权利要求1-6中任意一项所述的文物建筑砌缝勾填的灰浆材料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1:对砌缝中失效、破损的勾填材料进行清除，并对清理后的砌缝表面进行清洗处理，对于砌缝已经风化脆弱的表面可以进行适当打磨或预加固处理，打磨时不能伤害外墙表面；

步骤2:勾缝的灰浆材料现用现配，使用前搅拌均匀，备用；

步骤3:将配好的灰浆材料填入砌缝中，使勾填的灰浆材料与砌块充分接触并压实，表面做造型处理；

步骤4:待灰浆材料彻底固化后，清理掉砌缝边多余的灰浆材料及污染物；

步骤5：待砌缝勾填结束后进行灰浆材料的保护防护工作，以增加灰浆材料的强度、耐水性及耐老化性，延长勾填材料寿命。

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