CN116768593A - 一种水化硅酸钙净浆材料与灌浆材料的制备与应用 - Google Patents

一种水化硅酸钙净浆材料与灌浆材料的制备与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN116768593A
CN116768593A CN202310931852.1A CN202310931852A CN116768593A CN 116768593 A CN116768593 A CN 116768593A CN 202310931852 A CN202310931852 A CN 202310931852A CN 116768593 A CN116768593 A CN 116768593A
Authority
CN
China
Prior art keywords
calcium silicate
hydrated calcium
grouting material
hydrated
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310931852.1A
Other languages
English (en)
Inventor
马啸
闫慧敏
贾孟军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN202310931852.1A priority Critical patent/CN116768593A/zh
Publication of CN116768593A publication Critical patent/CN116768593A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/18—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type
    • C04B28/186—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type containing formed Ca-silicates before the final hardening step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20—Silicates
    • C01B33/24—Alkaline-earth metal silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00241—Physical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00284—Materials permeable to liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/70—Grouts, e.g. injection mixtures for cables for prestressed concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种水化硅酸钙净浆材料与灌浆材料的制备与应用，其中水化硅酸钙净浆材料的制备方法包括：将白炭黑、氢氧化钙、水混合固化得到；灌浆材料的制备方法包括：将白炭黑、氢氧化钙、水、石英砂粉混合，养护固化得到。与现有技术相比，本发明中的水化硅酸钙灌浆材料对合成温度的要求为常温，符合文物灌浆材料的实际应用需求；不添加催化剂依然有良好的反应速率，能够在较短时间内合成物相简单、纯度高、力学性能好的水化硅酸钙灌浆材料并稳定存在，还能够根据被加固基体强度的不同实现力学强度、成分、形貌的可控制备；具有多孔的网状结构，孔隙率大，吸水率高，透水性好；软化系数高，遇水不易溃散崩解，适用于潮湿环境下的砂岩质文物保护。

Description

一种水化硅酸钙净浆材料与灌浆材料的制备与应用
技术领域
本发明属于文物保护材料技术领域，涉及一种水化硅酸钙净浆材料与灌浆材料的制备与应用，尤其涉及一种水化硅酸钙净浆材料与用于潮湿环境砂岩质文物岩体裂隙灌浆的水化硅酸钙灌浆材料的制备与应用。
背景技术
砂岩是我国石质文物中最常见的岩石类型之一，砂岩质石窟寺也占据了我国石窟寺总数的80％。由于砂岩本身的多孔特性以及人类活动等各种因素的长期影响，出现了表层裂隙、空鼓和基体断裂等破坏现象。这些破坏的存在尤其是裂隙，不仅损害了石质文物岩体自身的强度，而且在温湿度、酸性气体等外界环境的作用下，会加剧可溶性污染物如酸碱盐等在岩石基体内的扩散和迁移，进一步加速石质文物的风化，对石质文物的本体稳定性和保存寿命造成极大威胁。
目前，针对断裂、裂隙等病害类型常用灌浆的方法进行保护处理。灌浆工艺是借鉴建筑工程上用以增强建筑稳定性的一种方法，这种方法既能够填补地质运动造成的巨大裂隙，也可以处理表面的微小裂隙。灌浆的方法能够对石窟岩石、石刻等起到良好的加固作用；同时，通过灌浆方法还能有效封堵石窟渗水通道，起到治理渗漏水的效果。
文物保护领域中常用的灌浆材料可分为有机材料和无机材料两大类。有机材料包括有机硅、环氧树脂、丙烯酸树脂等树脂材料，其优点在于渗透性好、固化快、收缩性小、粘结力强，但是有机材料强度太高、发脆、老化之后与石质文物本体兼容性差、不透气、使用寿命短，并且老化之后难以去除。
无机材料主要有水泥和水硬性石灰。水泥的主要成分为3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3、4CaO·Al2O3·Fe2O3。其固化机理为：①3CaO·SiO2+nH2O→xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2；②2CaO·SiO2+nH2O→xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2；水泥凝结硬化快，强度高、抗冻耐久、干缩小，适用于危岩体加固；但水泥在文物保护中的应用一直存在很大争议，主要表现为强度过高、与文物本体相容性差、使用后可溶盐含量高、孔隙率低、透气性差、力学强度和热膨胀系数与石质基体差异较大，甚至对文物本体造成破坏。
水硬性石灰在欧洲应用已久。19世纪中期开始用于石质旧建筑的修复，其固化主要分为以下两个阶段：①硅酸二钙水化：2CaO·SiO2+nH2O＝nCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2②Ca(OH)2碳化：Ca(OH)2+CO2＝CaCO3+H2O。水硬性石灰的固化产物强度适中，与待修复基体尤其是石灰岩、大理石等兼容性好、抗污染能力强、可溶盐含量低、具有良好的水透性。但是目前水硬性石灰在国内的使用主要依赖于进口，成本高、供应量较低，因此大规模的应用受到限制。
水化硅酸钙是水泥、水硬性石灰的主要固化产物，并且是水泥、水硬性石灰的主要力学性能来源，因此，选择来源广泛、价格低廉的原材料人工合成水化硅酸钙并加入骨料和添加剂制成较为纯净的水化硅酸钙灌浆材料，能够保证在具有良好性能的同时，不向文物中引入可溶盐并满足大规模应用的需求。
发明内容
本发明的目的就是提供一种水化硅酸钙净浆材料与用于潮湿环境砂岩质文物岩体裂隙灌浆的水化硅酸钙灌浆材料的制备方法的制备与应用。所述水化硅酸钙灌浆材料是一种水硬性材料，与文物本体组成相似、力学强度良好并且可调控。具有多孔的网状结构，孔隙率大，具有良好的透水性，适用于潮湿环境下的砂岩质文物岩体裂隙灌浆；原材料成本低廉、在常温且不添加任何催化剂的情况下就可以快速地发生火山灰反应生成水化硅酸钙，极大地简化了合成步骤，并且最终产物中物相简单，以无定形的水化硅酸钙为主。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种水化硅酸钙净浆材料的制备方法，包括：将白炭黑、氢氧化钙、水混合固化得到水化硅酸钙净浆材料。其中未添加任何催化剂。
进一步地，所述白炭黑、氢氧化钙中钙硅摩尔比为(0.8～1.5):1。
进一步地，原料水固比为(1.8～2.2):1，其中固体为白炭黑和氢氧化钙。
进一步地，固化在室温下进行，固化时间为26～30天。
一种水化硅酸钙灌浆材料的制备方法，包括：将白炭黑、氢氧化钙、水、石英砂粉混合，养护固化得到水化硅酸钙灌浆材料。
进一步地，所述白炭黑、氢氧化钙中钙硅摩尔比为(0.8～1.5):1。
进一步地，原料水固比为(1.8～2.2):1，其中固体为白炭黑和氢氧化钙。
进一步地，所述石英砂粉的质量与白炭黑、氢氧化钙的总质量之比为(2.5～3.5):1。
进一步地，养护固化在密闭环境下进行，养护温度为15～25℃，养护时间为26～30天。其中密闭环境可通过采用保鲜膜将材料完全包裹的方式实现。
进一步地，该方法还包括加入聚羧酸减水剂。其添加量优选为白炭黑、氢氧化钙总质量的4％。
一种水化硅酸钙净浆材料的应用，包括将所述水化硅酸钙灌浆材料用于潮湿环境砂岩质文物岩体裂隙灌浆。本发明中的水化硅酸钙净浆材料能够在常温条件下于文物内部原位合成的，避免了现有技术中高温合成条件对文物产生的负面影响。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
本发明制备的用于潮湿环境砂岩质文物岩体裂隙灌浆的水化硅酸钙灌浆材料对合成温度的要求为常温，符合文物灌浆材料的实际应用需求；不添加催化剂依然有良好的反应速率，能够在较短时间内合成物相简单、纯度高、力学性能好的水化硅酸钙灌浆材料并稳定存在，还能够根据被加固基体强度的不同实现力学强度、成分、形貌的可控制备；具有多孔的网状结构，孔隙率大，吸水率高，透水性好；软化系数高，遇水不易溃散崩解，适用于潮湿环境下的砂岩质文物保护。
附图说明
图1为本发明制备的水化硅酸钙净浆材料宏观图；
图2为实施例1、2、3、4和对比例1在钙硅摩尔比分别为0.8、1.0、1.2、1.5、2.0条件下反应28d得到的水化硅酸钙净浆材料X射线衍射图谱；
图3为实施例1、2、3、4和对比例1在钙硅摩尔比分别为0.8、1.0、1.2、1.5、2.0条件下反应28d得到的水化硅酸钙净浆材料SEM图；
图4为对比例2在钙硅比为0.8时固化1、3d得到的水化硅酸钙净浆材料X射线衍射图谱；
图5为对比例3在常温条件下，钙硅摩尔比为0.8并添加一定量的催化剂时固化1、3d得到的水化硅酸钙净浆材料的X射线衍射图谱。
图6为实施例5水化硅酸钙灌浆材料固结28d样块宏观图；
图7为实施例5、6、7、8在钙硅摩尔比分别为0.8、1.0、1.2、1.5条件下反应28d得到的水化硅酸钙灌浆材料固结物的X射线衍射图谱；
图8为实施例5、6、7、8在钙硅摩尔比分别为0.8、1.0、1.2、1.5条件下28d得到的水化硅酸钙灌浆材料固结物的抗折与抗压强度；
图9为实施例5、9与对比例4、5在高性能聚羧酸减水剂加入量为0％、4％、3％、5％条件下反应28d得到的水化硅酸钙灌浆材料固结物的抗折与抗压强度。
图10为实施例9与对比例6、7在去离子水与胶凝材料(白炭黑、氢氧化钙)的质量比为2.0、1.5、2.5条件下反应28d得到的水化硅酸钙灌浆材料固结物的抗折与抗压强度。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供的用于潮湿环境砂岩质文物岩体裂隙灌浆的水化硅酸钙灌浆材料基于火山灰反应法制备而成。所述火山灰反应法是指在某些火山灰混合物中，存在一定数量的活性组分，如活性二氧化硅，与氢氧化钙反应生成反应产物水化硅酸钙。
以下，示例性说明所述水化硅酸钙灌浆材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将白炭黑，氢氧化钙与一定量的水在室温、磁力搅拌下混合均匀，然后在室温、密闭环境中固化，得到水化硅酸钙净浆材料。在水化硅酸钙净浆材料制备基础上加入石英砂、高性能聚羧酸减水剂最终制成所述性能优良的水化硅酸钙灌浆材料。全部的反应均默认在常温条件下进行，并且不添加任何催化剂。
在上述制备过程中，主要化学反应如下：xCa(OH)2+ySiO2+(z-x)H2O＝xCaO-ySiO2-zH2O。通过控制原料中白炭黑、氢氧化钙的添加量来调控钙硅摩尔比这一反应参数。
在一些实施方式中，所述白炭黑可以为无定形纳米二氧化硅；纳米粒径的无定形二氧化硅比表面积较大，反应活性更大，可以充分与氢氧化钙发生火山灰反应合成水化硅酸钙材料。
在一些实施方式中，所述氢氧化钙的平均颗粒尺寸为500nm，纯度≥95wt.％。
在一些实施方式中，可以控制原料的钙硅(Ca/Si)摩尔比为0.8-1.5。钙硅摩尔比决定水化硅酸钙材料的结构、形貌。实验发现：在室温和水固比恒定的情况下，当钙硅比在0.8-1.5范围内，原材料能够完全转化生成水化硅酸钙；当钙硅摩尔比为0.8时，生成的水化硅酸钙的形貌为层状堆叠结构，而钙硅摩尔比在1.0-1.5范围内时，层状结构逐渐向箔片状结构转变。
在一些实施方式中，控制水固比为2:1，即去离子水与胶凝材料(白炭黑、氢氧化钙)的质量比为2:1。当水固比低于2:1时，原材料难以获得流动度；水固比在2:1以上时可生成水化硅酸钙材料，并且反应速率较快，在反应的第3天原材料几乎完全转化为水化硅酸钙。并且在钙硅摩尔比恒定不变的情况下，不同水固比生成的水化硅酸钙材料形貌相似。考虑到水对砂岩文物的侵蚀作用，原材料的含水量不能太高。因此将水固比控制为2:1，既能够获得具有良好流动度的水化硅酸钙材料，同时也可以尽量减少水对砂岩文物的破坏性影响。
在一些实施方式中，所述磁力搅拌的转速可以为1000rpm，使得原材料均匀混合。
在一些实施方式中，室温固化的时间可以为28d。由于白炭黑粒径小，比表面积大，因此具有良好的反应活性，在第28d时，原材料均已完全转化成水化硅酸钙。
与只有胶凝材料的水化硅酸钙净浆相比，加入一定量的石英砂会获得更好的力学性能，且可减少胶凝材料的用量，从而降低成本，因此在实际工程中应用广泛。在一些实施方式中，可以控制石英砂与胶凝材料(白炭黑、氢氧化钙)的质量比为3:1，以获得良好的力学强度。
高性能聚羧酸减水剂，通过降低分子间作用力来提高灌浆材料流动度，降低水的用量。一般认为，灌浆材料的流动度达到300mm时才能够在实际的应用中表现出良好的可灌性。合适的减水剂掺量对灌浆材料最终的灌浆效果起着至关重要的作用。在一些实施方式中，可以控制所述高性能聚羧酸减水剂的添加量为白炭黑、氢氧化钙总质量的4wt.％。当高性能聚羧酸减水剂含量低于4wt.％时，水化硅酸钙灌浆材料流动度差，在实际应用中会导致材料无法进入到砂岩质文物内部裂隙中起到加固粘接作用；当聚羧酸减水剂含量占比大于4wt.％时，会影响材料强度的发展并降低合成的水化硅酸钙的纯度。为保证水化硅酸钙灌浆材料的力学强度以及纯度，需要将高性能聚羧酸减水剂添加比例设置为4wt.％。
通过本发明提供的制备方法得到的水化硅酸钙灌浆材料力学强度良好、并且在水中依然能保持良好性能，抗水性强，适用于潮湿环境下的砂岩质文物保护。本发明制备的水化硅酸钙灌浆材料微观形貌为多孔的网络状结构，能与文物本体形成良好的粘结作用。
本发明首次提出合成较为纯净的水化硅酸钙用作潮湿环境下砂岩质文物岩体裂隙灌浆保护材料。并且模仿岩体内部裂隙中缺乏二氧化碳这一环境特征，采用了在灌浆材料表层覆盖保鲜膜的养护方式，这种养护方式很好地避免了空气中二氧化碳与氢氧化钙的反应，促进了水化硅酸钙的合成，最终获得纯度较高的水化硅酸钙灌浆材料，对水硬性石灰等材料在砂岩质岩体裂隙灌浆中的应用提供了新思路。
以下实施例以本发明上述技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
称取白炭黑(购自河南佰鸿化工产品销售有限公司)与氢氧化钙(购自上海麦克林生化科技有限公司)各约10g，和40g去离子水，从中选取部分为原料，控制原料的钙硅摩尔比为0.8，原料的水固比为2:1。
将白炭黑和氢氧化钙加入烧杯中混合均匀，再加入去离子水，将该混合液置于磁力搅拌器上搅拌均匀，转速设置为1000rmp。
室温下静置28d固化，得到水化硅酸钙净浆材料。如图1所示。
为便于对水化硅酸钙进行微观成分和形貌表征，将制备出的水化硅酸钙净浆材料进行真空抽滤、研磨得到水化硅酸钙粉末。将实施例1制备得到的水化硅酸钙材料记作A，所得水化硅酸钙用XRD和SEM表征其微观形貌和结构，用TGA-DSC判断合成材料随温度变化质量的损失和热量的吸收或释放，表明运用此发明方法能够合成水化硅酸钙材料。
实施例2
本实施例制备方法参照实施例1，区别在于：钙硅摩尔比为1.0。其余同实施例1。
将实施例2所得的水化硅酸钙材料记作B，用XRD和SEM表征其微观形貌和结构，用TGA-DSC判断合成材料随温度变化质量的损失和热量的吸收或释放，表明运用此发明方法能够合成水化硅酸钙材料。
实施例3
本实施例制备方法参照实施例1，区别在于：钙硅摩尔比为1.2。其余同实施例1。
将实施例3所得的水化硅酸钙材料记作C，用XRD和SEM表征其微观形貌和结构，用TGA-DSC判断合成材料随温度变化质量的损失和热量的吸收或释放，表明运用此发明方法能够合成水化硅酸钙材料。
实施例4
本实施例制备方法参照实施例1，区别在于：钙硅摩尔比为1.5。其余同实施例1。
将实施例4所得的水化硅酸钙材料记作D，用XRD和SEM表征其微观形貌和结构，用TGA-DSC判断合成材料随温度变化质量的损失和热量的吸收或释放，表明运用此发明方法能够合成水化硅酸钙材料。
对比例1
本实施例制备方法参照实施例1，区别在于：钙硅摩尔比为2.0。其余同实施例1。
将对比例1制备得到的材料记作E，用XRD、SEM、TGA-DSC表征其成分及形貌，发现该合成方法原材料不能完全反应生成水化硅酸钙材料，体系中有大量氢氧化钙剩余。说明钙硅摩尔比为2.0的反应条件下，氢氧化钙是过量的。
图2为实施例1、2、3、4和对比例1在不同钙硅摩尔比条件下反应28d得到的水化硅酸钙净浆材料的XRD图，从图中可以看出，钙硅摩尔比为0.8、1.0、1.2、1.5时原材料均能完全反应生成水化硅酸钙；钙硅摩尔比为2.0时，氢氧化钙有明显剩余。
图3为实施例1、2、3、4和对比例1在不同钙硅摩尔比条件下反应28d得到的水化硅酸钙净浆材料的SEM图。钙硅摩尔比为0.8时，水化硅酸钙主要呈现无规则、无定形的层叠堆积状，堆叠结构较为致密。随着钙硅摩尔比的增大，箔片状的水化硅酸钙出现并逐渐增多。当钙硅比摩尔比为2.0时，箔片状的水化硅酸钙周围包裹着未反应的氢氧化钙。
对比例2：
本实施例制备方法参照实施例1，区别在于：分别固化1、3d后取样，即室温下静置1、3d固化，取样。其余同实施例1。
将对比例2所得的水化硅酸钙材料记作F，用XRD表征水化硅酸钙的生成情况，用微量热仪测试3d内火山灰反应的速率，表明运用此发明方法能够在短时间内合成大量的水化硅酸钙材料。
图4为对比例2在常温条件下，钙硅摩尔比为0.8时反应1、3d得到的水化硅酸钙净浆材料的XRD图，从图谱中可以看出，反应1d时从XRD图谱中可以观察到有水化硅酸钙的生成，但同时也有明显的氢氧化钙剩余；3d以后生成了大量的水化硅酸钙，并且无明显氢氧化钙剩余。说明火山灰反应在第3天时已进行得比较完全。
对比例3：
本实施例制备方法参照对比例2，区别在于：添加质量为氢氧化钙、白炭黑、去离子水三者总质量0.03％的苯三唑脂肪酸胺盐作为反应的催化剂。其余同对比例2。
将对比例3所得的水化硅酸钙材料记作F'，用XRD表征水化硅酸钙的生成情况。
图5为对比例3在常温条件下，钙硅摩尔比为0.8并添加一定量的催化剂时反应1、3d得到的水化硅酸钙净浆材料的XRD图，从图谱中可以看出，与未添加催化剂的对比例2试验组相比，是否添加催化剂对水化硅酸钙的合成速率几乎没有影响，证实了可在不使用催化剂的情况下，也可以获得足量的水化硅酸钙。
实施例5：
称取白炭黑与氢氧化钙各120g，加入行星轴式搅拌机中，先手动将干料搅拌均匀，再加入480g去离子水。慢速搅拌1min后停止，将搅拌机叶片以及容器壁的浆料刮下来后快速搅拌1min停止。随后加入720g石英砂粉，慢速搅拌1min后快速搅拌1min停止。将混合均匀的砂浆倒入40mm×40mm×160mm的模具中并用保鲜膜包裹，降低砂浆中氢氧化钙与空气中的二氧化碳的碳化反应，一组实验配方制备3个平行样块。随后将模具放入20℃，90％ R.H.的养护箱中养护28d后脱模，获得固化28d后的水化硅酸钙灌浆材料样块。如图4所示。控制胶凝材料(白炭黑与氢氧化钙)的钙硅摩尔比为0.8，去离子水与胶凝材料(白炭黑与氢氧化钙)的质量比为2:1，石英砂与胶凝材料的质量比为3:1。
将实施例5制备得到的水化硅酸钙灌浆材料记作G，用万能试验机对其固结体做抗折、抗压测试，得到水化硅酸钙灌浆材料的抗折与抗压强度。为便于对水化硅酸钙灌浆材料进行微观成分和形貌表征，取少量水化硅酸钙灌浆材料固结物抽滤、烘干得到水化硅酸钙粉末。所得水化硅酸钙粉末用XRD和SEM表征其微观形貌和结构。
实施例6：
本实施例制备方法参照实施例5，区别在于：钙硅摩尔比为1.0。其余同实施例5。
将实施例6制备得到的水化硅酸钙灌浆材料记作H，用万能试验机对其固结体做抗折、抗压测试，得到水化硅酸钙灌浆材料的抗折与抗压强度。为便于对水化硅酸钙灌浆材料进行微观成分和形貌表征，取少量水化硅酸钙灌浆材料固结物抽滤、烘干得到水化硅酸钙粉末。所得水化硅酸钙粉末用XRD和SEM表征其微观形貌和结构。
实施例7：
本实施例制备方法参照实施例5，区别在于：钙硅摩尔比为1.2。其余同实施例5。
将实施例7制备得到的水化硅酸钙灌浆材料记作I，用万能试验机对其固结体做抗折、抗压测试，得到水化硅酸钙灌浆材料的抗折与抗压强度。为便于对水化硅酸钙灌浆材料进行微观成分和形貌表征，取少量水化硅酸钙灌浆材料固结物抽滤、烘干得到水化硅酸钙粉末。所得水化硅酸钙粉末用XRD和SEM表征其微观形貌和结构。
实施例8：
本实施例制备方法参照实施例5，区别在于：钙硅摩尔比为1.5。其余同实施例5。
将实施例8制备得到的水化硅酸钙灌浆材料记作J，用万能试验机对其固结体做抗折、抗压测试，得到水化硅酸钙灌浆材料的抗折与抗压强度。为便于对水化硅酸钙灌浆材料进行微观成分和形貌表征，取少量水化硅酸钙灌浆材料固结物抽滤、烘干得到水化硅酸钙粉末。所得水化硅酸钙粉末用XRD和SEM表征其微观形貌和结构。
图7为实施例5、6、7、8在钙硅摩尔比为0.8、1.0、1.2、1.5的条件下反应28d得到的水化硅酸钙灌浆材料的XRD图，从图中可以看出，钙硅摩尔比为0.8、1.0、1.2、1.5时原材料均能完全反应生成水化硅酸钙，体系中无明显氢氧化钙剩余。
图8为实施例5、6、7、8在钙硅摩尔比分别为0.8、1.0、1.2、1.5条件下反应28d得到的水化硅酸钙灌浆材料固结物的抗折与抗压强度。不同钙硅摩尔比条件下得到的水化硅酸钙灌浆材料固结物均具有良好的力学强度。随着钙硅比摩尔比的增大，力学强度逐渐降低。
实施例9：
本实施例制备方法参照实施例5，区别在于：加入了高性能聚羧酸减水剂(购自上海臣启化工科技有限公司)，高性能聚羧酸减水剂的加入量为胶凝材料质量的4wt.％，即9.6g。其余同实施例5。
将实施例9制备得到的水化硅酸钙灌浆材料记作K，用水泥净浆流动度试模测试新鲜浆液流动度可知，浆液流动度平均值为305mm，可以认为该灌浆材料具有良好的流动性能。
用万能试验机对其固结体做抗折、抗压测试，得到水化硅酸钙灌浆材料的抗折与抗压强度。
将固化28d的水化硅酸钙灌浆材料放入水中真空抽滤获得饱水样块，测试该饱水样块的抗压强度平均值为11.76MPa，而干燥时的抗压强度平均值为13.59MPa。饱水时的抗压强度与干燥时的抗压强度的比值即为软化系数。通过计算可知该水化硅酸钙灌浆材料的软化系数为0.87，软化系数大于0.85，因此可以认为是耐水性强的、适用于潮湿环境的文物灌浆材料。
对比例4：
本实施例制备方法参照实施例9，区别在于高性能聚羧酸减水剂的加入量为胶凝材料质量的3wt.％，即7.2g。其余同实施例9。
将对比例4制备得到的水化硅酸钙灌浆材料记作L，用水泥净浆流动度试模测试新鲜浆液流动度可知，浆液流动度平均值为145mm，几乎没有流动度。
用万能试验机对其固结体做抗折、抗压测试，得到水化硅酸钙灌浆材料的抗折与抗压强度。
将固化28d的水化硅酸钙灌浆材料放入水中真空抽滤获得饱水样块，测试该饱水样块的抗压强度平均值为7.86MPa，而干燥时的抗压强度平均值为9.63MPa。通过计算可知该水化硅酸钙灌浆材料的软化系数为0.81，软化系数小于0.85，耐水性相对较差。
对比例5：
本实施例制备方法参照实施例9，区别在于高性能聚羧酸减水剂的加入量为胶凝材料质量的5wt.％，即12g。其余同实施例9。
将对比例5制备得到的水化硅酸钙灌浆材料记作M，用水泥净浆流动度试模测试新鲜浆液流动度可知，浆液流动度平均值为387mm，流动度良好。
用万能试验机对其固结体做抗折、抗压测试，得到水化硅酸钙灌浆材料的抗折与抗压强度。
将固化28d的水化硅酸钙灌浆材料放入水中真空抽滤获得饱水样块，测试该饱水样块的抗压强度平均值为9.88MPa，而干燥时的抗压强度平均值为11.77MPa。通过计算可知该水化硅酸钙灌浆材料的软化系数为0.84，软化系数小于0.85，耐水性相对较差。
图9为实施例5、9与对比例4、5在高性能聚羧酸减水剂加入量为0wt.％、4wt.％、3wt.％、5wt.％条件下反应28d得到的水化硅酸钙灌浆材料固结物的抗折与抗压强度。高性能聚羧酸减水剂的加入量在4wt.％时，对水化硅酸钙灌浆材料力学性能的提升最明显。
对比例6：
本实施例制备方法参照实施例9，区别在于去离子水与胶凝材料(白炭黑与氢氧化钙)的质量比为1.5:1。其余同实施例9。
将对比例6制备得到的水化硅酸钙灌浆材料记作N，用水泥净浆流动度试模测试新鲜浆液流动度可知，浆液流动度平均值为85mm，几乎不具有流动度。
用万能试验机对其固结体做抗折、抗压测试，得到水化硅酸钙灌浆材料的抗折与抗压强度。
将固化28d的水化硅酸钙灌浆材料放入水中真空抽滤获得饱水样块，测试该饱水样块的抗压强度平均值为19.12MPa，而干燥时的抗压强度平均值为20.15MPa。通过计算可知该水化硅酸钙灌浆材料的软化系数为0.94，耐水性良好。
对比例7：
本实施例制备方法参照实施例9，区别在于去离子水与胶凝材料(白炭黑与氢氧化钙)的质量比为2.5:1。其余同实施例9。
将对比例7制备得到的水化硅酸钙灌浆材料记作O，用水泥净浆流动度试模测试新鲜浆液流动度可知，浆液流动度平均值为364mm，流动性好。
用万能试验机对其固结体做抗折、抗压测试，得到水化硅酸钙灌浆材料的抗折与抗压强度。
将固化28d的水化硅酸钙灌浆材料放入水中真空抽滤获得饱水样块，测试该饱水样块的抗压强度平均值为4.46MPa，而干燥时的抗压强度平均值为2.20MPa。通过计算可知该水化硅酸钙灌浆材料的软化系数为0.58，耐水性差。
图10为实施例9与对比例6、7在去离子水与胶凝材料(白炭黑、氢氧化钙)的质量比为2.0、1.5、2.5条件下反应28d得到的水化硅酸钙灌浆材料固结物的抗折与抗压强度。水固比为1.5时虽然力学性能良好，但由于其流动性差，所以该配方不具有实际应用价值。
本发明可以得出如下结论白炭黑反应活性好，常温条件下只需要3d就能够生成大量的水化硅酸钙；钙硅摩尔比为0.8、1.0、1.2、1.5时，固化28d原材料能够完全转化生成水化硅酸钙；随着钙硅摩尔比的增大，水化硅酸钙灌浆材料固结体力学强度呈下降趋势；高性能聚羧酸减水剂加入量为胶凝材料质量的4wt.％时，对水化硅酸钙灌浆材料的力学性能提升最明显。去离子水与胶凝材料(白炭黑、氢氧化钙)的质量比为2.0时能够兼顾流动度与良好的力学性能、耐水性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水化硅酸钙净浆材料的制备方法，其特征在于，包括：将白炭黑、氢氧化钙、水混合固化得到水化硅酸钙净浆材料。
2.根据权利要求1所述的水化硅酸钙净浆材料的制备方法，其特征在于，所述白炭黑、氢氧化钙中钙硅摩尔比为(0.8～1.5):1。
3.根据权利要求1所述的水化硅酸钙净浆材料的制备方法，其特征在于，原料水固比为(1.8～2.2):1，其中固体为白炭黑和氢氧化钙。
4.根据权利要求1所述的水化硅酸钙净浆材料的制备方法，其特征在于，固化在室温下进行，固化时间为26～30天。
5.一种水化硅酸钙灌浆材料的制备方法，其特征在于，包括：将白炭黑、氢氧化钙、水、石英砂粉混合，养护固化得到水化硅酸钙灌浆材料。
6.根据权利要求5所述的水化硅酸钙灌浆材料的制备方法，其特征在于，所述白炭黑、氢氧化钙中钙硅摩尔比为(0.8～1.5):1；原料水固比为(1.8～2.2):1，其中固体为白炭黑和氢氧化钙。
7.根据权利要求5所述的水化硅酸钙灌浆材料的制备方法，其特征在于，所述石英砂粉的质量与白炭黑、氢氧化钙的总质量之比为(2.5～3.5):1。
8.根据权利要求5所述的水化硅酸钙灌浆材料的制备方法，其特征在于，养护固化在密闭环境下进行，养护温度为15～25℃，养护时间为26～30天。
9.根据权利要求5所述的水化硅酸钙灌浆材料的制备方法，其特征在于，还包括加入聚羧酸减水剂。
10.一种如权利要求5所述方法制备得到的水化硅酸钙灌浆材料的应用，其特征在于，所述水化硅酸钙灌浆材料用于潮湿环境砂岩质文物岩体裂隙灌浆。
CN202310931852.1A 2023-07-27 2023-07-27 一种水化硅酸钙净浆材料与灌浆材料的制备与应用 Pending CN116768593A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310931852.1A CN116768593A (zh) 2023-07-27 2023-07-27 一种水化硅酸钙净浆材料与灌浆材料的制备与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310931852.1A CN116768593A (zh) 2023-07-27 2023-07-27 一种水化硅酸钙净浆材料与灌浆材料的制备与应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116768593A true CN116768593A (zh) 2023-09-19

Family

ID=88013488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310931852.1A Pending CN116768593A (zh) 2023-07-27 2023-07-27 一种水化硅酸钙净浆材料与灌浆材料的制备与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116768593A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Morsy et al. Microstructure and hydration characteristics of artificial pozzolana-cement pastes containing burnt kaolinite clay
JP2010524823A (ja) 軽量添加剤、その製造方法および使用
CN114044664B (zh) 一种抗冻、抗盐冻机场水泥道面快速修复材料及其制备方法
JP2013519616A (ja) 水硬性石灰組成物
EP3445735A1 (en) Silica-coated expanding agents and their use in cementitious systems
CN113905863A (zh) 湿铸矿渣基混凝土产品的生产方法
CN110963759B (zh) 高含泥骨料的抗渗混凝土
WO2021243441A1 (en) Method for making carbonated precast concrete products with enhanced durability
CN109020321A (zh) 一种钢纤维-稻草纤维增强膨胀珍珠岩发光混凝土的制备方法
CN108751863B (zh) 一种基于盐渍土的胶凝材料及其制备方法
CN111196704B (zh) 一种预制构件用混凝土及其制备方法
EP3946865A1 (en) Method for making carbonated precast concrete products with enhanced durability
AU739884B2 (en) Cement composition, concrete using the same and method of manufacturing concrete product
CN111268988B (zh) 一种高耐水免煅烧磷石膏基边坡砌块材料及其制备
CN111548109A (zh) 一种天然水镁石纤维改性石灰-偏高岭土复合砂浆的制备方法
KR101074486B1 (ko) 조분시멘트를 이용한 시멘트 결합재 조성물 및 이를 이용한 극초고강도 콘크리트 조성물과 극초고강도 프리캐스트 콘크리트 제품의 제조방법
CN115286270B (zh) 一种单宁酸改性氯氧镁水泥及其制备方法
CN116768593A (zh) 一种水化硅酸钙净浆材料与灌浆材料的制备与应用
CN114772967B (zh) 人工岗石废渣强化骨料、透水混凝土及其制备方法与应用
JP2003171161A (ja) 耐熱・高強度コンクリート及びその製造方法
Potapova et al. The new ecological materials using metakaolin
Alhamdan et al. Correlation between different factors controlling shrinkage behaviour of geopolymer mortar
CN109384433A (zh) 低热损伤混凝土构件用胶凝材料
JP4462538B2 (ja) 結晶性トバモライト高含有型コンクリートの製造方法及び結晶性トバモライト高含有型コンクリート製造用の混練材料
JP2002097045A (ja) セメント硬化体用骨材及びセメント硬化体

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination