CN104386995B

CN104386995B - 灌注用改性糯米灰浆及其制备方法

Info

Publication number: CN104386995B
Application number: CN201410584392.0A
Authority: CN
Inventors: 杨涛; 张秉坚
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: CN104386995A

Abstract

本发明公开了一种灌注用改性糯米灰浆及其制备方法，该糯米灰浆以重量份计，原料为：氢氧化钙粉末100份；碳酸钙颗粒220～400份；偏高岭土5～54份；预糊化糯米粉5～18份；减水剂0.5～1.5份；水80～150份。上述灌注用改性糯米灰浆解决了传统糯米灰浆制备工艺复杂、固化慢、收缩大和强度偏低的问题，为文物的保护和维修提供了一种新型的灌浆加固材料。

Description

灌注用改性糯米灰浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种灌注用改性糯米灰浆及其制备方法。

背景技术

糯米灰浆是中国古代建筑史上的一项重要科技发明，其具有耐久性好、自身强度和粘接强度高、韧性强、防渗性好等优点，在我国古代建筑中被广泛使用，在中国建筑史上发挥了重要的作用。从考古结果来看，糯米灰浆在古代主要用于墓葬、城建和水利工程等重要设施。

以糯米灰浆为代表的传统灰浆是中国乃至世界古代石灰基建筑胶凝材料史上的杰作，它的出现成就了中国古代建筑的辉煌，显示了古代中国人高超的智慧和技艺。然而，糯米灰浆这一古代重要发明却没有得到应有的重视。在石灰岩质文物和古建筑的保护修复实践中，人们习惯性地使用水泥基砂浆或水硬性石灰等作为补强材料，较少使用单一的石灰基气硬性凝胶材料。但是，在文化遗产保护领域，水泥的强度过大、孔隙度过低、与古建筑等文物本体材料不兼容、使用中会引入可溶性盐等问题，逐渐被文物保护工作者所认识。近年来，“尽可能的使用原来的材料和工艺技术”已成为文化遗产保护的一条基本原则。

公布号为CN103570286A的专利申请公开了一种用于古建筑修复的混凝土，包括以下材料：水泥、石子、砂、水、矿粉、粉煤灰、硅灰、偏高岭土、硫酸钠、聚粉酸减水剂、混凝土膨胀剂、格雷斯纤维、碳纤维、糯米灰浆、泵送剂、环氧树脂和固化剂，按一定的质量比例混合，混凝土成型后，其凝结时间短，凝结后的强度高、防渗等级高、塌落度特性好以及和易性和可塑性效果好。该专利公开的混凝土中加入了糯米灰浆，使该类混凝土具有糯米灰浆的优点，很大程度上提高了其韧性、防渗性。但是，上述混凝土仍然存在古建筑等文物本体材料不兼容、使用中会引入可溶性盐等问题。所以，为了能够完好的保存和修复古建筑，还是应该使用单纯的糯米灰浆，不应加入水泥基砂浆或水硬性石灰等材料。

然而，目前传统的糯米灰浆仍存在缺陷，有待改善。传统糯米灰浆的制备方法是在粉状或膏状氢氧化钙(陈化石灰)中混入粉状和粒状碳酸钙，加入糯米汁后搅拌均匀。虽然膏状氢氧化钠随着陈化时间的延长，石灰乳中的氢氧化钙颗粒在尺度上趋于纳米化、在形貌上趋于板状，其活性将大大提高。但是，生石灰在消化池中至少需要陈化三个月之后才能使用，而且石灰乳的固含量常在40～60％的范围内波动，所以，在工程中直接使用膏状陈化石灰作为凝胶材料非常繁琐和费时。由于石灰基灰浆的抗压强度和粘接强度依赖于氢氧化钙的碳化度，而且在拌制灰浆时加入的大量液态水以及空气中稀薄的二氧化碳都不利于灰浆由表及里的固化。另外，由于石灰本身存在收缩性较大、硬化过程中容易出现裂纹、早期强度较低等问题，在以石灰为基料制备的糯米灰浆中，仍存在上述问题。

因此，目前上述传统的灰浆材料在文物保护领域的应用受到了严重制约，迫切需要解决其“工艺复杂、固化慢、收缩大、强度偏低”的问题。

发明内容

本发明提供了一种灌注用改性糯米灰浆及其制备方法，该糯米灰浆解决了传统糯米灰浆制备工艺复杂、固化慢、收缩大和强度偏低的问题，为文物的保护和维修提供了一种新型的灌浆加固材料。

本发明的具体实施方案如下：

一种灌注用改性糯米灰浆，以重量份计，原料组成为：

氢氧化钙粉末的纯度、表观密度和比表面积对灌注用改性糯米灰浆的强度有影响，作为优选，所述的氢氧化钙粉末的纯度≥95％，表观密度＜0.75g/cm³，比表面积≥10.5m²/g。

掺入一定用量比例的碳酸钙骨科有助于提高糯米灰浆的收缩率，其中，碳酸钙颗粒的粒径对糯米灰浆的收缩率和抗压强度均有影响。作为优选，所述的碳酸钙颗粒的粒径为0.1～1mm，峰值粒径和中位粒径介于0.2～0.5mm之间。所述的碳酸钙颗粒通过强度≥30MPa的石灰岩提纯获得。

作为优选，所述的偏高岭土具有火山灰活性，由陶泥在750～850℃条件下煅烧1～2个小时后粉磨获得。由于景德镇陶泥的主要矿物成分是石英和高岭石，其中高岭石矿物的含量＞30％，故，所述陶泥优选景德镇陶泥。

所述火山灰活性是指景德镇陶泥中的高岭石矿物在煅烧时伴随着脱羟基和结构无序化的过程，活性二氧化硅、活性氧化铝等活性组分与氢氧化钙反应，形成类沸石结构的硅铝酸钙网状结构。

所述的预糊化糯米粉由糯米粉加水沸煮2小时后冷却，再经真空干燥或喷雾干燥后粉磨获得。作为优选，所述的预糊化糯米粉中支链淀粉含量≥90％，表观密度小于0.18g/cm³。以预糊化糯米粉代替传统的糯米汁，简化传统工艺，避免糯米汁需提前熬煮的问题。

作为优选，所述的减水剂为聚羧酸盐型减水剂，如法国艾森C-SP、德国巴斯夫F10等。所述减水剂的减水率为25％。

更为优选，所述灌注用改性糯米灰浆，以重量份计，原料组成为：

本发明还提供了一种灌注用改性糯米灰浆的制备方法，其特征在于，按比例将氢氧化钙粉末、碳酸钙颗粒、偏高岭土、预糊化糯米粉和减水剂混合均匀后，加水搅拌，直至浆液拌和均匀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明以具有特定表观密度和比表面积的氢氧化钙粉末代替传统糯米灰浆中的陈化石灰膏，以预糊化糯米粉代替传统糯米汁，避免了传统糯米灰浆制备过程中生石灰长时间陈化以及糯米汁需提前熬煮的问题，简化了糯米灰浆的制备工艺，缩短了制备时间；

(2)本发明糯米灰浆在传统灰浆的基础上，引入一定用量的具有火山灰活性的偏高岭土，其活性被碱液激发后形成类沸石凝胶，可加速固化，解决了传统工艺中固化时间长的问题；

(3)本发明糯米灰浆不仅掺入了适量的高效减水剂，减少了浆液的需水量，还掺入了一定用量的碳酸钙骨科，降低了糯米灰浆的收缩率，解决了传统灌注用糯米灰浆液态水含量较高，易随水分挥发和散失，出现灰浆体积变小，收缩较大，固块开裂现象的问题；同时，还提高了固块的抗压强度。

附图说明

图1为本发明灌注用改性糯米灰浆原料碳酸钙骨料的光学显微镜图；

图2为本发明灌注用改性糯米灰浆原料碳酸钙骨料级配的粒径分布图；

图3为本发明灌注用改性糯米灰浆原料氢氧化钙的热分析图；

图4为本发明灌注用改性糯米灰浆原料高岭土煅烧前后的衍射谱；

图5为本发明灌注用改性糯米灰浆原料预糊化糯米粉的可见光吸收谱；

图6为本发明灌注用改性糯米灰浆原料预糊化糯米粉前后的衍射谱；

图7为本发明灌注用改性糯米灰浆灌注后3个月龄期条状试块的抗折强度曲线；

图8为本发明灌注用改性糯米灰浆3个月龄期立方试块的抗压强度曲线；

图9为本发明灌注用改性糯米灰浆条状试块抗折实验后新鲜断面的酚酞滴定结果的显色图。

具体实施方式

实施例1

一、糯米灰浆的制备

称取100份纯度为95％、表观密度为0.72g/cm³、比表面积为10.68m²/g的氢氧化钙、300份粒径为0.1～1mm的碳酸钙、10份具火山灰活性的偏高岭土、5份支链淀粉含量为92％、表观密度为0.17g/cm³的预糊化糯米粉和1份法国艾森C-SP聚羧酸减水剂，以500rpm的搅拌速度混合干料5min，加入95份水后，以1500rpm的速度搅拌8min，直至浆液拌和均匀，得到糯米灰浆。

二、糯米灰浆性能的检验

将浆液倒入试模内，浇铸成型后，移至温度25±10℃、相对湿度60±20％的环境下养护。在养护的过程中，试块底部不得与桌面平整接触，其底部须用玻璃棒支离、隔空。初凝时间为21小时，收缩率为1.82％。

龄期为28天时，测定条状试块的抗折强度，强度1.02MPa(如图7)；测定立方试块的抗压强度，强度1.94MPa。

继续养护试块直至达到3个月龄期，试块抗压强度2.62MPa(如图8)，与28天龄期相比增长38％。

条状试块在折断后，沿新鲜断面滴加酚酞指示剂，利景环特征图案非常明显(如图9)。

随着养护龄期的延长，灌注用改性糯米灰浆持续碳化，其强度继续增长。

实施例2

一、糯米灰浆的制备

称取100份纯度为95％、表观密度为0.72g/cm³、比表面积为10.68m²/g的氢氧化钙、220份粒径为0.1～1mm的碳酸钙、54份具火山灰活性的偏高岭土、18份支链淀粉含量为92％、表观密度为0.17g/cm³的预糊化糯米粉和1份法国艾森C-SP聚羧酸减水剂，以500rpm的搅拌速度混合干料5min，加入150份水后，以1500rpm的速度搅拌8min，直至浆液拌和均匀，得到糯米灰浆。

二、糯米灰浆性能的检验

将浆液倒入试模内，浇铸成型后，移至温度25±10℃、相对湿度60±20％的环境下养护。在养护的过程中，试块底部不得与桌面平整接触，其底部须用玻璃棒支离、隔空。初凝时间为26小时，收缩率为2.02％。

龄期为28天时，测定条状试块的抗折强度，强度1.53MPa；测定立方试块的抗压强度，强度3.08MPa。

继续养护试块直至达到3个月龄期，试块抗压强度4.04MPa，与28天龄期相比增长31％。

条状试块在折断后，沿新鲜断面滴加酚酞指示剂，利景环特征图案非常明显。

实施例3

一、糯米灰浆的制备

称取100份纯度为95％、表观密度为0.72g/cm³、比表面积为10.68m²/g的氢氧化钙、400份粒径为0.1～1mm的碳酸钙、5份具火山灰活性的偏高岭土、18份支链淀粉含量为92％、表观密度为0.17g/cm³的预糊化糯米粉和1份法国艾森C-SP聚羧酸减水剂，以500rpm的搅拌速度混合干料5min，加入80份水后，以1500rpm的速度搅拌8min，直至浆液拌和均匀，得到糯米灰浆。

二、糯米灰浆性能的检验

将浆液倒入试模内，浇铸成型后，移至温度25±10℃、相对湿度60±20％的环境下养护。在养护的过程中，试块底部不得与桌面平整接触，其底部须用玻璃棒支离、隔空。初凝时间为18小时，收缩率为1.13％。

龄期为28天时，测定条状试块的抗折强度，强度0.88MPa；测定立方试块的抗压强度，强度1.54MPa。

继续养护试块直至达到3个月龄期，试块抗压强度2.19MPa，与28天龄期相比增长42％。

对比例1

一、传统糯米灰浆的制备

称取100份纯度为90％的生石灰，加入300份水，消化的过程中释放大量热。密闭陈化3个月后倾倒石灰膏过量的液态水，敞开待石灰膏自然干燥3天，得到含水率37.5％的陈化石灰膏。

称取2.5份糯米粉置于锅中，加入15份水，沸煮且不断搅拌2小时，冷却后得到浓度14.3％的糯米汁。

将陈化石灰膏与糯米汁混合后，以1500rpm的速度搅拌8min，直至浆液拌和均匀，得到传统糯米灰浆。

二、传统糯米灰浆性能的检验

将浆液倒入试模内，浇铸成型后，移至温度25±10℃、相对湿度60±20％的环境下养护。在养护的过程中，试块底部不得与桌面平整接触，其底部须用玻璃棒支离、隔空。初凝时间为76小时，收缩率为3.15％。

龄期为28天时，测定条状试块的抗折强度为0.41MPa；测定立方试块的抗压强度为1.21MPa。

继续养护试块至3个月龄期，试块抗压强度1.4MPa。

Claims

1.一种灌注用改性糯米灰浆，其特征在于，以重量份计，原料组成为：

所述的氢氧化钙粉末的纯度≥95％，表观密度＜0.75g/cm³，比表面积≥10.5m²/g；

所述的预糊化糯米粉由糯米粉加水沸煮2小时后冷却，再经真空干燥或喷雾干燥后粉磨获得。

2.如权利要求1所述的灌注用改性糯米灰浆，其特征在于，所述的碳酸钙颗粒的粒径为0.1～1mm，峰值粒径和中位粒径介于0.2～0.5mm之间。

3.如权利要求1所述的灌注用改性糯米灰浆，其特征在于，所述的碳酸钙颗粒通过强度≥30MPa的石灰岩提纯获得。

4.如权利要求1所述的灌注用改性糯米灰浆，其特征在于，所述的偏高岭土具有火山灰活性，由陶泥在750～850℃条件下煅烧1～2个小时后粉磨获得。

5.如权利要求1所述的灌注用改性糯米灰浆，其特征在于，所述的预糊化糯米粉中支链淀粉含量≥90％，表观密度小于0.18g/cm³。

6.如权利要求1所述的灌注用改性糯米灰浆，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸盐型减水剂。

7.如权利要求1所述的灌注用改性糯米灰浆，其特征在于，以重量份计，原料组成为：

8.一种如权利要求1～7任一项所述的灌注用改性糯米灰浆的制备方法，其特征在于，按比例将氢氧化钙粉末、碳酸钙颗粒、偏高岭土、预糊化糯米粉和减水剂混合均匀后，加水搅拌，直至浆液搅拌均匀。