一种新型高耐久性能传统复合胶凝材料及制备方法与流程

本发明涉及古建筑材料加固技术领域，特别涉及一种新型高耐久性能传统复合胶凝材料及制备方法。

背景技术：

古建筑灰浆就是通常学者所述的传统灰浆，古代灰浆，定义于19世纪出现硅酸盐水泥以前的灰浆总称；特指的是由胶凝材料和其它添加物混合组成的一种复合灰浆。

糯米灰浆是传统灰浆的杰出代表之一，在中国的古建筑砌体砖石结构中应用广泛，我国现在遗留了大批暴露在野外环境的历史砌体结构的建筑，比如城墙就是优秀的砌体建筑结构代表之一。由于人文因素和环境因素使这些珍贵的文物建筑遭受了严重的迫害，甚至有的已经无法修缮加固，所以对古建筑的加固保护工作亟需重视。

在过去对文物建筑的修缮加固保护大多数会用到水泥或者树脂之类的胶凝材料，目前一些学者已经研究证明，树脂类的材料修缮加固保护古建筑的耐久性差，二次修缮对古建筑将造成二次伤害，还有学者证明水泥胶凝材料也不适用于古建筑的保护修缮工作，主要是水泥含有不可避免的可溶性盐，这将是对古建筑伤害最大一种因素，而且水泥与古建筑的兼容性相对较差。

为了克服上述等古建筑修缮加固用材料的弊端，本发明在于发明一种新型高耐久性能传统复合胶凝材料。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种新型高耐久性能传统复合胶凝材料及制备方法，具有高抗冻融性能、高抗钠盐侵蚀性能和较高抗压性能的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种新型高耐久性能传统复合胶凝材料，原材料分别包括石灰、偏高岭土、纤维素纤维和水；

所述的原材料质量比如下：

石灰(ca(oh)2粉末)：偏高岭土＝1:1；

纤维素纤维：灰(偏高岭土质量+石灰质量)＝1:50；

水(浓度为5％的糯米浆)：灰(偏高岭土质量+石灰质量)＝0.8。

一种新型高耐久性能传统复合胶凝材料的制备方法，包括以下步骤；

步骤i：按照配比设计1：1称量石灰粉末和偏高岭土，按照纤维素纤维：灰(偏高岭土质量+石灰质量)＝1:50称量纤维素纤维；按照浓度为5％的要求熬制糯米浆，在熬制糯米浆时用文火慢熬不小于4小时，熬制过程中要求边熬边搅拌保证糯米灰浆不能糊锅，直至没有疙瘩或者其他杂质；

步骤ⅱ：将熬制好的糯米浆凉至常温然后将纤维素纤维放入其中搅拌均匀；

步骤ⅲ：将称量好的石灰和偏高岭土倒入容器先干搅拌均匀，然后将步骤ⅱ中所述的糯米浆倒入搅拌至少5分钟至灰浆状态均匀即可。

所述熬制糯米浆的用水需为去离子水(或者纯净水)。

本发明的有益效果：

①用5％浓度的糯米浆可以调节方解石晶体的形状和大小，使得古建筑灰浆在碳化过程中更加致密。微观结构电竞照片如图1所示。

②50％的偏高岭土取代率使得灰浆能够在此提高强度，并提高抗钠盐侵蚀-冻融循环耦合作用下的耐久性能。灰浆材料的抗压强度如图2所示，28天自然养护龄期抗压强度达5.7mpa；不参入纤维的抗钠盐侵蚀-冻融循环次数，最高抗冻融循环达12次。

③2％的纤维素纤维参量能够减少石灰浆的收缩，提高材料的抗折强度和抗压强度，提高抗钠盐-冻融循环耦合作用下的耐久性能；同时解决了传统石灰浆抗裂性能差的问题。参入纤维的抗钠盐侵蚀-冻融循环次数，最高抗冻融循环达40次。

④本发明设计的材料中增长重量比纯石灰浆增长重量更小。将自然养护28天的灰浆试块经人工加速碳化90天使灰浆尽可能的完全碳化，经计算后纯石灰制备的试块质量增长率为21.8％，而本发明设计的灰浆试块人工加速碳化90天的增长率仅为8.9％。

⑤本发明设计材料的硬度比纯石灰浆的硬度更大。相比纯石灰灰浆本设计灰浆材料的硬度28d龄期经人工加速碳化后硬度最高可达72ha，是纯石灰人工加速碳化硬度的1.2倍。

附图说明

图1微观结构电镜图；

图2灰浆抗压强度；

图3熬制的糯米灰浆照片；

图4钠盐侵蚀-抗冻融循环耦合作用后的试块照片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

步骤i：按照配比称量500g石灰粉末和500g偏高岭土，按照纤维素纤维：灰(偏高岭土质量+石灰质量)＝1:50称量20g纤维素纤维；按照浓度为5％的要求熬制糯米浆，在熬制糯米浆时用文火慢熬不小于4小时，熬制过程中要求边熬边搅拌保证糯米灰浆不能糊锅，没有疙瘩或者其他杂质；

步骤ⅱ：将熬制好的糯米浆凉至常温然后将纤维素纤维放入其中搅拌均匀，糯米浆为800g；

步骤ⅲ：将称量好的石灰和偏高岭土倒入容器先干搅拌均匀，然后将步骤ⅱ中所述的糯米浆倒入搅拌至少5分钟至灰浆状态均匀即可。

实施例2：

步骤i：按照配比称量1000g石灰粉末和1000g偏高岭土，按照纤维素纤维：灰(偏高岭土质量+石灰质量)＝1:50称量40g纤维素纤维；按照浓度为5％的要求熬制糯米浆，在熬制糯米浆时用文火慢熬不小于4小时，熬制过程中要求边熬边搅拌保证糯米灰浆不能糊锅，没有疙瘩或者其他杂质；

步骤ⅱ：将熬制好的糯米浆凉至常温然后将纤维素纤维放入其中搅拌均匀，糯米浆为1600g；

步骤ⅲ：将称量好的石灰和偏高岭土倒入容器先干搅拌均匀，然后将步骤ⅱ中所述的糯米浆倒入搅拌至少5分钟至灰浆状态均匀即可。

灰浆材料设计如下：糯米粉熬制的糯米浆浓度为5％；偏高岭土作为添加剂，替代纯石灰，分别设计了12.5％，25％，50％的偏高岭土取代率，纤维的参入量按照石灰和偏高岭土取代石灰总质量的2％算。经过试验研究证明，本发明重点在于陈述以50％的偏高岭土取代率，参入2％的纤维素纤维，用浓度为5％的糯米灰浆制备古建筑修缮加固胶凝材料。

(1)参照上述技术方案，先熬制浓度5％的糯米浆，如图3所示，在按照技术方案所述内容将古建筑新型灰浆胶凝材料制备成试块。

(2)根据上述(1)将制备好的试块进行养护，养护环境为温度20±3℃，湿度为95％的自然环境养护，期间需要定期给试块喷洒一定量的水；或者将试块放入养护试验机中进行。人工加速碳化环境是在碳化试验箱中进行，碳化箱中环境卫生：co2浓度20％，湿度为95％。

(3)根据上述(2)的内容将分别养护了7天、14天和28天的试块进行抗压强度测试，测试结果如图2所示，并研究新型古建筑灰浆胶凝材料的抗压变化规律。

(4)将养护28天的试块放入浓度为3％的氯化钠溶液中，然后使用混凝土快速冻融机进行钠盐-冻融循环耦合作用下的耐久性研究，以试块的抗钠盐-冻融循环次数作为胶凝材料的全寿命周期。判定试块的寿命周期如图4中试块的表征状态。

(5)最后将冻融循环后的灰浆试块取其一部分样品做电镜扫描实验，结果如图1所示。

图1为微观结构电镜图；从图中可以看出灰浆内部的颗粒与克里之间有微裂缝，而纤维素纤维与灰浆的紧密结合，这样对灰浆起到了加筋作用，同时抑制了裂缝的内部扩展，从而提高了灰浆的强度和抗冻融循环能力。

图2为灰浆抗压强度；从图中对比两组灰浆7天14天和28天的抗压强度发现ls5k50c2的抗压强度均高于纯石灰(l)的抗压强度，而且其抗压强度提高明显；

图3为熬制的糯米灰浆照片；图中可以看出熬制好的糯米浆为糊状白色局域一定粘度的胶体性能。

图4钠盐侵蚀-抗冻融循环耦合作用后的试块照片。图4为灰浆试块不同冻融次循环次数后的表征图，图4(a)变现时试块产生了多条不同走向的裂缝，且试块没有破碎松散，图4(b)表现出灰浆试块表面被侵蚀软化严重，并伴有大状颗粒，图4(c)表示冻融循环后灰浆试块表面被侵蚀和严重软化，并且有明显的缺失。图4中表现出的三种情况均判定灰浆试块失效，及冻融循环次数为灰浆胶凝材料的全寿命周期。

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