[发明专利]一种改性壳灰砂浆及其制备方法

说明书

一种改性壳灰砂浆及其制备方法，涉及建筑材料。改性壳灰砂浆按质量份数计，壳灰膏0.6～0.8份、矿粉0.15～0.35份、硅灰0.05份、砂子2.5份，自来水0.2～0.3份。制备方法：将牡蛎壳灰倒入大号塑料桶中，加入3～4倍的水熟化，搅拌均匀、沉淀，陈伏后成为壳灰膏待用；将陈伏后的壳灰膏捞出，测定并调节壳灰膏的稠度值在120mm±5mm范围；按照质量比称取原料；依次将砂子、矿粉和硅灰投入砂浆搅拌机干拌均匀至少1min，然后加入壳灰膏和水共同搅拌至少3min，混合均匀即得。凝结硬化快，强度与粘结力、弹性模量高，具有良好耐候性，收缩变形小，体积稳定；与砖石历史建筑砌体相容性好、匹配性佳。

技术领域

本发明涉及建筑材料，特别是涉及用于文物建筑和历史风貌建筑加固修复以及新建传统风貌建筑的一种改性壳灰砂浆及其制备方法。

背景技术

石灰是人类最早使用的无机胶凝材料之一，与历史建筑砖石砌体材料兼容，不会对历史建筑造成二次破坏，在历史建筑修复领域具有其他材料不可取代的优势。石灰砂浆与砖石砌体能够很好的匹配，不仅避免了使用高分子灌浆料及注浆料、聚合物砂浆等有机修复材料容易老化、使用寿命短的问题，同时也避免了使用水泥基砂浆修复时造成的色差明显、强度过高的问题，且两类砂浆与砖石砌体的匹配性较差。我国内陆地区通常采用石灰石来烧制石灰，而在东南沿海地区,人们采用随处可见的牡蛎壳来烧制石灰(简称壳灰)。牡蛎壳的主要成分由无机质和有机质两部分组成。碳酸钙是无机质部分的主要成分，占牡蛎壳质量的90％以上，其中钙元素占40％左右。将牡蛎壳经800℃以上高温窑烧并碾碎成粉末，再掺合砂子、黄泥及红糖、蒸熟的糯米等配制壳灰砂浆，用来砌筑墙体，建造房屋，这一做法在东南沿海十分普遍。本着“原材料、原工艺、最小干预”的保护原则，在修复众多百年历史文物建筑和风貌建筑时采用壳灰砂浆不失为一种明智的选择。

然而，采用传统壳灰砂浆修复历史风貌砖石砌体建筑存在以下三个问题：第一，壳灰是一种气硬性胶凝材料，通过在空气中逐渐结晶和碳化而硬化，强度发展缓慢，导致壳灰砂浆凝结硬化慢，硬化后的强度低，特别是早期强度低。即使加入糯米、蛋清、红糖等传统材料改性的壳灰砂浆，其强度依然很低(不到1MPa)，特别是其与砌体之间的粘结强度很低，抗震性能差，无法满足砖石砌体补强加固要求；第二，壳灰砂浆的耐水性差，在潮湿环境或水中易分解溃散，在沿海地区砌体结构修复中的使用效果并不理想；第三，壳灰在干燥硬化过程中会失去大量游离水形成多孔结构，为水分及一些可溶性离子进入浆体内部提供通道，对砂浆的抗侵蚀性和抗渗性等耐久性能造成不利影响。综上所述，传统壳灰砂浆的物理力学性能和耐久性能存在缺陷，无法满足文物建筑和历史风貌建筑砖石砌体修缮、加固要求，需要采取科学方法来改善其性能缺陷。

国内外围绕石灰基修复砂浆开展了广泛的研究，在石灰基砂浆的组成、结构与性能等方面有了较为系统的认识。对于传统石灰(由石灰石煅烧而成)砂浆的改性研究主要侧重于加入传统材料(如糯米、蛋清、红糖等)，但是改性后的石灰砂浆强度依然很低(不到1MPa)^[1]-[2]。近年来，一些研究者开展了天然水硬性石灰砂浆的制备研究，其中包括对砂浆的改性研究。常用的改性方法包括添加外加剂如减水剂、添加火山灰成分如硅灰、添加増韧材料如纤维^[3]-[7]。天然水硬性石灰砂浆虽然适用性强，但在我国以及许多国家并不常见，需要进口，使用有限。

随着我国沿海地区牡蛎养殖规模和生产加工能力的大幅提高，大量残留的牡蛎壳的资源化利用受到重视。目前，国内外有关研究多集中在生物、医药、化工原料及土壤改良剂、饲料添加剂等方面^[8]-[14]。关于制备建筑材料方面，仅有少数学者开展了牡蛎壳作为混凝土和砂浆的细骨料、水泥的掺合料方面的研究^[15]-[17]，然而至今未见关于壳灰砂浆和改性壳灰砂浆的相关研究与报道。

因此，因地制宜，就地取材，研究开发一种能够克服传统壳灰砂浆性能缺陷的新型改性壳灰砂浆，提升壳灰砂浆在文物建筑和历史风貌建筑砌体修复加固工程以及新建传统砌体建筑工程中的利用价值，对于壳灰砂浆的科学利用和文物与历史建筑保护具有重要意义。

参考文献：