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中国古建筑中糯米灰浆的应用研究

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2021-07-17 10:18 热度:

   摘要:综述了糯米灰浆的应用历史、科学原理、配比材料和外部因素对糯米灰浆力学性能的影响,介绍了近年来学者们对糯米灰浆性能影响因素的研究进展,并对未来糯米灰浆的研究应用提出建议。

中国古建筑中糯米灰浆的应用研究

  关键词:糯米灰浆;古建筑;传统灰浆;外加剂

  1糯米灰浆的应用历史

  糯米灰浆是在灰浆中加入一定量的糯米汤,形成一种具有高粘结力的灰浆,是我国古代应用广泛的建筑粘接材料,有着悠久的应用历史。根据考古学研究,糯米灰浆出现于南北朝,发展于隋唐,兴盛于明清[1]。在南北朝时期,人们将糯米、熟石灰及石灰岩混合,制成浆糊,形成超强度的“糯米砂浆”,用于墓葬。隋唐年间,人们开始将糯米灰浆应用于桥梁、庙宇、古塔等建筑。明清时期,稻米产量突飞猛进,糯米灰浆应用更加广泛。糯米灰浆作为一种复合胶凝材料,比纯石灰砂浆的强度更大、更具耐水性[2],它的出现使建筑胶凝材料的粘接性有了质的飞跃,代表了我国古代石灰基粘合剂的最高成就。

  2糯米灰浆的科学机理

  2.1固化机理

  研究表明,石灰中混入3%的糯米浆,其抗压强度可提高30倍,表面硬度可提高2.5倍。在灰浆固化期间,糯米浆起到了调控碳酸钙结晶过程和微结构的作用,并与生成的方解石晶型碳酸钙结合,随着固化时间的延长,糯米灰浆强度不断提高,直至完全转化为碳酸钙。糯米灰浆的碳酸钙颗粒比传统灰浆更加细小,糯米浆的调控作用限制了方解石的结晶度,使其结构更加致密,同时糯米淀粉与无机物紧密复合填充,灰浆整体强度大为提高。

  2.2抗腐败机理

  糯米极易腐败,但研究发现,在一些灰浆样品中至今有着未完全降解的糯米支链淀粉成分,这种极易腐败的物质保持百年不腐的奥秘在于其制作及固化过程中的化学变化。在制作过程中,生石灰与糯米浆中所含的水分产生消解反应生成一定的活性氧,这种活性氧具有极强的杀菌作用,阻碍了细菌的滋生。同时,灰浆发生电离反应,生成了强碱环境,在这种环境下,细菌难以存活。在糯米灰浆固化过程中,糯米灰浆干燥结晶并因碳化作用而硬化,同时氢氧化钙和空气中的二氧化碳反应生成方解石晶型的碳酸钙,糯米灰浆在强碱性环境下固化,内部一直维持着无菌状态,在表面硬化后,空气等外界成分难以进入,使糯米灰浆内部的电离反应一直存在,长期抑制了细菌的产生。

  3配比材料及外部因素对糯米灰浆性能的影响

  3.1外加剂及配比的影响

  糯米灰浆不同配比会影响砖石间表面硬度、抗压强度、耐冻融性等。通过SEM和XRD分析,发现纤维能够提高糯米灰浆的抗压强度、耐冻融性和收缩性,硫酸铝能改善糯米灰浆的干燥收缩性,二水石膏对糯米灰浆抗压强度和表面硬度有一定的提高。李祖光等通过实验发现,硫酸铝和明矾可提高糯米灰浆的早期抗压强度,对糯米灰浆的收缩率有降低作用,但明矾会降低糯米灰浆的抗冻融性和耐水性。赵鹏等研究了传统灰浆的硬化机理、产物种类与组织形貌,结果表明,熟桐油的掺入可提高石灰浆硬化速度,使反应物更加密实,有效降低了土体的渗透系数,改善了土体的耐久性[3]。郑晓平发现硅酸盐对糯米灰浆的抗压强度、表面硬度、耐冻融性和耐水性均有改善。6%的硅酸盐糯米灰浆66d抗压强度高达1.41MPa,耐冻融性较空白样品提高了133%,耐水性能提高了43.8%,改性糯米灰浆性能的提高,与水化硅酸钙的生成有关[4]。

  3.2骨料大小的影响

  胡悦等通过研究,得出需要将骨料粒径控制在3mm以下,骨料/灰比例控制在2∶1以下。砖颗粒、河砂、石英砂3种骨料能使糯米灰浆的收缩性和抗冻性得到改善,砖颗粒糯米灰浆的抗冻性较空白样品提高了125%,优于石英砂与河砂。砖颗粒表面粗糙、多孔、多棱角,与石灰浆界面粘接强度高;此外,由于砖颗粒的火山灰性,可与灰浆中的石灰材料发生火山灰反应,生成凝胶状的水化硅酸钙,提升了灰浆性能。

  3.3温度及硬化时间等因素的影响

  张起勇发现了糯米浆温度在75℃~80℃时加固效果较好。丁嘉翔发现了相同糯米灰浆粘合龄期28d的试件初裂无侧限抗压强度和峰值无侧限抗压强度高[5]。

  4结语

  如今,糯米灰浆广泛应用于中国古建筑修复,我国学者针对糯米灰浆的配比、外加剂、灰浆改性等方面开展了一系列研究,以此提高其部分性能。然而相较于近现代许多性能优越的胶凝材料而言,糯米灰浆并不占优势。糯米灰浆的初期耐水性能较差,属于气硬性材料,在水环境中碳化较为困难,应用于气候潮湿地域时力学性能大大降低。因此,探究如何使糯米灰浆在水环境中更好地碳化是一个很好的研究方向。较水泥等现代胶凝材料而言,糯米灰浆在古建筑修复上具有着举足轻重的地位,是做到“修旧如旧”所必需的材料之一。若能弥补糯米灰浆性能方面的不足,必然会给中国古建筑的修复带来积极作用。

  参考文献

  [1]徐莉,朱伟豪,张德恒,等.糯米灰浆在古建筑保护中的研究及展望[J].江苏建材,2019(6):36-37.

  [2]杨富巍,张秉坚,曾余瑶,等.传统糯米灰浆科学原理及其现代应用的探索性研究[J].故宫博物院院刊,2008(5):105-114,159.

  [3]赵鹏,李广燕,张云升.桐油–石灰传统灰浆的性能与作用机理[J].硅酸盐学报,2013,41(8):1105-1110.

  [4]郑晓平,魏国锋,张秉坚.自制硅酸盐对传统糯米灰浆性能的影响[J].土木建筑与环境工程,2017,39(4):128-133.

  [5]张起勇.遗址土中SH溶液的渗透特性及其加固效果[D].兰州:兰州大学,2018.

  《中国古建筑中糯米灰浆的应用研究》来源:《江苏建材》,作者:蓝耀 胡昊 耿启新 岳阅 沈珑越

文章标题:中国古建筑中糯米灰浆的应用研究

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