一种砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆及制备方法与流程

本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆及制备方法。

背景技术：

水硬性石灰既能在水中硬化，又能在空气中硬化，兼顾水泥和石灰的优点，应用于砖石古建筑加固修复时，能克服水泥与古建筑基体物化性能不兼容，气硬性石灰强度与耐久性达不到保护要求的缺陷，仿古灰浆工艺繁杂、固化速度缓慢、且质量不易控制的确定，是理想的砖石及岩土质古建筑遗址修护胶凝材料。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆及制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过配合比优化以及制备方法研究，制备出物理力学性能优良稳定、具有良好的相容性和体积稳定性的砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆及制备方法，并大量综合利用工业固体废弃物，节约资源和能源，保护环境。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆，其原料包括如下组分：熟石灰、硅灰、骨料、聚合物乳胶粉、纤维素醚、纤维。

作为本发明的进一步改进，所述的砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆，以重量份计，其原料包括如下组分：熟石灰15～30份，硅灰3～10份，骨料45～75份，聚合物乳胶粉0.4～1.2份，纤维素醚0.03～0.15份，纤维1～3份。

作为本发明的进一步改进，所述硅灰为比表面积不小于16800m²/kg的硅灰。

作为本发明的进一步改进，所述骨料为废弃的砖石粉。

作为本发明的进一步改进，所述聚合物乳胶粉为乙烯基可再分散乳胶粉。

作为本发明的进一步改进，所述纤维素醚为黏度为10000～45000mpa·s的羟乙基甲基纤维素。

作为本发明的进一步改进，所述纤维为直径为0.5～3mm的木质纤维或聚丙烯纤维。

本发明还提供一种上述砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：

(1)向高速混合机中加入乙烯基可再分散乳胶粉、羟乙基甲基纤维素和纤维，混合均匀；

(2)调节高速混合机的转速，加入熟石灰、硅灰和骨料，混合均匀，即制得砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆。

作为本发明的进一步改进，步骤(1)中，混合转速为500～1000r/min。

作为本发明的进一步改进，步骤(2)中，转速为80～250r/min。

本发明公开了以下技术效果：

与欧美国家注重天然水硬石灰不同，由水硬性胶凝材料与气硬性石灰复合制得的调和水硬石灰更符合我国原材料现状及使用前景。

硅灰是硅铁合金厂和金属厂冶炼硅铁合金或金属硅时从烟尘中收集的一种飞灰，其颗粒超细，比表面积大，一般含有90％以上的sio2，且大部分为无定型二氧化硅，因此具有很高的火山灰活性。此外，硅灰还具有显著的填充效应、火山灰效应、孔隙溶液化学效应，因此，可作为水硬组分制备调和水硬石灰。

本发明制备的调和水硬石灰可替代价格昂贵的进口天然水硬石灰，用于粘结与加固材料，以便文物与古建筑修复，满足古建筑修复的迫切需求，具有较大的历史文化保护价值；还可为高水平利用硅灰寻找到一条有效途径，利于我国硅铁合金或金属硅技术的推广应用，响应可持续发展的要求，具有良好的生态环境效益和社会效益。

本发明通过科学研究和实践检验，综合利用硅灰的高火山灰活性、填充效应和孔隙溶液化学效应，聚合物添加剂的高粘结性和抗裂性，并通过制备工艺研究，成功制备出一种与砖石古建筑相容性佳、体积稳定性好，可应用于砖石古建筑加固修补的调和水硬石灰砂浆，而且还大量综合利用工业固体废弃物，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。

本发明提出的砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆，采用熟石灰与硅灰优化复配的方式作为主要胶凝材料。与水泥基砂浆相比，可显著减少利用水泥所产生的高能耗，且与砖石古建筑基体的相容性更佳；与天然水硬石灰基砂浆相比，可明显降低成本，还能促进固体废弃物的资源化利用。具有显著的经济效益和环保价值，便于大规模推广应用。

附图说明

图1为传统石灰胶凝材料外观；

图2为实施例1制备的砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆材料外观；

图3为对比例2制备的硅酸盐水泥砂浆处理外观。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例中，所用原材料及性能如下：

熟石灰：市售纯度大于98％的熟石灰粉。

硅灰：比表面积为16800m²/kg的硅灰。

天然水硬石灰：强度等级为nhl2的欧洲进口天然水硬石灰。

水泥：强度等级为42.5的硅酸盐水泥。

添加剂：乙烯基可再分散乳胶粉、黏度为30000mpa·s的羟乙基甲基纤维素、直径为0.5～3mm的木质纤维。

骨料：废弃粘土砖粉。

水：自来水。

实施例1-5

实施例1-5中，所述的砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆，以重量份计，其原料包括如下组分：熟石灰15～30份，硅灰3～10份，骨料45～75份，聚合物乳胶粉0.4～1.2份，纤维素醚0.03～0.15份，纤维1～3份。

实施例1-5的具体配比见表1。

上述砖石古建筑加固修复用硅灰调和水硬石灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：

(1)向高速混合机中加入乙烯基可再分散乳胶粉、羟乙基甲基纤维素和纤维，在500～1000r/min的转速下混合均匀；

(2)调节高速混合机的转速为80～250r/min，加入熟石灰、硅灰和骨料，混合均匀；

加入水，采用砂浆搅拌机自动挡搅拌，使其混合均匀，即可出料，然后制成标准试块用于检测。

对比例1-2

与实施例1-5不同的是，对比例1中以天然水硬石灰作为胶凝材料，对比例2中以硅酸盐水泥作为胶凝材料，以比较硅灰调和水硬石灰砂浆与目前砖石古建筑加固修复常用的天然水硬石灰砂浆和水泥砂浆的性能。

将实施例1-5及对比例1-2的硅灰调和水硬石灰砂浆及对比砂浆配合比汇总如表1，

表1硅灰调和水硬石灰砂浆及对比砂浆配合比

对上述实施例1-3及对比例1-2制得的砂浆进行性能检测，结果如表2所示，

表2性能测试结果

传统石灰胶凝材料外观、实施例1硅灰调和水硬石灰砂浆与对比例2硅酸盐水泥砂浆的外观如图1～3所示。

结果显示，本发明提出的硅灰调和水硬石灰砂浆，其外观与传统石灰质胶凝材料一致，满足古建筑修复材料“修旧如旧”的要求。硅灰调和水硬石灰砂浆还具有与天然水硬石灰基砂浆相近甚至更高的抗压强度、抗折强度和透气性，且能实现更低的收缩率、可溶盐含量和弹性模量；更重要的是，硅灰调和水硬石灰砂浆成本远低于天然水硬石灰砂浆。与硅酸盐水泥砂浆相比，硅灰调和水硬石灰砂浆早期强度较低，但180d天时的强度相差不大，并且具有持续增长的强度发展规律以及较低的收缩率、可溶盐含量和弹性模量，以及优异的透气性，保证其与砖石古建筑基体的良好相容性。因此，本发明提出的硅灰调和水硬石灰砂浆可以广泛推广应用于各种砖石古建筑加固修复工程。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。