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    中國(guó)古建筑中糯米灰漿應(yīng)用探析

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    中國(guó)古建筑中糯米灰漿應(yīng)用探析

    摘要:綜述了糯米灰漿的應(yīng)用歷史、科學(xué)原理、配比材料和外部因素對(duì)糯米灰漿力學(xué)性能的影響,介紹了近年來學(xué)者們對(duì)糯米灰漿性能影響因素的研究進(jìn)展,并對(duì)未來糯米灰漿的研究應(yīng)用提出建議。

    關(guān)鍵詞:糯米灰漿;古建筑;傳統(tǒng)灰漿;外加劑

    1糯米灰漿的應(yīng)用歷史

    糯米灰漿是在灰漿中加入一定量的糯米湯,形成一種具有高粘結(jié)力的灰漿,是我國(guó)古代應(yīng)用廣泛的建筑粘接材料,有著悠久的應(yīng)用歷史。根據(jù)考古學(xué)研究,糯米灰漿出現(xiàn)于南北朝,發(fā)展于隋唐,興盛于明清[1]。在南北朝時(shí)期,人們將糯米、熟石灰及石灰?guī)r混合,制成漿糊,形成超強(qiáng)度的“糯米砂漿”,用于墓葬。隋唐年間,人們開始將糯米灰漿應(yīng)用于橋梁、廟宇、古塔等建筑。明清時(shí)期,稻米產(chǎn)量突飛猛進(jìn),糯米灰漿應(yīng)用更加廣泛。糯米灰漿作為一種復(fù)合膠凝材料,比純石灰砂漿的強(qiáng)度更大、更具耐水性[2],它的出現(xiàn)使建筑膠凝材料的粘接性有了質(zhì)的飛躍,代表了我國(guó)古代石灰基粘合劑的最高成就。

    2糯米灰漿的科學(xué)機(jī)理

    2.1固化機(jī)理

    研究表明,石灰中混入3%的糯米漿,其抗壓強(qiáng)度可提高30倍,表面硬度可提高2.5倍。在灰漿固化期間,糯米漿起到了調(diào)控碳酸鈣結(jié)晶過程和微結(jié)構(gòu)的作用,并與生成的方解石晶型碳酸鈣結(jié)合,隨著固化時(shí)間的延長(zhǎng),糯米灰漿強(qiáng)度不斷提高,直至完全轉(zhuǎn)化為碳酸鈣。糯米灰漿的碳酸鈣顆粒比傳統(tǒng)灰漿更加細(xì)小,糯米漿的調(diào)控作用限制了方解石的結(jié)晶度,使其結(jié)構(gòu)更加致密,同時(shí)糯米淀粉與無機(jī)物緊密復(fù)合填充,灰漿整體強(qiáng)度大為提高。

    2.2抗腐敗機(jī)理

    糯米極易腐敗,但研究發(fā)現(xiàn),在一些灰漿樣品中至今有著未完全降解的糯米支鏈淀粉成分,這種極易腐敗的物質(zhì)保持百年不腐的奧秘在于其制作及固化過程中的化學(xué)變化。在制作過程中,生石灰與糯米漿中所含的水分產(chǎn)生消解反應(yīng)生成一定的活性氧,這種活性氧具有極強(qiáng)的殺菌作用,阻礙了細(xì)菌的滋生。同時(shí),灰漿發(fā)生電離反應(yīng),生成了強(qiáng)堿環(huán)境,在這種環(huán)境下,細(xì)菌難以存活。在糯米灰漿固化過程中,糯米灰漿干燥結(jié)晶并因碳化作用而硬化,同時(shí)氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成方解石晶型的碳酸鈣,糯米灰漿在強(qiáng)堿性環(huán)境下固化,內(nèi)部一直維持著無菌狀態(tài),在表面硬化后,空氣等外界成分難以進(jìn)入,使糯米灰漿內(nèi)部的電離反應(yīng)一直存在,長(zhǎng)期抑制了細(xì)菌的產(chǎn)生。

    3配比材料及外部因素對(duì)糯米灰漿性能的影響

    3.1外加劑及配比的影響

    糯米灰漿不同配比會(huì)影響磚石間表面硬度、抗壓強(qiáng)度、耐凍融性等。通過SEM和XRD分析,發(fā)現(xiàn)纖維能夠提高糯米灰漿的抗壓強(qiáng)度、耐凍融性和收縮性,硫酸鋁能改善糯米灰漿的干燥收縮性,二水石膏對(duì)糯米灰漿抗壓強(qiáng)度和表面硬度有一定的提高。李祖光等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),硫酸鋁和明礬可提高糯米灰漿的早期抗壓強(qiáng)度,對(duì)糯米灰漿的收縮率有降低作用,但明礬會(huì)降低糯米灰漿的抗凍融性和耐水性。趙鵬等研究了傳統(tǒng)灰漿的硬化機(jī)理、產(chǎn)物種類與組織形貌,結(jié)果表明,熟桐油的摻入可提高石灰漿硬化速度,使反應(yīng)物更加密實(shí),有效降低了土體的滲透系數(shù),改善了土體的耐久性[3]。鄭曉平發(fā)現(xiàn)硅酸鹽對(duì)糯米灰漿的抗壓強(qiáng)度、表面硬度、耐凍融性和耐水性均有改善。6%的硅酸鹽糯米灰漿66d抗壓強(qiáng)度高達(dá)1.41MPa,耐凍融性較空白樣品提高了133%,耐水性能提高了43.8%,改性糯米灰漿性能的提高,與水化硅酸鈣的生成有關(guān)[4]。

    3.2骨料大小的影響

    胡悅等通過研究,得出需要將骨料粒徑控制在3mm以下,骨料/灰比例控制在2∶1以下。磚顆粒、河砂、石英砂3種骨料能使糯米灰漿的收縮性和抗凍性得到改善,磚顆粒糯米灰漿的抗凍性較空白樣品提高了125%,優(yōu)于石英砂與河砂。磚顆粒表面粗糙、多孔、多棱角,與石灰漿界面粘接強(qiáng)度高;此外,由于磚顆粒的火山灰性,可與灰漿中的石灰材料發(fā)生火山灰反應(yīng),生成凝膠狀的水化硅酸鈣,提升了灰漿性能。

    3.3溫度及硬化時(shí)間等因素的影響

    張起勇發(fā)現(xiàn)了糯米漿溫度在75℃~80℃時(shí)加固效果較好。丁嘉翔發(fā)現(xiàn)了相同糯米灰漿粘合齡期28d的試件初裂無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和峰值無側(cè)限抗壓強(qiáng)度高[5]。

    4結(jié)語

    如今,糯米灰漿廣泛應(yīng)用于中國(guó)古建筑修復(fù),我國(guó)學(xué)者針對(duì)糯米灰漿的配比、外加劑、灰漿改性等方面開展了一系列研究,以此提高其部分性能。然而相較于近現(xiàn)代許多性能優(yōu)越的膠凝材料而言,糯米灰漿并不占優(yōu)勢(shì)。糯米灰漿的初期耐水性能較差,屬于氣硬性材料,在水環(huán)境中碳化較為困難,應(yīng)用于氣候潮濕地域時(shí)力學(xué)性能大大降低。因此,探究如何使糯米灰漿在水環(huán)境中更好地碳化是一個(gè)很好的研究方向。較水泥等現(xiàn)代膠凝材料而言,糯米灰漿在古建筑修復(fù)上具有著舉足輕重的地位,是做到“修舊如舊”所必需的材料之一。若能彌補(bǔ)糯米灰漿性能方面的不足,必然會(huì)給中國(guó)古建筑的修復(fù)帶來積極作用。

    參考文獻(xiàn)

    [1]徐莉,朱偉豪,張德恒,等.糯米灰漿在古建筑保護(hù)中的研究及展望[J].江蘇建材,2019(6):36-37.

    [2]楊富巍,張秉堅(jiān),曾余瑤,等.傳統(tǒng)糯米灰漿科學(xué)原理及其現(xiàn)代應(yīng)用的探索性研究[J].故宮博物院院刊,2008(5):105-114,159.

    [3]趙鵬,李廣燕,張?jiān)粕?桐油–石灰傳統(tǒng)灰漿的性能與作用機(jī)理[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2013,41(8):1105-1110.

    [4]鄭曉平,魏國(guó)鋒,張秉堅(jiān).自制硅酸鹽對(duì)傳統(tǒng)糯米灰漿性能的影響[J].土木建筑與環(huán)境工程,2017,39(4):128-133.

    [5]張起勇.遺址土中SH溶液的滲透特性及其加固效果[D].蘭州:蘭州大學(xué),2018.

    作者:藍(lán)耀 胡昊 耿啟新 岳閱 沈瓏越 單位:南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院

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