專利名稱：糯米三合土膠凝材料的制備及使用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種糯米石灰砂漿磚砌體結構的膠凝材料及其使用方法，屬于土木工程、材料工程和環境工程等領域。
背景技術：
隨著古建筑物修復成為全社會的責任和仿古建筑的大量興起，在建設資源節約型、環境友好型社會日益成為全社會共識的大環境下，常見的用水泥等現代膠凝材料來修復古建筑物和建造仿古建筑物既不符合《中華人民共和國文物保護法》的不能改變文物原貌的相關規定，而且這些現代膠凝材料的產生過程也會產生較大的環境污染。由于現在的主要建筑材料是混凝土，主要膠凝材料是水泥砂漿，據保守估計，全球每年向大氣中排放的二氧化碳有7%要歸罪于水泥生產。水泥生產過程中資源和能源消耗量大，造成嚴重的環境污染。例如，水泥生產要消耗大量的石灰石資源和粘土資源。在我國，每噸水泥熟料要用 I. 4 I. 5t石灰石，O. 2 O. 3t粘土和O. 2t煤炭；同時，生產排放大量的CO2、NOkNO2等氣體和粉塵；石灰石資源和粘土資源的大量消耗會破壞植被，造成水土流失；C02等具有溫室效應的氣體濃度的不斷增加會導致地球環境表面溫度上升，對氣候、農業和生態系統造成嚴重影響；煤炭燃燒產生的二氧化硫、氮氧化合物是有害人體健康的氣體，也是“酸雨”形成的重要原因。我國古代建筑中有在磚砌體結構粘結材料中加糯米漿等的記載，但是其組成成分、具體制備過程及使用方法不清楚。民間傳說有糯米粉+ 二合土、糯米粉+ 二合土 +紅糖、 有糯米粉+三合土 +明礬的配方，針對這些配方，經室內試驗發現用糯米粉+三合土 +紅糖和糯米粉+三合土 +明礬來修復和仿建古建筑物，雖然滿足環保要求，也符合《中華人民共和國文物保護法》的不能改變文物原貌的相關規定，但是強度相對不足。

發明內容
本發明的目的在于解決上述問題，制備一種其生產過程既不會對環境產生較大的污染，又能符合《中華人民共和國文物保護法》關于修復古建筑的不明顯改變古建筑物原貌的相關規定，又能提高磚砌體結構的抗壓抗剪強度的一種環保型磚砌體古建筑修復和仿建的膠凝材料。由糯米粉+三合土 +紅糖+明帆按一定比例組成的糯米三合土符合《中華人民共和國文物保護法》關于修復古建筑的不明顯改變古建筑物原貌的相關規定。相比水泥砂漿，糯米三合土取材方便，加工程度低，而且環保，更在工程建設中弘揚了中國的傳統文化。相比于糯米粉+三合土 +紅糖，有糯米粉+三合土 +明礬，強度又得到較大幅度的提高。糯米三合土膠凝材料的制備步驟為
①配制三合土。②稱量所需三合土干質量3%左右的糯米粉，再稱取占糯米粉質量O. 4%左右的明礬和占糯米粉質量的1%左右的紅糖，混合均勻。③將糯米粉、明礬和紅糖的混合物，置于加熱器皿中，加入清水，清水的質量按照使三合土的含水率為50%左右來確定，攪拌均勻后蒸煮至水剛剛燒開時糯米粉基本糊化。④將糊化好的糯米漿體倒入三合土中，在攪拌機中與糊化糯米漿體混合并拌合均勻后糯米三合土膠凝材料制備完成。糯米三合土膠凝材料的使用方法為
①施工磚砌體建筑物時，首先浸泡磚塊表面達到濕潤。②砌墻時，每兩層磚之間糯米三合土膠凝材料的厚度為IOmm左右。③磚墻宜分階段砌筑,每個階段砌筑4、層，自然條件下養生3d,待已砌結構形成強度之后，再繼續砌筑下一階段。④每砌筑一個階段，要在墻體內外兩面的糯米三合土膠凝材料粘結層上用石灰漿抹縫。⑤循環上述過程，直到整體砌筑工程完成。本發明優點
①糯米三合土膠凝材料具有節約能源、保護環境、符合《中華人民共和國文物保護法》 的修復文物時不能改變文物原貌相關規定。②三合土中的消石灰(Ca(OH)2)和空氣中的CO2反應生成碳酸鈣，糯米粉糊化后的主要成分支鏈淀粉能使Ca (OH) 2與CO2反應生成的CaCO3顆粒細小而且致密；明礬水解生成氫氧化鋁，與淀粉分子發生物理吸附，較小的紅糖分子含有多個羥基與淀粉分子相互作用，都能提高糯米粉的粘性。因此將紅糖、明礬和糯米粉一并加入到三合土之中，使糯米漿更好的調控碳酸鈣晶體的生長，從而改善其力學性能。③添加的明礬和紅糖本身成本不高，質量又比較小，僅僅分別占糯米粉質量的 O. 4%左右和1%左右，即微小的添加量抗壓強度便會產生較大幅度的提高。通過立方體抗壓強度試驗表明添加占糯米粉質量O. 4%左右的明礬，比三合土中只摻加糯米粉的抗壓強度提聞15% ;添加占儒米粉質量1%左右的紅糖，比二合土中只慘加儒米粉的抗壓強度提聞10% 左右，而同時占糯米粉質量O. 4%左右的明礬和占糯米粉質量1%左右的紅糖，即采用本發明提出的糯米三合土，則其抗壓強度比三合土中只摻加糯米粉的抗壓強度提高25%左右。④通過標準紅磚的粘結面雙面剪切試驗發現，采用本發明提出的糯米三合土來粘結紅磚，其膠結面抗剪強度比單添糯米粉的三合土的強度有所提高，在每隔一層紅磚重力的作用下，強度大約提高6kPa。一般情況下抗壓強度高的砂漿，粘結強度也就越高的，可以推斷出本發明提出的糯米三合土的膠結面抗剪強度將高于糯米粉+三合土 +紅糖、糯米粉+三合土 +明礬的的膠結面抗剪強度。同時也可以發現，當糯米三合土的含水率在50% 左右時，其粘結磚塊的能力最強。⑤通過水穩定性試驗發現，本發明提出的糯米三合土的水穩定性高于糯米粉+ 三合土的水穩定性，大約提高25%左右。
實施例(I)糯米三合土膠凝材料的配制
①配制三合土膠凝材料。以所需三合土干質量50kg為例，三合土參考配比為紅粘土 黃沙熟石灰=3 3 :2，紅粘土使用實驗室現有的江西省紅粘土。首先將生石灰熟化成熟石灰，稱取所需質量的生石灰塊，將大塊生石灰敲打成小碎塊放在鐵筒里，再稱取生石灰質量一半的水，用噴壺均勻的向生石灰塊上噴灑，將鐵筒蓋上蓋子，靜置一晝夜。將熟化好的熟石灰過2_篩并放在烘箱里烘干備用。然后將紅粘土和黃沙均過2_篩并風干，然后稱取18. 75kg紅粘土、18. 75kg黃沙和12. 5kg熟石灰，混合攪拌均勻。②稱取占三合土干質量3%的糯米粉I. 5kg,稱取占糯米粉質量O. 4%的明帆6. Og 和占糯米粉質量1%的紅糖15g，放入加熱器皿中，倒入清水，清水的質量是使配成的三合土含水率在50%左右，為加入50kg，攪拌均勻蒸煮到水剛剛燒開的時候糯米粉基本糊化，為了使糯米粉不沉于水底蒸煮過程中不斷用大鐵勺攪拌。③將糊化好的糯米漿體倒入三合土中，在攪拌機中與糊化糯米漿體混合并拌合均勻后糯米三合土膠凝材料制備完成。④通過立方體抗壓強度試驗，試驗所用的立方體試件采用 70. 7mmX70. 7mmX70. 7mm的鋼模制作，每組試件制3個平行樣。制樣前用黃油等密封材料涂抹試模的外接縫，試模內涂刷薄層機油或脫模劑，將拌好的糯米三合土分三層倒入試模， 每層用搗棒搗實并刮毛，使土高出試模頂面6 8_，并將高出試模頂面的土用調土刀刮去并抹平，制樣時保證同一組試樣質量相同。根據三合土是氣硬性膠凝材料的特性，選擇直接放在實驗室進行干法養護，養護一晝夜后脫模，并繼續養護到28天。同時按相同方法在條件相同的情況下制作糯米粉+三合土、糯米粉+三合土 +紅糖、糯米粉+三合土 +明礬的試樣，養護至28天，用電子萬能試驗機做抗壓試驗。結果表明本發明提出的糯米三合土膠凝材料的抗壓強度為I. 19Mpa，糯米粉+三合土的抗壓強度為O. 95Mpa，糯米粉+三合土 +紅糖的抗壓強度為I. 07Mpa,糯米粉+三合土 +明礬的抗壓強度為I. 03Mpa。即本發明提出的糯米三合土膠凝材料的抗壓強度，比三合土中只摻加糯米粉的抗壓強度提高24%左右；比添加糯米粉和紅糖的抗壓強度提高10%左右；比添加糯米粉和明礬的抗壓強度提高15%左右。可以看出本發明提出的糯米三合土僅僅對微小添加量的紅糖和明礬進行組合，其抗壓強度便會產生較大幅度的提高。改變糯米粉、紅糖和明礬的添加量，取糯米粉占三合土干質量的1%、3%、5%，取紅糖占糯米粉質量的O. 5%、1%、1. 5%，取明礬占糯米粉質量的O. 2%、0. 4%、0. 6%，固定另外兩種添加物，改變其中一種添加物的摻量，即做立方體抗壓強度的單因素試驗。固定紅糖和明礬的摻量，變化糯米粉的摻量，當糯米粉摻量分別取1%、3%、5%時， 其對應的抗壓強度分別為1.05Mpa、l. 19Mpa、l. 13Mpa，證明糯米粉的最優摻量是占三合土干質量的3%。固定糯米粉和明礬的摻量，變化紅糖的摻量，當紅糖摻量分別取占糯米粉質量的 O. 5%、1%、1. 5%，其對應的抗壓強度分別為I. 12Mpa、l. 19Mpa、l. 15Mpa，證明紅糖的最優摻量是占糯米粉質量的1%。固定糯米粉和紅糖的摻量，變化明礬的摻量，當明礬摻量分別取占糯米粉質量的
O.2%、0. 4%、0. 6%，其對應的抗壓強度分別為I. 04Mpa、l. 19Mpa、l. 05Mpa，證明明礬的最優摻
量是占糯米粉質量的O. 4%。⑤通過標準紅磚的粘結面雙面剪切試驗，采用本發明提出的糯米三合土膠凝材料將三塊紅磚粘結在一起，粘結層厚IOmm左右，兩側紅磚處于同一水平高度，中間的紅磚高出兩側IOmm左右。將磚體作為一個整體分別在上面加壓一塊紅磚、兩塊紅磚、三塊紅磚養護28d。用萬能試驗機測定其膠結面抗剪強度，分別為38. 48kPa、42. 74kPa、50. 38kPa。按照同樣的方法測定用糯米粉+三合土粘結磚塊的膠結面抗剪強度，分別為30. 37kPa、 37. 45kPa、43. 29kPa。即使用本發明提出的糯米三合土膠凝材料粘結磚塊，比用單添糯米粉的三合土粘結磚塊的膠結面抗剪強度有所提高，在每隔一層紅磚重力的作用下，強度大約提高6kPa左右。通過一般情況下抗壓強度高的砂漿，粘結強度也就越高的，可以推斷出本發明提出的糯米三合土膠凝材料的膠結面抗剪強度將高于糯米粉+三合土 +紅糖、糯米粉 +三合土 +明礬的的膠結面抗剪強度。同時也可以發現，當糯米三合土的含水率在50%左右時，其粘結磚塊的能力最強。 當含水率為45%時，將磚體作為一個整體分別在上面加壓一塊紅磚、兩塊紅磚、三塊紅磚養護28d。得到的其膠結面抗剪強度分別為26. 01kPa、33. 82kPa、41. OlkPa0將含水率增大到 55%，同樣的將磚體作為一個整體分別在上面加壓一塊紅磚、兩塊紅磚、三塊紅磚養護28d。 得到的其膠結面抗剪強度分別為28. 41kPa、30. 23kPa、37. 21kPa。試驗結果表明，糯米三合土含水率為50%左右時粘結磚塊的性能最好。⑥通過水穩定性試驗，其試樣的制備和養護方法同立方體抗壓強度試驗相同，試樣養護到27天時，一組試樣浸水24小時后取出進行28天齡期的抗壓強度試驗，另一組不浸水繼續養護24小時后取出進行28天齡期的抗壓強度試驗。用水穩定系數來評價糯米三合土膠凝材料的水穩定性。定義為水穩定性系數=浸水立方體抗壓強度/不浸水立方體抗壓強度。由定義可知水穩定系數越大，水穩定性越好。計算各糯米三合土膠凝材料的水穩定性系數為O. 441左右，按照同樣的方法計算糯米粉+ 二合土、糯米粉+ 二合土 +紅糖、糯米粉+三合土 +明礬的水穩定系數，分別為O. 366、O. 347、O. 371。表明本發明提出的糯米三合土膠凝材料的水穩定性好于其他三種組合。(2)使用方法
①施工磚砌體建筑物時，為了使磚塊和糯米三合土之間容易粘合同時到達糯米三合土中的水分不至于很快被干燥的磚塊吸干的目的，磚在使用前用水浸透。磚塊數量較少時直接將磚塊放在容器中泡水，到磚塊表面不再有氣泡冒出然后取出，放一會，磚塊表面達到濕潤而不是濕淋淋的時候可以使用。如果是大量的磚塊，可以用自來水管直接從磚堆頂面往下面沖水，沖透為止。②砌墻時，每兩層紅磚之間糯米三合土的厚度為IOmm左右。③磚墻宜分階段砌筑，每個階段砌筑4飛層，自然條件下養生3d，待已砌結構形成強度之后，再繼續砌筑下一階段。④每砌筑一個階段，要在墻體內外兩面的糯米三合土層上涂刷一層石灰漿配制成的石灰漿視覺上看不太稀薄也不太粘稠即可以。⑤循環上述過程，直到整體砌筑工程完成，可用于主體結構的承重，并具有良好耐久性，且其強度隨時間的增長而增長，歷久彌堅。
權利要求
1.糯米三合土膠凝材料，其特征在于制備步驟為①配制三合土；②稱量所需三合土干質量3%的糯米粉,再稱取占糯米粉質量O.4%的明帆和占糯米粉質量的1%的紅糖，混合均勻；③將糯米粉、明礬和紅糖的混合物，置于加熱器皿中，加入清水，清水的質量按照使三合土的含水率為50%來確定，攪拌均勻后蒸煮至水剛剛燒開時糯米粉基本糊化；④將糊化好的糯米漿體倒入三合土中，在攪拌機中與糊化糯米漿體混合并拌合均勻后糯米三合土膠凝材料制備完成。
2.基于權利要求I所述的糯米三合土膠凝材料，其特征在于使用方法為①施工磚砌體建筑物時，首先浸泡磚塊表面達到濕潤；②砌墻時，每兩層磚之間糯米三合土膠凝材料的厚度約為IOmm;③磚墻宜分階段砌筑，每個階段砌筑4、層，自然條件下養生3d,待已砌結構形成強度之后，再繼續砌筑下一階段；④每砌筑一個階段，要在墻體內外兩面的糯米三合土膠凝材料粘結層上用石灰漿抹⑤循環上述過程，直到整體砌筑工程完成。
全文摘要
本發明涉及一種糯米石灰砂漿磚砌體結構的膠凝材料及其使用方法，屬于土木工程領域。本發明糯米三合土膠凝材料的制備包括配制三合土；稱量所需三合土干質量3%左右的糯米粉，再稱取占糯米粉質量0.4%左右的明礬和占糯米粉質量的1%左右的紅糖，混合均勻；將糯米粉、明礬和紅糖的混合物，置于加熱器皿中，加入清水，攪拌均勻后蒸煮至糊化；將糊化好的糯米漿體倒入三合土中，在攪拌機中拌合均勻而成。本發明糯米三合土膠凝材料具有節約能源，取材方便，加工程度低，而且環保，又能提高磚砌體結構的抗壓抗剪強度，是一種磚砌體古建筑修復和仿建的理想膠凝材料。
文檔編號C04B26/00GK102584102SQ20121006041
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月9日 優先權日2012年3月9日
發明者張文慧, 王保田, 王永磊, 趙娜, 鄭華文 申請人:河海大學