一种利用超细火山灰粉体制备的高渗透性调和水硬石灰修复浆体

1.本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种利用超细火山灰粉体制备的高渗透性调和水硬石灰修复浆体。


背景技术：

2.由于砖石类文物受环境长期影响，普遍遭到一定程度的损伤或破坏。文物保护的目的就是要降低文物的损伤程度，将损伤或破坏的文物修复，延长文物的寿命。
3.水泥与有机物先后被用于砖石文物的表面修复，但由于它们的强度、透气性和耐久性等与文物不相容，使用后对文物的损害远大于保护。众多历史性纪念物，如北京长城、西安大雁塔、古村落的砖石建筑等，大都使用含糯米、桐油等的石灰基材料进行胶结。本着“材料兼容”和“修旧如旧”的原则，利用上述有机材料复合石灰进行砖石文物修复进入文保工作者的视野，但这类古代灰浆的渗透性差、固化速度缓慢且质量不易控制。
4.意大利学者提出利用石灰的纳米尺寸效应提高其渗透性并成功应用于壁画和纸张的保护与修复。但纳米石灰易在文物表面堆积且碳化慢、收缩大，将其用于城墙、石材等大体积文物的修复时存在较大的局限性。显然，仅借助形态效应优化的纳米石灰无法改变其依靠干燥结晶和碳化而硬化的本质。从原材料角度调控硬化机理才是改善石灰基材料性能的关键。调和水硬石灰是在气硬性石灰中添加含活性硅或铝的水硬性组分而制得，通过优选硅铝质原材料可使其具备与砖石土质文物相兼容的强度、透气性和耐候性。但现有的调和水硬石灰制成浆体对大体积砖石土质文物进行修复时容易出现石灰基修复材料的通病，即文物基体中有效组分渗入量低、分布不均，修复材料与文物风化层胶结固化效果差。众多研究和经验表明修复浆体良好的新拌性能，即低黏度、高流动度和适中的凝结时间是保障其在大体积砖石土质文物中深度渗透和均匀分布的前提。并且，粉体材料的颗粒粒径越小，其在多孔基体中的渗透性越强。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种利用超细火山灰粉体制备的高渗透性调和水硬石灰修复浆体，以解决上述现有技术存在的问题，使其在新拌状态下黏度低、流动性高、凝结速度较快，可快速渗透进入文物基体内部并及时胶结固化，实现有效修复组分在文物中的深度渗透和均匀分布，显著改善其对大体积砖石土质文物的修复效果。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明的技术方案之一：一种利用超细火山灰粉体制备的高渗透性调和水硬石灰修复浆体，包括以下组分：熟石灰、超细火山灰粉体、减水剂；
8.所述超细火山灰粉体包括超细矿粉、硅灰和纳米二氧化硅、超细粉煤灰和超细固硫灰。
9.进一步地，包括以下质量份数的组分：熟石灰50～70份、超细矿粉5～20份、硅灰2
～6份、纳米二氧化硅1～3份、超细粉煤灰5～20份、超细固硫灰3～9份、减水剂0.05～0.2份。
10.进一步地，所述熟石灰的平均粒径小于12μm。
11.进一步地，所述超细矿粉的平均粒径小于10μm。
12.进一步地，所述硅灰的平均粒径小于6μm。
13.进一步地，所述纳米二氧化硅的平均粒径小于50nm。
14.进一步地，所述超细粉煤灰的平均粒径小于6μm。
15.进一步地，所述超细固硫灰的平均粒径小于15μm。
16.更进一步地，所述超细矿粉为高炉矿渣粉；所述硅灰为硅冶炼工业副产物；所述纳米二氧化硅为无定形白色粉末；所述超细粉煤灰为燃煤电厂副产物；所述超细固硫灰为循环流化床燃煤固硫灰；所述减水剂为工业级聚羧酸减水剂。
17.本发明的技术方案之二：一种上述的调和水硬石灰修复浆体的制备方法，将熟石灰、超细矿粉、硅灰、纳米二氧化硅、超细粉煤灰、超细固硫灰、减水剂和水混合，搅拌均匀后得到所述调和水硬石灰修复浆体。
18.更进一步地，所述搅拌时间为3～4min。
19.更进一步地，所述调和水硬石灰修复浆体在施工现场施工时现场配制即可。
20.本发明的技术方案之三：一种上述的调和水硬石灰修复浆体在文物修复中的应用。
21.本发明公开了以下技术效果：
22.本发明的调和水硬石灰修复浆体具有与天然水硬石灰浆体相近甚至更低的黏度、更高的流动度以及更短的凝结时间，满足古建筑修复材料对其新拌性能的高要求；更重要的是，其成本远低于天然水硬石灰浆体。因此，本发明利用超细火山灰粉体制备的调和水硬石灰修复浆体可以广泛推广应用于各种砖石土质大体量古建筑加固修复工程。
23.本发明综合利用超细矿粉、硅灰与纳米二氧化硅的高火山灰活性，超细粉煤灰的滚珠效应及高流变性能、超细循环流化床燃煤固硫灰的膨胀特性，减水剂的流动性能改善作用，成功制备出一种具备黏度低、流动性好、凝结时间适中等优越新拌性能的调和水硬石灰修复浆体，使有效修复组分在文物中可以深度渗透和均匀分布。该调和水硬石灰修复浆体还大量综合利用工业固体废弃物，节约资源和能源，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。
具体实施方式
24.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
25.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
26.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规
技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
27.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
28.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
29.以下实施例中，所用原材料及性能如下：
30.熟石灰：市售纯度大于98％、平均粒径为10.28μm的白色粉末。
31.超细矿粉：平均粒径为8.76μm的高炉矿渣粉。
32.硅灰：市售平均粒径为5.24μm的白色粉末。
33.纳米二氧化硅：市售平均粒径为48.6nm的白色粉末。
34.超细粉煤灰：将i级粉煤灰经粉磨获得的平均粒径为3.02μm的超细粉煤灰。
35.超细固硫灰：利用振动磨粉磨至平均粒径为13.07μm的循环流化床燃煤固硫灰。
36.减水剂：市售聚羧酸减水剂。
37.水：自来水。
38.以下实施例所称的“份”均为“质量份”。
39.实施例1
40.将51份熟石灰、15份超细矿粉、2份硅灰、3份纳米二氧化硅、10份超细粉煤灰、9份超细固硫灰、0.15份减水剂、75份水混合搅拌4min，得到高流动性调和水硬石灰修复浆体。
41.实施例2
42.将66份熟石灰、20份超细矿粉、2份硅灰、1份纳米二氧化硅、5份超细粉煤灰、6份超细固硫灰、0.12份减水剂、75份水混合搅拌4min，得到高流动性调和水硬石灰修复浆体。
43.实施例3
44.将62份熟石灰、10份超细矿粉、6份硅灰、1份纳米二氧化硅、15份超细粉煤灰、6份超细固硫灰、0.08份减水剂、75份水混合搅拌4min，得到高流动性调和水硬石灰修复浆体。
45.实施例4
46.将57份熟石灰、20份超细矿粉、2份硅灰、3份纳米二氧化硅、15份超细粉煤灰、3份超细固硫灰、0.2份减水剂、75份水混合搅拌4min，得到高流动性调和水硬石灰修复浆体。
47.实施例5
48.将70份熟石灰、10份超细矿粉、4份硅灰、2份纳米二氧化硅、5份超细粉煤灰、9份超细固硫灰、0.1份减水剂、75份水混合搅拌4min，得到高流动性调和水硬石灰修复浆体。
49.实施例6
50.将70份熟石灰、14份超细矿粉、4份硅灰、1份纳米二氧化硅、5份超细粉煤灰、6份超细固硫灰、0.2份减水剂、75份水混合搅拌4min，得到高流动性调和水硬石灰修复浆体。
51.对比例1
52.将100份nhl2、0.1减水剂混合搅拌4min，得到天然水硬石灰浆体。
53.nhl2为目前大体积砖石土质文物加固修复常用的天然水硬石灰。
54.对比例2
55.将100份nhl2、0.1减水剂混合搅拌4min，得到天然水硬石灰浆体。
56.实施例1～6和对比例1～2的组分见表1。
57.表1高流动性调和水硬石灰修复浆体及天然水硬石灰浆体的组分
[0058][0059]
效果例1
[0060]
参照gb/t 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》、jc/t 1083-2008《水泥与减水剂相容性试验方法》和gb/t 2013-46-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》，测定实施例1～6和对比例1～2制备得到的浆体的流动度经时演变、马什漏斗表观黏度和凝结时间，结果见表2。
[0061]
表2
[0062][0063][0064]
从表2中可以看出，本发明的高流动性调和水硬石灰修复浆体，通过调整配合比可
具有与天然水硬石灰浆体相近甚至更低的黏度、更高的流动度以及更短的凝结时间，满足古建筑修复材料对其新拌性能的高要求；更重要的是，其成本远低于天然水硬石灰浆体。因此，本发明利用超细火山灰粉体制备的调和水硬石灰修复浆体可以广泛推广应用于各种砖石土质大体量古建筑加固修复工程。
[0065]
对比例3
[0066]
同实施例2，区别在于，缺少15份矿粉、2份硅灰、1份纳米二氧化硅、6份超细固硫灰，多出24份熟石灰。
[0067]
对比例4
[0068]
同实施例2，区别在于，缺少10份矿粉、1份纳米二氧化硅、6份超细固硫灰，多出4份硅灰、10份超细粉煤灰、2份熟石灰。
[0069]
对比例5
[0070]
同实施例2，区别在于，缺少6份硅灰、3份超细固硫灰、6份熟石灰，多出1份纳米二氧化硅、10份超细粉煤灰。
[0071]
对比例6
[0072]
同实施例2，区别在于，缺少5份超细粉煤灰，多出1份矿粉、4份熟石灰。
[0073]
对比例3～6的组分见表3。
[0074]
测定对比例3～6制备得到的浆体的流动度经时演变、马什漏斗表观黏度和凝结时间，结果见表4。
[0075]
表3高流动性调和水硬石灰修复浆体组分
[0076][0077]
表4
[0078][0079]
从表4中可以看出，缺少上述超细火山灰材料制备得到的浆体，难以满足古建筑修复材料对其新拌性能的高要求。
[0080]
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。