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鼓浪屿历史风貌建筑加固置换砂浆的改性研究

鼓浪屿历史风貌建筑加固置换砂浆的改性研究

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作者：吴琪昕厦门大学

学位级别：硕士

据不完全统计,鼓浪屿上有将近1000栋的历史风貌建筑,伴随着申遗的成功,该建筑群的保护与利用受到了广泛关注。其中大约四分之一建筑保存现状令人堪忧,尤其墙体损毁最为普遍。通过实地调研与取样分析发现,鼓浪屿历史风貌建筑多由石灰基... 详细信息

据不完全统计,鼓浪屿上有将近1000栋的历史风貌建筑,伴随着申遗的成功,该建筑群的保护与利用受到了广泛关注。其中大约四分之一建筑保存现状令人堪忧,尤其墙体损毁最为普遍。通过实地调研与取样分析发现,鼓浪屿历史风貌建筑多由石灰基砂浆砌筑而成,且砂浆退化严重。为此,课题组提出采用置换砂浆补强加固的砌体修复保护技术。石灰是人类最早使用的无机胶凝材料之一,与砖石砌体兼容性好,在历史建筑修复领域具有其他材料不可取代的优势。我国内陆地区通常采用石灰石来烧制石灰,而在福建东南沿海地区,人们采用随处可见的牡蛎壳来烧制石灰（简称壳灰）。本着“修旧如旧”的保护原则,采用壳灰砂浆作为置换砂浆是一种明智的选择·然而,壳灰砂浆存在所有石灰基砂浆的通病:凝结硬化慢,硬化强度低,特别是早期强度低,收缩变形大且不耐水等。显而易见,传统壳灰砂浆无法满足砌体快速补强加固要求,需要采取科学方法来改善其性能缺陷.本文分别采用黏土、糯米、纤维等传统材料和硅铝质活性材料对壳灰砂浆进行了改性研究,最终通过引入两种硅铝质改性材料,成功地将气硬性壳灰转变为同时兼具水硬性和气硬性的改性壳灰,改性效果显著。在此基础上,对改性壳灰砂浆的配合比设计、性能指标及微观机理开展了一系列探究,并将改性壳灰砂浆用于实际工程,取得了很好的效果。通过上述研究与工程应用,主要得到以下成果:1.通过实地调研,选取四栋典型鼓浪屿（岛的四周及中部）历史风貌建筑为代表,取样分析既有砂浆的成分及微观结构,评估既有砂浆的风化程度.结果表明:该建筑群砂浆大部分为石灰黏土混合砂浆,少部分为石灰砂浆,由于建筑长年遭受海风、盐雾的侵蚀以及高温、高湿和干湿交替的破坏作用,导致砂浆整体风化严重;2.开展了传统壳灰砂浆的模拟试验研究,结果证实:硬化的壳灰砂浆仅包含碳酸钙和氢氧化钙两种晶体成分,无任何水硬性成分,其微观结构疏松多孔,导致砂浆的强度很低,28d抗压强度甚至还不到0.5MPa;3.采用黏土、糯米、纤维等传统材料对壳灰砂浆进行了改性研究.结果显示:在壳灰砂浆中加入上述传统改性材料,砂浆的抗压强度及弹性模量虽有所提高,但是非常有限,三种改性方案中的优化组28d抗压强度仅为1.0MPa,无法满足砌体加固修复要求;4.采用两种硅铝质活性材料对壳灰砂浆进行了改性研究。结果表明:在壳灰砂浆中复配两种硅铝质活性材料,不仅能够显著提高壳灰砂浆的抗压强度和抗折强度,特别是早期强度,同时明显改善了耐候性,弹性模量亦有所提高,收缩变形减小,抗变形能力增强。经过改性的壳灰砂浆同时兼具气硬性与水硬性,从本质上改变了壳灰砂浆的气硬性属性;5.基于人工置换与机具置换两种工艺考虑,相应研究不同稠度下改性壳灰砂浆的工作性、力学性能、耐候性及体积稳定性,根据砂浆不同强度等级要求,确定了人工置换改性壳灰砂浆GM与机具置换改性壳灰砂浆SM的配制方案和制备方法;6.将SM砂浆用于砌筑尺寸为180mm × 240mm × 360mm的小型砌体结构,通过检测28d砌体沿通缝截面抗剪强度,完成改性壳灰砂浆在砌体结构置换加固的可行性研究。试验表明:SM砂浆与砖面的粘结性良好,且满足修复砂浆的“可逆性”要求,28d抗剪强度相对纯壳灰砂浆提高680%,改性效果显著;7·将SM砂浆应用于鼓浪屿某工程修复加固工程,通过检测砖缝间砂浆的抗压强度,完成改性壳灰砂浆工程应用评估。现场检测表明:采用改性壳灰砂浆置换既有退化砂浆,施工方便快捷,灰缝饱满且无明显色差,置换后砂浆的抗压强度提高了近9倍,补强加固效果明显,是一种值得推广的历史风貌建筑加固修复的砂浆。

关键词：鼓浪屿历史风貌建筑加固修复壳灰砂浆改性

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