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高湿度养护条件下石灰的改性研究及风化灰浆的加固剂筛选

高湿度养护条件下石灰的改性研究及风化灰浆的加固剂筛选

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作者：陈绍华北京化工大学

学位级别：硕士

近些年古建筑的修缮经验及研究表明,传统气硬性石灰仍是古建筑修复中匹配性最高的胶凝材料,但其性能受外界环境影响极大。本文针对古建筑中需拆除重建部分的新制备灰浆,首先探讨传统气硬性灰浆适宜的养护条件并阐释其碳化机理;为应对不... 详细信息

近些年古建筑的修缮经验及研究表明,传统气硬性石灰仍是古建筑修复中匹配性最高的胶凝材料,但其性能受外界环境影响极大。本文针对古建筑中需拆除重建部分的新制备灰浆,首先探讨传统气硬性灰浆适宜的养护条件并阐释其碳化机理;为应对不利的高湿度养护条件,以三种火山灰质材料——硅灰(SF)、偏高岭土(MK)、纳米二氧化硅(NS)及铝酸酯偶联剂乳液(ACAE)为改性剂,制备改性石灰净浆及砂浆,获得综合性能最佳的改性配方并分析改性机理;最后,针对古建筑中需原位保护的灰浆,选用磷酸氢二铵(DAP)、正硅酸乙酯(TEOS)、纳米氢氧化钙(NCH),配制7种加固剂,评估加固效果,筛选出最佳的加固剂。本文获得的主要结论如下:(1)传统气硬性石灰的性能主要受养护湿度的影响,受养护温度的影响较小。当养护湿度由RH30%提升至RH60%时,灰浆各项性能的发展速度加快,养护湿度提升至RH85%后,各项性能的发展速度大幅减慢。养护湿度为RH60%时,能为灰浆碳化提供更充分的反应条件,加快了碳化速度;当养护湿度为RH85%时,灰浆中的水含量过高,阻碍了CO向试样内部扩散,反而降低了碳化速度。(2)SF、MK、NS及ACAE单独或复合改性净浆中,MK-ACAE复合改性净浆试样的综合性能最佳,在养护90天时,与对照组相比,此改性净浆的体积收缩率减小了78.8%、抗压强度提升了521%、抗折强度提升了489%、表层临近疏水并具有良好的耐水性。其改性机理为:在高养护湿度RH85%条件下,MK与氢氧化钙发生火山灰反应,ACAE的添加引入了疏水基团并进一步促进火山灰反应,改善了灰浆的微观结构,提升了灰浆的防水性能及力学强度。(3)SF-ACAE、MK-ACAE改性砂浆的最优胶砂比为1:3,NS-ACAE改性砂浆的最优胶砂比为1:1。最优胶砂比下,SF-ACAE复合改性砂浆试样的耐久性能最佳,此改性砂浆具有良好的耐水性,冻融循环后的强度损失率及质量损失率较对照组分别降低81.8%、99.34%,耐盐干湿循环8次后开始观察到质量损失(对照组为3次)。(4)加固块状灰浆时,综合性能最佳的加固剂为添加体积占比5%无水乙醇的0.1M DAP溶液,在兼容性方面,加固后灰浆生成化学性质更稳定的矿物羟基磷灰石,不破坏灰浆的表面结构且致密性升高,色差变化符合文物保护要求;在有效性方面,加固后灰浆的致密性、毛细吸水能力、表面粘聚力、抗压强度、动弹性模量及抗冻性能均显著提升。在加固粉化灰浆时,1M DAP溶液效果最好,能使灰浆粉末重新形成稳定结构。

关键词：古建筑灰浆养护条件复合改性火山灰反应铝酸酯偶联剂乳液加固

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