传统有机掺料对砂浆耐久性影响试验研究

曹宝飞等：传统有机掺料对砂浆耐久性影响试验研究　ｌ３　传统有机掺料对砂浆耐久性影响试验研究　曹宝飞　，陈建平。，吴（１．江阴职业技术学院。江苏江阴军　２００３３５）　２１４４００；２．上海展盈房地产开发有限公司。上海【摘要】　将糯米、桐油作为添加剂掺入水泥石灰混合砂浆，研究其对混合砂浆耐久性的影响。试验结果表　明：糯米和桐油对混合砂浆（１２０ｄ）强度无明显提高，但对其耐久性有改善作用；相比而言，桐油的改善效果更明　显。表明有机／无机混合砂浆是可行的，建议在水泥石灰混合砂浆中掺人桐油，以增强耐久性。　【关键词】　糯米；桐油；水泥石灰砂浆；耐久性　【中图分类号】ＴＵ５２８．０４１　【文献标识码】Ｂ　作为传统胶凝材料，石灰具有明显的缺点，即强度低，　耐水性差。然而我国众多古代砖石建筑历经千百年依然坚　固，综其原因，是由于桐油、糯米灰浆的使用　：糯米灰浆　强度大、韧性强、防水性能好　；桐油是一种干性油，具有干　燥快、比重轻、附着力强、耐水耐久性好的特性，桐油和石灰　混合物作为造船及建筑工程的密封材料和粘结剂一直沿用　【文章编号】１００１—６８６４【２０１４）０２—００１３一Ｏ３　的作用离不开石灰；糯米粉能降低后期（１２０ｄ，下同）混合砂　浆吸水率、提高混合砂浆强度；桐油对混合砂浆吸水率下降　作用较明显，对混合砂浆后期强度有提高作用。基于此，文　中采用掺入糯米、桐油对水泥石灰混合砂浆进行改性，研究　其对混合砂浆后期（１２０ｄ）耐久性的影响，以期充分利用水　泥早期强度高但耐久性差，而有机灰浆碳化缓慢但后期强　度高且耐久性好的优点，探索高强低脆、耐久性好的水泥基　有机／无机复合砂浆之可能。　１　试验　至今。随着现代水泥砂浆的发明使用，石灰作为胶凝材料　的使用越来越少，即使在使用最多的混合砂浆中，石灰也只　是用来改善砂浆的和易性。然而普通砂浆存在脆性大、耐　久性差等缺点。前期试验研究表明：糯米粉或桐油对砂浆　１．１试验原材料　［基金项目】　江阴职业技术学院“青年科技专项项目”（编号：０９一Ｅ—Ｙｓ—Ｏ１）　提高材料的抗海水腐蚀性能。　表３二氯甲烷评价混凝土渗透性的参考标准　３结语　在干湿循环过程中，海水化学成分对水泥基材料侵蚀　性由大到小的顺序为ＭｇＳＯ　、ＭｇＣｌ２、ｌ（２ＳＯ　、ＮａＣ１；主要侵蚀　成分为Ｍｇ２　和ｓ０　，其中Ｍｇ２　略严重，二者复合对水泥　基材料侵蚀更加严重；降低水胶比和添加掺合料可有效提　高水泥基材料抗海水腐蚀性能；在干湿循环过程中ＮａＣ１对　水泥基材料的微观破坏有限，Ｍｇ“和ｓＯ　侵蚀后微观结构　破坏严重，主要表现水泥石疏松，界面过渡区破坏。　（３）　微观结构。如图４所示，为材料遭受海水化学成　参考文献　［１］ＡＣＩ　Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ　２０１．Ｇｕｉｄｅ　ｔｏ　ｄｕｔａｂｌｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ［ｚ］．ＡＣＩ　Ｍｉｔｅｒ．　Ｊ．８８（１９９１）．　分侵蚀下的微观结构，图（ａ）为ＮａＣＩ溶液的侵蚀ＳＥＭ照片，　骨料和水泥石的界面依然完好，水泥石较为密实。图４（ｂ）、　（ｃ）、（ｄ）为水泥基材料遭受Ｍｇｃｌ　、ＭｇＳＯ　、Ｋ：ＳＯ　溶液的侵　蚀后的微观结构。能看出，水泥石内部结构较疏松，水泥石　内部出现柱状侵蚀产物，结晶度较好，定向生长。此类晶体　结晶应力较大，在其周围能产生较大尺寸的裂缝，对材料的　破坏较恶劣。如图４所示，（ｅ。）和（ｅ　）为水胶比为０．３５和　掺加矿物掺合料的水泥基材料遭受ＭｇＳＯ　溶液侵蚀后的微　［２］Ｍ　Ｓ　Ｊ　Ｇａｎｉ．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ［ｚ］．Ｃｈａｐｍａｎ＆Ｈａｌｌ　Ｌｏｎｄｏｎ：　１９９７．　［３］　刘志国，巴恒静．二氯甲烷评价混凝土渗透性研究［Ｊ］．工业　建筑，２００５，３５（６）：６６—６７．　［４］　李中华，冯树荣，苏超，等．海水化学成分对水泥基材料的侵　蚀［Ｊ］．混凝土，２０１２，（５）：８—１１．　观结构。从图中可看出，水泥石较密实，其与骨料界面没有　出现明显裂缝。和图（ｃ）相比，说明减小水胶比和添加活性　掺合料有利于提高水泥基材料抗海水腐蚀性能。　［收稿日期］２０１３一ｌｌ一０８　［作者简介］李中华（１９７７一），男，吉林松原人，博士，硕士生　导师，从事寒区水工结构耐久性能研究与设汁。　１４　低温建筑技术　２０１４年第２期（总第１８８期）　（１）水泥：Ｐ３２．５水泥（江苏双龙集团龙潭水泥厂生　产）。　（２）　砂：Ⅱ区天然河砂，细度模数２．７８，含泥量０．８％，　翻晒烘干（含水率小于０．５％）。　（３）石灰：袋装磨细生石灰粉（８００目），使用前３ｄ熟　化成石灰膏，石灰膏稠度以１２０ｒａｍ±５ｍｍ为准，使用前根据　实测稠度进行换算，同时石灰膏中的水不计入混合砂浆的　用水量。　（４）水：实验室用自来水，符合现行国家标准《生活饮　用水卫生标准》ＧＢ５７４９。　（５）糯米：用研磨机将糯米磨成粉（通过２ｒａｍ分析　筛）并制作成糯米浆，糯米浆的制备参考文献　］，取定量的　糯米粉和水（质量比１：１０），将两者置于电饭锅内混合均匀，　记录此时锅内的刻度，加热煮沸１ｈ，其间，定时加水，保证糯　米浆的浓度不变，冷却后置于密封容器中，然后根据相应配　合比进行换算使用。　（６）　桐油：市场所买生桐油，不考虑其含水量，使用前　按相应配比先与水搅拌均匀，然后及时使用。　１．２试验方案　本试验针对１２０ｄ龄期Ｍ５混合砂浆（在不同糯米粉、桐　油掺量下），进行干湿循环、冻融循环及渗透试验。试验方　案见表ｌ。　表１　试验方案　注：表中糯米粉及桐油掺入比均为占水泥质量比；水胶比＝水／（水　泥＋石灰膏），未扣除石灰膏中含水量，已扣除糯米浆中含水量。　１．３试验方法　试验参照国家行业标准《建筑砂浆基本性能试验方法　标准））ＪＧＪ／Ｔ７０—２００９。　１．３．１干湿循环试验　（１）试件制作与养护。每组三个试件，采用７０．７ｍｍ　×７０．７ｍｍ×７０．７ｍｍ的立方体试件，试件制作后在室温环境　下静置２４ｈ拆模，然后放人温度为２０±２Ｏ℃，相对湿度为　９０％以上的标准养护室中养护２８ｄ，然后在室内自然条件中　养护至相应龄期。　（２）　干湿循环试验。试件放人水中浸泡１２ｈ，然后在　烘箱中（１００±５０Ｃ）烘干１２ｈ，经６０次循环后测强度损失率。　１．３．２冻融循环试验　（１）试件制作与养护。试件制作与养护同１．３．１。　（２）冻融试验。试件养护至龄期后，进行冻融试验，　分别测试质量损失率和强度损失率。　１．３．３抗渗性能试验　（１）试件制作与养护。每组６个试件，试件制作后标　养２８ｄ，然后在室内自然条件中养护至相应龄期。　（２）抗渗试验。采用砂浆渗透仪中进行抗渗试验，记录　渗透压力Ｐ（ＮＰａ）和总渗透时间ｔ（ｍｉｎ）。根据式（１）、（２）　计算砂浆的抗渗值，（ｂｌＰａ）和抗渗比Ｒ。。　Ｐ　南　０・２　（１）　，＇，　Ｒ，＝－７　－－×１００％　（２）　１０　式中，，０为基准砂浆的抗渗值，ＭＰａ；Ｉｘ为掺入外加剂砂　浆的抗渗值，ＭＰａ。　２试验结果与讨论　试验结果见表２。　表２　试验结果　２．１干湿循环试验　（１）　混合砂浆掺人糯米粉或桐油后，１２０ｄ强度无明显　增加，与１２０ｄ基准试件（试件１，下同）相比，强度提高幅度　均未超过１５％，这与前期试验结论一致：混合砂浆强度等级　越高，糯米、桐油对混合砂浆强度的影响越小，如图１所示　（图中Ｍ２．５配比为：水泥：石灰膏：砂＝ｌ：０．９２：７．９７，水胶　比０．８）。这是因为混合砂浆强度等级越高，水泥用量越大，　故砂浆的强度主要为水泥固化作用的结果。　（２）掺入糯米粉之混合砂浆，经６０次干湿循环后，强　度损失率呈下降趋势，这是由于在石灰的碳化过程中，糯米　浆能够促进石灰与砂粒之间化学键的形成，它限制了方解　石的结晶度，使颗粒变小，结构更加致密　Ｊ，从而提高了砂　浆的耐水性。但糯米粉掺量对强度损失率的影响效果不甚　曹宝飞等：传统有机掺料对砂浆耐久性影响试验研究　１５　明显，特别是当糯米粉掺量超过４％（试件４、５）时，其强度　损失率基本不变，甚至有略微上升之趋势。这可能源于石　灰碳化过程相对缓慢，虽然试件经１　２０ｄ养护，但石灰仍未完　全碳化，而糯米浆的耐水性较差，经多次干湿循环后，部分　当砂浆解冻后，由结冰引起的膨胀被保留，新增的孑Ｌ隙在下　一次受冻时，就会产生更大的膨胀应力，从而造成砂浆强度　降低直至破坏。糯米能改善混合砂浆抗冻性，是由于在石　灰的碳化过程中，糯米浆能够促进石灰与砂粒之间化学键　糯米淀粉溶解于水而被释出，从而影响砂浆的强度。　糯米粉掺入比，％　桐油掺人比，％　图１不同掺量砂浆２８ｄ无侧限抗压强度　（３）混合砂浆掺人桐油经６０次干湿循环后，强度损　失率呈下降趋势，较掺人糯米粉效果更明显，且随着桐油含　量的增加，下降越大。陈佩杭等认为这是因为桐油主要成　分为桐油酸（十八碳三烯（９，ｌ１，１３）烯酸），其一个分子中有　三个双键互成共轭体系，故桐油酸易聚合及被氧化，而混合　砂浆中掺有石灰，因此桐油在与石灰进行化学反应的时候，　能够产生强大的化学胶结力　；魏国锋等认为，桐油灰浆中　石灰的碳化反应、桐油与氧气的交联反应和Ｃａ“与一ＣＯＯ　的配位反应形成了致密片层状有机一无机复合结构…；而　桐油本身具有干燥快、附着力强、耐水性好的特性，从而提　高了砂浆的耐水性。　（４）　同时掺入糯米粉和桐油后，混合砂浆耐水性并未　明显加强，说明糯米与桐油两者对砂浆耐水性无互补作用。　２．２冻融循环试验　由结果可知：单掺糯米粉或桐油的混合砂浆经３０次冻　融循环后，基强度损失率和质量损失率均下降，说明糯米或　桐油对混合砂浆的耐冻性均有提高；其中，糯米粉掺量大小　对耐冻性的影响效果不甚明显，特别是当糯米粉掺量超过　４％（试件４、５）时，其强度损失率和质量损失率基本无变化；　而随着桐油掺量的增加，无论是强度损失率还是质量损失　率，均呈现下降趋势；同时相比而言，桐油对混合砂浆耐冻　性的作用效果更大。同时掺入糯米粉和桐油时，其强度损　失率及质量损失率相比单掺糯米粉或桐油均无明显变化，　这也再次印证了糯米与桐油两者无互补作用。　在冻融循环中，孔隙中的水分结成冰，体积约增加９％，　的形成，它限制了方解石的结晶度，使颗粒变小，结构更加　致密，从而改善了孔径分布，降低了砂浆的吸水率，从而提　高了砂浆的耐冻性。而桐油石灰具备明显的憎水性质，在　其碳化的过程中形成了致密片层状有机一无机复合结构，　从而导致砂浆吸收的水量较少，提高了抗冻性。　２．３抗渗试验　由表２可知，单掺６％糯米粉和６％桐油的混合砂浆，抗　渗性均得到改善，但相比而言，桐油对混合砂浆抗渗性的作　用效果更明显；同掺糯米粉和桐油的混合砂浆，其抗渗性较　单掺糯米粉或桐油无明显变化。　３结语　混合砂浆掺人糯米粉或桐油后，强度（２８ｄ、１２０ｄ）无明　显增加，即混合砂浆强度等级越高，糯米、桐油对混合砂浆　强度的影响越小；但砂浆耐久性得到改善。其中糯米能改　善混合砂浆的结构密实性，从而提高耐水性、耐冻性及抗渗　性，但效果不明显；桐油能明显提高混合砂浆的耐水性、耐　冻性及抗渗性，且掺量越大，效果越显著；糯米和桐油对改　善混合砂浆耐水性、耐冻性及抗渗性无互补作用。通过试　验认为，在水泥石灰砂浆中，将桐油作为外加剂（在本试验　所选用掺量下，取６％），用以改善混合砂浆耐久性是可　行的。　参考文献　［１］魏国锋，孙升，王成兴，张秉坚，陈希敏．皖南牌坊传统灰浆的　科技研究［Ｊ］．光谱学与光谱分析，２０１３，３３（７）：１９７３—１９７６．　［２］ＺｅｎｓＹＹ，ＺｈａｎｇＢＪ，Ｌｉａｎｇ　Ｘ　Ｌ　Ａ　ｅａｓｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｎｖｅｓ・　ｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｍｏｒｔａｒｓ　ｕｓｅｄ　Ｏｎ　ａｎｃｉｅｎｔ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　［Ｊ］．Ｔｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｅｔａ，２００８，４７３（１—２）：１—６．　［３］吴庆洲．中国古城防洪的历史经验与借鉴（续）［Ｊ］．历史研　究，２００２，２６（５）：７６—８４．　［４］　魏国锋，张秉坚，方世强．添加剂对传统糯米灰浆性能的影响　及其机理［Ｊ］．土木建筑与环境工程，２０１１，３３（５）．１４３—１４９．　［５］　杨富巍、张秉坚、曾余瑶、潘昌初、贺翔：传统糯米灰浆科学原　理及其现代应用的探索性研究［Ｊ］．故宫博物院院刊，２００８　（５），１０５—１１４。　［６］　陈佩杭、徐炯明、鬼蟓克忠：桐油与石灰加固吉野里坟丘墓土　的实验研究［Ｊ］．文物保护与考古科学，２００９，２１（４），５９—６５．　［收稿日期］２０１３—１０—３１　［作者简介］曹宝飞（１９７５一），男，安徽绩溪人，硕士，讲师，一　级建造师，从事建筑工程技术的教学与研究工　作。