一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆及其制备方法技术

一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆及其制备方法，属于建筑材料与文物保护材料改性研发领域。采用硅灰部分取代替代主体胶结材料天然水硬性石灰(NHL2)，并添加一定量异丁基三乙氧基硅烷制备砂浆。依上述方法制备的砂浆具有轻质的特点，制备相同体积的砂浆所需的原料总量特别是天然水硬性石灰的用量减少。改性砂浆吸水率、体积收缩率均减小，砂浆使用性能提高。砂浆的内部孔隙结构得到细化，力学强度得到提高，可以应用于更高强度设计要求的建筑修复中。并且该种制备方法大幅度提高了砂浆的耐冻融性、耐酸腐蚀性与耐盐膨胀性能，使得砂浆能更好地发挥加固修复作用。

High performance durable natural water hard lime mortar for reinforcement and repair of rock and soil building and preparation method thereof

The utility model relates to a high performance durable natural water hard lime mortar for reinforcing and repairing a rock and soil building and a preparation method thereof, belonging to the field of modification research and development of building materials and cultural relics protection materials. Using silica fume instead of main cementation material, natural hydraulic hard lime (NHL2), and adding a certain amount of isobutyl silane to prepare mortar. The mortar prepared by the said method has the characteristics of light weight, and the total amount of raw material needed for preparing the same volume of mortar, especially the amount of natural water hard lime, is reduced. The water absorption and volume shrinkage of the modified mortar are reduced, and the service performance of the mortar is improved. The internal pore structure of the mortar is refined and the mechanical strength is improved. It can be applied to the building restoration with higher strength design requirements. Moreover, the preparation method greatly improves the freeze-thaw resistance, the acid resistance and the salt resistance expansion performance of the mortar, and makes the mortar better play the role of strengthening and repairing.

【技术实现步骤摘要】
一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆及其制备方法
本专利技术涉及一种天然水硬性石灰砂浆及其制备方法，尤其涉及一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆及其制备方法。属于建筑材料与文物保护材料改性研发领域。
技术介绍
水硬性砂浆的使用有着悠久的历史。在18世纪随着水硬性粘合材料的发现，气硬性石灰逐渐被水硬性石灰替代。在20世纪初，波特兰水泥由于其具有硬化速度快、力学强度高等优点而成为最主要的建筑材料，这使得水硬性石灰的应用有所缩减。近年来由于水硬性石灰强度特性可满足某些建筑结构较低强度的要求及其在文物修复领域的优越性，其应用得到复苏。天然水硬性石灰能与被加固岩土建筑很好地相容，近年来，天然水硬性石灰被广泛应用于古建筑特别是岩土建筑的加固修复中并取得了很好的加固效果。近年来，随着水泥、水硬性石灰等胶凝材料的需求量不断增加，生产加工这些胶凝材料造成的能源、资源与环境问题日益严重。采用火山灰组分替代部分胶凝材料是增加胶凝材料可持续性的有效措施之一。硅灰是金属硅与硅铁合金生产过程的副产物，是一种火山灰矿物，硅灰可以大幅度改善水泥浆与骨料间的界面连接性能，提高混凝土的早期强度与耐久性能，它在混凝土工业中的应用正逐渐增加。众所周知，岩土类古建筑遗址大多处于露天环境中，其建筑材料易受到酸雨、来自地下水酸性物质的侵蚀，常常由于长久地暴露在腐蚀性酸环境中而造成建筑结构的破坏与不完整，严重影响建筑物的稳定性，自然风化作用如冻融循环、返潮及盐结晶作用也是影响建筑物寿命的重要因素。所以当水硬性砂浆应用于古建筑遗址加固修复时，应当被考虑这些与腐蚀环境相关的问题。上述提到的风化破坏均需水作为媒介，可见水是多孔建筑材料风化降解的重要因素，在设计砂浆时应当适当提高其防水性能。此外，建筑材料一直在向轻质方向发展，在建筑物的内外墙体、层面、露面、立柱等建筑结构中采用轻质砂浆，可以有效地降低建筑结构的自重，提高构建的承载能力，增强建筑物的抗震能力。目前，未见关于采用低密度硅灰替代部分天然水硬性石灰改性砂浆的报道，亦未见采用硅烷类物质提高天然水硬性石灰砂浆耐久性的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是改善天然水硬性石灰砂浆作为岩土建筑加固修复材料的使用性能与耐久性能，并在一定程度上减轻由于大量生产天然水硬性石灰所带来的资源与环境问题。为实现上述目的，一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆,其原料组成包括胶结材料、骨料、添加剂和水，胶结材料为天然水硬性石灰(NHL2)和硅灰混合物；骨料为待加固修复岩土建筑本体；添加剂为异丁基三乙氧基硅烷。其中优选硅灰在胶结材料中的质量百分含量为10-30％，进一步优选20％，胶结料与骨料的质量比优选为1:(1-3)，进一步优选1:2；水胶比优选为1-2.0，进一步优选1.2。优选添加剂异丁基三乙氧基硅烷占胶结材料质量百分含量的5-10％，优选8.33％。其中采用的硅灰中火山灰活性成分所占质量百分含量比例不少于25％；骨料粒径不大于2mm，其主要成分包括：石英、绿泥石、透闪石、钠长石、碳酸钙及白云石。方法包括以下步骤：采用水泥砂浆搅拌机制备砂浆，称取天然水硬性石灰(NHL2)和硅灰，将二者均匀混合后按水胶比向其中加入水；称取骨料放入水泥砂浆搅拌机漏槽中，启动搅拌机，把搅拌机调到自动档，慢搅(140转/分)一分钟并在慢搅过程中逐渐添加异丁基三乙氧基硅烷，快搅一分钟，停止一分钟，再快搅(285转/分)一分钟，即得到搅拌好的新制砂浆。砂浆成型试样在20℃及90％湿度条件下养护72小时后脱模；脱模后的试样放置于20℃及70％相对湿度的恒温恒湿箱中养护。本专利技术的有益效果是：硅灰与异丁基三乙氧基硅烷相比于NHL2具有低的比重，制备的改性天然水硬性石灰砂浆具有轻质的特点，减轻了非承重建筑体的重量和提高了安全性能，同时使得制备相同体积的砂浆所需的原料总量特别是天然水硬性石灰的用量减少，在一定程度上减轻了环境资源问题。改性砂浆吸水率、体积收缩率均减小，砂浆使用性能提高。采用此种制备方法加快了砂浆硬化与强度发展速度，改善并细化了砂浆的内部孔隙结构，提高了砂浆强度，可以应用于更高强度设计要求的建筑修复中，并且大幅度提高了砂浆的耐冻融性、耐酸腐蚀性与耐盐膨胀性能，使得砂浆能更好地发挥修复作用。附图说明图1砂浆试样养护28天孔隙分布。a：孔径分布；b：累计进汞量；c：孔径分布百分比。图2砂浆试样的力学强度图3砂浆冻融前后外观形态与强度变化图4砂浆酸腐蚀前后外观形态与强度变化图5砂浆盐溶液侵蚀前后外观形态。具体实施方案以下结合砂浆具体制备过程与相关性能测试数据对本专利技术进行进一步解释，但本专利技术并不限于以下实施例。表1制备砂浆所用材料配比。表2砂浆试样28天密度与吸水率。为了研究硅灰(SF)、异丁基三乙氧基硅烷(SO)单独及联合使用对天然水硬性石灰砂浆的改性效果，设计了表1中不同实验配比，试样依次命名为Blank、SF、SO与SF-SO。各砂浆制备过程基本相同，下面以SF-SO改性天然水硬性石灰砂浆制备为例。采用水泥砂浆搅拌机制备砂浆，称取480g天然水硬性石灰(NHL2)，120g硅灰，将二者均匀混合后按照1.2的水胶比向其中加入720g水，称取1200g岩土建筑骨料放入漏槽中，启动搅拌机，把搅拌机调到自动档，慢搅(如140转/分)一分钟并在慢搅过程中逐渐添加50g异丁基三乙氧基硅烷，快搅一分钟，停止一分钟，再快搅(如285转/分)一分钟，即得到搅拌好的新制砂浆。采用40×40×160mm的试模振动成型，成型试样在20℃及90％湿度条件下养护72小时后脱模。脱模后的试样放置于20℃及70％相对湿度的恒温恒湿箱中养护，待到特定养护龄期进行相关性能测试。表1制备砂浆所用材料配比(g)表2砂浆试样28天密度与吸水率表2为砂浆试样养护28天时的表观密度与吸水率。采用硅灰替代部分水硬性石灰与异丁基三乙氧基硅烷改性后，砂浆试样的密度与吸水率减小，在制备相同体积的砂浆试样时所需的原料总量，特别是水硬性石灰的用量将大幅度减小，减少了制备水硬性石灰过程中产生的二氧化碳与粉尘的量。同时当轻质砂浆应用于建筑物的内外墙体、露面等结构时，会减轻建筑物的重量，提高其承载能力与抗震能力。砂浆吸水率的降低可以有效减缓由于频繁水活动造成的砂浆破坏如冻融循环破坏。图1显示砂浆试样养护28天的孔隙分布特征。与空白试样相比，改性砂浆试样的最可几孔径向小尺寸移动。空白与SO试样的孔径主要分布于0.1-10μm之间，SF与SF-SO砂浆试样的孔径主要分布于0.1μm以下，添加硅灰与异丁基三乙氧基硅烷细化并改善了砂浆试样的内部孔隙结构。图2为砂浆试样养护28天与90天的抗折、抗压与粘结强度。添加SF对砂浆的抗压强度提高效果最好，但SF与SO联合使用对砂浆的抗折强度与粘结强度改善幅度最大。与SF砂浆试样相比，SF-SO砂浆试样28天的抗折强度与粘结强度分别提高20％与27.2％，90天的抗折强度提高10.79％。当加固修复砂浆用于抹面与接缝时，其抗折强度与粘结强度往往起到更为关键的作用。同时，改性砂浆试样的弹性模量提高，在相同的外力作用下发生的变形减小，有利于砂浆保持结构稳定。图3为各砂浆试样经过30个冻融循环前后的外观形态与强度变化。空白试样表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆,其特征在于，其原料组成包括胶结材料、骨料、添加剂和水，胶结材料为天然水硬性石灰(NHL2)和硅灰混合物；骨料为待加固修复岩土建筑本体；添加剂为异丁基三乙氧基硅烷。

【技术特征摘要】
1.一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆,其特征在于，其原料组成包括胶结材料、骨料、添加剂和水，胶结材料为天然水硬性石灰(NHL2)和硅灰混合物；骨料为待加固修复岩土建筑本体；添加剂为异丁基三乙氧基硅烷。2.按照权利要求1所述的一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆,其特征在于，硅灰在胶结材料中的质量百分含量为10-30％。3.按照权利要求1所述的一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆,其特征在于，硅灰在胶结材料中的质量百分含量为20％。4.按照权利要求1所述的一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆,其特征在于，胶结料与骨料的质量比优选为1:(1-3)。5.按照权利要求1所述的一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆,其特征在于，胶结料与骨料的质量比优选为1:2。6.按照权利要求1所述的一种岩土建筑加固修复用高性能耐久性天然水硬性石灰砂浆,其特征在于，水胶比1-2.0。7.按照权利要求1所述的一种岩土建筑加...

【专利技术属性】
技术研发人员：王菊琳，徐树强，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11