藍(lán)耀,胡昊,耿啟新,岳閱,沈瓏越
(南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院,江蘇 南京 211100)
糯米灰漿是在灰漿中加入一定量的糯米湯,形成一種具有高粘結(jié)力的灰漿, 是我國(guó)古代應(yīng)用廣泛的建筑粘接材料,有著悠久的應(yīng)用歷史。
根據(jù)考古學(xué)研究,糯米灰漿出現(xiàn)于南北朝,發(fā)展于隋唐,興盛于明清[1]。 在南北朝時(shí)期,人們將糯米、熟石灰及石灰?guī)r混合,制成漿糊,形成超強(qiáng)度的“糯米砂漿”,用于墓葬。 隋唐年間,人們開(kāi)始將糯米灰漿應(yīng)用于橋梁、廟宇、古塔等建筑。 明清時(shí)期,稻米產(chǎn)量突飛猛進(jìn),糯米灰漿應(yīng)用更加廣泛。
糯米灰漿作為一種復(fù)合膠凝材料, 比純石灰砂漿的強(qiáng)度更大、更具耐水性[2],它的出現(xiàn)使建筑膠凝材料的粘接性有了質(zhì)的飛躍,代表了我國(guó)古代石灰基粘合劑的最高成就。
研究表明,石灰中混入3%的糯米漿,其抗壓強(qiáng)度可提高30 倍,表面硬度可提高2.5 倍。在灰漿固化期間, 糯米漿起到了調(diào)控碳酸鈣結(jié)晶過(guò)程和微結(jié)構(gòu)的作用, 并與生成的方解石晶型碳酸鈣結(jié)合,隨著固化時(shí)間的延長(zhǎng),糯米灰漿強(qiáng)度不斷提高,直至完全轉(zhuǎn)化為碳酸鈣。糯米灰漿的碳酸鈣顆粒比傳統(tǒng)灰漿更加細(xì)小,糯米漿的調(diào)控作用限制了方解石的結(jié)晶度,使其結(jié)構(gòu)更加致密,同時(shí)糯米淀粉與無(wú)機(jī)物緊密復(fù)合填充,灰漿整體強(qiáng)度大為提高。
糯米極易腐敗,但研究發(fā)現(xiàn),在一些灰漿樣品中至今有著未完全降解的糯米支鏈淀粉成分,這種極易腐敗的物質(zhì)保持百年不腐的奧秘在于其制作及固化過(guò)程中的化學(xué)變化。
在制作過(guò)程中, 生石灰與糯米漿中所含的水分產(chǎn)生消解反應(yīng)生成一定的活性氧, 這種活性氧具有極強(qiáng)的殺菌作用,阻礙了細(xì)菌的滋生。 同時(shí),灰漿發(fā)生電離反應(yīng),生成了強(qiáng)堿環(huán)境,在這種環(huán)境下,細(xì)菌難以存活。 在糯米灰漿固化過(guò)程中,糯米灰漿干燥結(jié)晶并因碳化作用而硬化,同時(shí)氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成方解石晶型的碳酸鈣,糯米灰漿在強(qiáng)堿性環(huán)境下固化, 內(nèi)部一直維持著無(wú)菌狀態(tài),在表面硬化后,空氣等外界成分難以進(jìn)入,使糯米灰漿內(nèi)部的電離反應(yīng)一直存在,長(zhǎng)期抑制了細(xì)菌的產(chǎn)生。
糯米灰漿不同配比會(huì)影響磚石間表面硬度、抗壓強(qiáng)度、耐凍融性等。通過(guò)SEM 和XRD 分析,發(fā)現(xiàn)纖維能夠提高糯米灰漿的抗壓強(qiáng)度、耐凍融性和收縮性,硫酸鋁能改善糯米灰漿的干燥收縮性,二水石膏對(duì)糯米灰漿抗壓強(qiáng)度和表面硬度有一定的提高。
李祖光等通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),硫酸鋁和明礬可提高糯米灰漿的早期抗壓強(qiáng)度,對(duì)糯米灰漿的收縮率有降低作用,但明礬會(huì)降低糯米灰漿的抗凍融性和耐水性。
趙鵬等研究了傳統(tǒng)灰漿的硬化機(jī)理、產(chǎn)物種類與組織形貌,結(jié)果表明,熟桐油的摻入可提高石灰漿硬化速度,使反應(yīng)物更加密實(shí),有效降低了土體的滲透系數(shù),改善了土體的耐久性[3]。
鄭曉平發(fā)現(xiàn)硅酸鹽對(duì)糯米灰漿的抗壓強(qiáng)度、表面硬度、耐凍融性和耐水性均有改善。6%的硅酸鹽糯米灰漿66 d 抗壓強(qiáng)度高達(dá)1.41 MPa,耐凍融性較空白樣品提高了133%,耐水性能提高了43.8%,改性糯米灰漿性能的提高,與水化硅酸鈣的生成有關(guān)[4]。
胡悅等通過(guò)研究,得出需要將骨料粒徑控制在3 mm 以下,骨料/灰比例控制在 2∶1 以下。 磚顆粒、河砂、石英砂3 種骨料能使糯米灰漿的收縮性和抗凍性得到改善,磚顆粒糯米灰漿的抗凍性較空白樣品提高了125%,優(yōu)于石英砂與河砂。 磚顆粒表面粗糙、多孔、多棱角,與石灰漿界面粘接強(qiáng)度高;此外,由于磚顆粒的火山灰性,可與灰漿中的石灰材料發(fā)生火山灰反應(yīng), 生成凝膠狀的水化硅酸鈣,提升了灰漿性能。
張起勇發(fā)現(xiàn)了糯米漿溫度在75 ℃~80 ℃時(shí)加固效果較好。 丁嘉翔發(fā)現(xiàn)了相同糯米灰漿粘合齡期28 d 的試件初裂無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和峰值無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度高[5]。
如今, 糯米灰漿廣泛應(yīng)用于中國(guó)古建筑修復(fù),我國(guó)學(xué)者針對(duì)糯米灰漿的配比、外加劑、灰漿改性等方面開(kāi)展了一系列研究, 以此提高其部分性能。然而相較于近現(xiàn)代許多性能優(yōu)越的膠凝材料而言,糯米灰漿并不占優(yōu)勢(shì)。糯米灰漿的初期耐水性能較差,屬于氣硬性材料,在水環(huán)境中碳化較為困難,應(yīng)用于氣候潮濕地域時(shí)力學(xué)性能大大降低。 因此,探究如何使糯米灰漿在水環(huán)境中更好地碳化是一個(gè)很好的研究方向。
較水泥等現(xiàn)代膠凝材料而言,糯米灰漿在古建筑修復(fù)上具有著舉足輕重的地位,是做到“修舊如舊”所必需的材料之一。 若能彌補(bǔ)糯米灰漿性能方面的不足,必然會(huì)給中國(guó)古建筑的修復(fù)帶來(lái)積極作用。