中國古建筑中糯米灰漿應用探析

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摘要：綜述了糯米灰漿的應用歷史、科學原理、配比材料和外部因素對糯米灰漿力學性能的影響，介紹了近年來學者們對糯米灰漿性能影響因素的研究進展，并對未來糯米灰漿的研究應用提出建議。

關(guān)鍵詞：糯米灰漿；古建筑；傳統(tǒng)灰漿；外加劑

1糯米灰漿的應用歷史

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，是我國古代應用廣泛的建筑粘接材料，有著悠久的應用歷史。根據(jù)考古學研究，糯米灰漿出現(xiàn)于南北朝，發(fā)展于隋唐，興盛于明清[1]。在南北朝時期，人們將糯米、熟石灰及石灰?guī)r混合，制成漿糊，形成超強度的“糯米砂漿”，用于墓葬。隋唐年間，人們開始將糯米灰漿應用于橋梁、廟宇、古塔等建筑。明清時期，稻米產(chǎn)量突飛猛進，糯米灰漿應用更加廣泛。糯米灰漿作為一種復合膠凝材料，比純石灰砂漿的強度更大、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,代表了我國古代石灰基粘合劑的最高成就。

2糯米灰漿的科學機理

2.1固化機理

研究表明，石灰中混入3%的糯米漿，其抗壓強度可提高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，隨著固化時間的延長，糯米灰漿強度不斷提高，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,同時糯米淀粉與無機物緊密復合填充，灰漿整體強度大為提高。

2.2抗腐敗機理

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程中的化學變化。在制作過程中,生石灰與糯米漿中所含的水分產(chǎn)生消解反應生成一定的活性氧，這種活性氧具有極強的殺菌作用，阻礙了細菌的滋生。同時，灰漿發(fā)生電離反應，生成了強堿環(huán)境，在這種環(huán)境下，細菌難以存活。在糯米灰漿固化過程中，糯米灰漿干燥結(jié)晶并因碳化作用而硬化，同時氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳反應生成方解石晶型的碳酸鈣，糯米灰漿在強堿性環(huán)境下固化，內(nèi)部一直維持著無菌狀態(tài)，在表面硬化后，空氣等外界成分難以進入，使糯米灰漿內(nèi)部的電離反應一直存在，長期抑制了細菌的產(chǎn)生。

3配比材料及外部因素對糯米灰漿性能的影響

3.1外加劑及配比的影響

糯米灰漿不同配比會影響磚石間表面硬度、抗壓強度、耐凍融性等。通過SEM和XRD分析，發(fā)現(xiàn)纖維能夠提高糯米灰漿的抗壓強度、耐凍融性和收縮性，硫酸鋁能改善糯米灰漿的干燥收縮性，二水石膏對糯米灰漿抗壓強度和表面硬度有一定的提高。李祖光等通過實驗發(fā)現(xiàn)，硫酸鋁和明礬可提高糯米灰漿的早期抗壓強度，對糯米灰漿的收縮率有降低作用，但明礬會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，使反應物更加密實，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)硅酸鹽對糯米灰漿的抗壓強度、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66d抗壓強度高達1.41MPa，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]。

3.2骨料大小的影響

胡悅等通過研究，得出需要將骨料粒徑控制在3mm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，生成凝膠狀的水化硅酸鈣，提升了灰漿性能。

3.3溫度及硬化時間等因素的影響

張起勇發(fā)現(xiàn)了糯米漿溫度在75℃～80℃時加固效果較好。丁嘉翔發(fā)現(xiàn)了相同糯米灰漿粘合齡期28d的試件初裂無側(cè)限抗壓強度和峰值無側(cè)限抗壓強度高[5]。

4結(jié)語

如今，糯米灰漿廣泛應用于中國古建筑修復，我國學者針對糯米灰漿的配比、外加劑、灰漿改性等方面開展了一系列研究，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。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，應用于氣候潮濕地域時力學性能大大降低。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。若能彌補糯米灰漿性能方面的不足，必然會給中國古建筑的修復帶來積極作用。

參考文獻

[1]徐莉，朱偉豪，張德恒，等.糯米灰漿在古建筑保護中的研究及展望[J].江蘇建材，2019（6）：36-37.

[2]楊富巍，張秉堅，曾余瑤，等.傳統(tǒng)糯米灰漿科學原理及其現(xiàn)代應用的探索性研究[J].故宮博物院院刊，2008（5）：105-114，159.

[3]趙鵬，李廣燕，張云升.桐油–石灰傳統(tǒng)灰漿的性能與作用機理[J].硅酸鹽學報，2013，41（8）：1105-1110.

[4]鄭曉平，魏國鋒，張秉堅.自制硅酸鹽對傳統(tǒng)糯米灰漿性能的影響[J].土木建筑與環(huán)境工程，2017，39（4）：128-133.

[5]張起勇.遺址土中SH溶液的滲透特性及其加固效果[D].蘭州：蘭州大學，2018.

作者:藍耀 胡昊 耿啟新 岳閱 沈瓏越 單位:南京工程學院建筑工程學院