有機(jī)物對(duì)氧化鈣碳化過(guò)程及性能的影響.pdf

1、考古學(xué)證據(jù)表明,以西安、南京、荊州等地的古城墻為代表的中國(guó)古建筑固若金湯、完好存留至今的原因之一是其磚石結(jié)構(gòu)中采用的石灰砂漿體系中含有糯米漿等天然有機(jī)物。這種傳統(tǒng)糯米灰漿是一種膠結(jié)力強(qiáng),與古建筑相容性好且對(duì)環(huán)境友好的膠凝材料。其中的糯米成分具有類似生物礦化過(guò)程中有機(jī)模板的作用,影響石灰漿在空氣中的碳化過(guò)程及產(chǎn)物碳酸鈣的微結(jié)構(gòu),進(jìn)而賦予了灰漿良好的膠結(jié)性能與優(yōu)異的力學(xué)性能。
　　 受古代糯米灰漿的啟發(fā),為進(jìn)一步探索糯米漿及其它天然

2、有機(jī)物對(duì)石灰碳化過(guò)程的影響并討論石灰/有機(jī)物復(fù)合膠凝材料的性能,挖掘其作為文物保護(hù)保材料的使用價(jià)值,本論文運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的思想與手段展開(kāi)蛋清、糯米漿、馬鈴薯淀粉等幾種有機(jī)添加劑對(duì)石灰碳化與灰漿性能的研究。
　　 以蛋清蛋白為添加劑,恒溫下采用氫氧化鈣漿液中通入二氧化碳?xì)怏w碳化的方法,合成了碳酸鈣晶體,討論了蛋清蛋白的濃度對(duì)產(chǎn)物碳酸鈣形貌的影響;為了探討蛋清蛋白在碳酸鈣晶體形成過(guò)程中的作用機(jī)理,用電導(dǎo)率儀檢測(cè)了反應(yīng)體系的電導(dǎo)率變

3、化。借助SEM、XRD、FT-TR對(duì)產(chǎn)物碳酸鈣的形貌、結(jié)構(gòu)和結(jié)晶形態(tài)進(jìn)行了表征和分析。研究結(jié)果表明:產(chǎn)物碳酸鈣均為方解石,但蛋清蛋白對(duì)其形貌有明顯的影響;隨著蛋白濃度增加,方解石衍射峰寬化且強(qiáng)度降低,說(shuō)明碳酸鈣晶粒越來(lái)越小,結(jié)晶度越來(lái)越低;與純樣品相比,添加蛋清后得到的產(chǎn)物碳酸鈣的紅外吸收特征峰出現(xiàn)了30cm-1的紅移,表明蛋清蛋白中的某些極性官能團(tuán),如-OH和-NH與CO32-產(chǎn)生了氫鍵作用,從而控制了碳化過(guò)程并最終影響產(chǎn)物碳酸鈣的微

4、觀形貌。
　　 選取糯米漿、馬鈴薯淀粉糊、玉米淀粉糊和糊精作為糖類添加劑,仍采用石灰消化并通入二氧化碳?xì)怏w碳化的方法合成了方解石型碳酸鈣,考察了添加劑的濃度對(duì)產(chǎn)物方解石形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn)在碳化過(guò)程中添加糯米漿及淀粉的氫氧化鈣反應(yīng)體系會(huì)出現(xiàn)膠凝化現(xiàn)象,體系的粘度先增大后減小,電導(dǎo)率呈現(xiàn)下降——回復(fù)——下降的趨勢(shì)。產(chǎn)物碳酸鈣的晶粒生長(zhǎng)過(guò)程受到反應(yīng)體系中淀粉大分子凝膠化的影響,因此產(chǎn)物微觀形貌的各不相同,而糊精作為一種小分子糖并沒(méi)能

5、使碳酸鈣形貌發(fā)生改變。紅外光譜測(cè)試表明由于糯米漿、糊化后的馬鈴薯淀粉及玉米淀粉中一些大分子糖鏈改變了碳酸鈣中O-C-O鍵的化學(xué)環(huán)境,故使其不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰向低波段移動(dòng)了24cm-1,而糊精為添加劑時(shí),此吸收峰并未偏移,這是由于糊精是小分子糖,無(wú)此作用。
　　 以蛋清蛋白、糯米漿、馬鈴薯淀粉糊、玉米淀粉糊、糊精為添加劑,對(duì)比研究了對(duì)氧化鈣在空氣中自然碳化過(guò)程的影響。采用偏光顯微鏡實(shí)時(shí)觀察反應(yīng)體系中晶體的顯微結(jié)構(gòu)變化,并用掃描電鏡和

6、X射線衍射儀對(duì)15天后樣品的形貌和物相進(jìn)行表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加糯米漿后,灰漿樣品顆粒極其細(xì)小,晶體形貌不明顯,添加了玉米淀粉、馬鈴薯淀粉和糊精的灰漿顆粒粒徑較大且不均勻,而添加了蛋清蛋白的灰漿顆粒形貌規(guī)整程度介于純水與淀粉糖類之間,晶粒較細(xì)。經(jīng)分析,這是由于糯米漿中的支鏈淀粉黏性很強(qiáng),可以包裹在氫氧化鈣表面,延緩其與二氧化碳的反應(yīng)并限制晶體的長(zhǎng)大而使氫氧化鈣與碳酸鈣的晶體顆粒較細(xì)小且結(jié)構(gòu)致密;而馬鈴薯和玉米淀粉中存在一定量的直鏈淀粉,能與

7、水分子形成廣泛氫鍵結(jié)合的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),吸附Ca2+聚集在淀粉分子界面,而利于Ca2+與CO32-結(jié)合生成碳酸鈣。糊精是淀粉的降解產(chǎn)物,為線性短鏈分子,在溶液中流動(dòng)性好,其含有的OH官能團(tuán)可通過(guò)靜電作用吸引Ca2+,同樣利于碳酸鈣晶體的生長(zhǎng)。
　　 以蛋清蛋白、糯米漿、馬鈴薯淀粉、玉米淀粉為添加劑,按照不同的組分配比摻入生石灰中和水制成漿料,將漿料注入模具制成圓柱形石灰/有機(jī)物復(fù)合膠凝材料試樣,養(yǎng)護(hù)硬化后測(cè)試試樣的抗壓強(qiáng)度、耐水浸泡性