中國(guó)傳統(tǒng)灰漿的化學(xué)組成特征及粘結(jié)機(jī)理研究_2065.pdf

1、灰漿即石灰砂漿，它是由膠凝材料石灰、骨料、水和添加劑按一定的比例配制而成的建筑材料，主要用于建筑砌筑、勾縫、抹面和修飾等。傳統(tǒng)上，把19世紀(jì)末水泥普及以前建筑物所用的砂漿稱為古代砂漿、歷史砂漿或傳統(tǒng)砂漿，所以傳統(tǒng)灰漿即是指歷史上使用的以石灰為主要粘結(jié)劑的砂漿。我國(guó)早在新石器時(shí)代晚期就已開(kāi)始使用灰漿，在一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)直到今天仍有使用。經(jīng)過(guò)幾千年的發(fā)展演變，我國(guó)的傳統(tǒng)灰漿技術(shù)在清代才得以完善，特別是中國(guó)傳統(tǒng)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合灰漿在世界歷史上獨(dú)

2、樹(shù)一幟，對(duì)古建筑的完好保存起了極其重要的作用。然而關(guān)于我國(guó)古代灰漿的技術(shù)工藝、材料特征和科學(xué)機(jī)理的研究卻相當(dāng)缺乏，只有寥寥數(shù)文。但是對(duì)傳統(tǒng)灰漿的深入了解是我國(guó)古建筑保護(hù)及開(kāi)發(fā)古建保護(hù)材料的基礎(chǔ)，所以對(duì)傳統(tǒng)灰漿材料的科學(xué)分析，以及磚-灰粘結(jié)機(jī)理的研究是十分必要的工作。
　　本論文概述了傳統(tǒng)灰漿常用的組成材料，國(guó)內(nèi)外對(duì)灰漿的研究?jī)?nèi)容、方法和進(jìn)展，以及我國(guó)主要的傳統(tǒng)灰漿類型和常用的有機(jī)添加劑。然后在現(xiàn)場(chǎng)考察我國(guó)多處古代建筑遺跡，并采集灰

3、漿樣品的基礎(chǔ)上，利用多種科學(xué)儀器和濕化學(xué)分析技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)灰漿的化學(xué)特征、材料組成和粘結(jié)機(jī)理等進(jìn)行了深入研究。主要包括以下內(nèi)容:
　　鄭州商城建筑遺址出土商代灰土材料的分析研究。利用體視顯微鏡、偏光顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、傅立葉紅外光譜儀、激光粒度分析儀、濕化學(xué)分析等手段分析了鄭州商城建筑遺址夯土材料的傳統(tǒng)工藝、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和原料配比等信息。研究發(fā)現(xiàn)鄭州商城遺址出土的灰土材料主要由兩種物質(zhì)構(gòu)成，膠結(jié)物碳酸鈣和石英骨料，兩者質(zhì)量比為

4、1∶2.68。該灰土屬于二元的“三合土”結(jié)構(gòu)，其比例非常接近后來(lái)灰、土、砂1∶1∶1的最優(yōu)三合土配比，表明當(dāng)時(shí)施工者在碳酸鈣膠結(jié)材料與石英砂骨料的使用上已經(jīng)具有豐富經(jīng)驗(yàn)，體現(xiàn)了商代工匠高超建筑技藝。
　　浙江地區(qū)古城墻傳統(tǒng)灰漿材料的分析研究。通過(guò)實(shí)地調(diào)查浙江地區(qū)多座古代城墻遺址，采集灰漿樣品，利用多種儀器分析和化學(xué)分析手段對(duì)浙江地區(qū)7處古城墻灰漿樣品進(jìn)行了分析檢測(cè)和研究。結(jié)果表明浙江地區(qū)明代古城墻砌筑時(shí)使用的是純“白灰灰漿”，其原

5、料主要是鈣質(zhì)生石灰，個(gè)別來(lái)自鎂質(zhì)生石灰;其中有4座城墻灰漿添加有糯米成分，說(shuō)明該地區(qū)在明代往灰漿里添加糯米等有機(jī)材料是建筑城墻十分普遍的工藝技術(shù)。同時(shí)，也分析了這些砌筑灰漿的其他物化特征，為下一步古城墻本體保護(hù)和保護(hù)材料的研發(fā)，以及傳統(tǒng)灰漿全國(guó)范圍內(nèi)的比較研究提供了科學(xué)依據(jù)。
　　我國(guó)明清古城墻砌筑灰漿的分析研究。通過(guò)全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)地調(diào)查多座明清時(shí)期古城墻遺址，采集灰漿樣品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行物化分析。研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)明清時(shí)期的灰漿主要是相對(duì)純

6、凈的石灰砂漿，建造古城墻時(shí)普遍使用消石灰加糯米汁的灰漿配方，這種有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料能有效提高灰漿的各種機(jī)械強(qiáng)度。另外，在19世紀(jì)中期的開(kāi)封古城墻遺址還首次發(fā)現(xiàn)含骨料灰漿，其砂/灰重量比接近1∶1，說(shuō)明了中國(guó)傳統(tǒng)灰漿技術(shù)在清代的成熟與完善。
　　古建筑傳統(tǒng)灰漿與陶磚的相容性和粘結(jié)機(jī)理研究。以開(kāi)封古城的磚-灰砌體為樣品，利用顯微鏡，X射線衍射、熱重、鈣吸附、電導(dǎo)率、納米壓痕等多種分析方法研究了磚-灰粘結(jié)界面的顯微組織結(jié)構(gòu)、物質(zhì)化學(xué)組分、