古建筑用水硬性石灰的合成及力学性能研究

为了合成古建筑修复材料水硬性石灰,以天然姜石为原料,通过煅烧方式制备了水硬性石灰,利用XRD、SEM、伺服万能试验机和白光数字散斑相关方法等测试了水硬性石灰的成分、微观形貌、抗压强度和变形场演化等。结果表明:在900℃煅烧8 h时姜石中CaO、2CaO·SiO_2和2CaO·Al_2O_3·SiO_2的含量与欧洲水硬性石灰NHL5的成分相近;随养护时间的增加,水硬性石灰中CaO和2CaO·SiO_2的含量逐渐降低,CaCO_3和1.5CaO·SiO_2·x H_2O(C-S-H)的含量逐渐增加,而2CaO·Al_2O_3·SiO_2的含量基本不变;养护1~5 d阶段收缩率随养护时间迅速增加,养护6~17 d阶段收缩率随养护时间缓慢增加,养护18 d后收缩率保持恒定;抗压强度随养护时间的增加而增加,养护28 d时抗压强度达到6.75 MPa,达到NHL5的标准;随着载荷的增加,局部区域的应变值逐渐变大,相邻的局部变形区合并成应变局部化带,在峰值载荷处应变局部化带演变成微裂隙,微裂隙扩展成宏观裂纹使试件发生破坏;随养护时间的增加,Ca(OH)_2和2CaO·SiO_2发生反应的数量增加,形成的CaCO_3和C-S-H相互交织构成空间网络结构,水硬性石灰的孔隙率减少,力学强度显著提高。

苏羊遗址白灰面的制作工艺研究

河南省洛阳市宜阳县苏羊遗址是中原地区史前时期的重要遗址之一,该遗址出土房址的地面和墙面涂抹有“白灰面”,其原料和制作方法对研究史前建筑材料具有重要意义。采用X射线衍射分析仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)对采自苏羊遗址的白灰面、遗址周边地区的几种天然石灰质原料(料礓石、石灰石和牡蛎)进行分析检测,以探究苏羊遗址白灰面的制作原料。采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和扫描电镜(SEM)对苏羊遗址的白灰面、天然料礓石和模拟制备的白灰面进行分析检测,利用红外图谱中方解石的ν2/ν4值反映其晶体的无序程度,并绘制ν2-ν4特征趋势线,最后结合微观形貌观察,以探究苏羊先民在制作白灰面时,是否将原料人工烧制成石灰后再使用。结果显示,苏羊遗址白灰面样品的主要物相为石英、方解石以及少量长石,化学成分中钙含量与硅含量较高,其化学成分、物相等与天然料礓石相似,而不同于石灰石和牡蛎;根据红外谱图显示的信息,苏羊遗址白灰面的ν2/ν4平均值在3.6左右,远低于人工烧制石灰的ν2/ν4值,其ν2-ν4特征趋势线也与天然料礓石的接近;结合扫描电镜观察结果,可初步认为苏羊先民在制作白灰面时,以天然料礓石为原料,未对料礓石进行人工烧制,是直接将其粉碎后与水按比例混合成浆状,涂抹于墙面、地面以及窖穴穴壁。相关研究结果为辨别天然料礓石和人工烧制料礓石的碳化产物提供了一种较为便易的研究方法,有助于进一步了解史前白灰面的制作原料和工艺,为考古工作人员研究史前居民制作建筑材料的工艺和改善居住环境的思维意识提供了参考依据。

巩义双槐树仰韶房址地坪的原料与制作工艺研究

河南巩义双槐树遗址出土的仰韶时期房址地坪为研究该时期建筑技术与石灰类材料的制备工艺提供了重要材料。本文采用材质科技分析与模拟实验手段对其制作原料和工艺进行了研究。结果显示,双槐树地坪的化学成分和物相组成与遗址出土的料礓石制作的模拟样品相似,红外光谱分析则表明双槐树地坪经过人工烧制,温度约在500~600℃。综合以上信息,双槐树遗址先民通过在较低温度下烧制料礓石获取原料,将其粉碎后加入适量的水制成具有5cm以上厚度的地坪。经过埋藏过程中地下水的淋溶,地坪中形成了具有特征的碳酸钙团块结构。本研究显示双槐树遗址先民在制作地坪时未将料礓石煅烧成为石灰,在较低温度下加热的目的可能是使其更加容易破碎,并在一定程度上提升其浇水养护后的强度。

姜石合成水硬性石灰及物理力学性能研究

为了研究水硬性石灰的合成机制及其物理力学性能,以姜石为原料,利用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、白光数字散斑测试系统和扫描电子显微镜等仪器对煅烧前后姜石的成分、不同龄期砂浆试件的物理力学性能和微观形貌等进行分析。结果表明:(1)900℃煅烧8 h时,姜石主要成分为CaO,2CaO·SiO_2和2CaO·Al_2O_3·SiO_2,与欧洲水硬性石灰NHL5的成分相近。(2)随着龄期的增加,水硬性石灰中Ca CO_3和1.5CaO·SiO_2·x H2O(C-S-H)的含量逐渐增加,Ca(OH)_2的含量逐渐减小,而2CaO·Al_2O_3·SiO_2的含量不变。(3)在龄期1~5 d早期养护阶段,试件收缩率随龄期呈线性规律增加;在龄期6~17 d中期养护阶段,收缩率随龄期缓慢增加;龄期超过18 d后收缩率保持不变。(4)水硬性石灰的抗拉强度和抗压强度随龄期的增加而增加,力学强度达到欧洲水硬性石灰NHL5的标准。(5)随着拉应力的增加,局部变形区的面积逐渐增大,相邻的局部变形区合并成应变局部化带,最终发展成宏观裂纹,试件发生破坏。(6)随着龄期的增加,试件内的C-S-H和Ca CO_3相互连接,形成致密的空间网络状结构,使力学强度增加。

A STUDY OF CALCAREOUS DOLLS IN THE LOESS DEPOSITS OF CHINA

We have carried out systematic field investigations on calcareous concretions in the loess sections of Luochuan, Yulin and Weinan of Shaanxi, and Lishi and Wucheng of Shanxi as well as laboratory studies using methods of polarizing microscopy, SEM. etc.