墙面修复材料及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料领域，且特别涉及一种墙面修复材料及其制备方法。

背景技术：

随着陕北地区植树造林、退耕还林的政策的实施，陕北的环境发生明显的变化，年平均降雨量升高，且在7—9月的汛期多发生强降雨。环境气候的改变使一些黄土建筑遭到破坏，黄土窑洞作为黄土建筑破坏的典型，由于年平均降雨量的增加，使窑洞周围黄土体内水分含量的增加，同时，土体内部水分散失的过程，导致墙体内部水分不断的向黄土窑洞内墙面迁移，这将造成黄土墙面土颗粒间的胶结物质的溶蚀，从而引起墙面的酥化、脱落、鼓包、裂纹等现象的产生。窑洞外侧的墙面，则遭受着不断的雨蚀、风蚀、及反复的冻融循环和干湿循环等共同作用下带来的破坏，最终造成外墙面的粉化、墙皮脱落等现象。

修复黄土窑洞墙面的原则是要保证修复墙面与周围环境的和谐性及不用水泥等现代建筑材料的基础上，充分利用黄土为主要材料进行对窑洞墙面的修复，以达到修旧如旧的目的。而目前通过使用腻子粉与黄土的拌和，进行对黄土窑洞的修复，腻子中的粘结组分主要起到粘结墙体与土颗粒之间的胶结，但在墙面反复的吸水和失水过程中，其中的粘结组分不断的膨胀、收缩，最终失去了粘结的特性，抵抗水分的侵蚀能力和抗风化能力较差，并不能保证修复墙面的耐久性。黄土建筑遗址墙面的修复缺少一种生态环保的修复材料，能够保证修复区与周围环境的和谐，并且具有良好的透气性的基础上拥有较强的抗水侵蚀、抗老化能力。

目前关于黄土窑洞墙面修复的研究较少，缺少切实可行的修复材料来保护黄土窑洞遗址。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种墙面修复材料，其不仅仅可以在黄土颗粒间空隙填充和连接，并改善天然黄土的内部的空隙结构和密实性问题，从而解决了黄土强的吸水和遇水失陷的特性。此外，提升了抗冻融、抗风化、抗干湿循环的能力。

本发明的另一目的在于提供一种墙面修复材料的制备方法，其方法操作简单、反应条件温和，能够快速制备得到墙面修复材料。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明提出一种墙面修复材料，其可用黄土窑洞修复，以重量份计，其包括360-540份糯米浆、100-150份硅灰、100-200份生石灰、200-300份半水石膏、500-600份待修复的窑洞原样土、1-4份纤维材料和10-18份减水剂。

本发明提出一种墙面修复材料的制备方法，包括以下步骤：将糯米浆、硅灰、生石灰、半水石膏、纤维材料、待修复的窑洞原样土和减水剂混合以形成墙面修复材料。

本发明的有益效果是：本发明的墙面修复材料通过360-540份糯米浆、100-150份硅灰、100-200份生石灰、200-300份半水石膏、500-600份待修复的窑洞原样土、1-4份纤维材料和10-18份减水剂相互协同作用，能够良好地将黄土粘结在基体上，同时墙面修复材料发生碳化反应生成碳酸钙晶体对黄土颗粒间空隙填充或形成的架桥结构对黄土颗粒进行连接，增强内部的胶结，改善天然黄土的内部的空隙结构和易侵蚀的问题，继而解决黄土强的吸水和遇水失陷的特性，并提升窑洞抗冻融、抗风化、抗干湿循环的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为实施例1的修复前黄土窑洞的结构图；

图2为实施例1的修复后黄土窑洞的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面对本发明实施例的墙面修复材料、其制备方法及修复黄土窑洞受损墙面的工艺进行具体说明。

本发明实施例提供一种墙面修复材料，其可用于黄土窑洞修复，且一般为现用现配，继而能够保证其修复效果。具体地，以重量份计，其包括360-540份糯米浆、100-150份硅灰、100-200份生石灰、200-300份半水石膏、500-600份待修复的窑洞原样土、1-4份纤维材料和10-18份减水剂。或者以重量份计，其包括400-450份糯米浆、120-130份硅灰、120-150份生石灰、250-280份半水石膏、550-570份待修复的窑洞原样土、2-3份纤维材料和13-15份减水剂。

通过上述各个物质之间的协同作用可以保证墙面修复材料具有良好的强度和粘结作用，并保证墙面修复材料自身的碳化产生的碳酸钙晶体能够在黄土颗粒间空隙填充，或形成的架桥结构对黄土颗粒进行连接，增强内部的胶结，继而改善天然黄土的内部的空隙结构和易侵蚀问题，从而解决了黄土强的吸水和遇水失陷的特性，并能够进一步提升了抗冻融、抗盐侵、抗干湿循环的能力。

进一步地，采用的基料为待修复的窑洞原样土，例如黄土等，能够保证修复区域与未修复区域之间的差别小，保证修复效果。

进一步地，待修复的窑洞原样土的含水率为8-12％，控制待修复的窑洞原样土的含水量有利于改善墙面修复材料的流动性和强度等，继而保证修复效果。

进一步地，糯米浆为质量百分浓度为2-3％的糯米浆。采用该质量百分浓度的糯米浆能够保证糯米浆能够良好地与生石灰、半水石膏等物质相互协同作用，继而良好地调控碳酸钙晶体生长。若糯米浆浓度过低，导致制备的墙面修复材料过稀，继而导致其粘结性能和强度降低，硅灰等不能充分地与糯米浆作用，继而导致固化土性能降低。若浓度过高，则导致水分含量过低，继而不利于与生石灰反应，不利于各个物料混合均匀，继而影响墙面修复材料的修复效果。

进一步地，生石灰和糯米浆内的水分发生反应，生成熟石灰，并发出大量的热，使得糯米浆进一步糊化，使得糯米浆地分子链得到充分伸展，淀粉支链上携带的羟基充分暴露，继而提升墙面修复材料中淀粉支链中羟基调控碳酸钙晶体排列、生长的性能。

而生成的熟石灰在水分和空气的作用下发生碳化反应，生成六方晶型的碳酸钙晶体，其生成量与碳化反应进行的程度有关，一般情况下，碳化程度的高低取决于体系内氢氧化钙的饱和离子浓度和进入体系内的二氧化碳含量。碳化反应是一个缓慢的过程，在较长时间内才能完成，因此碳酸钙晶体主要是提供固化土的后期强度。在碳化反应过程中，前期淀粉支链中的羟基为碳酸钙的生长提供了结合位点，起到生物模板的作用，调控碳化的反应进程，控制碳酸钙晶体的排列、方向、晶型。生成的碳酸钙晶体能够对黄土颗粒进行粘结并填充颗粒之间的空隙，提升黄土墙面内的密实性，改善其内部的空隙结构，解决了黄土强的吸水和遇水失陷的特性，且能够提升其抗水侵蚀及抗冻融的能力。

进一步地，由于生石灰和水分反应时消耗水量大，温度过高，因此，需要控制其添加量，若生石灰添加量过大，则制备得到的墙面修复材料流动性差，且各个物料容易混合不均匀，继而导致其粘结性能和固化土强度降低。

进一步地，半水石膏和糯米浆相互作用，为提供了早期强度，并为熟石灰的碳化反应提供了稳定的环境，增加固化土体的强度和耐久性。具体地，半水石膏能够与水进行反应生成单斜晶系的二水石膏，并在较短的时间内发生硬化，其主要是为固化土体提供前期强度，为碳化过程提供稳定的环境，且能够进一步提升黄土墙体的抗风化和干湿的能力。

采用的半水石膏为2caso4·h2o，也称为烧石膏，晶体呈显微针状，似石膏假象，也呈块状，无色或白色，条痕白色，似玻璃光泽。

而硅灰则能够填充固化土体内孔隙，进一步提升固化土体的强度。具体地，糯米浆和半水石膏、生石灰和熟石灰等形成的固化土体中存在一定的孔隙，不利于固化土的稳定，而硅灰则能够进入孔隙，大大降低固化土的孔隙尺寸，使密实度提高，进而提高固化土体的强度。同时，硅灰也可以对黄土之间的空隙进行填充，进一步提升黄土墙面的密实性。

而减水剂能够提升墙面修复材料的流动性，控制墙面修复材料的收缩性等。通过上述物质和上述比例能够保证制备得到的糯米浆能够形成强度高、耐冲刷、防渗性好的固化土体，继而对受损墙面进行良好地修补。本发明实施例采用减水剂为现有技术中常规的减水剂。

进一步地，纤维材料能够在修复后防止墙面开裂，能够减少黄土墙面脱落，使得修复体具有良好地抗拉伸强度，且能够进一步改善黄土颗粒之间的孔隙和密实问题。

进一步地，纤维材料为植物纤维，优选，为麻刀、椰丝和麦秸中的任意一种。采用上述植物纤维能够进一步保证纤维的作用，起到良好地连接功能，防止墙体开裂。

进一步地，纤维材料的长度为1-2厘米。控制纤维材料的长度能够进一步保证纤维材料与各个物质的混合效果，且保证纤维材料能够充分发挥其功效，若纤维过短或过长均会导致修复效果降低。

本发明还提供一种墙面修复材料的制备方法，包括以下步骤:

将糯米浆、硅灰、生石灰、半水石膏、纤维材料、待修复的窑洞原样土和减水剂混合以形成墙面修复材料。

具体地：首先，制备糯米浆：将糯米粉与水进行预糊化，预糊化的时间为60-90分钟，预糊化的温度为80-90℃。采用上述预糊化的温度和时间能够保证糯米和水充分糊化得到糯米浆，避免糯米糊化不充分或者糊化过度而导致糯米浆的结构被破坏。且在预糊化的过程中需要不停地搅拌并保证水位的不变，避免糯米粉的团聚，利于糯米淀粉的充分糊化。

而后将糯米浆冷却至20-30℃，继而保证糯米浆能够良好地与石灰、石膏、待修复的窑洞原样土等物质充分混合，减少了搅拌过程中的水分散失。

而后将上述制备得到的糯米浆与硅灰和所述待修复的窑洞原样土搅拌混合后得到的第一混合物形成粘稠浆料，搅拌的时间为1-2分钟，搅拌速度为500-600rad/min，先将上述物质进行混合，防止后续糯米浆与生石灰反应，消耗过多的水分，继而容易导致各物料混合不均，因此，向进行混合保证混合的均匀度，继而保证墙面修复材料的性能。

而后在第一混合物再依次与所述生石灰、所述半水石膏和所述减水剂混合。采用上述混合顺序能够保证糯米浆与生石灰和半水石膏等物质的相互作用，继而保证墙面修复材料的修复性能。若更改了混合顺序则会导致制备的墙面修复材料流动性差、结石体强度低，对缝隙填充效果差，粘结力差等问题。

具体地，第一混合物与所述生石灰以500-600rad/min的搅拌速度混合反应1-2分钟后再以相同的搅拌速度与半水石膏混合反应1-2分钟，最后与减水剂以500-600rad/min的搅拌速度混合反应2-4分钟。

最后将稠浆料与所述纤维材料混合以形成修复材料即该墙面修复材料，最后再添加纤维材料，能够保证纤维材料发挥其功效，保证墙体不易开裂。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种墙面修复材料，其包括360份的糯米浆、205份的半水石膏、133份的生石灰、150份的硅灰石粉、减水剂13份、待修复的窑洞原样土555份和4份纤维材料。其中，待修复的窑洞原样土含水率为10％的黄土，纤维材料为麻刀纤维，长度为2厘米，糯米浆的质量百分浓度为2.5％。

本实施例提供一种墙面修复材料的制备方法：

首先，将糯米粉与水按照质量比为39:1的比例混合进行预糊化，预糊化的时间为20分钟，预糊化的温度为90℃。而后对得到的浆液进行冷却，使得糯米浆的温度为20℃。

而后将制备得到的糯米浆与硅灰和含水率10％的黄土搅拌混合后得到的第一混合物，搅拌的时间为1分钟，搅拌速度为500rad/min，而后第一混合物与所述生石灰以500rad/min的搅拌速度混合反应1分钟后再以相同的搅拌速度与半水石膏混合反应1分钟，接着与减水剂以500rad/min的搅拌速度混合反应1分钟，最后与麻刀纤维以500rad/min的搅拌速度混合反应2分钟，最终得到上述墙面修复材料。

对陕北地区的黄土窑洞利用实施例1的墙面修复材料进行修复，修复前的结构参见图1，而后将实施例1的墙面修复材料浇筑与待修复区，进行修复，修复结果参见图2。

实施例2-6

实施例2-6提供的墙面修复材料与实施例1提供的墙面修复材料成分基本一致，区别在于各个原料的配比不同，实施例2-6提供的墙面修复材料的制备方法与实施例1提供的墙面修复材料的制备方法基本一致，区别在于具体的操作条件发生变化。

实施例2

墙面修复材料包括360份糯米浆、100份硅灰、100份生石灰、200份半水石膏、500份待修复的窑洞原样土、1份纤维材料和10份减水剂。其中，待修复的窑洞原样土为含水率为8％的黄土，糯米浆的质量百分浓度为2％，纤维材料为椰丝，且长度为1厘米。

制备糯米浆时温度为80℃，预糊化时间为40分钟，冷却后糯米浆的温度为30℃。

制备第一混合物是搅拌时间为2分钟，转速为600rad/min，与生石灰搅拌的时间和转速依次为2分钟，600rad/min；与半水石膏搅拌的时间和转速为2分钟，600rad/min；与减水剂搅拌的时间和转速为2分钟，600rad/min；与椰丝搅拌的时间和转速为1分钟，600rad/min。

实施例3

墙面修复材料包括540份糯米浆、150份硅灰、200份生石灰、300份半水石膏、600份待修复的窑洞原样土、4份纤维材料和18份减水剂。其中，待修复的窑洞原样土为含水率为12％的黄土，糯米浆的质量百分浓度为3％，纤维材料为麦秸，且长度为1.5厘米。

制备糯米浆时温度为85℃，预糊化时间为35分钟，冷却后糯米浆的温度为25℃。

制备第一混合物是搅拌时间为1.5分钟，转速为550rad/min，与生石灰搅拌的时间和转速依次为1分钟，550rad/min；与半水石膏搅拌的时间和转速为2分钟，550rad/min；与减水剂搅拌的时间和转速为1分钟，550rad/min；与麦秸搅拌的时间和转速为2分钟，550rad/min。

实施例4

墙面修复材料包括400份糯米浆、130份硅灰、150份生石灰、280份半水石膏、550份待修复的窑洞原样土、2份纤维材料和13份减水剂。其中，待修复的窑洞原样土为含水率为11％的黄土，糯米浆的质量百分浓度为2.7％，纤维材料为椰丝，且长度为1.2厘米。

制备糯米浆时温度为87℃，预糊化时间为25分钟，冷却后糯米浆的温度为22℃。

制备第一混合物是搅拌时间为2分钟，转速为520rad/min，与生石灰搅拌的时间和转速依次为2分钟，520rad/min；与半水石膏搅拌的时间和转速为2分钟，520rad/min；与减水剂搅拌的时间和转速为1分钟，520rad/min；与椰丝搅拌的时间和转速为2分钟，520rad/min。

实施例5

墙面修复材料包括450份糯米浆、150份硅灰、120份生石灰、250份半水石膏、570份待修复的窑洞原样土、3份纤维材料和15份减水剂。其中，待修复的窑洞原样土为含水率为9％的黄土，糯米浆的质量百分浓度为2.3％，纤维材料为麦秸，且长度为1.7厘米。

制备糯米浆时温度为84℃，预糊化时间为32分钟，冷却后糯米浆的温度为26℃。

制备第一混合物是搅拌时间为1.5分钟，转速为570rad/min，与生石灰搅拌的时间和转速依次为1.5分钟，570rad/min；与半水石膏搅拌的时间和转速1.5分钟，570rad/min；与减水剂搅拌的时间和转速为1.5分钟，570rad/min；与麦秸搅拌的时间和转速为1.5分钟，570rad/min。

实施例6

墙面修复材料包括500份糯米浆、140份硅灰、170份生石灰、220份半水石膏、525份待修复的窑洞原样土、2.5份纤维材料和14份减水剂。其中，待修复的窑洞原样土为含水率为8.5％的黄土，糯米浆的质量百分浓度为2.3％，纤维材料为麻刀，且长度为1.7厘米。

制备糯米浆时温度为82℃，预糊化时间为28分钟，冷却后糯米浆的温度为27℃。

制备第一混合物是搅拌时间为1分钟，转速为530rad/min，与生石灰搅拌的时间和转速依次为1分钟，530rad/min；与半水石膏搅拌的时间和转速1分钟，530rad/min；与减水剂搅拌的时间和转速为1分钟，530rad/min；与麻刀搅拌的时间和转速为1分钟，530rad/min。

对比例1：按照实施例1提供的制备方法制备墙面修复材料，区别在于将生石灰替换为等量的熟石灰。

对比例2：按照实施例1提供的制备方法制备墙面修复材料，区别在于配方为：360份的糯米浆、205份的半水石膏、283份的生石灰、减水剂13份、待修复的窑洞原样土555份和4份纤维材料。

对比例3：按照实施例1提供的制备方法制备墙面修复材料，区别在于配方为：360份的糯米浆、308份的生石灰、150份的硅灰石粉、减水剂13份、待修复的窑洞原样土555份和4份纤维材料。

对比例4：按照实施例1提供的制备方法制备墙面修复材料，区别在于配方为：360份的糯米浆、205份的半水石膏、283份的硅灰石粉、减水剂13份、待修复的窑洞原样土555份和4份纤维材料。

对比例5：按照实施例1提供的制备方法制备墙面修复材料，区别在于配方为：360份的糯米浆、205份的半水石膏、133份的生石灰、154份的硅灰石粉、减水剂13份、待修复的窑洞原样土555份。

对比例6按照实施例1提供的制备方法制备墙面修复材料，区别在于直接将糯米浆、硅灰、待修复的窑洞原样土、生石灰、熟石灰、半水石膏和减水剂一次性直接混合。

取相同量的实施例1-6和对比例1-6的墙面修复材料进行检测，检测墙面修复材料的吸水性和浸水条件下的质量损失率及抗冻融循环，具体吸水性的检测参见测试方法一、浸水条件下的质量损失的检测参见测试方法二、抗冻融循环的检测参见测试方法三，具体检测结果参见表1。

测试方法一：吸水性测试，28d养护龄期的试样放入电热鼓风干燥箱中，烘干至恒重(烘干温度为80℃)，烘干的试样放置干燥器中冷却到室温，测试不同时刻的试样单位质量吸水率。按下式计算试样的单位质量吸水率

其中wr为吸水率，％；mo为试样烘干至恒重的质量，g；mt为试样的时刻吸水后的质量，g。

测试方法二：试样尺寸为φ61.8mm×20mm，在标准养护条件下养护至指定龄期，浸泡水中，90d浸泡后烘干，测定试样的随浸泡条件下的质量损失情况。按下式计算试样的崩解质量损失率

其中δw为质量变化量，g；w0为每次试样烘干之后的初始质量，g；d为质量损失率，％。

测试方法三：为模拟冻融对固化土作为抹面材料的影响，检测固化土的抗冻融能力，将搅拌好的浆液浇入φ120mm×5mm试模中，在干燥的条件下养护24h后，用蜡对试样与试模之间的环状间隙封堵，然后移入标准养护条件下进行养护，对养护28d龄期的试样进行冻融试验。冻融前先将试样烘干，每个冻融循环由饱水18h、-20±2℃的条件下冻3h、50℃±2℃的烘箱中烘3h组成。记录不同配比，试样表面产生大面积剥离破坏的冻融循环次数。

表1检测结果

根据表1可知，通过质量吸水率表征墙面修复材料的吸水性，糯米浆加量、生石灰、石膏、纤维掺量与长度都可以影响墙面修复材料的吸水性，其中生石灰对吸水率影响最大，纤维的掺入改善墙面修复材料的吸水率。

根据表1可知，通过对浸水条件下的质量损失率表征墙面修复材料的水稳性，其中石灰对材料的质量损失率最大，掺加纤维可以有效的提高墙面修复材料的结构稳定性，减少浸水条件下的质量损失。

根据表1可知，通过对冻融循环次数的测试，表征墙面修复材料随季节温度变化耐久性，其中生石灰、石膏都较大影响着墙面修复材料的抗冻融循环，植物纤维的加入可有效的降低冻融循环对墙面修复材料的破坏作用。

根据表1可知，硅灰掺加较大程度上影响了墙面修复材料的吸水率，硅灰的掺入较无硅灰掺加减小了墙面修复材料内部孔隙率，进而降低了吸水率。材料组分的掺加顺序虽然对于墙面修复材料的吸水率、浸水条件下的质量损失率、抗冻融循环次数影响较小，但是掺料顺序会影响墙面修复材料的流动性。

综上所述，本发明的墙面修复材料通过360-540份糯米浆、100-150份硅灰、100-200份生石灰、200-300份半水石膏、500-600份待修复的窑洞原样土、1-4份纤维材料和10-18份减水剂相互协同作用，能够良好地将将黄土粘结与基体上，同时墙面修复材料发生碳化反应生成碳酸钙晶体对黄土颗粒间空隙填充或形成的架桥结构对黄土颗粒进行连接，增强内部的胶结，改善天然黄土的内部的空隙结构和易侵蚀的问题，继而解决黄土强的吸水和遇水失陷的特性，并提升窑洞抗冻融、抗风化、抗干湿循环的能力。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。