本发明涉及建筑用材料技术领域，具体涉及一种古代石结构桥梁修复用粘合材料及制备方法。
背景技术：
约1500年前，中国古代建筑工人采用“万年牢”作为砌筑用粘合材料，马生龙的《凤凰台记事》中有关这方面最早的文字记载：“筑京城，用石灰秫粥锢其外……(朱元璋)任意指一处击视，皆纯白色……”其中“秫粥”，是指一种粘高粱熬成的稀饭，秫米即“糯小米”、“黏粟”、“糯粟”、“黄糯”，也就是黄黏米，经过现代科学技术研究，由于秫米中含有支链淀粉，其分支点不容易切断，采用其作为砌筑用粘合材料有一定的科学道理，随着时代的发展，这种古老的粘合材料因工艺繁杂、固化速度缓慢等原因难以适应现代建筑工程的要求等原因已逐渐被水泥等现在粘合材料所替代。但在古建筑修复领域，水泥易出现析盐、寿命短、与古建筑本体的不相容等问题，所以采用传统的修复材料来修复古建筑又被人们想起，但如果直接用传统的“万年牢”修复古建筑，由于其中缺乏必要的支撑材料，其抗压强度不足，且不能抵御低温损害，因此有必要开发出一种既能达到现代水泥砂浆的抗压强度又能与古代石结构桥梁很好相容且不会出现析盐等问题的古代石结构桥梁专用粘合材料。
技术实现要素：
为解决以上技术问题，本发明之一在于提供一种古代石结构桥梁修复用粘合材料，该材料可取代普通的水泥砂浆。
本发明的目的之二在于提供一种古代石结构桥梁修复用粘合材料的制备方法。
技术方案如下：本发明的目的之一是这样实现的：一种古代石结构桥梁修复用粘合材料，其关键在于由以下质量份数的材料组成：6-15份蛋清，16-22份米汤，12-45份秫米粥，3-6份石膏，5-9份黏土，5-10份天然砂，10-25份煤灰，25-40份矿渣，1-3份麦秸提取物，1-3份稻草提取物，0.5-1.2份防冻剂，0.6-1.5份减水剂及10-18份水。
本技术方案以蛋清、秫米粥和石膏作为主要的凝胶材料，材料本身与古建筑的相容性好，且不会出现采用水泥制砂浆的析盐等问题，考虑到采用单纯的秫米粥和石膏的粘合材料的抗压强度可能会不够，因此特别添加了以矿渣、煤灰为主的细骨料作为支撑材料来提升粘合材料的抗压强度，此类材料均来源于工业废弃料，在此废物利用，符合环保经济的要求，另外还特别添加了由麦秸和稻草提取物制备的增强材料，所采用的增强材料均为天然材料，对古建筑无损伤，与古建筑的相容性好，同时还可提升制备的粘合材料的强度和抗裂能力，另外还添加了一定量的抗冻剂来提升粘合材料的抗冻能力，使其能低于低温环境的损害，提升其使用寿命。
作为优选：上述秫米粥由预糊化秫米粉与水按质量比为1:16-20的比例调制而成。如秫米粥采用在施工现场现熬现用的方法，不仅占用施工场地，且管理繁琐，采用此方案预糊化后的糯米粉不占用多余的施工空间，管理简单。
上述预糊化秫米粉按以下步骤制备：
步骤(1)预浸泡：将秫米和温水按按质量比为1:4-6的比例浸泡3-5小时后将秫米取出沥干水分备用，所述温水的水温为33-37℃；
步骤(2)蒸制：将预浸泡后的秫米在蒸箱内蒸制10-13分钟后取出置于沸水中浸泡20-28分钟后再次将秫米放入蒸箱内进行二次蒸制，所述二次蒸制的时间为5-6分钟；
步骤(3)冷却冻结：将二次蒸制后的秫米冷却至35℃以下后放入-30℃以下的冷冻室冷冻1-2小时；
步骤(4)真空干燥：将冷冻后的秫米在60-100Pa的真空度下真空干燥3-5小时；
步骤(5)粉碎：将真空干燥后的秫米粉碎后过50-80目筛得秫米粉；
步骤(6)：将秫米粉在100-120℃烘干3-5小时得到所述预糊化秫米粉。
采用此方案首先浸泡秫米后再进行蒸制可有效缩短加工时间，降低施工成本，采用两次蒸制可提升预糊化秫米的溶解度，在第一次蒸制后将秫米置于沸水中浸泡可使秫米充分吸水，提高转化率，采用沸水浸泡可防止高温的秫米突然进入低温的冷水中可能出现的老化从而降低转化率，经真空干燥后二次烘干的预糊化秫米粉水分低于5％，可有有效提升制备的预糊化秫米粉的存储寿命。
上述米汤按以下步骤制备：
步骤①：取大米按质量比为1:5-10的比例加入冷水后浸泡0.5-2小时；
步骤②：将步骤①中浸泡后的大米大火烧开，保持沸腾状态2-3小时得到浆汤混合物；
步骤③：将所述浆汤混合物过60-80目筛后，在50-60℃温度下继续煮制0.5-1小时即得所述米汤。
采用采用此方法制备米汤加工时间短，这是由于采用了先浸泡后煮制的方法，过筛可除去初步煮制后的浆汤混合物中未煮烂或煮制不完全的米粒，过筛后再进行二次煮制可提升米汤的粘度。
上述麦秸提取物或稻草提取物按以下步骤提取：
步骤A：在麦秸或稻草中投入其质量1-3倍的酸性溶液，浸泡5-8小时，所述酸性溶液的pH值为5.5-6.2；
步骤B：将浸泡后的麦秸或稻草连同酸性溶液蒸煮2-4小时；
步骤C：在蒸煮后的酸性溶液中加入碱性中和剂，调节其pH值为中性后继续蒸煮0.5-1小时；
步骤D：将麦秸或稻草捞出烘干，烘干后的麦秸或稻草水分含量小于等于8％；
步骤E：将烘干的麦秸或稻草粉碎过30目筛，筛上物即为所需的麦秸提取物或稻草提取物。
采用弱酸浸泡并煮制麦秸或稻草可去除其中的可粗脂肪、粗蛋白等可水解物质，得到所需的纤维，将该纤维添加到粘合材料中可提升粘合材料的强度和抗裂能力，制得的天然纤维水分低可长时间保存，制备纤维的原料来自农业废弃料，废物利用，经济环保。
上述减水剂由木质素磺酸钠减水剂和聚羧酸减水剂按1:2的比例混合而成。采用此方案可在维持制备的粘合材料坍落度不变的条件下，有效减少拌合用水量，节约用水。
上述天然砂的细度模数为2.2-2.5，所述矿渣的粒径为0.6-0.8毫米。采用此方案海砂和矿渣的粒径大小均匀，易于与凝胶材料混合均匀。
按质量份数计算，所述防冻剂由1份氯化钙和1-3份醋酸钠混合而成。采用此方案可提升制备的粘合材料的抗冻性能，使其能较好的适应低温气候。
本发明的目的之二是这样实现的：一种古代石结构桥梁修复用粘合材料的制备方法，包括所述的古代石结构桥梁修复用粘合材料，其关键在于按以下步骤制备：
步骤a：取石膏粉碎过筛后按比例与黏土混合均匀制得混合物Ⅰ；
步骤b：在混合物Ⅰ中加入天然砂、煤灰和矿渣混合均匀后加入米汤、减水剂和二分之一的水混匀得到混合物Ⅱ；
步骤c：在混合物Ⅱ中加入麦秸提取物和稻草提取物后混匀得到混合物Ⅳ；
步骤d：将混合物Ⅳ投入搅拌器中并加入蛋清和秫米粥后以20-45转/分钟的速度搅拌30-40分钟；
步骤e：将防冻剂溶解在剩余的水中后投入搅拌器内按80-120转/分钟的速度继续搅拌1-3分钟即可。
上述步骤a中石膏过筛的筛网目数为70-120目。
由于秫米粥具有一定的粘度，直接加入固体类材料容易造成搅拌不均匀影响制备的粘合材料的抗压强度，本发明提供了一种分步加入固体类材料的方法，即首先将固体类的细骨料如天然砂、矿渣等与粘度较底的米汤混合均匀后再加入从麦秸和稻草中提取的纤维物质，最后再加入粘度较高的蛋清和秫米粥，由此制备的粘合材料均一性良好，力学性能稳定。
有益效果：采用本发明的有益效果是以蛋清、秫米粥和石膏作为主要的凝胶材料，材料本身与古建筑的相容性好，且不会出现采用水泥制砂浆的析盐等问题，考虑到采用单纯的秫米粥和石膏的粘合材料的抗压强度可能会不够，因此特别添加了以矿渣、煤灰为主的细骨料作为支撑材料来提升粘合材料的抗压强度，此类材料均来源于工业废弃料，在此废物利用，符合环保经济的要求，另外还特别添加了由麦秸和稻草提取物制备的增强材料，所采用的增强材料均为天然材料，对古建筑无损伤，与古建筑的相容性好，同时还可提升制备的粘合材料的强度和抗裂能力，另外还添加了一定量的抗冻剂来提升粘合材料的抗冻能力，使其能低于低温环境的损害，提升其使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例和试验数据对本发明作进一步说明。
实施例1，成品Ⅰ，一种古代石结构桥梁修复用粘合材料，由以下质量份数的材料组成：6份蛋清，16份米汤，45份秫米粥，3份石膏，5份黏土，5份天然砂，25份煤灰，25份矿渣，1份麦秸提取物，3份稻草提取物，0.5份防冻剂，1.5份减水剂及10份水组成，所述减水剂由木质素磺酸钠减水剂和聚羧酸减水剂按1:2的比例混合而成，所述天然砂的细度模数为2.2，所述矿渣的粒径为0.8毫米，按质量份数计算，所述防冻剂由1份氯化钙和1份醋酸钠混合而成。
所述秫米粥由预糊化秫米粉与水按质量比为1:16的比例调制而成，所述预糊化秫米粉按以下步骤制备：
步骤(1)预浸泡：将秫米和温水按按质量比为1:4的比例浸泡5小时后将秫米取出沥干水分备用，所述温水的水温为33℃；
步骤(2)蒸制：将预浸泡后的秫米在蒸箱内蒸制10分钟后取出置于沸水中浸泡20分钟后再次将秫米放入蒸箱内进行二次蒸制，所述二次蒸制的时间为6分钟；
步骤(3)冷却冻结：将二次蒸制后的秫米冷却至35℃后放入-30℃的冷冻室冷冻2小时；
步骤(4)真空干燥：将冷冻后的秫米在60Pa的真空度下真空干燥5小时；
步骤(5)粉碎：将真空干燥后的秫米粉碎后过50目筛得秫米粉；
步骤(6)：将秫米粉在100℃烘干5小时得到所述预糊化秫米粉。
所述米汤按以下步骤制备：
步骤①：取大米按按质量比为1:5的比例加入冷水后浸泡2小时；
步骤②：将步骤①中浸泡后的大米大火烧开，保持沸腾状态3小时得到浆汤混合物；
步骤③：将所述浆汤混合物过60目筛后，在50℃温度下继续煮制1小时即得所述米汤。
所述麦秸提取物或稻草提取物按以下步骤提取：
步骤A：在麦秸或稻草中投入其质量1倍的酸性溶液，浸泡8小时，所述酸性溶液的pH值为6.2；
步骤B：将浸泡后的麦秸或稻草连同酸性溶液蒸煮2小时；
步骤C：在蒸煮后的酸性溶液中加入碱性中和剂，调节其pH值为中性后继续蒸煮0.5小时；
步骤D：将麦秸或稻草捞出烘干，烘干后的麦秸或稻草水分含量为8％；
步骤E：将烘干的麦秸或稻草粉碎过30目筛，筛上物即为所需的麦秸提取物或稻草提取物。
所述成品Ⅰ按以下步骤制备：
步骤a：取石膏粉碎过70目筛后按比例与黏土混合均匀制得混合物Ⅰ；
步骤b：在混合物Ⅰ中加入天然砂、煤灰和矿渣混合均匀后加入米汤、减水剂和二分之一的水混匀得到混合物Ⅱ；
步骤c：在混合物Ⅱ中加入麦秸提取物和稻草提取物后混匀得到混合物Ⅳ；
步骤d：将混合物Ⅳ投入搅拌器中并加入蛋清和秫米粥后以20转/分钟的速度搅拌40分钟；
步骤e：将防冻剂溶解在剩余的水中后投入搅拌器内按80转/分钟的速度继续搅拌3分钟即可。
实施例2，成品Ⅱ，一种古代石结构桥梁修复用粘合材料，由以下质量份数的材料组成：15份蛋清，22份米汤，12份秫米粥，6份石膏，9份黏土，10份天然砂，10份煤灰，40份矿渣，3份麦秸提取物，1份稻草提取物，1.2份防冻剂，0.6份减水剂及18份水，所述减水剂由木质素磺酸钠减水剂和聚羧酸减水剂按1:2的比例混合而成，所述天然砂的细度模数为2.5，所述矿渣的粒径为0.6毫米，按质量份数计算，所述防冻剂由1份氯化钙和3份醋酸钠混合而成。
所述秫米粥由预糊化秫米粉与水按按质量比为1:20的比例调制而成，所述预糊化秫米粉按以下步骤制备：
步骤(1)预浸泡：将秫米和温水按质量比为1:6的比例浸泡3小时后将秫米取出沥干水分备用，所述温水的水温为37℃；
步骤(2)蒸制：将预浸泡后的秫米在蒸箱内蒸制13分钟后取出置于沸水中浸泡28分钟后再次将秫米放入蒸箱内进行二次蒸制，所述二次蒸制的时间为5分钟；
步骤(3)冷却冻结：将二次蒸制后的秫米冷却至20℃后放入-48℃的冷冻室冷冻1小时；
步骤(4)真空干燥：将冷冻后的秫米在100Pa的真空度下真空干燥3小时；
步骤(5)粉碎：将真空干燥后的秫米粉碎后过80目筛得秫米粉；
步骤(6)：将秫米粉在120℃烘干3小时得到所述预糊化秫米粉。
所述米汤按以下步骤制备：
步骤①：取大米按质量比为1:10的比例加入冷水后浸泡0.5小时；
步骤②：将步骤①中浸泡后的大米大火烧开，保持沸腾状态2小时得到浆汤混合物；
步骤③：将所述浆汤混合物过80目筛后，在60℃温度下继续煮制0.5小时即得所述米汤。
所述麦秸提取物或稻草提取物按以下步骤提取：
步骤A：在麦秸或稻草中投入其质量3倍的酸性溶液，浸泡5小时，所述酸性溶液的pH值为5.5；
步骤B：将浸泡后的麦秸或稻草连同酸性溶液蒸煮4小时；
步骤C：在蒸煮后的酸性溶液中加入碱性中和剂，调节其pH值为中性后继续蒸煮1小时；
步骤D：将麦秸或稻草捞出烘干，烘干后的麦秸或稻草水分含量为5％；
步骤E：将烘干的麦秸或稻草粉碎过30目筛，筛上物即为所需的麦秸提取物或稻草提取物。
所述成品Ⅱ按以下步骤制备：
步骤a：取石膏粉碎过120目筛后按比例与黏土混合均匀制得混合物Ⅰ；
步骤b：在混合物Ⅰ中加入天然砂、煤灰和矿渣混合均匀后加入米汤、减水剂和二分之一的水混匀得到混合物Ⅱ；
步骤c：在混合物Ⅱ中加入麦秸提取物和稻草提取物后混匀得到混合物Ⅳ；
步骤d：将混合物Ⅳ投入搅拌器中并加入蛋清和秫米粥后以45转/分钟的速度搅拌30分钟；
步骤e：将防冻剂溶解在剩余的水中后投入搅拌器内按120转/分钟的速度继续搅拌1分钟即可。
实施例3，成品Ⅲ，一种古代石结构桥梁修复用粘合材料，由以下质量份数的材料组成：11份蛋清，19份米汤，28份秫米粥，5份石膏，7份黏土，8份天然砂，17份煤灰，33份矿渣，1.5份麦秸提取物，2份稻草提取物，0.8份防冻剂，1份减水剂及14份水，所述减水剂由木质素磺酸钠减水剂和聚羧酸减水剂按1:2的比例混合而成，所述天然砂的细度模数为2.3，所述矿渣的粒径为0.7毫米，按质量份数计算，所述防冻剂由1份氯化钙和2份醋酸钠混合而成。
所述秫米粥由预糊化秫米粉与水按按质量比为1:18的比例调制而成，所述预糊化秫米粉按以下步骤制备：
步骤(1)预浸泡：将秫米和温水按按质量比为1:5的比例浸泡4小时后将秫米取出沥干水分备用，所述温水的水温为35℃；
步骤(2)蒸制：将预浸泡后的秫米在蒸箱内蒸制11.5分钟后取出置于沸水中浸泡24分钟后再次将秫米放入蒸箱内进行二次蒸制，所述二次蒸制的时间为 5.5分钟；
步骤(3)冷却冻结：将二次蒸制后的秫米冷却至27℃后放入-39℃的冷冻室冷冻1.5小时；
步骤(4)真空干燥：将冷冻后的秫米在80Pa的真空度下真空干燥4小时；
步骤(5)粉碎：将真空干燥后的秫米粉碎后过65目筛得秫米粉；
步骤(6)：将秫米粉在110℃烘干4小时得到所述预糊化秫米粉。
所述米汤按以下步骤制备：
步骤①：取大米按按质量比为1:7.5的比例加入冷水后浸泡1.3小时；
步骤②：将步骤①中浸泡后的大米大火烧开，保持沸腾状态2.5小时得到浆汤混合物；
步骤③：将所述浆汤混合物过70目筛后，在55℃温度下继续煮制0.7小时即得所述米汤。
所述麦秸提取物或稻草提取物按以下步骤提取：
步骤A：在麦秸或稻草中投入其质量2倍的酸性溶液，浸泡6.5小时，所述酸性溶液的pH值为5.8；
步骤B：将浸泡后的麦秸或稻草连同酸性溶液蒸煮3小时；
步骤C：在蒸煮后的酸性溶液中加入碱性中和剂，调节其pH值为中性后继续蒸煮0.7小时；
步骤D：将麦秸或稻草捞出烘干，烘干后的麦秸或稻草水分含量为6％；
步骤E：将烘干的麦秸或稻草粉碎过30目筛，筛上物即为所需的麦秸提取物或稻草提取物。
所述成品Ⅲ按以下步骤制备：
步骤a：取石膏粉碎过95目筛后按比例与黏土混合均匀制得混合物Ⅰ；
步骤b：在混合物Ⅰ中加入天然砂、煤灰和矿渣混合均匀后加入米汤、减水 剂和二分之一的水混匀得到混合物Ⅱ；
步骤c：在混合物Ⅱ中加入麦秸提取物和稻草提取物后混匀得到混合物Ⅳ；
步骤d：将混合物Ⅳ投入搅拌器中并加入蛋清和秫米粥后以32转/分钟的速度搅拌35分钟；
步骤e：将防冻剂溶解在剩余的水中后投入搅拌器内按100转/分钟的速度继续搅拌2分钟即可。
下面结合试验例对本发明做进一步说明。
一、试验材料
表1实验材料
二、试验方法
1.抗压强度参照GB/T 17671-1999《水泥胶砂浆强度检测方法》检测
2.表面强度及耐磨度参照JC/T 906-2002《混凝土地面用水泥基耐磨材料》检测
3.抗冻性能、拉伸粘接强度试验按JGJ70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》进行测试。
三、试验结果
表2实验结果
从表2中可以看出，三组试验组的抗压强度显著大于对照组1的抗压强度，与对照组2相比也有所增大；三组试验组的耐磨度较对照组1有较大提升，虽略低于对照组2但差异不并十分显著，这是由于在本发明中特别添加了增强材料，三组试验组的压痕直径显著低于对照组1的压痕直径，即三组试验组的表面强度较对照组1有显著增大，三组试验组的表面强度与对照组2相比略低，同时三组试验组的拉伸粘结强度显著大于对照组1的拉伸粘接强度，同时与对照组在2相比也有所增大，因此使用本发明提供的古建筑砖石结构建筑修复用粘合材料修复古建筑时可显著提升被修复古建筑的牢固度，避免反复翻修，在冬季极端天气环境下裸露的古建筑极易被冻坏，特别是作为粘接材料的砂浆反复经历低温破坏后一旦其抗压强度不达标，那么经其粘合的古建筑存在崩塌风险，从表2可以看出三组试验组在经历抗冻测试后其抗压强度损失率和质量损失率显著低于两组对照组的抗压强度损失率和质量损失率，由此可见三组试验组的抗冻性能较两组对照组有显著上升。
综上所述，采用本发明提供的古代石结构建筑修复用粘合材料及其制备方法制备的粘合材料其性能不仅能满足一般的水泥砂浆性能指标，同时其抗冻性 能、拉伸粘结强度等都较普通的M10和M15级砌筑砂浆有显著提升，采用本发明提供的粘合材料修复古建筑，不仅在外观上与古建筑本身极其相似，不会影响古建筑的美观，同时粘接牢固、可抵御低温，特别是本发明采用糯米粥作为主要凝胶材料，使用其修复古建筑时使用寿命长，无析盐等问题。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。