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彼得埃利斯在历史渲染和修复混合中复杂聚集体的重要性

2020年3月6日发布

在设计砂浆时需要考虑三个关键因素:

  • 选择合适的粘合剂
  • 选择正确的骨料
  • 粘结剂与骨料的体积比例

骨料的选择在很大程度上取决于所选粘结剂的类型。这
事实往往被忽视或忽视,这无疑是导致一些
砂浆,抹灰和渲染性能差的例子。

历史上

在1800年以前,绝大多数的各种用途的砂浆都是基于石灰粘合剂。这些传统的石灰,无论是用作热混合的生石灰,还是用作石灰腻子,由于燃烧的石灰石的类型和烧制条件以及窑内的温度(从8500度不等),变化很大C到9000左右C

他们有一个共同点,那就是他们都不纯洁。杂质的性质至关重要。氧化铝和二氧化硅含有能与石灰反应的相,在技术上是最重要的。活性氧化铝和二氧化硅的前体是存在于许多石灰石中的粘土矿物。除活性氧化铝和二氧化硅外,其他杂质包括:

  • 未燃烧的煤或木头
  • 煤灰或木炭
  • 未燃烧(未转化)的石灰石
  • 部分转化石灰岩
  • 再转化碳酸钙(石灰石转化为氧化钙或生石灰)
    在窑中与窑内的二氧化碳发生反应并重新碳化)
  • 石英石英
  • 非活性粘土矿物
  • 燧石(以白垩石灰为例)

在一种石灰类型或来源中发现大多数这些杂质并不罕见。因此,传统的石灰粘合剂已经含有复杂的骨料。

早期的总量

然后将这些酸橙与当地几乎所有可用的东西混合,制成研钵,
抹灰或渲染这些材料包括:

  • 土或粘土
  • 石英
  • 长石
  • 燧石/燧石
  • 煤/煤灰
  • 破碎的岩石,如花岗岩、白云岩、玄武岩和砂岩
  • 碎石灰石和白垩
  • 雪花石膏
  • 混合聚集体,如海滩或河沙和冰川沉积物
  • 碎砖瓦

这些骨料通常是在挖掘时添加的。它们很少被冲刷,尽管河砂中天然的细粒或粘土含量很低。然而,它们经常被粉碎或筛选到适合预期用途的粒度。这些材料中的许多对传统砂浆的性能和耐久性具有积极或有益的物理和化学作用,这是关键问题
考虑渲染,或外部膏药,因为这个应用程序需要大量的砂浆。

由于这些原因,这些作为挖掘集料的许多潜在不利特性与传统石灰无关:

  • 传统石灰不含可能与硫酸盐发生反应的具有潜在破坏性的水力化合物,例如硫酸盐侵蚀
  • 传统石灰是柔韧的,因此能够吸收可能发生的任何轻微的膨胀反应或力
  • 传统的石灰不坚固,不依赖于抗压强度的耐久性
  • 有积极化学作用的两类物质是:
  • 石灰质或石灰石聚集体
  • 火山灰材料。

钙质骨料

我所说的钙质骨料,是指碳酸钙以杂质的形式存在于石灰粘合剂中,或以石灰石的形式存在于骨料中。

对历史砂浆性能起关键作用的反应系列是碳酸化反应,而不是硅酸钙和铝酸盐的水化反应。

为了理解这一点,我们有必要了解碳酸化的化学过程,这是;

我认为比一般人想象的要复杂得多。

碳酸化反应可以理解为以下反应的过度简化:

Ca(OH)2 + CO2→CaCO3.(石灰+二氧化碳→碳酸钙)

由于需要水分,反应应写成:

x.H2O + co2+ Ca(哦)2→CaCO3.+,122O

事实上

第一个反应是一氧化碳2+ H2O生成H2有限公司3.(碳酸)。在雨水中存在酸性时,反应性增加。正是这种碳酸与砂浆表面的石灰反应生成碳酸钙。

Ca(OH)2 + H2有限公司3.→CaCO3.+ 2 h2O

这种表面反应的深度取决于许多因素,包括时间、渗透率
砂浆,相对湿度

后:

砂浆表面的碳化石灰与碳酸反应生成钙
碳酸氢盐。

CaCO3.+ H2有限公司3.→Ca (HCO3.) 2 (aq)。

碳酸氢钙和碳酸都渗透到砂浆中,在那里它们都与石灰反应产生碳酸钙。

Ca(哦)2+ H2有限公司3.→CaCO3.+ 2 h2O

Ca(哦)2+ Ca (HCO3.2→2 caco3.+ 2 h2O

传统石灰或含有石灰石骨料的灰浆中:

只要有足够的一氧化碳2可稳定碳酸氢盐在溶液中,这很可能在长期内发生,碳酸钙以石灰石骨料的形式存在,或作为未转化、部分转化或再转化的粘结剂材料,将依次溶解在碳酸中产生碳酸氢钙。这种碳酸氢盐又会与石灰反应生成碳酸钙。

CaCO3.+ H2CO3.→Ca (HCO3.2

石灰石骨料+碳酸→碳酸钙

Ca (HCO3.2+ Ca(哦)2→2 caco3.+ 2 h2O

碳酸钙+石灰→碳酸钙+水

砂浆除表面外,内部还含有石灰石碳酸盐。

石灰石(碳酸盐)的特殊形式,以及存在于其中的硅酸盐杂质
传统的酸橙可能会促进这种反应。

火山灰材料

火山灰被定义为一种材料,它能够在常温下与有水存在的石灰反应,产生胶凝化合物。它们以火山土和粘土的形式自然存在。人造火山灰是通过在适当的温度下燃烧某些粘土和页岩制成的,其中包括碎砖和瓦片以及偏高岭土。PFA(粉状燃料灰)是火山灰,这是肯定的
硅藻土和一些煤灰。

希腊人和罗马人都明白,某些火山沉积物加到石灰和沙子中,就会产生一种砂浆,这种砂浆具有超强的强度,在水下凝固,因此是水力的。他们过去常常把这些火山灰长途运输,但如果没有可用的,罗马人就会使用碎砖、瓦片和陶器来达到类似的效果。有很多非常耐用的砂浆和石灰的例子
意大利和英国罗马时期的混凝土。

罗马时代之后,这项技术在欧洲失传,直到17世纪才在英国重新建立起来。英国没有适合用作火山灰的火山灰沉积物,但有许多17号和18号的例子C渲染中故意包含砖颗粒和粉末。我最近分析了一支非常耐用但相对较软的第18支球队CFrogmore House的渲染样本
温莎大公园故意添加了大量的砖和煤灰。

据我所知,英国没有火山灰聚集物,尽管有些人不同意这一点,他们认为,例如,达特穆尔周围的变质环产生了活性聚集物。一家主要的水泥制造商测量了波特兰水泥:泰晤士砂砾砂浆的膨胀,我相信他们得出的结论是,这表明存在火山灰反应,尽管我没有看到这一数据。

石灰-火山灰反应是活性二氧化硅、氧化铝和石灰之间的渐进反应,产生水化硅酸钙和水化铝酸钙,类似于水化石灰和硅酸盐水泥中产生的水化钙,但不相同。

颗粒形状和分级

通常认为锐度是骨料的理想特性,因为它可以确保粘结剂和骨料之间更好的粘合。尖锐的骨料产生不太可行的混合料,因此需要更多的水,这往往会降低强度并增加收缩。

在我对历史砂浆的分析中,我没有发现尖锐骨料与耐久性之间的相关性。同样地,传统砂浆中的骨料很少有良好或均匀的分级,即使它们是偶然的。再一次,我没有看到颗粒分级和
耐久性。然而,骨料颗粒的形状在面漆毛坯渲染中是重要的。在历史上,圆形的鹅卵石或豌豆被包括在抛掷的面漆中,这些除了视觉上令人愉悦外,还有助于将雨水从墙上排出。石灰石和砂岩弹仍然可用。

综上所述,如果我被要求为一座传统的石头或砖建筑设计一种石灰渲染,使其最有可能经久耐用,比如300年,那么成分将是:

  • 灰灰在燃煤窑中生产的不纯石灰腻子
  • 粉煤灰过筛至5mm下
  • 偏高岭土一种火山灰材料,如偏高岭土或可靠的火山灰砖颗粒和粉末
  • 石灰石砂(不是石灰石粉尘)筛到5毫米以下
  • 石英,燧石或砂岩砂筛至5mm和分级良好
  • 如果面漆是粗糙的,石灰石会变圆

然后必须用添加了牛脂、亚麻籽油或酪蛋白的外部级石灰水来保护渲染。开云体育手机版官网入口

到目前为止,我一直在谈论适合与传统石灰腻子和非液压石灰一起使用的骨料。
当选择用于水力石灰的骨料时,必须更加小心谨慎,因为骨料类型的范围更有限。
水力石灰变化很大,从弱水力的,如英国蓝石灰HL2从法国的St Astier NHL-2到水力性能优异的品种,其中一些几乎不含石灰,我认为这些等级最好用(弱)来形容。
水泥。

显然,这些粘合剂在潮湿和恶劣的环境中以及冬季工作中确实具有优势,并且它们是修复或匹配许多19世纪和20世纪初渲染的合适粘合剂。这些产品的厂家一般建议只洗砂和开云app官网下载ios
砂砾被用作骨料。这些沙子、砂砾和砾石是由岩石的风化作用产生的,通常由更耐腐蚀的物质组成,这些物质能够长期经受住天气和冰川、河流或海洋运动的破坏性影响。

水合水力石灰,特别是水力等级较高的水合水力石灰,与非水力石灰有很大的不同。在生产中,将含有某些粘土矿物的不纯石灰石加热到9000℃以上C窑中会发生一系列反应,其中三个反应至关重要:

  • CaO与SiO的反应2形成硅酸钙
  • CaO与Al2O的反应3.形成铝酸钙
  • 粘土的去羟基化。

这些材料随后在水化过程中发生反应,产生一种水力产物,即固体具有很强的絮凝性(它们会凝固),即使在水中也能增强强度。

水力石灰中存在的胶凝性化合物使它们容易与某些骨料类型发生有害反应,这极大地限制了骨料的选择范围。

这些反应包括:

  • 硫酸盐的攻击
  • 煤炭和熟料扩张
  • 碱-骨料(碱-硅)反应

此外,这些材料的耐久性在很大程度上取决于砂浆的强度。在未洗砂中,每粒砂粒都被粘土包裹,这干扰了粘合剂和砂粒之间的结合,降低了强度。大量的任何细材料,例如颜料,都会降低强度,而添加大量的细石灰石粉尘是特别值得关注的。这是石灰腻子砂浆的常见做法,以获得适当的颜色,但这将不利于液压砂浆。这在以下情况下尤为重要
石灰石经过机械研磨以产生粉末,因为研磨过程很可能从细小的石英杂质中产生活性二氧化硅。

硫酸盐的攻击

水力石灰易受各种碱的可溶性硫酸盐的影响。例如,存在于地下水中的硫酸钠和一些未洗涤的聚集体会与任何游离石灰反应产生硫酸钙。这会使固体体积增加一倍以上,并发生膨胀和开裂。

硫酸钙会与水合铝酸钙反应,特别是三铝酸钙,存在于许多水力石灰中,形成硫酸铝钙。这又增加了一倍多的固体体积和扩张性损伤的结果。在英格兰南部,一场涉及大规模扩张的水力石灰渲染失败被归咎于硫酸盐的攻击。这在很大程度上解释了为什么只有水洗砂和硫酸盐含量低的添加剂才能与水力石灰(和水泥)一起使用。

煤炭和熟料扩张

不应将煤、煤灰和熟料添加到水力石灰砂浆中。根据来源和等级不同,这些材料可能含有硫酸盐和硫化物。还有另一种潜在的破坏性反应,它包括砂浆的逐渐膨胀。这取决于燃烧的煤的性质,并且与不健康的煤由于吸收氧气而膨胀有关,如果砂浆是湿的,这种膨胀会更大。英国的煤和熟料特别容易发生这种反应,我知道英国的一个液压石灰渲染失败就是由于这种反应。

碱-骨料反应(又称碱-硅反应)

这是粘结剂(也可能是骨料)中的碱(氢氧化钠和氢氧化钾)与骨料中的活性二氧化硅之间的有害膨胀反应。这些碱存在于水泥中,在较小程度上存在于水力石灰中,问题在于两种不相容的材料。幸运的是,这种反应在英国很少见,但在丹麦、挪威和瑞典有证实的案例,那里的沉积砂和砾石含有多孔的蛋白石二氧化硅和燧石。在使用可能包含这些成分且没有服务经验的地质类型集合体时,需要非常小心。

这种反应发生在美国的蛋白石和隐晶火山岩和变质片岩中。在德文郡普利茅斯地区的一些沙子中存在隐晶石英,在苏格兰康沃尔和威尔士的部分地区发现变质片岩。使用任何这些骨料与液压石灰粘合剂是(在我看来)最好避免。

我在英国有过一次水力石灰渲染失败的经历,我认为是碱集料反应造成的。

讨论及提问

阿利克·莱斯利说,历史文献提到,爱丁堡或爱丁堡附近有火山灰,但现在无法确定其来源。他还指出,在苏格兰,变质片岩作为骨料被大量使用而没有遇到麻烦。蒂姆·帕尔默解释说,美国和苏格兰的片岩可能存在差异。保罗·利弗西(Paul Livesey)承认,他并不知道苏格兰片岩存在问题,但他说,他们已经发现Borders地区的Greywacke(古砂岩)中含有非常细的活性石英形式的活性二氧化硅。他还证实,泰晤士河砂砾和砾石中含有活性无定形二氧化硅(燧石,但显然不是蛋白石),它会导致水泥基砂浆膨胀损坏。含有乳白色燧石的泽西粗粒也会造成问题。(蒂姆•帕尔默(Tim Palmer)曾建议,不存在蛋白石这种东西;-这是一个在工业中常用的术语,但显然不正确!)

玛丽安·苏尔(Marianne Suhr)问,未烧制的粘土是否是火山灰。这个问题的答案几乎肯定是否定的,但这确实取决于粘土的类型。某些硅藻质粘土在自然状态下是温和的火山灰。英国遗产在斯米顿试验中使用的HR Supra砖是一种来自丹麦的烧制硅藻粘土。因此,烧成的材料具有反应性和可靠的火山灰性质,这并不奇怪。

杰夫·奥顿(Jeff Orton)询问了大理石粉尘作为骨料的情况,这是意大利石灰石膏的一种常见做法。毫无疑问,这是有益的。由于大理石是变质的石灰岩,所以有人认为这可能是火山反应。然而,在我对此的(有限的)分析中,我没有找到证据。蒂姆帕尔默说,大理石的物理性质会促进方解石的形成。如果能证明这一点,那将是非常有趣的,因为这将解释石灰行业的一个谜题。

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