有機物對氧化鈣碳化過程及性能的影響.pdf

1、考古學證據(jù)表明,以西安、南京、荊州等地的古城墻為代表的中國古建筑固若金湯、完好存留至今的原因之一是其磚石結構中采用的石灰砂漿體系中含有糯米漿等天然有機物。這種傳統(tǒng)糯米灰漿是一種膠結力強,與古建筑相容性好且對環(huán)境友好的膠凝材料。其中的糯米成分具有類似生物礦化過程中有機模板的作用,影響石灰漿在空氣中的碳化過程及產(chǎn)物碳酸鈣的微結構,進而賦予了灰漿良好的膠結性能與優(yōu)異的力學性能。
　　 受古代糯米灰漿的啟發(fā),為進一步探索糯米漿及其它天然

2、有機物對石灰碳化過程的影響并討論石灰/有機物復合膠凝材料的性能,挖掘其作為文物保護保材料的使用價值,本論文運用現(xiàn)代科學技術的思想與手段展開蛋清、糯米漿、馬鈴薯淀粉等幾種有機添加劑對石灰碳化與灰漿性能的研究。
　　 以蛋清蛋白為添加劑,恒溫下采用氫氧化鈣漿液中通入二氧化碳氣體碳化的方法,合成了碳酸鈣晶體,討論了蛋清蛋白的濃度對產(chǎn)物碳酸鈣形貌的影響;為了探討蛋清蛋白在碳酸鈣晶體形成過程中的作用機理,用電導率儀檢測了反應體系的電導率變

3、化。借助SEM、XRD、FT-TR對產(chǎn)物碳酸鈣的形貌、結構和結晶形態(tài)進行了表征和分析。研究結果表明:產(chǎn)物碳酸鈣均為方解石,但蛋清蛋白對其形貌有明顯的影響;隨著蛋白濃度增加,方解石衍射峰寬化且強度降低,說明碳酸鈣晶粒越來越小,結晶度越來越低;與純樣品相比,添加蛋清后得到的產(chǎn)物碳酸鈣的紅外吸收特征峰出現(xiàn)了30cm-1的紅移,表明蛋清蛋白中的某些極性官能團,如-OH和-NH與CO32-產(chǎn)生了氫鍵作用,從而控制了碳化過程并最終影響產(chǎn)物碳酸鈣的微

4、觀形貌。
　　 選取糯米漿、馬鈴薯淀粉糊、玉米淀粉糊和糊精作為糖類添加劑,仍采用石灰消化并通入二氧化碳氣體碳化的方法合成了方解石型碳酸鈣,考察了添加劑的濃度對產(chǎn)物方解石形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn)在碳化過程中添加糯米漿及淀粉的氫氧化鈣反應體系會出現(xiàn)膠凝化現(xiàn)象,體系的粘度先增大后減小,電導率呈現(xiàn)下降——回復——下降的趨勢。產(chǎn)物碳酸鈣的晶粒生長過程受到反應體系中淀粉大分子凝膠化的影響,因此產(chǎn)物微觀形貌的各不相同,而糊精作為一種小分子糖并沒能

5、使碳酸鈣形貌發(fā)生改變。紅外光譜測試表明由于糯米漿、糊化后的馬鈴薯淀粉及玉米淀粉中一些大分子糖鏈改變了碳酸鈣中O-C-O鍵的化學環(huán)境,故使其不對稱伸縮振動峰向低波段移動了24cm-1,而糊精為添加劑時,此吸收峰并未偏移,這是由于糊精是小分子糖,無此作用。
　　 以蛋清蛋白、糯米漿、馬鈴薯淀粉糊、玉米淀粉糊、糊精為添加劑,對比研究了對氧化鈣在空氣中自然碳化過程的影響。采用偏光顯微鏡實時觀察反應體系中晶體的顯微結構變化,并用掃描電鏡和

6、X射線衍射儀對15天后樣品的形貌和物相進行表征。結果發(fā)現(xiàn)添加糯米漿后,灰漿樣品顆粒極其細小,晶體形貌不明顯,添加了玉米淀粉、馬鈴薯淀粉和糊精的灰漿顆粒粒徑較大且不均勻,而添加了蛋清蛋白的灰漿顆粒形貌規(guī)整程度介于純水與淀粉糖類之間,晶粒較細。經(jīng)分析,這是由于糯米漿中的支鏈淀粉黏性很強,可以包裹在氫氧化鈣表面,延緩其與二氧化碳的反應并限制晶體的長大而使氫氧化鈣與碳酸鈣的晶體顆粒較細小且結構致密;而馬鈴薯和玉米淀粉中存在一定量的直鏈淀粉,能與

7、水分子形成廣泛氫鍵結合的網(wǎng)狀結構,吸附Ca2+聚集在淀粉分子界面,而利于Ca2+與CO32-結合生成碳酸鈣。糊精是淀粉的降解產(chǎn)物,為線性短鏈分子,在溶液中流動性好,其含有的OH官能團可通過靜電作用吸引Ca2+,同樣利于碳酸鈣晶體的生長。
　　 以蛋清蛋白、糯米漿、馬鈴薯淀粉、玉米淀粉為添加劑,按照不同的組分配比摻入生石灰中和水制成漿料,將漿料注入模具制成圓柱形石灰/有機物復合膠凝材料試樣,養(yǎng)護硬化后測試試樣的抗壓強度、耐水浸泡性