有机物对氧化钙碳化过程及性能的影响

发布时间：2016-10-25 07:15

  本文关键词：传统糯米灰浆科学原理及其现代应用的探索性研究，由笔耕文化传播整理发布。

《陕西科技大学》 2012年

有机物对氧化钙碳化过程及性能的影响

张雅文  

【摘要】：考古学证据表明，以西安、南京、荆州等地的古城墙为代表的中国古建筑固若金汤、完好存留至今的原因之一是其砖石结构中采用的石灰砂浆体系中含有糯米浆等天然有机物。这种传统糯米灰浆是一种胶结力强，与古建筑相容性好且对环境友好的胶凝材料。其中的糯米成分具有类似生物矿化过程中有机模板的作用，影响石灰浆在空气中的碳化过程及产物碳酸钙的微结构，进而赋予了灰浆良好的胶结性能与优异的力学性能。 受古代糯米灰浆的启发，为进一步探索糯米浆及其它天然有机物对石灰碳化过程的影响并讨论石灰/有机物复合胶凝材料的性能，挖掘其作为文物保护保材料的使用价值，本论文运用现代科学技术的思想与手段展开蛋清、糯米浆、马铃薯淀粉等几种有机添加剂对石灰碳化与灰浆性能的研究。 以蛋清蛋白为添加剂，恒温下采用氢氧化钙浆液中通入二氧化碳气体碳化的方法，合成了碳酸钙晶体，讨论了蛋清蛋白的浓度对产物碳酸钙形貌的影响；为了探讨蛋清蛋白在碳酸钙晶体形成过程中的作用机理，用电导率仪检测了反应体系的电导率变化。借助SEM、XRD、FT-TR对产物碳酸钙的形貌、结构和结晶形态进行了表征和分析。研究结果表明：产物碳酸钙均为方解石，但蛋清蛋白对其形貌有明显的影响；随着蛋白浓度增加，方解石衍射峰宽化且强度降低，说明碳酸钙晶粒越来越小，结晶度越来越低；与纯样品相比，添加蛋清后得到的产物碳酸钙的红外吸收特征峰出现了30cm~(-1)的红移，表明蛋清蛋白中的某些极性官能团，如–OH和–NH与CO_3~(2-)产生了氢键作用，从而控制了碳化过程并最终影响产物碳酸钙的微观形貌。 选取糯米浆、马铃薯淀粉糊、玉米淀粉糊和糊精作为糖类添加剂，仍采用石灰消化并通入二氧化碳气体碳化的方法合成了方解石型碳酸钙，考察了添加剂的浓度对产物方解石形貌的影响。研究发现在碳化过程中添加糯米浆及淀粉的氢氧化钙反应体系会出现胶凝化现象，体系的粘度先增大后减小，，电导率呈现下降——回复——下降的趋势。产物碳酸钙的晶粒生长过程受到反应体系中淀粉大分子凝胶化的影响，因此产物微观形貌的各不相同，而糊精作为一种小分子糖并没能使碳酸钙形貌发生改变。红外光谱测试表明由于糯米浆、糊化后的马铃薯淀粉及玉米淀粉中一些大分子糖链改变了碳酸钙中O–C–O键的化学环境，故使其不对称伸缩振动峰向低波段移动了24cm~(-1)，而糊精为添加剂时，此吸收峰并未偏移，这是由于糊精是小分子糖，无此作用。 以蛋清蛋白、糯米浆、马铃薯淀粉糊、玉米淀粉糊、糊精为添加剂，对比研究了对氧化钙在空气中自然碳化过程的影响。采用偏光显微镜实时观察反应体系中晶体的显微结构变化，并用扫描电镜和X射线衍射仪对15天后样品的形貌和物相进行表征。结果发现添加糯米浆后，灰浆样品颗粒极其细小，晶体形貌不明显，添加了玉米淀粉、马铃薯淀粉和糊精的灰浆颗粒粒径较大且不均匀，而添加了蛋清蛋白的灰浆颗粒形貌规整程度介于纯水与淀粉糖类之间，晶粒较细。经分析，这是由于糯米浆中的支链淀粉黏性很强，可以包裹在氢氧化钙表面，延缓其与二氧化碳的反应并限制晶体的长大而使氢氧化钙与碳酸钙的晶体颗粒较细小且结构致密；而马铃薯和玉米淀粉中存在一定量的直链淀粉，能与水分子形成广泛氢键结合的网状结构，吸附Ca~(2+)聚集在淀粉分子界面，而利于Ca~(2+)与CO_3~(2-)结合生成碳酸钙。糊精是淀粉的降解产物，为线性短链分子，在溶液中流动性好，其含有的OH官能团可通过静电作用吸引Ca~(2+)，同样利于碳酸钙晶体的生长。 以蛋清蛋白、糯米浆、马铃薯淀粉、玉米淀粉为添加剂，按照不同的组分配比掺入生石灰中和水制成浆料，将浆料注入模具制成圆柱形石灰/有机物复合胶凝材料试样，养护硬化后测试试样的抗压强度、耐水浸泡性、耐老化性和耐环境腐蚀性。结果显示在蛋清与糯米浆含量分别为3%、5%时，所制得的试样抗压强度分别比纯石灰提高了17%、22%，耐水浸泡性与耐风化能力显著提高，耐腐蚀性有所增强。添加3%马铃薯淀粉糊的石灰试样虽然抗压强度提高了13%，但其耐水浸泡性和耐风化性较纯石灰均较差，同时玉米淀粉的加入对石灰的各项性能均有减弱。

【关键词】：
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU52
【目录】：

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1 纪晓佳;糯米浆三合土的物理力学性能研究[D];浙江大学;2013年

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1 汪万福,李最雄,马赞峰,付有旭,丁长征,樊再轩;西藏布达拉宫东大殿空鼓病害壁画保护修复研究[J];中国藏学;2005年03期

2 苏伯民,李最雄,胡之德;PS与土遗址作用机理的初步探讨[J];敦煌研究;2000年01期

3 吴荭;陶质文物修复中的几点认识[J];敦煌研究;2000年01期

4 李最雄;杨涛;汪万福;;PS—F系列灌浆材料的强度特性[J];敦煌研究;2009年06期

5 许淳淳,何宗虎,李伟,李化元,柳振安;添加TiO_2、SiO_2纳米粉体对石质文物防护剂改性的研究[J];腐蚀科学与防护技术;2003年06期

6 许淳淳,何海平,何宗虎;用纳米材料改性的石质文物防护剂的耐老化性及重涂性研究[J];腐蚀与防护;2005年01期

7 杨富巍;张秉坚;曾余瑶;潘昌初;贺翔;;传统糯米灰浆科学原理及其现代应用的探索性研究[J];故宫博物院院刊;2008年05期

8 董兵海;夏璐;谭白明;;新型陶质文物修复粘合剂的研制[J];中国胶粘剂;2006年03期

9 惠路华;洪坤;詹予忠;朱好杰;;新型石质文物保护材料的应用探索[J];化工新型材料;2006年07期

10 刘强;张秉坚;;石质文物表面生物矿化保护材料的仿生制备[J];化学学报;2006年15期

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1 刘育玲;胡源;黄克忠;;几件石雕佛像的修复[A];中国文物保护技术协会第二届学术年会论文集[C];2002年

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1 李艺明;水玻璃的改性研究及其在古象牙保护中的应用[D];成都理工大学;2007年

2 林捷;利用桐油、糯米汁改良土体环境土工特性的研究[D];浙江大学;2008年

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1 杨强义;李承蔚;;毛细水干湿循环对土遗址风化影响的试验研究[J];地下空间与工程学报;2012年03期

2 戴鹏飞;谌文武;;青海省明长城濒危遗址(湟中段)土体工程性质与保护措施[J];冰川冻土;2011年04期

3 何海平,许淳淳;改性聚氨酯乳液在铁质文物保护中的应用[J];北京化工大学学报(自然科学版);2005年02期

4 陈世松;;明代成都城郭营造与城市布局[J];成都大学学报(社会科学版);2010年02期

5 李小洁;林金辉;万涛;肖维兵;;一种新型土遗址加固材料的制备及加固效果评价[J];成都理工大学学报(自然科学版);2006年03期

6 胡钢;滕飞;何海平;;大理石表面壳聚糖/二氧化硅保护膜的制备及其性能[J];材料保护;2011年09期

7 ;材料导报2007年度引证指标[J];材料导报;2008年S3期

8 付永昌;刘强;柳清菊;;基于生物矿化的仿生合成技术及其应用[J];材料导报;2008年S3期

9 李迎;王丽琴;;纳米材料在文物保护中应用的研究进展[J];材料导报;2011年S2期

10 张雅文;王秀峰;伍媛婷;王豪;魏寅;;文物保护用无机胶凝材料的研究进展[J];材料导报;2012年03期

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1 王思敬;王彦兵;邵明申;李黎;;PS溶液渗透对非饱和土的增强效应研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届（2011年度）学术年会论文集(中)[C];2012年

2 赵海英;汪稔;李最雄;韩文峰;谌文武;;战国秦时期夯土长城加固强度试验研究[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年

3 张琪;;三合土无侧限抗压强度试验研究[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年

4 和法国;谌文武;韩文峰;;PS材料加固遗址土室内试验研究[A];中国地质学会工程地质专业委员会2007年学术年会暨“生态环境脆弱区工程地质”学术论坛论文集[C];2007年

5 岳丽杰;许淳淳;;铁器文物的脱氯技术[A];文物保护与修复纪实——第八届全国考古与文物保护（化学）学术会议论文集[C];2004年

6 周环;张秉坚;李最雄;;用潮汽固化有机硅材料保护潮湿环境土遗址[A];中国文物保护技术协会第二届学术年会论文集[C];2002年

7 周环;张秉坚;李最雄;王旭东;;潮湿环境土遗址的防水与加固保护研究[A];中国文物保护技术协会第三次学术年会论文集[C];2004年

8 郭青林;王旭东;李最雄;王昌丰;张鲁;;银川西夏陵六号陵的保护现状与对策[A];中国文物保护技术协会第五次学术年会论文集[C];2007年

9 曾余瑶;张秉坚;梁晓林;铁景沪;;中国古代建筑泥灰中天然生物大分子的作用机理探讨[A];中国文物保护技术协会第五次学术年会论文集[C];2007年

10 杨璐;王丽琴;黄建华;;纳米材料在文物保护中应用前景的探讨[A];文物科技研究（第二辑）[C];2004年

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1 冯楠;潮湿环境下砖石类文物风化机理与保护方法研究[D];吉林大学;2011年

2 王晓东;古代夯土建筑动力响应及抗震保护[D];兰州大学;2011年

3 张帆;近代历史建筑保护修复技术与评价研究[D];天津大学;2010年

4 王建新;降雨非饱和入渗过程的水势描述及理论模型研究与应用[D];清华大学;2010年

5 宗静婷;广元千佛崖摩崖石质文物保护的环境地质问题研究[D];西北大学;2011年

6 杨富巍;无机胶凝材料在不可移动文物保护中的应用[D];浙江大学;2011年

7 和玲;含氟聚合物及其对文物的保护研究[D];西北工业大学;2002年

8 付晓渝;中国古城墙保护探索[D];北京林业大学;2007年

9 孙满利;吐鲁番交河故城保护加固研究[D];兰州大学;2006年

10 刘强;基于生物矿化的石质文物仿生保护[D];浙江大学;2007年

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1 陈亮;混凝土结构的病害分析和加固技术的研究[D];沈阳建筑大学;2011年

2 石涛;传统民居建筑保护与利用技术研究初探[D];山东建筑大学;2011年

3 卢丽华;永定客家土圆楼“和谐”美学特征研究[D];西南大学;2011年

4 刘斌;石质文物保护用有机硅材料的制备及应用研究[D];兰州理工大学;2011年

5 张艳杰;敦煌莫高窟第87窟现状调查和主要病害成因研究[D];兰州大学;2011年

6 张宇翔;交河故城崖体锚杆加固数值模拟与设计参数优化研究[D];兰州大学;2011年

7 张野;短切玄武岩纤维混凝土基本力学性能研究[D];东北林业大学;2011年

8 张志伟;冻土地区CFG单桩承载力分析[D];东北林业大学;2011年

9 李丽;不同夯筑方法的承重夯土墙体抗震性能试验研究[D];长安大学;2011年

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1 卢勇;沈志忠;;明清时期洪泽湖高家堰大堤的建筑成就[J];安徽史学;2011年06期

2 胡大新;;永定客家土楼[J];中国文化遗产;2005年01期

3 周永祥;阎培渝;;土壤加固技术及其发展[J];铁道科学与工程学报;2006年04期

4 隋秀艳;隋秀华;;化学原理在岩土工程中的应用[J];低温建筑技术;2008年04期

5 刘文斌;鞠宇飞;;有机添加剂对黏结砂浆性能的影响[J];粉煤灰;2011年02期

6 杨富巍;张秉坚;曾余瑶;潘昌初;贺翔;;传统糯米灰浆科学原理及其现代应用的探索性研究[J];故宫博物院院刊;2008年05期

7 朱宪荣;李晓生;张循海;党陈萍;;改性糯米淀粉对砂浆性能的影响[J];高师理科学刊;2012年02期

8 魏国锋;方世强;张秉坚;王晓琪;李祖光;;传统糯米灰浆碳化过程中Liesegang环的形成机理研究[J];光谱学与光谱分析;2012年08期

9 阮永好;;蓝田开发区明清墓葬清理简报[J];福建文博;2010年03期

10 蔡国斌;郭晓辉;俞书宏;;聚合物控制模拟生物矿化[J];化学进展;2008年Z2期

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1 李敏;潮湿状态土遗址的斥水—碳化保护研究[D];兰州大学;2012年

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1 陈中科;壳聚糖基质中碳酸钙结晶生长的研究[D];浙江大学;2006年

2 官叶斌;以有机基质为模板仿生合成碳酸钙[D];安徽师范大学;2007年

3 林捷;利用桐油、糯米汁改良土体环境土工特性的研究[D];浙江大学;2008年

4 李立;南京明城墙保护研究[D];南京农业大学;2007年

5 张娟;碳酸钙的仿生合成及形貌表征[D];烟台大学;2008年

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1 郭广生,韩冬梅,王志华,石志敏,李化元,姜进展;有机硅加固材料的合成及应用[J];北京化工大学学报(自然科学版);2000年01期

2 王致诚;水下古市——泗州城[J];百科知识;2005年11期

3 申秀英;刘沛林;Abby Liu;;开平碉楼景观的类型、价值及其遗产管理模式[J];湖南文理学院学报(社会科学版);2006年04期

4 和玲,梁国正,蓝立文;含氟聚合物涂料研究[J];材料导报;2002年02期

5 和玲,梁国正,武予鹏;有机氟聚合物加固保护砂岩文物的可行性[J];材料导报;2003年02期

6 王立铎，孙文珍，梁彤翔，王英华，李恒德;仿生材料的研究现状[J];材料工程;1996年02期

7 曹鹏军,范培耕,仵海东,周安若;利用纳米材料TiO_2提高漆膜老化性能的研究[J];重庆工业高等专科学校学报;2002年04期

8 吴庆洲;中国古城防洪的历史经验与借鉴(续)[J];城市规划;2002年05期

9 马赞峰,汪万福,王雪莹,李树若,赵林毅,付有旭;西藏几处重要文化古迹壁画现状考察[J];中国藏学;2002年03期

10 李最雄;应用PS—C加固风化砂岩石雕的研究[J];敦煌研究;1985年02期

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5 吕海波;赵艳林;韦克宇;杨军平;;细胞自动机原理及其在混凝土碳化模拟中的应用[J];桂林工学院学报;2006年02期

6 张林菊;吴昊泽;叶正茂;刘梅;丁亮;常钧;;正交实验钢渣碳化工艺条件[J];济南大学学报(自然科学版);2009年02期

7 刘志勇,吕永高,周新刚,孙伟;含氯盐混凝土碳化过程钢筋锈蚀阈值与使用寿命预测[J];工业建筑;2005年10期

8 宣剑国;许振良;殷静;冯建立;;聚酰亚胺中空纤维膜的热亚胺化及碳化的研究[J];上海化工;2005年12期

9 马波;胡颖;张海峰;;碳化对水工钢筋混凝土结构耐久性的影响[J];现代农业科技;2010年08期

10 魏微;胡浩权;秦国彤;尤隆渤;;分子筛碳膜的制备[J];过程工程学报;2007年03期

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1 翟佳;杜卫平;马利哲;潘鼎;;KMnO_4改性对PAN原丝预氧化和碳化过程的影响[A];复合材料：创新与可持续发展(上册)[C];2010年

2 周建良;何雪琴;黄怀忠;朱健;;纳米碳酸钙晶体的制备及形貌控制[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

3 王会昌;李东霞;;利用电石灰和烟道气生产1万吨/年纳米碳酸钙[A];2010年全国镁盐行业年会暨节能减排与发展研讨会论文集[C];2010年

4 刘宝树;胡庆福;胡永琪;刘润静;汪敏;;碳酸氢镁溶液增浓的研究[A];2009年中国镁盐行业年会暨节能与发展论坛论文集[C];2009年

5 张俊喜;鲁进亮;张羽;蒋俊;顾春双;张敏华;王昆;屈文俊;;碳化混凝土再碱化过程研究[A];2010年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议摘要集[C];2010年

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1 本报记者 李方贵;[N];绵阳日报;2010年

2 徐湘怀 翟毅;[N];中国石化报;2001年

3 ;[N];中国建材报;2001年

4 徐永模;[N];中华建筑报;2002年

5 周昊 李丽云;[N];中国技术市场报;2010年

6 周昊　记者 李丽云;[N];科技日报;2010年

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1 王路平;基于ANSYS的混凝土结构碳化过程数值模拟分析[D];中南大学;2010年

2 李丽匣;碳酸钙晶须的制备及影响因素研究[D];东北大学;2005年

3 梅文强;特粗WC颗粒的制备及碳化过程的行为研究[D];北京有色金属研究总院;2012年

4 吕志远;纯碱装置碳化过程优化控制策略研究[D];浙江大学;2011年

5 张雅文;有机物对氧化钙碳化过程及性能的影响[D];陕西科技大学;2012年

6 白鸽玲;纳米级活性碳酸钙的制备[D];中南大学;2002年

7 封先锋;用升华法在硅衬底上外延生长β碳化硅薄膜[D];西安理工大学;2003年

8 冯甘霖;加速碳化改造水泥砖瓦性能的试验与数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

9 孟卫涛;基于数值模拟和快速碳化实验的新混凝土防碳化研究[D];天津大学;2012年

10 王强;钙、镁体系碳酸化工艺条件的研究[D];合肥工业大学;2002年

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本文编号：152393