中國古建筑中糯米灰漿的應用研究

藍耀，胡昊，耿啟新，岳閱，沈瓏越

（南京工程學院建筑工程學院，江蘇 南京 211100）

1 糯米灰漿的應用歷史

糯米灰漿是在灰漿中加入一定量的糯米湯，形成一種具有高粘結力的灰漿， 是我國古代應用廣泛的建筑粘接材料，有著悠久的應用歷史。

根據考古學研究，糯米灰漿出現于南北朝，發展于隋唐，興盛于明清[1]。 在南北朝時期，人們將糯米、熟石灰及石灰巖混合，制成漿糊，形成超強度的“糯米砂漿”，用于墓葬。 隋唐年間，人們開始將糯米灰漿應用于橋梁、廟宇、古塔等建筑。 明清時期，稻米產量突飛猛進，糯米灰漿應用更加廣泛。

糯米灰漿作為一種復合膠凝材料， 比純石灰砂漿的強度更大、更具耐水性[2]，它的出現使建筑膠凝材料的粘接性有了質的飛躍,代表了我國古代石灰基粘合劑的最高成就。

2 糯米灰漿的科學機理

2.1 固化機理

研究表明，石灰中混入3%的糯米漿，其抗壓強度可提高30 倍，表面硬度可提高2.5 倍。在灰漿固化期間， 糯米漿起到了調控碳酸鈣結晶過程和微結構的作用， 并與生成的方解石晶型碳酸鈣結合，隨著固化時間的延長，糯米灰漿強度不斷提高，直至完全轉化為碳酸鈣。糯米灰漿的碳酸鈣顆粒比傳統灰漿更加細小，糯米漿的調控作用限制了方解石的結晶度，使其結構更加致密,同時糯米淀粉與無機物緊密復合填充，灰漿整體強度大為提高。

2.2 抗腐敗機理

糯米極易腐敗，但研究發現，在一些灰漿樣品中至今有著未完全降解的糯米支鏈淀粉成分,這種極易腐敗的物質保持百年不腐的奧秘在于其制作及固化過程中的化學變化。

在制作過程中, 生石灰與糯米漿中所含的水分產生消解反應生成一定的活性氧， 這種活性氧具有極強的殺菌作用，阻礙了細菌的滋生。 同時，灰漿發生電離反應，生成了強堿環境，在這種環境下，細菌難以存活。 在糯米灰漿固化過程中，糯米灰漿干燥結晶并因碳化作用而硬化，同時氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳反應生成方解石晶型的碳酸鈣，糯米灰漿在強堿性環境下固化， 內部一直維持著無菌狀態，在表面硬化后，空氣等外界成分難以進入，使糯米灰漿內部的電離反應一直存在，長期抑制了細菌的產生。

3 配比材料及外部因素對糯米灰漿性能的影響

3.1 外加劑及配比的影響

糯米灰漿不同配比會影響磚石間表面硬度、抗壓強度、耐凍融性等。通過SEM 和XRD 分析，發現纖維能夠提高糯米灰漿的抗壓強度、耐凍融性和收縮性，硫酸鋁能改善糯米灰漿的干燥收縮性，二水石膏對糯米灰漿抗壓強度和表面硬度有一定的提高。

李祖光等通過實驗發現，硫酸鋁和明礬可提高糯米灰漿的早期抗壓強度，對糯米灰漿的收縮率有降低作用，但明礬會降低糯米灰漿的抗凍融性和耐水性。

趙鵬等研究了傳統灰漿的硬化機理、產物種類與組織形貌，結果表明，熟桐油的摻入可提高石灰漿硬化速度，使反應物更加密實，有效降低了土體的滲透系數，改善了土體的耐久性[3]。

鄭曉平發現硅酸鹽對糯米灰漿的抗壓強度、表面硬度、耐凍融性和耐水性均有改善。6%的硅酸鹽糯米灰漿66 d 抗壓強度高達1.41 MPa，耐凍融性較空白樣品提高了133%,耐水性能提高了43.8%，改性糯米灰漿性能的提高,與水化硅酸鈣的生成有關[4]。

3.2 骨料大小的影響

胡悅等通過研究，得出需要將骨料粒徑控制在3 mm 以下,骨料/灰比例控制在 2∶1 以下。 磚顆粒、河砂、石英砂3 種骨料能使糯米灰漿的收縮性和抗凍性得到改善，磚顆粒糯米灰漿的抗凍性較空白樣品提高了125%，優于石英砂與河砂。 磚顆粒表面粗糙、多孔、多棱角，與石灰漿界面粘接強度高；此外，由于磚顆粒的火山灰性，可與灰漿中的石灰材料發生火山灰反應， 生成凝膠狀的水化硅酸鈣，提升了灰漿性能。

3.3 溫度及硬化時間等因素的影響

張起勇發現了糯米漿溫度在75 ℃～80 ℃時加固效果較好。 丁嘉翔發現了相同糯米灰漿粘合齡期28 d 的試件初裂無側限抗壓強度和峰值無側限抗壓強度高[5]。

4 結語

如今， 糯米灰漿廣泛應用于中國古建筑修復，我國學者針對糯米灰漿的配比、外加劑、灰漿改性等方面開展了一系列研究， 以此提高其部分性能。然而相較于近現代許多性能優越的膠凝材料而言，糯米灰漿并不占優勢。糯米灰漿的初期耐水性能較差，屬于氣硬性材料，在水環境中碳化較為困難，應用于氣候潮濕地域時力學性能大大降低。 因此，探究如何使糯米灰漿在水環境中更好地碳化是一個很好的研究方向。

較水泥等現代膠凝材料而言，糯米灰漿在古建筑修復上具有著舉足輕重的地位，是做到“修舊如舊”所必需的材料之一。 若能彌補糯米灰漿性能方面的不足，必然會給中國古建筑的修復帶來積極作用。