CN105439525B - 一种土遗址裂缝修补剂及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种土遗址裂缝修补剂及应用，以重量份数计，由以下原料组成：无机胶凝材料：70％～79％，无机矿物粉料：18％～27％，缓凝剂：0.1％～0.3％，表面活性剂：2％～3％，增稠剂：0.2％～0.4％，原料的重量百分比之和为100％。在修复土样中掺入该修补剂，土遗址的裂缝修补剂在遗址土中的掺量为20wt％～40wt％，使得掺入修补剂的灌浆材料具有良好的耐久性能、耐水性能、力学性能和微膨胀性，大大提高了土遗址裂缝修补的效果；土遗址裂缝修补剂生产技术较易掌握且质量易于控制、施工方便、原材料来源丰富、经济性好和性价高。裂缝修补剂与修复土具有良好的相容性，使得修复土样的使用寿命大大延长。
Description
技术领域
本发明属于文物保护领域，涉及一种裂缝修补剂，具体涉及一种土遗址裂缝修补剂及应用。
背景技术
土遗址是以土为建筑材料的古遗址，是古代人民修筑的用于居住或者抵御敌人侵略的一类建筑，比如城墙、古长城和土坯房屋等。这一类古遗址广泛分布于中国境内，尤其是中国的西北地区。古遗址长期裸露在室外，受到自然环境和人为因素的破坏，大部分均发生严重的破坏。
裂缝是土遗址的一种典型的破坏形式，其对土遗址的破坏主要包括3个方面：1)裂缝的存在破坏了土遗址的整体性，在外力作用下易发生土遗址坍塌；2)水容易沿着裂缝渗入土遗址内部，降低承载能力，影响稳定性；3)裂缝部位性能薄弱，在外力作用下易发生破坏。因此，对裂缝的修补将大大提高土遗址的整体性能，对土遗址的保护十分有利。传统的修补方法是用砂土、碎石或者土块充填缝隙，遗址修复土配制的泥浆灌注裂缝，最后磨平做旧。然而普通泥浆在干燥过程中会因为失水发生开裂，严重影响修复效果，同时普通泥浆的耐水性能较差，在雨水冲刷及地下水作用下易发生破坏。
目前广泛使用的土遗址裂缝修补材料包括的PS(模数为3.8-4.0的硅酸钾)和BS(硅丙乳液)。经PS改性的灌浆料处理后的土遗址强度、水稳定性、耐冻融性能和抗风蚀能力均得到明显改善，但PS自身具有泛碱、脆性大、收缩性强等缺点，且灌浆料收缩较大，与土体两侧壁面黏结不够牢固，严重影响灌浆效果。BS属于人工合成高分子材料，经BS改性的灌浆料处理后的土遗址，土体颜色变化小，耐水性、抗冻性和耐盐性能得到提高，但是经BS改性后的灌浆土料，其收缩性较大，灌浆效果亦较差，且BS耐老化性差的缺点也会严重影响修复后土遗址的长期耐久性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种土遗址的裂缝修补剂，用于掺在遗址土中进行修复土遗址裂缝，满足土遗址裂缝修补用灌浆材料的拌合物性能、力学性能、水理性能和耐久性要求。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种土遗址裂缝修补剂，包括无机矿物粉料，还包括无机胶凝材料、缓凝剂、表面活性剂和增稠剂。
本发明还具有如下区别技术特征：
具体的，所述的无机胶凝材料为石膏；
所述的无机矿物粉料为生石灰、矿粉和硅灰中的一种或一种以上组合；
所述的缓凝剂为多聚磷酸钠或六偏磷酸钠；
所述的表面活性剂为萘系高效减水剂；
所述的增稠剂为羟丙基甲基纤维素。
具体的，以重量份数计，由以下原料组成：无机胶凝材料：70％～79％，无机矿物粉料：18％～27％，缓凝剂：0.1％～0.3％，表面活性剂：2％～3％，增稠剂：0.2％～0.4％，原料的重量百分比之和为100％。
优选的，所述的无机矿物粉料为生石灰、矿粉和硅灰中的任意二者混合制成时，原料的重量比为1:1；所述的无机矿物粉料为生石灰、矿粉和硅灰三者混合而成时，原料的重量比为1：1：1。
如上所述的土遗址的裂缝修补剂用于修复土遗址的应用。
优选的，所述的土遗址的裂缝修补剂在遗址土中的掺量为20wt％～40wt％。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)土遗址的裂缝修补剂属于微膨胀型无机胶凝材料，具有良好的耐久性能；该无机胶凝材料与修复用土混合后在水的作用下，发生复杂的物理化学反应，反应生成物会发生体积微膨胀，可抵消修复土样使水造成的收缩，使得掺入该裂缝修补剂的修复土具有微膨胀，进而有效改善现有裂缝修补剂极易发生收缩的缺点，大大提高了土遗址裂缝修补的效果；
(Ⅱ)裂缝修补剂、修复土和水发生物理化学反应，反应生成大量的水化硅酸钙、水化铝酸钙和钙矾石等水硬性产物，水化产物分布于修复土样内部，使得掺入裂缝修补剂的灌浆材料具有良好的力学性能和耐水性能；
(Ⅲ)土遗址裂缝修补剂的生产技术较易掌握且质量易于控制、施工方便、原材料来源丰富、经济性好和性价高等。
(Ⅳ)土遗址裂缝修补剂属于无机材料，与修复土具有良好的相容性，使得修复土样的使用寿命大大延长。
(Ⅴ)采用土遗址裂缝修补剂改性后的修复土所制的灌浆材料，具有良好的流动性能，易于完成土遗址本体微小裂纹的修补。另外，该灌浆材料具有良好的透水性和透气性，完全符合文物修复理念。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
依据土遗址修复“不改变文物原状”的原则，在维修过程中尽量以原材料和原工艺为主要修缮措施。针对土遗址中裂缝的修补，传统上采用修复土或在修复土中掺入PS溶液等来修复。PS改性后灌浆土料的强度、水稳定性、耐冻融性能和抗风蚀能力均得到明显改善，但PS溶液存在泛碱、脆性大、收缩性强等不足，因此，采用PS溶液改性后的灌浆土料收缩性较大，灌入遗址土体裂缝后，自身较大的收缩使得灌浆材料与本体发生脱离，且灌浆材料自身也会发生收缩开裂，严重影响遗址土体裂缝的修复效果。采用本发明的裂缝修补剂可以有效解决上述材料的各项弊端，试验研究表明：掺入本发明裂缝修补剂后，未改变遗址修复土颜色，且灌浆材料的力学性能明显高于未掺土样，耐水性和抗冻性大幅度提高，收缩率大大减小，部分配比甚至发生微量膨胀，具有良好的修复效果，可以应用于土遗址修复工程中。
为了定量表述本发明的裂缝修补剂对土遗址修复用灌浆材料的改性效果，实施例以实验数据说明。实验用土系遗址修复土，筛分后自然风干，含水率1.0％左右。实施例中的土样参考GB/T50448-2008和SL237-1999中的方法制样和测试性能。
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏70％，生石灰27％，多聚磷酸钠0.2％，萘系高效减水剂2.5％，羟丙基甲基纤维素0.3％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入修复土中，掺量40％，通过强制式搅拌机搅拌均匀，水灰比0.45左右，浇筑成型试件，标准条件下(温度20±3℃，湿度90％以上)养护28天，对样品进行性能测试(测试方法依据GB/T50448-2008和SL237-1999中的规定)，性能测试结果为：灌浆材料流动度400mm，初凝时间50min，终凝时间410min，抗压强度3.26MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失2.1％，强度损失7.2％，28d竖向膨胀率0.05％。
对比例1：
本对比例的空白样采用修复土制样，水灰比0.45，浇筑成型试件，标准条件下(温度20±3℃，湿度90％以上)养护28天，采用与实施例1相同的测试方法对空白样进行性能测试，性能测试结果为：灌浆材料流动度210mm，初凝时间320min，终凝时间大于1d，抗压强度0.38MPa，崩解速度115～130g/min，无抗冻融能力，28d竖向收缩率4.2％。
实施例2：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏70％，生石灰13.5％，硅灰13.5％，六偏磷酸钠0.3％，萘系高效减水剂2.3％，羟丙基甲基纤维素0.4％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量40％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度385mm，初凝时间65min，终凝时间450min，抗压强度2.96MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失1.9％，强度损失7.4％，28d竖向膨胀率0.06％。
实施例3：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏70％，生石灰9％，硅灰9％，矿粉9％，多聚磷酸钠0.1％，萘系高效减水剂2.6％，羟丙基甲基纤维素0.3％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量40％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度415mm，初凝时间40min，终凝时间350min，抗压强度3.36MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失1.8％，强度损失6.7％，28d竖向膨胀率0.05％。
实施例4：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏70％，硅灰27％，六偏磷酸钠0.2％，萘系高效减水剂2.4％，羟丙基甲基纤维素0.4％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量40％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度390mm，初凝时间50min，终凝时间405min，抗压强度3.41MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失2.2％，强度损失6.2％，28d竖向膨胀率0.04％。
实施例5：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏70％，矿粉27％，多聚磷酸钠0.3％，萘系高效减水剂2.3％，羟丙基甲基纤维素0.4％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量40％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度370mm，初凝时间75min，终凝时间515min，抗压强度2.86MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失2.8％，强度损失8.1％，28d竖向膨胀率0.07％。
实施例6：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏79％，矿粉18％，六偏磷酸钠0.1％，萘系高效减水剂2.7％，羟丙基甲基纤维素0.2％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量20％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度440mm，初凝时间40min，终凝时间325min，抗压强度2.58MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失3.2％，强度损失9.1％，28d竖向膨胀率0.02％。
实施例7：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏79％，生石灰9％，硅灰9％，多聚磷酸钠0.2％，萘系高效减水剂2.5％，羟丙基甲基纤维素0.3％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量20％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度387mm，初凝时间65min，终凝时间455min，抗压强度2.47MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失3.6％，强度损失9.5％，28d竖向膨胀率0.01％。
实施例8：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏79％，硅灰9％，矿粉9％，六偏磷酸钠0.3％，萘系高效减水剂2.4％，羟丙基甲基纤维素0.3％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量20％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度390mm，初凝时间75min，终凝时间520min，抗压强度2.21MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失4.1％，强度损失10.2％，28d竖向膨胀率0.01％。
实施例9：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏79％，生石灰6％，硅灰6％，矿粉6％，多聚磷酸钠0.2％，萘系高效减水剂2.4％，羟丙基甲基纤维素0.4％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量20％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度375mm，初凝时间55min，终凝时间410min，抗压强度2.51MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失3.6％，强度损失9.4％，28d竖向膨胀率0.02％。
实施例10：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏79％，硅灰18％，六偏磷酸钠0.2％，萘系高效减水剂2.5％，羟丙基甲基纤维素0.3％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量20％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度430mm，初凝时间55min，终凝时间420min，抗压强度2.47MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失3.7％，强度损失10.3％，28d竖向膨胀率0.01％。
实施例11：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏75％，生石灰22.5％，多聚磷酸钠0.2％，萘系高效减水剂2.0％，羟丙基甲基纤维素0.3％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量30％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度345mm，初凝时间50min，终凝时间405min，抗压强度3.56MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失2.7％，强度损失8.3％，28d竖向膨胀率0.09％。
实施例12：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏75％，硅灰21.5％，六偏磷酸钠0.3％，萘系高效减水剂3.0％，羟丙基甲基纤维素0.2％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量30％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度465mm，初凝时间80min，终凝时间550min，抗压强度3.42MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失2.9％，强度损失9.1％，28d竖向膨胀率0.08％。
实施例13：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏75％，生石灰7.5％，硅灰7.5％，矿粉7.5％，六偏磷酸钠0.3％，萘系高效减水剂2.0％，羟丙基甲基纤维素0.3％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量30％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度340mm，初凝时间55min，终凝时间435min，抗压强度3.71MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失2.2％，强度损失7.4％，28d竖向膨胀率0.1％。
实施例14：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏75％，生石灰10.8％，硅灰10.8％，六偏磷酸钠0.2％，萘系高效减水剂3.0％，羟丙基甲基纤维素0.2％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量40％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度455mm，初凝时间50min，终凝时间405min，抗压强度3.63MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失2.5％，强度损失7.8％，28d竖向膨胀率0.09％。
实施例15：
本实施例给出一种土遗址裂缝修补剂，以重量份数计，由以下原料组成：石膏75％，硅灰11％，矿粉11％，六偏磷酸钠0.3％，萘系高效减水剂2.3％，羟丙基甲基纤维素0.4％。
上述原料搅拌混合均匀即制得土遗址的裂缝修补剂。
将上述裂缝修补剂掺入遗址修复土中，掺量20％，采用与实施例1相同的测试方法，性能测试结果为：灌浆材料流动度415mm，初凝时间65min，终凝时间495min，抗压强度3.35MPa，水中浸泡几乎不再发生崩解，冻融50次，试件质量损失3.0％，强度损失9.6％，28d竖向膨胀率0.11％。
Claims (2)
1.一种土遗址裂缝修补剂，包括无机矿物粉料，其特征在于：还包括无机胶凝材料、缓凝剂、表面活性剂和增稠剂；
所述的无机胶凝材料为石膏；
所述的无机矿物粉料为生石灰、矿粉和硅灰中的一种或一种以上组合；
所述的缓凝剂为多聚磷酸钠或六偏磷酸钠；
所述的表面活性剂为萘系高效减水剂；
所述的增稠剂为羟丙基甲基纤维素；
以重量份数计，由以下原料组成：无机胶凝材料：70％～79％，无机矿物粉料：18％～27％，缓凝剂：0.1％～0.3％，表面活性剂：2％～3％，增稠剂：0.2％～0.4％，原料的重量百分比之和为100％。
2.如权利要求1所述的土遗址的裂缝修补剂，其特征在于：所述的无机矿物粉料为生石灰、矿粉和硅灰中的任意二者混合制成时，原料的重量比为1:1；所述的无机矿物粉料为生石灰、矿粉和硅灰三者混合而成时，原料的重量比为1：1：1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |